Mecanismos de desgaste de materiales: abrasión, impacto y cavitación

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Resumen

El texto explica el desgaste de materiales y sus principales causas mecánicas, químicas y térmicas, como la abrasión, el impacto, la oxidación y la cavitación. Describe cómo influyen factores como la dureza, el límite elástico y la estructura del material en su resistencia al desgaste. También recoge ejemplos de aplicación en componentes industriales como dientes de pala o álabes de turbinas.

Puntos clave

  • El desgaste de una pieza puede producirse con o sin pérdida de material, por acción mecánica, química o térmica.
  • La abrasión es la acción de una partícula dura sobre una superficie, con formación de viruta, y está ligada a la presión y al movimiento.
  • El desgaste por impacto depende de la cadencia y velocidad de los choques, del peso de la pieza y del límite elástico del material.
  • Los materiales que resisten una abrasión fuerte deben tener dureza elevada, estructura de grano fino y ser mecanizables.
  • La oxidación es una reacción química en la que un átomo, ión o molécula cede electrones, y se acentúa con humedad, CO2 y anhídrido sulfuroso.
  • La cavitación es la explosión, sobre paredes metálicas, de burbujas suspendidas en un líquido; afecta a álabes de turbinas, ventiladores y rotores de bombas.

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Definición y Factores del Desgaste de Materiales

El desgaste de una pieza se produce con o sin pérdida de material, debido a la acción de factores mecánicos, químicos o térmicos.

Factores Principales del Desgaste

  • Abrasión
  • Impacto
  • Rozamiento (Fricción)
  • Oxidación por calor
  • Cavitación
  • Corrosión

Tipos Específicos de Desgaste

Abrasión: Definición y Características

La abrasión es la acción de una partícula dura, bajo la influencia de una fuerza, sobre una superficie.

Características de la Abrasión

Se caracteriza por el levantamiento de viruta a lo largo de la zona de desgaste, la cual se acumula en el extremo de la misma. Este proceso está directamente relacionado con la presión y el movimiento.

Erosión

El desgaste por erosión se produce bajo la acción de fuerzas abrasivas débiles originadas por partículas, normalmente suspendidas en un líquido o gas.

Desgaste por Impacto

El desgaste por impacto se refiere a los efectos de la acción local, ya sea por choque o por elevada compresión, de una masa dura sobre una superficie.

Factores Determinantes del Desgaste por Impacto

El nivel de desgaste por impacto dependerá de varios factores:

  • La cadencia de los choques.
  • La velocidad de los mismos.
  • El peso de la pieza.
  • El límite elástico del material.

Propiedades de los Materiales y Resistencia al Desgaste

Límite Elástico

El límite elástico se relaciona con la buena tenacidad y la capacidad de un material para absorber esfuerzos mecánicos importantes (como la compresión y la deformación) sin sufrir deformación permanente.

Características de Materiales Sometidos a Abrasión Fuerte

Los materiales que deben resistir una abrasión fuerte deben poseer:

  1. Dureza elevada.
  2. Estructura de grano fino.
  3. Ser mecanizables.

Ejemplo de Aplicación: Desgaste en Dientes de Pala

Un diente de pala está sometido a abrasión media. En este caso, la intensidad de la fuerza abrasiva es mayor, lo que incrementa significativamente el desgaste producido por las partículas.

Fenómenos Químicos y Físicos Asociados

Oxidación

La oxidación es una reacción química a partir de la cual un átomo, ión o molécula cede electrones. Se observa la presencia de escamas en el material que se desprenden de la superficie. Este proceso se verá acentuado por la presencia de humedad, dióxido de carbono (anhídrido carbónico) y anhídrido sulfuroso.

Presión de Vapor

La presión de vapor ocurre cuando un líquido alcanza su punto de ebullición a través de la primera burbuja que indica el paso de líquido a gaseoso.

Cavitación

La cavitación es la acción que produce la explosión, sobre la superficie de paredes metálicas, de burbujas suspendidas en un líquido.

Componentes Típicos Afectados por Cavitación

  • Álabes de turbinas
  • Ventiladores
  • Rotores de bombas

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Preguntas frecuentes

¿Qué es la abrasión en el desgaste de materiales?

La abrasión es la acción de una partícula dura, bajo la influencia de una fuerza, sobre una superficie. Se caracteriza por el levantamiento de viruta a lo largo de la zona de desgaste.

¿Qué factores determinan el desgaste por impacto?

El nivel de desgaste por impacto depende de la cadencia de los choques, su velocidad, el peso de la pieza y el límite elástico del material.

¿Qué componentes suelen sufrir cavitación?

Los componentes típicos afectados por cavitación son los álabes de turbinas, los ventiladores y los rotores de bombas.

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Test

1. ¿Qué define la abrasión según el texto?
2. ¿Qué propiedades debe tener un material que resiste una abrasión fuerte?
3. ¿Cuál de estos factores NO aparece como determinante del desgaste por impacto?
4. ¿Qué sustancias acentúan el proceso de oxidación según el texto?
5. ¿Qué es la cavitación según el documento?
6. ¿Cuál de los siguientes es un componente típicamente afectado por cavitación?

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