Una lubricación adecuada en un sistema mecánico puede marcar la diferencia entre el éxito y el fracaso de un diseño.
Cualquier aplicación donde exista fricción requiere lubricación para evitar desgaste excesivo, acumulación de calor, agarrotamiento y, en el peor de los casos, una falla total del sistema.
Los problemas relacionados con la lubricación pueden incluir:
- el tipo de lubricante
- la cantidad de lubricante
- los intervalos de lubricación
- la degradación del lubricante
- la contaminación por agua
… y la lista continúa.
Los materiales autolubricantes no solo han eliminado muchas de estas preocupaciones para los diseñadores de sistemas mecánicos sometidos a condiciones extremas, sino que también han abierto un nuevo campo de aplicaciones que antes eran difíciles o imposibles de alcanzar.
Al eliminar la necesidad de una fuente externa de lubricación, los ingenieros pueden diseñar componentes en contacto para aplicaciones donde la presencia de lubricación sería inconveniente o imposible.
El carbón grafito, en particular, ha permitido a los ingenieros desarrollar una amplia variedad de nuevas aplicaciones.
LOS MATERIALES DE CARBÓN GRAFITO A NIVEL MOLECULAR
El carbón grafito es, posiblemente, uno de los materiales autolubricantes más versátiles. Puede exponerse a condiciones extremadamente exigentes, como temperaturas extremas y productos químicos cáusticos, y seguir funcionando de forma confiable.
Esto se debe a la estructura molecular del carbón grafito.
El elemento carbono puede existir en tres formas: diamante, grafito y carbono amorfo. A nivel molecular, estas tres formas se diferencian por la cantidad de electrones de valencia que están enlazados.
De los cuatro electrones de valencia del carbono, el diamante tiene los cuatro enlazados, el grafito tiene tres enlazados y el carbono amorfo tiene solo dos enlazados.
A nivel macroscópico, esto da lugar a propiedades de material drásticamente diferentes, algo evidente al comparar estos materiales entre sí.
- Diamante: Cuatro electrones de valencia enlazados. Estructura reticular altamente ordenada
- Grafito: tres electrones de valencia enlazados. Capas de grafeno sólidas unidas entre sí por débiles fuerzas de van der Waals
- Carbono amorfo: dos electrones de valencia enlazados. Fuerte «entrelazamiento» de los átomos de carbono
El diamante es un material extremadamente duro y, debido a su escasez en la naturaleza, muy valioso. Sin embargo, para los fabricantes de carbón grafito mecánico, las dos formas de carbono más relevantes son el grafito y el carbono amorfo.
El carbón grafito consiste en una matriz de carbono amorfo con granos de grafito incrustados en ella. Aunque el carbono amorfo aporta gran parte de la resistencia del material, el grafito es el responsable de sus propiedades autolubricantes.
GRAFITO: UN MATERIAL AUTOLUBRICANTE EXCEPCIONAL
El grafito tiene una estructura en capas formada por láminas de grafeno muy resistentes. Estas capas están unidas entre sí por fuerzas intermoleculares débiles, conocidas como fuerzas de Van der Waals.
Como estas fuerzas son tan débiles, las capas pueden deslizarse con relativa facilidad unas sobre otras. Esta acción de deslizamiento es el mecanismo que explica la capacidad de autolubricación del carbón grafito.
El carbón grafito es un material relativamente blando. En la escala de dureza de Mohs, alcanza aproximadamente un valor de 2, apenas por encima del talco.
Esta característica resulta favorable para su autolubricación. Al rozar contra una superficie de contacto dura, el carbón grafito deposita una película de transferencia pulida sobre la superficie con la que entra en contacto. En esencia, esto permite que el carbón grafito adopte el acabado de dicha superficie.
Esto significa que la superficie del componente de carbón grafito se desliza principalmente sobre una película pulida de carbón grafito, y no directamente sobre la superficie de contacto.
Este efecto ayuda a reducir significativamente las tasas de desgaste, ya que existe muy poca fricción cinética entre dos materiales con el mismo acabado superficial. Para maximizar este beneficio, es importante que la superficie de contacto sea lo más lisa y dura posible.
En aplicaciones sumergidas, la autolubricación se refuerza aún más mediante la formación de una película hidrodinámica.
Esta película actúa como una barrera entre el carbón grafito y su superficie de contacto, de manera similar a la película de transferencia pulida. De hecho, es una barrera tan eficaz que el coeficiente de fricción en aplicaciones sumergidas puede ser aproximadamente una décima parte del que se presenta en aplicaciones de funcionamiento en seco.
UN MATERIAL VERSÁTIL PARA TODAS LAS APLICACIONES
Las ventajas de la autolubricación se reflejan en el hecho de que el carbón grafito es el material preferido en una amplia variedad de aplicaciones. Que industrias tan diferentes se beneficien de este material demuestra su versatilidad.
| INDUSTRIA | APLICACIÓN DEL CARBÓN GRAFITO | VENTAJAS DE LA AUTOLUBRICACIÓN |
| Fabricantes de placas de yeso y chapas | Rodamientos de los secadores de placas | La lubricación y el mantenimiento constantes de los cojinetes que soportan cientos de rodillos en los secadores pueden suponer una carga. Los cojinetes de carbón grafito ofrecen una alternativa sencilla y sin mantenimiento. |
| Fabricantes de motores a reacción | Sellos de eje | No se necesitan lubricantes a base de aceite ni grasa, que simplemente se quemarían a las temperaturas de funcionamiento extremas de estas turbinas. |
| Fabricantes de cintas transportadoras para la industria alimentaria y farmacéutica | Rodamientos para cintas transportadoras | Evita la exposición de los productos alimentarios y farmacéuticos a lubricantes a base de grasa o aceite. |
| Fabricantes de compresores de aire | Anillos de pistón | El sistema de compresión está libre de grasa o aceites en suspensión. |
Constantemente se desarrollan nuevas aplicaciones para el carbón grafito. Por ello, es importante que los grados de carbón grafito evolucionen al mismo ritmo.
Siempre existirá la necesidad de materiales más resistentes, con mayor resistencia química y capaces de operar a temperaturas más elevadas. Los fabricantes de carbón grafito entienden esta necesidad y continúan enfocándose en el desarrollo de nuevos grados.
Es posible que ya exista un material adecuado para tu aplicación específica. Solo tienes que preguntar.
