Los cojinetes de la máquina generalmente se lubrican con varios aceites. Pero en la actualidad, grandes cantidades de estos aceites todavía terminan en el medio ambiente. El Instituto Fraunhofer de Mecánica de Materiales IWM ha desarrollado un método que en el futuro permitirá lubricar los cojinetes deslizantes con agua. un enfoque mucho más respetuoso con el medio ambiente.

Los cojinetes generalmente se lubrican con lubricantes a base de aceite mineral, Previniendo el desgaste del rodamiento por contacto metal con metal. En Alemania, aproximadamente un millón de toneladas de lubricante se utilizan cada año. La fabrica, La aplicación y eliminación de aceite es una carga para el medio ambiente.

La introducción de lubricantes a base de agua beneficiaría enormemente la protección del medio ambiente. Pero hasta ahora el hecho de que las piezas metálicas se corroan cuando entran en contacto con el agua ha sido un gran obstáculo. Un grupo de trabajo de Fraunhofer IWM en Friburgo ha logrado usar aditivos para cambiar el agua de tal manera que podría usarse como lubricante en algún momento en el futuro. Esto significó un doble éxito para el Dr. Tobias Amann y sus colegas en Fraunhofer IWM:primero, la lubricación conseguida es mucho mejor, ya que el agua no es tan viscosa como el aceite. Segundo, se evita la corrosión.

Los investigadores desarrollaron los detalles de su proceso utilizando un cojinete deslizante, un cojinete que se asemeja a un anillo que rodea un eje de acero giratorio. El anillo está formado por varias capas estructuradas desde el exterior hacia el interior de la siguiente manera:un manguito que rodea el rodamiento, una capa de aluminio y una capa de metal sinterizado que rodea el propio eje. El truco es que la capa interior sinterizada está atravesada por un pequeño canal que permite que el agua fluya entre el eje giratorio y la capa exterior de aluminio. Esta conexión directa es decisiva en el proceso electroquímico, basado en el hecho de que surge una tensión eléctrica entre un metal base como el aluminio y un metal más precioso como el hierro, incluso sin tener que aplicar ningún tipo de campo eléctrico externo.

Convertir el agua en lubricante

Los investigadores utilizan este voltaje eléctrico que surge entre el aluminio en el cojinete deslizante y el hierro en el eje para convertir el agua en un lubricante. "Mezclamos lo que se llaman líquidos iónicos en el agua, "explica el Dr. Tobias Amann." Los líquidos iónicos son sales fluidas que contienen aniones y cationes. "Estos iones se reorganizan en el campo eléctrico y luego se acumulan en el lado interior del anillo de metal sinterizado de tal manera que sus extremos apuntan hacia arriba, hacia el eje giratorio. Esto forma una especie de capa protectora generada galvánicamente sobre la que puede deslizarse el eje.

El equipo de investigación ya ha demostrado la viabilidad del proceso. Amann y su equipo están buscando socios en la industria con quienes planean optimizar aún más los líquidos iónicos. "Un desafío es que el movimiento del eje genera calor que hace que el agua se evapore, ", dice el científico." Ahora estamos buscando mezclas líquidas iónicas que inhiban la evaporación ".

Motores eléctricos más eficientes

La mezcla de iones y agua es mejor para el medio ambiente que el aceite, y también ayuda a que los cojinetes deslizantes sean aún más eficientes. Amann continúa, "El eje se desliza mejor cuando está mojado con agua. Esto reduce el consumo de energía en comparación con las operaciones que utilizan aceite considerablemente más viscoso". Además, Se evita la corrosión. Normalmente, el oxígeno del agua reacciona con aceros que contienen hierro, finalmente resultando en óxido. El campo eléctrico evita que esto suceda.

En dos proyectos junto con sus colegas de la Universidad de Friburgo, ambos financiados con fondos públicos por el Ministerio de Economía de Baden-Württemberg, Trabajo y Vivienda, los expertos de Fraunhofer IWM desarrollaron incluso más que el cojinete deslizante con su funcionamiento interno electroquímico. También diseñaron un nuevo dispositivo de medición, denominado tribómetro in situ, capaz de monitorear el desgaste metálico y los valores de fricción directamente en el cojinete deslizante durante el funcionamiento. Hasta ahora, solo era posible medir el desgaste de un rodamiento desmontando el rodamiento antes de evaluar y medir las superficies. Esto requiere mucho tiempo:"Nuestro nuevo tribómetro ahora permite medir el desgaste in situ, no solo facilita el desarrollo de lubricantes viables a base de agua, sino también para monitorear continuamente los rodamientos, ", Señala Amann.

Nueva aplicación de un principio familiar en la protección contra la corrosión catódica

El lubricante de agua en cojinetes de deslizamiento acoplados galvánicamente desarrollado por Fraunhofer IWM es una nueva aplicación de un principio conocido desde hace mucho tiempo:protección contra la corrosión catódica activa, que funciona sin electricidad adicional. Este truco evita la oxidación y la corrosión de los metales que entran en contacto con el agua. Lo que se conoce como ánodo de sacrificio, un metal menos precioso, se inserta en el medio acuoso. Este ánodo se disuelve lentamente, emitir iones en el líquido en el proceso y crear un pequeño flujo de electrones hacia el metal a proteger, funcionando como un cátodo. Luego se desarrolla una capa protectora cargada negativamente en la superficie del metal, previniendo la oxidación y la tribocorrosión. Esto se debe a que los cationes cargados positivamente del líquido iónico o del lubricante de agua se acumulan en esta superficie cargada negativamente.

Luego se desarrolla una capa protectora cargada negativamente en la superficie del metal, previniendo la oxidación y la tribocorrosión. Esto se debe a que los cationes cargados positivamente del líquido iónico o del lubricante de agua se acumulan en esta superficie cargada negativamente.