Lubricación

A medida que aumenta la carga en las superficies de contacto, se pueden observar distintas situaciones con respecto al modo de lubricación, que se denominan regímenes de lubricación: ^{[ 1 ]}

• La lubricación por película fluida es el régimen de lubricación en el que, mediante fuerzas viscosas, la carga es soportada completamente por el lubricante dentro del espacio o hueco entre las piezas en movimiento. ^{[ 2 ]}
  • En la lubricación hidrostática, se aplica presión externa al lubricante dentro del cojinete para mantener la película lubricante fluida, evitando así que se expulse de ella.
  • En la lubricación hidrodinámica, el movimiento de las superficies de contacto, junto con el diseño del cojinete, bombea lubricante alrededor del mismo para mantener la película lubricante. Este diseño de cojinete puede desgastarse al arrancar, detenerse o invertir el giro, debido a la ruptura de la película lubricante. La teoría hidrodinámica de la lubricación se basa en la ecuación de Reynolds . Las ecuaciones que rigen la teoría hidrodinámica de la lubricación y algunas soluciones analíticas se pueden encontrar en la referencia ^{[ 3 ] .}
• Lubricación elastohidrodinámica: Principalmente para superficies no conformes o condiciones de carga elevadas, los cuerpos sufren deformaciones elásticas en el contacto. Dicha deformación crea un área de soporte de carga, que proporciona un espacio casi paralelo por donde fluye el fluido. Al igual que en la lubricación hidrodinámica, el movimiento de los cuerpos en contacto genera una presión inducida por el flujo, que actúa como fuerza de apoyo sobre el área de contacto. En tales regímenes de alta presión, la viscosidad del fluido puede aumentar considerablemente. En la lubricación elastohidrodinámica de película completa, la película lubricante generada separa completamente las superficies. Debido al fuerte acoplamiento entre la acción hidrodinámica del lubricante y la deformación elástica en los sólidos en contacto, este régimen de lubricación es un ejemplo de interacción fluido-estructura . ^{[ 4 ]} La teoría elastohidrodinámica clásica considera la ecuación de Reynolds y la ecuación de deflexión elástica para resolver la presión y la deformación en este régimen de lubricación. ^{[ 5 ] [ 6 ]} También puede ocurrir el contacto entre características sólidas elevadas, o asperezas , lo que lleva a un régimen de lubricación mixta o lubricación límite.
• La lubricación límite se define como el régimen en el que la carga es soportada por las asperezas de la superficie (puntos altos) en lugar de por el lubricante. ^{[ 7 ]} Este es el efecto que hace que el polietileno de ultra alto peso molecular sea "autolubricante".
• Lubricación por película límite: ^{[ 8 ]} Los efectos hidrodinámicos son insignificantes. Los cuerpos entran en contacto más cercano en sus asperezas (puntos altos); el calor generado por las presiones locales provoca una condición llamada deslizamiento intermitente, y algunas asperezas se desprenden. En condiciones elevadas de temperatura y presión, los componentes químicamente reactivos del lubricante reaccionan con la superficie de contacto, formando una capa o película tenaz y altamente resistente sobre las superficies sólidas en movimiento (película límite) que es capaz de soportar la carga y se evita un desgaste o rotura importante.
• Lubricación mixta: Este régimen se sitúa entre los regímenes de lubricación elastohidrodinámica de película completa y de lubricación límite. La película lubricante generada no es suficiente para separar completamente los cuerpos, pero los efectos hidrodinámicos son considerables. ^{[ 9 ]}

Además de soportar la carga, el lubricante también puede desempeñar otras funciones, como enfriar las zonas de contacto y eliminar los productos de desgaste. Al realizar estas funciones, el lubricante se renueva constantemente en las zonas de contacto, ya sea por el movimiento relativo (hidrodinámica) o por fuerzas externas.

La lubricación es esencial para el correcto funcionamiento de sistemas mecánicos como pistones , bombas , levas , cojinetes , turbinas , engranajes , cadenas de rodillos y herramientas de corte . Sin lubricación, la presión entre las superficies cercanas generaría suficiente calor como para provocar un rápido deterioro superficial que, en un estado de fricción excesiva, podría literalmente soldar las superficies entre sí, causando un agarrotamiento .

En algunas aplicaciones, como en los motores de pistón, la película que se forma entre el pistón y la pared del cilindro también sella la cámara de combustión, impidiendo que los gases de combustión escapen al cárter.

Si un motor requería lubricación a presión, por ejemplo, para los cojinetes lisos , contaba con una bomba de aceite y un filtro de aceite . En los motores antiguos (como un diésel marino Sabb ), donde no se requería alimentación a presión, bastaba con la lubricación por salpicadura .