An energetical approach to study the structural degradation of traditional and biogenic lubricating greases

Resumen

En un contacto tribológico, los procesos de fricción conducen a efectos irreversibles asociados al desgaste, que son el resultado de un aporte de energía de fricción al un sistema tribológico. En general, se aplican diversos tipos de lubricantes a los elementos mecánicos de cualquier maquinaria para reducir la fricción y el desgaste. En las últimas décadas, los daños medioambientales causados por los productos químicos y/o de uso final, como los lubricantes basados en aceites minerales refinados petroquímicamente, han impulsado la demanda de componentes naturales en una gran variedad de productos manufacturados. En este sentido, algunas industrias de lubricantes han promovido el desarrollo de sus productos sustituyendo algunas materias primas no renovables por recursos naturales, para evitar la contaminación ambiental directa e indirecta causada por sus productos. Con este propósito, primero, se han introducido en diversas aplicaciones industriales y de consumo los aceites vegetales, en lugar de los aceites minerales, y después, las grasas lubricantes completamente biogénicas, que se obtienen utilizando aceites vegetales, así como sustituyendo los agentes espesantes tradicionalmente utilizados por espesantes biogénicos. En este sentido, el objetivo de este trabajo es investigar la respuesta tribológica y reológica de nuevas grasas lubricantes completamente biogénicas, dos grasas lubricantes semi-biogénicas de referencia y algunas muestras de grasas lubricantes tradicionales, haciendo hincapié en los aspectos energéticos de los procesos de fricción y desgaste. Con este objetivo, se utilizaron muestras de grasas lubricantes completamente biogénicas, formuladas con diferentes aceites naturales, por ejemplo, aceite de girasol de alto contenido en ácido oleico (HOSO), glicerol, aceite de ricino y una combinación de HOSO y aceite de ricino, así como diferentes agentes espesantes biodegradables, por ejemplo, cera de abejas, sémola de mazorca de maíz, celulosa natural y lignina, que se han estudiado tribológicamente en un nanotribómetro y en un tribómetro utilizando una combinación de materiales de bola de acero sobre disco de acero, y se han comparado con grasas tradicionales de 12-hidroxiestearato de litio/HOSO y de jabón de litio-calcio/éster sintético. De este modo, se ha obtenido una comprensión más completa de la influencia de la composición de estas grasas modelo en los procesos de fricción y desgaste en un contacto tribológico. Además, utilizando el modelo energético de desgaste, los procesos de fricción y desgaste pudieron interpretarse como una secuencia causa-efecto. Además, se realizaron ensayos en rodamientos para investigar el comportamiento tribológico de algunas grasas biogénicas seleccionadas en un contacto real de maquinaria, evaluando su rendimiento de lubricación. Estos ensayos de aplicación real permitieron cuantificar el par de fricción del rodamiento completo en diferentes condiciones de funcionamiento y el desgaste producido mediante procedimientos de análisis del lubricante, cómo la ferrometría y ferrografía. Además, las diferentes grasas modelo se investigaron reológicamente mediante ensayos de flujo transitorio rotacional, a diferentes temperaturas, midiendo la evolución del esfuerzo con el tiempo a una velocidad de cizalla constante, y caracterizando el fenómeno de la fricción interna mediante la cuantificación de la densidad de energía. Además, se estudió la relación entre la energía de activación y la degradación estructural de algunas muestras de grasas lubricantes tradicionales en diferentes situaciones de cizalla mediante ensayos de flujo transitorio rotacional y de barridos de amplitud en ensayos oscilatorios. Este trabajo experimental proporcionó información útil para una mejor comprensión del proceso de degradación estructural inducido por el cizallamiento en las grasas, lo que podría facilitar una mejora de la vida útil de las grasas lubricantes. En definitiva, se han investigado una serie de nuevas grasas lubricantes biogénicas, completamente basadas en materias primas renovables, dos grasas lubricantes semi-biogénicas de referencia y algunas muestras de grasas lubricantes tradicionales para comprender mejor los mecanismos de lubricación de las grasas en contactos tribológicos. Todos los resultados se analizaron desde un punto de vista energético, que puede ayudar a catalogar estas grasas lubricantes biogénicas como alternativas reales a las grasas lubricantes convencionales.