Tribological investigation of the structural degradation of lubricating greases from an energy point of view

El estudio de las grasas lubricantes abarca diversos aspectos importantes para comprender su comportamiento y rendimiento. Las grasas lubricantes, entendida como un lubricante con comportamiento viscoelástico, están sujetas a una degradación estructural inducida por la acción de la cizalla durante e...

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Detalhes bibliográficos
Autor: Ahme, Leif
Formato: tesis doctoral
Fecha de publicación:2024
País:España
Recursos:Universidad de Huelva (UHU)
Repositorio:Arias Montano. Repositorio Institucional de la Universidad de Huelva
Idioma:inglés
OAI Identifier:oai:ariasmontano.uhu.es:10272/25069
Acesso em linha:https://hdl.handle.net/10272/25069
Access Level:acceso abierto
Palavra-chave:Grasa lubricante
Degradación estructural
Temperatura interna
Energía disipada
Microscopía
Lubricating grease
Shear-induced structural degradation
Internal temperature
Dissipated energy
Microscopy
3303 Ingeniería y Tecnología Químicas
3303.99 Otras
3313 Tecnología E Ingeniería Mecánicas
3313.99 Otras
3321 Tecnología del Carbón y del Petróleo
3321.06 Aceite y Grasa Lubricantes
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description El estudio de las grasas lubricantes abarca diversos aspectos importantes para comprender su comportamiento y rendimiento. Las grasas lubricantes, entendida como un lubricante con comportamiento viscoelástico, están sujetas a una degradación estructural inducida por la acción de la cizalla durante el proceso de fricción. En esta tesis dicha degradación estructural de la grasa se ha denominado "grease wear" y el trabajo de investigación desarrollado se centra en los mecanismos poco conocidos que subyacen a este fenómeno. El objetivo de este trabajo de investigación es lograr una diferenciación cuantificable de dicha degradación estructural con el fin de investigar, modelar y describir analíticamente estos mecanismos. Se ha investigado un conjunto de grasas modelos, con formulaciones amigables con el medioambiente o tradicionales (grasas de litio, calcio y poliurea) con diferentes aceites base y viscosidades. Un elemento esencial de esta investigación, desde el punto de vista de la Tribología, es el estudio energético del proceso de fricción, que es particularmente relevante cuando se lubrica con grasas lubricantes. Así, parte de este trabajo trata de la energía disipada durante el proceso de fricción debida a la reorganización de la estructura 3-D del espesante en el seno de un aceite base inducida por la cizalla. En este contexto, se ha definido un parámetro que trata de cuantificar la degradación estructural inducida por la cizalla (Rtee). Este parámetro proporcionó información decisiva sobre el deterioro estructural de las grasas lubricantes debido a la cizalla. Tal que, cuanto mayor era el valor de Rtee, menor fue la degradación estructural de la grasa lubricante sometida a esfuerzos cortantes. En consecuencia, las grasas con un mayor contenido de espesante mostraron valores más bajos de Rtee, lo que indica una mayor degradación estructural en la grasa lubricante sometida a tales esfuerzos. Desde un punto de vista reológico, dicha degradación estructural inducida por la cizalla se ha analizado mediante ensayos en un reómetro rotacional, teniendo en cuenta la influencia del tipo y contenido de espesante, así como la naturaleza (tipo y viscosidad) del aceite base. Se han realizado medidas con equipos de microscopía para observar directamente las degradaciones de la estructura de las once grasas lubricantes causada por el proceso de fricción interna. Todas las grasas se analizaron en condiciones de reposo y tras ser sometida a la acción de la cizalla, mediante diversas técnicas de microscopía, de luz transmitida, de barrido electrónico (SEM) y de fuerza atómica (AFM). Las imágenes obtenidas revelaron diferencias significativas en la estructura de las grasas debidas a la energía de fricción inducida por la cizalla en comparación con las muestras en reposo. Además, se observó que el tipo de espesante influía significativamente en la energía de fricción interna. Las grasas de litio y calcio mostraron disipación de energía mecánica durante la cizalla menor que la grasas de poliurea o las grasas biodegradables. Estas diferencias se debían principalmente a la distribución de aglomerados de partículas de espesante, cuyo tamaño dependía tanto del contenido de espesante como de la