Biolubricantes inteligentes con capacidad electrorreológica a partir de aceites vegetales nanopartículas
Los lubricantes son sustancias que reducen la fricción y el desgaste de las piezas móviles en contacto, esenciales para la maquinaria industrial y otras aplicaciones. La investigación actual se centra en la búsqueda de nuevas soluciones lubricantes más sostenibles y respetuosas con el medio ambiente...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2025 |
| País: | España |
| Institución: | Universidad de Huelva (UHU) |
| Repositorio: | Arias Montano. Repositorio Institucional de la Universidad de Huelva |
| Idioma: | español |
| OAI Identifier: | oai:ariasmontano.uhu.es:10272/27279 |
| Acceso en línea: | https://hdl.handle.net/10272/27279 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Electrorreología Nanocelulosas Nanoarcillas Tribología Biolubricantes Electrorheology Nanocelluloses Nanoclays Tribology Biolubricants 33 Ciencias Tecnológicas 3303 Ingeniería y Tecnología Químicas 3321.06 Aceite y Grasa Lubricantes 2211.30 Tribología 2205.05 Fricción |
| Sumario: | Los lubricantes son sustancias que reducen la fricción y el desgaste de las piezas móviles en contacto, esenciales para la maquinaria industrial y otras aplicaciones. La investigación actual se centra en la búsqueda de nuevas soluciones lubricantes más sostenibles y respetuosas con el medio ambiente. Una de las soluciones de vanguardia es el empleo de los llamados “lubricantes inteligentes”, que son capaces de controlar activamente la fricción. En este sentido, los lubricantes basados en el efecto electrorreológico (ER) pueden adaptarse a las condiciones de operación, permitiendo un control activo del proceso de lubricación. El comportamiento reológico (viscosidad y módulos viscoelásticos) de estos fluidos varía al aplicar un estímulo eléctrico. Así pues, esta Tesis Doctoral propone el empleo de biolubricantes inteligentes, basados en el efecto ER mediante el uso de nanopartículas polarizables naturales y aceites vegetales, en pos de una lubricación activa y, a la vez, sostenible. Para ello, inicialmente, se ha explorado la capacidad de polarización de nanoarcillas (Cloisite 15A y Pangel B20) y nanocelulosas cristalina (CNC) y fibrilada (CNF), mostrando todas ellas una buena capacidad de polarización. Posteriormente, se evaluó su comportamiento reológico y tribológico en ausencia y en presencia de campo eléctrico. En ausencia de campo eléctrico, las dispersiones de Pangel B20 mostraron un fuerte carácter pseudoplástico, mientras que Cloisite 15A sólo mostró un comportamiento diferente al newtoniano a concentraciones mayores al 1.3 % en peso. También se demostró que ambas nanoarcillas tenían propiedades de reducción de la fricción y el desgaste, así como de soporte de carga, sobre todo en el caso de Pangel B20. Por otro lado, las dispersiones de nanocelulosas mostraron un comportamiento newtoniano, así como propiedades antifricción, antidesgaste y de soporte de carga. En presencia de un campo eléctrico de hasta 4 kV/mm, se analizó el comportamiento electrorreológico de estas dispersiones. Las de nanoarcillas mostraron un comportamiento pseudoplástico, siguiendo un modelo de Bingham, con la existencia de un esfuerzo umbral, que creció hasta en tres órdenes de magnitud para dispersiones de Cloisite 15A y de sólo uno para dispersiones de Pangel B20. Al analizar el efecto ER de las dispersiones de nanocelulosas, también se observó un aumento del esfuerzo umbral de hasta tres órdenes de magnitud, así como la existencia de un valor crítico del campo eléctrico a partir del cual la dependencia del esfuerzo umbral con éste resultó menos acusada. Estas dispersiones se ajustaron bien al modelo de Cho-Choi-John y se ha modelizado la estructura formada por las partículas en función de la concentración, la velocidad de cizalla y el campo eléctrico aplicado. En concreto, estas partículas se alinearon formando cadenas simples cuando la concentración fue baja, llegando a formar redes entrelazadas a concentraciones del 4 % en peso. También se analizó el comportamiento tribológico de estas dispersiones en presencia de campo eléctrico. Éste se evaluó mediante el empleo, por una parte, de un contacto de tipo bola sobre tres placas y, por otra parte, de un inédito rodamiento de bolas axial, modificado para la aplicación de campos eléctricos. Se demostró que estas dispersiones, tanto de nanoarcillas como de nanocelulosas, respondían con una modificación del coeficiente de fricción a demanda, en función del campo eléctrico aplicado y la concentración de nanopartícula. Además, se observaron otros efectos positivos, como evitar la eyección de lubricante fuera de la zona de contacto del rodamiento, por la acción de la fuerza centrífuga, así como una reducción del desgaste. De forma transversal, la incorporación de nanopartículas polarizables a aceites de fritura usados, valorizándolos para formar lubricantes ER sostenibles, también permitió un control electroactivo del comportamiento reológico, así como la modificación activa del coeficiente de fricción. ----------------------------------------------------------------------------------------- |
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