Validación de un sistema de control novedoso para una máquina tribológica de cuatro bolas

Abstract

RESUMEN: La tribología es la ciencia que estudia el desgate, la fricción así como la lubricación entre pares que se encuentran en contacto y en movimiento relativo. El objetivo principal de esta ciencia es proponer soluciones para reducir el consumo de materiales y energía lo cual impacta en una reducción de costos. Estas soluciones, por ejemplo, pueden ir desde la substitución de nuevos materiales, tratamientos y recubrimientos superficiales de alto rendimiento así como también el uso de nuevos lubricantes y aditivos [1]. Es imprescindible el hecho de que los lubricantes deben mejorarse continuamente para cumplir con los requerimientos de mayor velocidad, carga y temperatura [2]. Por otro lado, la caracterización tribológica de lubricantes por el método de cuatro bolas es indispensable. Estos ensayos están basados en normas establecidas por asociaciones internacionales como la ASTM, DIN y la IP entre otras. Dicho método tienen el propósito de evaluar las propiedades anti-desgaste, coeficiente de fricción y capacidad de carga tanto en grasas como en aceites lubricantes. Pero, fabricar e instrumentar estos equipos no es tarea fácil, dado que hay una gran lista de parámetros dependientes que se deben controlar o pueden llegar a influir en los resultados experimentales tal como los parámetros de Hersey (temperatura, carga, velocidad y viscosidad) y otros poco dependientes como las propiedades físicas y químicas de los materiales (bolas de acero principalmente, solventes, contaminantes, etc.). Por lo anterior, el propósito de este trabajo fue desarrollar el sistema de control de temperatura, velocidad y carga para una un equipo tribológico de cuatro bolas, ya desarrollado en el laboratorio de Tribología de la SEPI ESIME Zacatenco del Instituto Politécnico Nacional. Posteriormente, el sistema de control fue validado en términos de repetitividad y reproducibilidad del método en dicho equipo de acuerdo a un programa de ensayos que empleo tres grasas certificadas y apoyándose en las normas ASTM D2266 - Prueba de desgaste o no extrema presión (NEP) y ASTM D2596 – Pruebas de capacidad de carga o extrema presión (EP). ABSTRACT: Tribology is the science that studies the wear, friction as well as the lubrication between pairs that are in contact and in relative movement. The main objective of this science is to propose solutions to reduce the consumption of materials and energy which impacts on a reduction of costs. These solutions, for example, can be from the replacement of new materials, treatments and high-performance surface coatings as well as the use of new lubricants and additives [1]. It is essential that the lubricants continuously must be improved to have the requirements of higher speed, load and temperature [2]. Furthermore, the characterization of lubricants by the four-ball test is essential. These tests are based on standards which have been established by associations as ASTM, DIN, and IP among others. This method has the purpose of evaluating the anti-wear properties, coefficient of friction and load capacity in greases and oils lubricants. However, manufacturing and instrumenting this equipment is not an easy task, there is a large list of dependent parameters that must be controlled or they may influence on the experimental results as Hersey’s parameters (temperature, load, speed and viscosity) and others that are not very dependent, as the physical and chemical properties of the materials (mainly steel balls, solvents, contaminants, etc.). Therefore, the purpose of this project was to develop the temperature, speed and load control system for a tribological equipment of four balls tests, it has already been developed in the tribological laboratory of the SEPI ESIME Zacatenco of the National Polytechnic Institute. Subsequently, the control system was validated in terms of repeatability and reproducibility of the method in the mentioned equipment according to a testing program that used three certifies greases and it was supported by the ASTM D2266 standard - Wear Test or No Extreme Pressure Test (NEP) and ASTM D2596 standard - Load Capacity Test or Extreme Pressure Test (EP).