Rozamiento
Figura 1.
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Definición
Estrictamente hablando, el
rozamiento, también conocido como fricción, es un
concepto físico derivado de la interacción de dos cuerpos
íntimamente unidos por una fuerza F perpendicular a la
superficie de contacto. Este rozamiento está representado por la
fuerza P paralela a la superficie de contacto, que hay que aplicar a
uno
de los cuerpos para que se mueva deslizándose sobre el
otro (figura1).
En la práctica, este estado "ideal" de rozamiento "seco" solo se
consigue en ciertas condiciones muy especiales, ya que en la
mayoría de los casos, entre los cuerpos existe algún otro
elemento interactuante, como suciedad, polvo, algún fluido
pelicular etc., que aparta el proceso de esta idealización. No
obstante para la mayoría de la aplicaciones basta con que los
cuerpos estén naturalmente secos y limpios para ser
considerados como cumplimentadores de estas condiciones.
La magnitud de la fuera P resulta una fracción de la fuerza F y
su valor es mas grande a medida que aumenta el valor de la carga de
unión F, pero además, depende de
otros factores adicionales que intervienen en el proceso,
todos estos
factores adicionales involucrados, están representados por un
número conocido como coeficiente
de
rozamiento, de manera que matemáticamente la
relación puede escribirse como:
Donde µ es el coeficiente de rozamiento o
fricción.
Veamos los factores mas importantes que influyen en el valor de µ.
Naturaleza de los cuerpos.
Debido a factores de origen complejo, alguno de los cuales no son bien
conocidos, el coeficiente de fricción resultante para la
interacción entre dos cuerpos, a igualdad del resto de las
condiciones, depende de la naturaleza y de la constitución de
los cuerpos. Así por ejemplo; este coeficiente es diferente para
el roce entre acero
templado y acero templado que para acero templado y
acero blando, o entre acero templado e hierro fundido etc.
Existen en la práctica ciertas tablas ya elaboradas donde se
definen estos valores promedio para ciertas uniones utilizadas en la
maquinaria en general.
Acabado superficial
La rugosidad de las superficies en contacto tiene una marcada
influencia sobre el coeficiente de rozamiento.
Observe la figura 2, en
ella se ha representado una notable ampliación de una superficie
elaborada mediante algún proceso de mecanizado con una
herramienta de corte, observe los surcos dejados por la herramienta en
la superficie. Estos surcos pueden ser de pequeño tamaño
y no ser observados a simple vista para los mecanizados de
terminación fina, pero pueden ser incluso visibles en los
procesos de producción bastos.
Resulta evidente que a medida que el acabado superficial sea peor,
(surcos mas grandes), el encajamiento de los picos de una
superficie con los valles de la otra producen un notable aumento de la
fuerza necesaria para producir el movimiento relativo de ambas y con
ello el incremento del coeficiente de fricción resultante de la
unión.
Quién no ha experimentado esta diferencia al tratar de deslizar
un objeto por un piso liso y brillante y luego por otro áspero.
Para la explicación se ha supuesto que los materiales en
contacto son completamente rígidos y las asperezas superficiales
se mantienen intactas durante el movimiento relativo, en la realidad
esta interacción es mas compleja; veamos:
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Figura 2
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En la figura 3 puede
observarse de manera esquemática y ampliada la
interacción de dos superficies reales.
Note que físicamente el contacto de ambas se produce solo
en algunos puntos, esta situación hace que la fuerza P
esté aplicada solo a una pequeña área. Con la
reducción del área, la presión resultante en los
puntos de contacto puede ser muy elevada y producir efectos secundarios
con gran influencia en el coeficiente de fricción como pueden
ser: micro-soldaduras resultantes de la elevada temperatura generada
durante el movimiento, interacción molecular, generación
de partículas por desgarradura y otros.
Presencia de otro elemento en la unión
En la mayor parte de los casos reales entre las superficies en contacto
siempre existe algún elemento adicional interpuesto entre los
cuerpos involucrados. Este elemento puede ser muy influyente en el
coeficiente de fricción.
El valor del coeficiente de rozamiento podrá aumentar o
disminuir, y dependerá en cada caso, de la naturaleza y forma
del elemento interpuesto.
Para la disminución del coeficiente de fricción, lo mas
común es encontrar en la unión el uso de un fluido
líquido, este fluido recibe el nombre de lubricante y el
rozamiento se conoce como rozamiento
húmedo o lubricado, en otros casos, se introducen cuerpos
sólidos esféricos y duros que facilitan en gran grado el
movimiento mutuo lo que se conoce como rozamiento
por
rodadura.
En algunos casos lo que se necesita es aumentar el
coeficiente de fricción para reducir o impedir el deslizamiento
mutuo, en estos casos se acude a partículas agudas y
duras que se se oponen al movimiento al incrustarse en las superficies
debido a la carga P.
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Figura 3
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Estado del movimiento relativo de los cuerpos.
Hay una notable diferencia entre el coeficiente de rozamiento
resultante en una unión antes y después de iniciado el
movimiento relativo. Antes de iniciado el movimiento, al coeficiente de
rozamiento se le llama coeficiente de
fricción
estático y una vez iniciado el movimiento dinámico.
En la inmensa mayoría de los casos el coeficiente de rozamiento
estático es
mayor que el dinámico.
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