Tribologia. La ciencia de los cuerpos en contacto

¿Qué es la tribología? La tribología – del verbo griego que significa ‘frotar’ o ‘rozar’– es el campo de la ciencia y la tecnología que se dedica a estudiar cuerpos que están en contacto y que tienen un movimiento relativo entre sí, es decir, cuerpos que se frotan, deslizan, giran, etcétera, uno contra otro, como pueden ser, por ejemplo, los engranes de una máquina, los pistones o los frenos de un auto e, incluso, nuestras propias muelas cuando masticamos. En relación con éste movimiento relativo, la tribología estudia tres aspectos principalmente: fricción, lubricación y desgaste.

A pesar de ser una disciplina virtualmente desconocida por el gran público, los hallazgos y métodos de la tribología han encontrado aplicación en numerosos campos de la ciencia y la tecnología, entre los cuales destacan la industria automotriz y aeronáutica, la medicina –en el desarrollo de prótesis e instrumental–, la electrónica –particularmente, en la fabricación discos duros– y la industria metal mecánica. Y la lista sigue creciendo.

Sin embargo, si lo meditamos con cuidado, lo verdaderamente sorprendente no es que la tribología haya hecho sentir su influencia en tantas ramas de la industria y de la investigación científica, sino, más bien, que se hable tan poco de ella fuera de la literatura especializada. Pensemos, por ejemplo, en una de las máquinas más comunes en el mundo moderno: el automóvil. Dentro de cada uno de estos aparatos hay un motor –acompañado de varios sistemas mecánicos más– compuesto por un sinfín de piezas que están en contacto y en continuo movimiento una respecto a otra; y si el motor se utiliza continuamente, se genera una gran cantidad de desgaste en las piezas debido a la fricción que hay entre ellas –recordemos que la fricción es una fuerza que se opone al movimiento–, por lo que es necesario buscar soluciones que reduzcan la fricción entre los componentes. Una posibilidad es el uso de lubricantes que promuevan el movimiento de las piezas en contacto y disminuyan el desgaste de las mismas, lo que resulta en la prolongación de la vida de las piezas y el correcto funcionamiento del motor. Al mismo tiempo, y dentro del mismo aparato, existen sistemas en los que, de hecho, se busca que la fricción sea mayor, como es el caso de sus frenos, en los que se requiere que exista la mayor fuerza de fricción posible para conseguir que el auto frene de manera rápida y segura.

Cabe mencionar, de paso, que existen algunos tipos de sistemas que no permiten el uso de lubricantes líquidos –como es el caso de aplicaciones pensadas para funcionar en el espacio y algunos tipos de maquinado–, para los cuales se requiere desarrollar –con ayuda de la tribología y otras disciplinas– nuevos tipos de recubrimientos que promuevan bajos coeficientes de fricción y que funcionen ellos mismos como lubricantes –los llamados ‘recubrimientos autolubricantes’.

Para realizar sus investigaciones, la tribología se apoya en distintos tipos de herramientas que permiten medir la fuerza y coeficiente de fricción, estudiar la lubricación y hacer análisis del tipo y magnitud del desgaste en las piezas. Asimismo, hay una gran variedad de dispositivos que permiten simular el tipo de contacto que existe entre dos cuerpos, dependiendo de la geometría y condiciones del sistema que se quiere estudiar, por ejemplo, si se trata de frenos, pistones o engranes, y si trabajan en condiciones húmedas, secas, al vacío, etc.

Durante la maestría, reacondicioné uno de éstos equipos para mejorar las mediciones de desgaste y fricción cuando los cuerpos se someten a condiciones abrasivas, además, participé en un proyecto enfocado a estudiar el efecto de nanopartículas de bismuto como aditivos en aceites minerales –México, por cierto, es el segundo productor de bismuto a nivel mundial.

Actualmente, en mi trabajo de doctorado, participo en un proyecto para mejorar el desempeño y la vida útil de los recubrimientos que se utilizan en las herramientas de corte. Desde hace muchos años, se han utilizado distintos tipos de recubrimientos que mejoran el servicio de estas herramientas, pero la gente que se dedica a esas aplicaciones se dio cuenta, además, de que, al modificar la composición y la estructura del material, las propiedades del mismo cambiaban, haciendo que, en algunos casos, el desempeño de las herramientas mejorara considerablemente. Desafortunadamente, con éste avance tecnológico, también vinieron algunas desventajas. Una de ellas es que en algunos materiales existen efectos de inestabilidad y oxidación, sobre todo cuando se trabaja a altas temperaturas. Ésta situación representa una gran desventaja debido a que, en las aplicaciones actuales de maquinado, existen técnicas en seco –es decir, donde no se usan lubricantes– y de alta velocidad, las cuales propician que la temperatura que se alcanza en los puntos de contacto sea muy elevada y que el recubrimiento comience a disminuir su eficiencia debido a los procesos ya mencionados de degradación y oxidación.

Por todo esto, es importante hacer investigación y desarrollo en ésta área de la ciencia y la tecnología, ya que si se optimizan las condiciones de lubricación, desgaste y fricción, se reduce el consumo de combustible, lubricantes, materiales, etc., lo que genera un ahorro considerable en muchas áreas de la industria, impactando directamente en la economía del país.

Idalia Márquez Jurado

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4 thoughts on “Tribologia. La ciencia de los cuerpos en contacto

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