Modelamiento del proceso de desgaste de un tribómetro pin-disco: Flash temperature y mecanismos de disipación

Abstract

Resumen-El desgaste de un material en una superficie de trabajo tiene profundas consecuencias económicas relacionadas con inactividad de maquinaria y pérdida de producción. El desgaste deslizante ha sido un problema altamente estudiado desde diferentes enfoques con el fin de predecir la tasa de desgaste de uno o de ambos metales participantes en el par tribológico. En este artí-culo se desarrolla un modelo semifísico de base fenome-nológica de pares deslizantes con fines de predecir la tasa de desgaste. La metodología utilizada brinda como estructura del modelo matemático diferentes ecuacio-nes de balance que describen los fenómenos vinculados directamente con la pérdida de material, como lo son elevados cambios térmicos y el aumento de la entropía del sistema deslizante (primer y segunda principio de la termodinámica). Con el modelo desarrollado se logra predecir la tasa y el volumen de desgaste, además de la energía generada y disipada en el par deslizante. Palabras clave-Desgaste, degradación termodinámi-ca, modelado, tribología. Abstract-The wear from a work surface has profound economic consequences related to downtime and loss of production machinery. Sliding wear problem has been highly studied from different approaches in order to predict the wear rate of one or both metals from tribologi-cal pair. This paper develops a phenomenological based semiphysical model to sliding pairs for wear rate prediction. The methodology employed provides for mathematical model structure as balance equations that describe different phenomena linked to the loss of material, such as high thermal dynamic and increased the entropy from sliding system (first and second law of thermodynam-ics). Model simulation shows that obtained model can predict the wear rate, the generation and disipation energy into sliding pair. El uso intensivo de modelos en la ingeniería moderna es más que evidente. Los avances en la capacidad de computación han catapultado el desarrollo de modelos cada vez más detallados y precisos, que luego se utilizan en diseño, optimi-zación, control y diagnóstico de fallas, entre otras tareas. Entre las tres grandes familias de modelos (fenomenológicos, empíricos y semifísicos), la facilidad de obtención de los modelos empíricos ocultó posibilidades importantes de las otras dos familias de modelos. De otro lado, el requisito del conocimiento detallado de todos los fenómenos, ha hecho que los modelos fenomenológicos sean escasos en ingeniería. La tercera familia (modelos semifísicos), solo empezó a demostrar sus verda-deras utilidades hasta que la potencia de cóm-puto alcanzó capacidad suficiente para resolver numéricamente sistemas de varias ecuaciones diferenciales y algebraicas simultáneamente. En el modelado del proceso de desgaste ocu-rre una situación similar, existe una gran abun-dancia de modelos empíricos reportados en la li-teratura, de los cuales en la mayoría las variables involucradas para predecir la tasa de desgaste Modelamiento del proceso de desgaste de un tribómetro pin-disco: Flash temperature y mecanismos de disipación