Eduardo cesarProtección contra desgaste en piezas industrialesEduardo cesar
Una delgadísima película de un material nanoestructurado elaborado a base de carbono amorfo, conocido como carbono diamante, tuvo un buen desempeño en lo que hace a reducir el rozamiento y el desgaste de piezas industriales, en este caso, anillos de material cerámico. La simple aplicación de esta película, de algunos micrones de espesor, unidad equivalente a la milésima parte de un milímetro, desarrollado en la Coordinación de Programas de Posgrado en Ingeniería (Coppe) de la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ), produjo desgaste nulo después de 419 horas en funcionamiento. Este experimento se realizó con un anillo funcionando contra el otro en un banco de ensayos, y ambos fueron sometidos a movimientos de entre mil y dos mil revoluciones por minuto (RPM), equivalentes al trayecto de 4.300 kilómetros si los anillos rodasen en una carretera. Medimos el coeficiente de rozamiento y obtuvimos un valor menor que 0,001, considerado extremadamente bajo, y desgaste virtualmente nulo, de forma análoga a lo que sucede en los sistemas cuando se utiliza lubricación con aceite, dice el profesor Sérgio de Souza Camargo Júnior, del Programa de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales de la UFRJ.
Con este experimento y otros similares realizados en varios laboratorios en el mundo con carbono amorfo (que no posee estructura química cristalina), también conocido por el nombre de Diamond-like Carbon (DLC), es posible pensar, en un futuro cercano, en la existencia de máquinas y aparatos industriales, e incuso motores de vehículos, que funcionen sin aceite lubricante, siempre y cuando las partes internas estén recubiertas con películas que eviten el desgaste de las piezas de material cerámico, metálicas o incluso de goma. El DLC ya se usa en la industria para dotar de resistencia a instrumental médico y odontológico y lentes oftálmicas, y hasta a los discos rígidos de las computadoras.
La disminución del rozamiento en las piezas de máquinas y motores hace disminuir a su vez la pérdida de energía y mejora la eficiencia de todo el sistema. Es uno de los principales objetivos de la tribología, ciencia que estudia los fenómenos del rozamiento, el desgaste y la lubricación en varios tipos de materiales. Otro factor importante que puede llevar también a la adopción en la industria de la película nanoestructurada es la ostensible disminución del ruido como resultado de la reducción del rozamiento. Asimismo, existe también el problema del descarte del aceite una vez usado, que puede transformarse en un problema ambiental, dice Camargo.
El experimento contó con dos anillos de nitruro de silicio (Si3N4), producidos por investigadores de la Universidad de Aveiro, Portugal, bajo la coordinación de Rui Silva y la colaboración de investigadores del Instituto Superior de Ingeniería de Coimbra y de la Universidad de Minho. La película fue desarrollada y aplicada en la UFRJ y las piezas recubiertas se enviaron a Portugal para realizar los ensayos tribológicos. Estas películas fueron producidas en condiciones especiales que no pueden describirse pormenorizadamente. Es nuestra receta de la torta y no la podemos revelar, comenta Camargo, quien aún no ha definido si registrará una patente de la película.
La prueba de la balanza – Los anillos empleados poseen alrededor de 4 centímetros de diámetro y 7 milímetros de espesor cada uno, y son idénticos a los usados en los sistemas de sellado de fluidos como las bombas de agua, en sistemas de refrigeración y en diversas otras aplicaciones. Camargo comenta que otros autores obtuvieron resultados similares en condiciones sumamente especiales, como por ejemplo en atmósfera inerte o incluso en vacío. En nuestro caso, obtuvimos desgaste nulo en condiciones reales de operación. Para evaluar el desgaste de las piezas después del ensayo, los investigadores pesaron ambos anillos en balanzas de precisión en microgramos (10-6), antes y después del experimento. Como las piezas clavaron exactamente la misma masa, se arribó a la conclusión de que no hubo desgaste.
Las posibles aplicaciones comerciales de la película desarrollada son variadas y abarcan inicialmente a las bombas de agua y a aparatos industriales, tales como compresores. Es un material sumamente versátil que puede emplearse en varios tipos de aplicaciones, dice Camargo. Estamos en contacto con una empresa para una posible transferencia de tecnología, que fabrica y utiliza anillos de sellado. Ese contacto surgió en una conferencia que dicté sobre el tema en el Nanotec [el Congreso Internacional de Nanotecnología realizado en São Paulo en noviembre de 2008], pues la empresa contaba con un representante en el auditorio.
Mientras las negociaciones con la empresa, de la cual no puede revelar su nombre, avanzan hacia posibles ensayos de factibilidad del producto, los investigadores de la UFRJ trabajan en el desarrollo de recubrimientos similares para materiales metálicos. Si los resultados fueran positivos, se abrirían nuevas fronteras en la ingeniería de materiales.
Artículo científico
Vila, M. et al. Ultra-high performance of DLC-coated Si3N4 rings for mechanical seals. Wear. v. 265, p. 940-944, ene. 2008.