viscosidad del aceite base. En la última parte de este trabajo, se analizan los cambios de temperatura en el seno de las grasas lubricantes estudiadas debidos al proceso de la fricción interna inducido por la cizalla. Se ha tenido especial precaución en controlar las condiciones ambientales, para que éstas no interfieran en las medidas de temperaturas. Se ha usado hasta dos configuraciones distintas para medir in-situ la temperatura del interior de la grasa durante su cizallamiento: una célula de medición reométrica convencional y una célula de medición de temperatura de nuevo desarrollo (Calidus). Los cambios de temperatura observado se han relacionado con los componentes de las grasas lubricantes estudiadas y el parámetro de degradación estructural definido en esta tesis. En particular, las grasas formuladas con jabones de litio y calcio han mostrado perfiles de temperatura interna más acusados, con caídas drásticas de la temperatura con el tiempo, lo que indica una importante degradación estructural inducida por la cizalla. Por el contrario, una grasa formulada con un aceite de baja viscosidad mostraba el menor aumento de temperatura interna, así como las menores variaciones durante su cizallamiento. Dentro del grupo de grasas amigables con el medioambiente, la grasa B3 ha mostrado los cambios de temperatura más bajos. En resumen, este trabajo de tesis contribuye a una comprensión global del comportamiento de fricción de las grasas lubricantes, tanto con formulaciones biodegradables como tradicionales, abarcando aspectos como la degradación estructural inducida por la acción de la cizalla durante el proceso de fricción, la disipación energética debida esta degradación estructural, y los cambios de temperatura dependientes de la fricción interna. Con el propósito de tratar de poner en valor las formulaciones de grasas lubricantes a partir de recursos sostenibles, no tóxicos y biodegradables.
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En esta tesis dicha degradación estructural de la grasa se ha denominado "grease wear" y el trabajo de investigación desarrollado se centra en los mecanismos poco conocidos que subyacen a este fenómeno. El objetivo de este trabajo de investigación es lograr una diferenciación cuantificable de dicha degradación estructural con el fin de investigar, modelar y describir analíticamente estos mecanismos. Se ha investigado un conjunto de grasas modelos, con formulaciones amigables con el medioambiente o tradicionales (grasas de litio, calcio y poliurea) con diferentes aceites base y viscosidades. Un elemento esencial de esta investigación, desde el punto de vista de la Tribología, es el estudio energético del proceso de fricción, que es particularmente relevante cuando se lubrica con grasas lubricantes. Así, parte de este trabajo trata de la energía disipada durante el proceso de fricción debida a la reorganización de la estructura 3-D del espesante en el seno de un aceite base inducida por la cizalla. En este contexto, se ha definido un parámetro que trata de cuantificar la degradación estructural inducida por la cizalla (Rtee). Este parámetro proporcionó información decisiva sobre el deterioro estructural de las grasas lubricantes debido a la cizalla. Tal que, cuanto mayor era el valor de Rtee, menor fue la degradación estructural de la grasa lubricante sometida a esfuerzos cortantes. En consecuencia, las grasas con un mayor contenido de espesante mostraron valores más bajos de Rtee, lo que indica una mayor degradación estructural en la grasa lubricante sometida a tales esfuerzos. 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En resumen, este trabajo de tesis contribuye a una comprensión global del comportamiento de fricción de las grasas lubricantes, tanto con formulaciones biodegradables como tradicionales, abarcando aspectos como la degradación estructural inducida por la acción de la cizalla durante el proceso de fricción, la disipación energética debida esta degradación estructural, y los cambios de temperatura dependientes de la fricción interna. Con el propósito de tratar de poner en valor las formulaciones de grasas lubricantes a partir de recursos sostenibles, no tóxicos y biodegradables.Universidad de HuelvaDelgado Canto, Miguel ÁngelKuhn, Erik20242024-01-0120242024-01-01doctoral thesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06info:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/10272/25069reponame:Arias Montano. 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