Los investigadores han descubierto un mecanismo de formación de burbujas de cavitación hasta ahora desconocido mediante un cálculo modelo. En el Avances científicos diario, describen cómo las superficies repelentes y atrayentes de aceite influyen en el flujo de aceite que pasa. Dependiendo de la viscosidad del aceite, se forma una burbuja de vapor en el área de transición. Esta llamada cavitación puede dañar el material de, por ejemplo, las hélices del barco.o bombas. Sin embargo, también puede tener un efecto positivo, ya que puede mantener los componentes a cierta distancia y, por lo tanto, evitar daños.
Los investigadores de materiales y fricción querían saber qué influencia tienen las superficies químicamente diferentes en el comportamiento del flujo de un lubricante. En particular, estaban interesados en el comportamiento del flujo en espacios de lubricación de tamaño nanométrico, un caso crítico cercano a la fricción límite, es decir, poco anteslas superficies están en contacto directo. Para este propósito, generaron un modelo matemático, en el cual variaron la viscosidad del lubricante y las propiedades superficiales de las paredes ". Nos sorprendió mucho encontrar cavitación en el área de transición de las superficies, es decir, enel límite entre atraer y repeler el aceite ", informaron el Dr. Lars Pastewka y el profesor Peter Gumbsch del Instituto del Instituto de Materiales Aplicados de KIT.
La cavitación es un fenómeno físico conocido y temido debido a su fuerza destructiva. "Los modelos de cavitación existentes asumen una cierta geometría que causa cavitación, como una constricción en una bomba o una hélice de un barco que produce altos caudales", explica Pastewka. Aquí,Se aplica la ley física de Bernoulli, según la cual la presión estática de un fluido disminuye al aumentar el caudal. Si la presión estática cae por debajo de la presión de evaporación del fluido, se forman burbujas de vapor. Si la presión aumenta nuevamente, por ejemplo, si el caudal disminuye después de haberpasó una constricción en una bomba, el vapor en las burbujas se condensa repentinamente e implosionan. Los picos extremos de presión y temperatura resultantes producen cráteres de cavitación típicos y una erosión significativa incluso del acero endurecido.
"Esta implosión repentina de las burbujas de vapor, sin embargo, no ocurre en la mayoría de los tribosistemas lubricados", dice el Dr. Daniele Savio, quien mientras tanto comenzó a trabajar en el Instituto Fraunhofer para Mecánica de Materiales en Friburgo ". Como la brecha de fluidos entredos superficies de contacto generalmente son muy estrechas, las burbujas de cavitación no pueden crecer y, por lo tanto, permanecen estables. La burbuja de cavitación no tiene ningún efecto destructivo e incluso sirve como un amortiguador que reduce el desgaste y la fricción de las superficies. Por lo tanto, es importante generar estoefecto positivo de manera controlada ", agrega.
El modelo de simulación de Savio y sus colegas confirma que las superficies químicamente alternativas pueden conducir a burbujas de cavitación. Su publicación en Science Advances comienza con la pregunta de si la cavitación es la regla o una excepción en situaciones en las que un lubricante fluye entre dos superficies ".Por lo general, las superficies en los motores o sistemas de cilindros nunca son homogéneas, es decir, solo atraen o repelen el aceite ", señala Savio." El efecto calculado por nosotros puede, por lo tanto, encontrarse siempre que existan propiedades de superficie vecinas alternas en motores y bombas lubricados ".
Hasta ahora, la cavitación se ha considerado un efecto geométrico resultante de las fuerzas de corte, la velocidad de flujo y las diferencias de presión exclusivamente. "Es un hallazgo completamente nuevo que la cavitación también puede ocurrir en áreas de transición de propiedades de superficie alterna", enfatiza Pastewka.Los investigadores están convencidos de que el ajuste específico de la química de la superficie puede mejorar considerablemente la interacción entre la superficie y el lubricante. En las simulaciones del modelo, se observó una separación de la superficie mejorada en un 10%.
"Una distancia aumentada en un 10% significa que se pueden aumentar las fuerzas normales y la capacidad de carga de los cojinetes lisos", agrega Savio. En cualquier caso, la química de la superficie debe ser reevaluada como un elemento de diseño en ingeniería mecánica, los científicosde acuerdo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Karlsruhe . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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