Actualmente los cojinetes o rodamientos (baleros) de máquinas y equipos en todo el mundo requieren lubricarse para evitar el desgaste provocado por fricción metal-metal. Para ello existen varios tipos de  lubricantes, pero los que se utilizan más ampliamente son los que están fabricados a base de aceites minerales. Desafortunadamente, por su naturaleza, grandes cantidades de estos lubricantes terminan contaminando el medio ambiente. Solamente en Alemania se utilizan aproximadamente un millón de toneladas de lubricante cada año. La fabricación, aplicación y eliminación del aceite resulta una seria carga para el medio ambiente. ¿Qué se puede hacer?.

En relación a este tema, un colega, ingeniero químico, nos envía un comunicado de prensa emitido el primero de julio en el boletín digital Fraunhofer-Gesellschaft, escrito por Katharina Hien , en donde se informa que investigadores/ingenieros del Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials (IWM) liderados por el Dr. Tobias Amann, han desarrollado un método que en el futuro permitirá lubricar cojinetes deslizantes con agua, un enfoque realmente respetuoso con el medio ambiente. Este avance tecnológico es en realidad un doble éxito ya que primeramente la lubricación lograda es mucho mejor, debido a que el agua no es tan viscosa como el aceite. Y  en segundo lugar, se evita la corrosión, una de las principales razones por las que hasta ahora no se había utilizado este elemento como lubricante.

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 cojinete, una capa de aluminio y una capa de metal sinterizado que rodea el eje mismo. El truco es que la capa interior sinterizada es 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, ya 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 el voltaje eléctrico que surge entre el aluminio en el cojinete deslizante y la plancha en el eje para convertir el agua en un lubricante. "Mezclamos lo que se llama 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 manera que sus extremos apuntan hacia arriba, hacia el eje giratorio. Esto forma una especie de capa protectora generada galvánicamente sobre la cual el eje puede deslizarse.

El equipo de investigación ya ha demostrado la viabilidad del proceso. Amann y su equipo actualmente están buscando socios en la industria con los que 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 de líquidos iónicos que inhiban la evaporación".

Motores eléctricos más eficientes
En dos proyectos, los expertos de Fraunhofer IWM junto con sus colegas de la Universidad de Friburgo, ambos financiados públicamente por el Ministry of Economic Affairs, Labour and Housing de Baden-Württemberg, han realizado desarrollos que incluso van más allá del  funcionamiento electroquímico interno.

También diseñaron un nuevo dispositivo de medición, denominado tribómetro in situ, capaz de controlar el desgaste metálico y los valores de fricción directamente en el cojinete deslizante durante la operación.

Hasta ahora sólo ha sido posible medir el desgaste de un rodamiento desmontándolo antes de evaluar y medir las superficies. Esto requiere mucho tiempo: "Nuestro nuevo tribómetro ahora permite medir el desgaste in situ, no sólo facilitando el desarrollo de lubricantes a base de agua factibles, sino también monitoreando continuamente los rodamientos", señala Amann.

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

El lubricante de agua en cojinetes deslizantes acoplados galvánicamente desarrollado por Fraunhofer IWM es una nueva aplicación de un principio conocido desde hace mucho tiempo: la protección activa contra la corrosión catódica, que funciona sin electricidad adicional.

Este truco previene el óxido y la corrosión de los metales que entran en contacto con el agua.

Lo que se conoce como un ánodo de sacrificio, un metal menos precioso, se inserta en el ambiente acuoso. Este ánodo se disuelve lentamente, emitiendo iones en el líquido en el proceso y creando un pequeño flujo de electrones hacia el metal a proteger, que funciona como un cátodo. Luego se desarrolla una capa protectora con carga negativa en la superficie del metal, que evita la oxidación y la corrosión. Esto se debe a que los cationes cargados positivamente del líquido iónico o lubricante de agua se acumulan en esta superficie cargada negativamente.

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

Fuente:

https://www.fraunhofer.de/en/press/research-news/2019/july/sliding-along-on-water.html