La fuerza de fricción o la fuerza de rozamiento

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2.6. FRICCIÓN GASEOSA[pic 10]

Se presenta cuando el elemento que separa las dos superficies que se encuentran en movimiento relativo es un gas; este puede ser el caso de los mecanismos lubricados con aire o de las caras de los sellos secos de turbo-máquinas cuando se inyecta nitrógeno entre ellas para formar la película hidrodinámica que permite separar la cara fija de la que gira.

3. FUERZA DE FRICCIÓN

Siempre que un cuerpo se deslice o ruede sobre la superficie de otro se presenta una fuerza resistiva que es paralela y contraria a la dirección del movimiento y se conoce como fuerza de fricción y puede ser estática o cinética.

3.1. FUERZA DE FRICCIÓN ESTÁTICA

Es la fuerza requerida para iniciar el movimiento relativo entre dos superficies cuyas rugosidades interactúan y es igual al producto del coeficiente de fricción metal-metal de los materiales de las superficies o del coeficiente de fricción sólida de la sustancia que se está utilizando como lubricante por la fuerza normal que mantiene juntas las dos superficies.

3.2. FUERZA DE FRICCIÓN CINÉTICA[pic 11]

Es la fuerza requerida para mantener en movimiento dos superficies cuyas rugosidades interactúan o se encuentran totalmente separadas por una película lubricante y es igual al producto del coeficiente de fricción metal-metal de los materiales de las superficies, en caso de que no se esté utilizando algún lubricante o del coeficiente de fricción fluida o Elastohidrodinámica (EHL) si se están lubricando, por la fuerza normal que mantiene juntas las dos superficies.

La fuerza de fricción estática y cinética se calculan de: F = f N, Kgf (lbf)

Dónde: F: Fuerza de fricción estática Fe o cinética Fc, Kgf (lbf).

f: Coeficiente de fricción metal-metal, sólido, fluido ó EHL, adimensional.

N: Fuerza normal que mantiene juntas las dos superficies, Kgf (lbf).

El cálculo de Fe tiene otra componente que es la fuerza necesaria para fracturar las crestas de las rugosidades que se sueldan cuando se inicia el movimiento y no se está utilizando un lubricante o para deformarlas elásticamente en caso de que si se estén lubricando; esta fuerza es muy compleja de calcular y su valor es muy pequeño por lo que en la práctica no se tiene en cuenta. La relación entre la fuerza estática y la cinética se puede expresar de la siguiente manera: si Fc es menor que Fe no hay movimiento; si son iguales el movimiento es inminente y finalmente si Fc es mayor que Fe el cuerpo se mueve.

4. LEYES DE LA FUERZA DE FRICCIÓN

Las leyes de la fuerza de fricción se fundamentaron, teniendo en cuenta la interacción de las rugosidades de una superficie metálica cuando se mueve con respecto a otra, ya sea bajo condiciones de fricción metal-metal, sólida o EHL. Básicamente las leyes de la fuerza de fricción son dos:

· Depende del área conformada por la suma de las áreas de las crestas más sobresalientes de las dos superficies sometidas a fricción y se conoce como área real y no del área geométrica de dichas superficies conocida como área aparente.

· Es directamente proporcional a la componente normal del peso del elemento que desliza o rueda.

Estas leyes fundamentales de la fuerza de fricción metal-metal o sólida o EHL fueron propuestas por primera vez en 1550 por el italiano Leonardo Da Vinci al observar un bloque rectangular deslizándose sobre una superficie plana; en 1699 el ingeniero francés Amontons volvió a desarrollarlas y en 1781 Coulomb las comprobó, diferenciando claramente la fuerza de fricción estática de la cinética.

5. FACTORES QUE CONDICIONAN LA FUERZA DE FRICCIÓN

Los más importantes son la carga, naturaleza de los materiales, velocidad de deslizamiento, acabado superficial, geometría de los cuerpos, tolerancia entre las piezas, temperatura de operación, adhesión, cizallamiento, arado y lubricación. [pic 12]

6. COEFICIENTE DE FRICCIÓN

Es la variable para el cálculo de la fuerza de fricción y su valor depende no solamente del material de las superficies sino también de lo que ocurra en la interface de las mismas cuando se encuentran en movimiento relativo la una con respecto a la otra; hay otros factores que lo afectan como la humedad, temperatura, velocidad de deslizamiento, presión de contacto, tipo de película lubricante, acabado superficial y forma de la región de contacto. La relación entre la fuerza de fricción necesaria para iniciar el movimiento de un cuerpo y la componente normal de su peso se conoce como coeficiente de fricción estático y como coeficiente de fricción cinético cuando está involucrada la fuerza de fricción necesaria para mantenerlo; en este caso si las superficies son lubricadas y la película lubricante es del tipo EHL juega un papel preponderante que el movimiento sea por deslizamiento o por rodadura.

6.1. Coeficientes de rozamiento de algunas sustancias

Materiales en contacto

[pic 13]Ue

[pic 14]Ud

Articulaciones humanas

0,02

0,003

Acero // Hielo

0,028

0,09

Acero // Teflón

0,04

0,04

Teflón // Teflón

0,04

0,04

Hielo // Hielo

0,1

0,03

Esquí (encerado) // Nieve (0 °C)

0,1

0,05

Acero // Acero

0,15

0,09

Vidrio // Madera