Cojinetes hidrodinamicos

Versión 2004

CAPITULO 7 PROYECTO Y CÁLCULO DE EJES Y ELEMENTOS ACCESORIOS División 2 Conceptos básicos de la Teoría de Lubricación y de Tribología en general Cojinetes Hidrodinámicos Radiales

UTN-FRBB Cátedra: Elementos de Máquinas. Profesor: Dr. Ing. Marcelo Tulio Piovan

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1. Introducción
En esta División 2 del Capítulo 7 se verán los sistemas de conexión de los ejes conlos bastidores de las máquinas, específicamente los cojinetes hidrodinámicos. Sin embargo antes de enfocar el análisis y cálculo de los cojinetes hidrodinámicos, es necesario introducir algunos tópicos en temas de lubricación y tribología.

2. Generalidades de Tribología y Lubricación
La tribología es la rama de la ciencia de la ingeniería que estudia los fenómenos asociados al desgaste y a lafricción entre partes deslizantes. Es claro que las partes deslizantes son comunes en toda aplicación, ingenio o máquina de manera que es necesario establecer y ponderar apropiadamente los límites de desgaste que se pueden permitir en las piezas y la manera de atenuarlos. En salvaguarda de esta última situación aparece la lubricación. Téngase presente que, muy pocos elementos de máquinas estánliberados de consideraciones de índole tribológica.

Nociones de Lubricación
El objetivo de la lubricación es reducir el rozamiento, el desgaste y el recalentamiento de las superficies de piezas en movimiento que se hallan en contacto directo. La aplicación típica es el cojinete constituido por muñón o eje (Figura 7.11.a). Los ejemplos de aplicación típicos son los cojinetes del cigüeñal y bielasen un motor, los cojinetes de las turbinas de centrales termoeléctricas. Entre los factores de diseño a considerar se hallan discriminados en factores de orden técnico y factores de orden económico como: - Los valores de las cargas aplicadas y las condiciones de servicio - Las condiciones de instalación y el tipo de mantenimiento - Las tolerancias de fabricación permitidas, la duración pretendida- Los costos de instalación y de mantenimiento Se pueden distinguir cuatro tipos de condiciones de lubricación - Lubricación Hidrodinámica - Lubricación Elastohidrodinámica - Lubricación Marginal - Lubricación Parcial La Lubricación Hidrodinámica es la que se puede observar en los cojinetes con superficies concordantes como en la Figura 7.11.a. La lubricación elastohidrodinámica es más común enUTN-FRBB Cátedra: Elementos de Máquinas. Profesor: Dr. Ing. Marcelo Tulio Piovan

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superficies rodantes no concordantes como en el caso de los rodamientos, según se ve en la Figura 7.11.b.

(a) (b) Figura 7.11. (a) Superficie rodantes concordantes (b) superficies rodantes no concordantes

Lubricación Hidrodinámica Como se mencionara anteriormente, este tipo de lubricaciónse caracteriza por poseer una película fluida entre superficies concordantes. Se produce una presión de sustentación en el muñón debido a que las superficies convergen y su movimiento relativo y la viscosidad del fluido separan las superficies. Este aspecto se analizará más adelante en detalle. La presencia de tal presión de sustentación permite soportar la carga del eje. La magnitud de la presiónno es suficiente como para producir alguna deformación elástica de importancia en la superficie de los componentes. El espesor mínimo de película normalmente excede 1 micrón y es una función proporcional de la carga y de la velocidad, pudiéndose escribir como: ub (7.47) W donde ub y W son respectivamente la velocidad y carga. A su vez, la altura de película depende de otros factores como laviscosidad del fluido (que depende de la temperatura), de la geometría, y de otras condiciones de funcionamiento como se verá en el análisis de cojinetes hidrodinámicos. Para fijar algunos ponderadores numéricos, la presión que puede desarrollarse en este tipo de lubricación no supera los 5 Mpa. (Ver Ref. [3]). hmin ∝ Lubricación Elastohidrodinámica. Se trata de una forma límite o reducida de la...