RT Dissertation/Thesis
T1 An energetical approach to study the structural degradation of traditional and biogenic lubricating greases
A1 Acar, Nazli
A2 Universidad de Huelva. Departamento de Ingeniería Química, Química Física y Ciencias de los Materiales
AB En un contacto tribológico, los procesos de fricción conducen a efectos irreversibles asociados al desgaste, queson el resultado de un aporte de energía de fricción al un sistema tribológico. En general, se aplican diversostipos de lubricantes a los elementos mecánicos de cualquier maquinaria para reducir la fricción y el desgaste. Enlas últimas décadas, los daños medioambientales causados por los productos químicos y/o de uso final, como loslubricantes basados en aceites minerales refinados petroquímicamente, han impulsado la demanda decomponentes naturales en una gran variedad de productos manufacturados. En este sentido, algunas industriasde lubricantes han promovido el desarrollo de sus productos sustituyendo algunas materias primas no renovablespor recursos naturales, para evitar la contaminación ambiental directa e indirecta causada por sus productos.Con este propósito, primero, se han introducido en diversas aplicaciones industriales y de consumo los aceitesvegetales, en lugar de los aceites minerales, y después, las grasas lubricantes completamente biogénicas, que seobtienen utilizando aceites vegetales, así como sustituyendo los agentes espesantes tradicionalmente utilizadospor espesantes biogénicos. En este sentido, el objetivo de este trabajo es investigar la respuesta tribológica yreológica de nuevas grasas lubricantes completamente biogénicas, dos grasas lubricantes semi-biogénicas dereferencia y algunas muestras de grasas lubricantes tradicionales, haciendo hincapié en los aspectos energéticosde los procesos de fricción y desgaste.Con este objetivo, se utilizaron muestras de grasas lubricantes completamente biogénicas, formuladas condiferentes aceites naturales, por ejemplo, aceite de girasol de alto contenido en ácido oleico (HOSO), glicerol,aceite de ricino y una combinación de HOSO y aceite de ricino, así como diferentes agentes espesantesbiodegradables, por ejemplo, cera de abejas, sémola de mazorca de maíz, celulosa natural y lignina, que se hanestudiado tribológicamente en un nanotribómetro y en un tribómetro utilizando una combinación de materialesde bola de acero sobre disco de acero, y se han comparado con grasas tradicionales de 12-hidroxiestearato delitio/HOSO y de jabón de litio-calcio/éster sintético. De este modo, se ha obtenido una comprensión máscompleta de la influencia de la composición de estas grasas modelo en los procesos de fricción y desgaste en uncontacto tribológico. Además, utilizando el modelo energético de desgaste, los procesos de fricción y desgastepudieron interpretarse como una secuencia causa-efecto.Además, se realizaron ensayos en rodamientos para investigar el comportamiento tribológico de algunas grasasbiogénicas seleccionadas en un contacto real de maquinaria, evaluando su rendimiento de lubricación. Estosensayos de aplicación real permitieron cuantificar el par de fricción del rodamiento completo en diferentescondiciones de funcionamiento y el desgaste producido mediante procedimientos de análisis del lubricante, cómola ferrometría y ferrografía. Además, las diferentes grasas modelo se investigaron reológicamente mediante ensayos de flujo transitoriorotacional, a diferentes temperaturas, midiendo la evolución del esfuerzo con el tiempo a una velocidad de cizallaconstante, y caracterizando el fenómeno de la fricción interna mediante la cuantificación de la densidad deenergía. Además, se estudió la relación entre la energía de activación y la degradación estructural de algunasmuestras de grasas lubricantes tradicionales en diferentes situaciones de cizalla mediante ensayos de flujotransitorio rotacional y de barridos de amplitud en ensayos oscilatorios. Este trabajo experimental proporcionóinformación útil para una mejor comprensión del proceso de degradación estructural inducido por elcizallamiento en las grasas, lo que podría facilitar una mejora de la vida útil de las grasas lubricantes.En definitiva, se han investigado una serie de nuevas grasas lubricantes biogénicas, completamente basadas enmaterias primas renovables, dos grasas lubricantes semi-biogénicas de referencia y algunas muestras de grasaslubricantes tradicionales para comprender mejor los mecanismos de lubricación de las grasas en contactostribológicos. Todos los resultados se analizaron desde un punto de vista energético, que puede ayudar acatalogar estas grasas lubricantes biogénicas como alternativas reales a las grasas lubricantes convencionales.
AB In a tribological contact, the friction processes lead to irreversible effects associated with wear, which are theresult of frictional energy input to a tribological system. In general, various types of lubricants are applied tomachine elements in order to reduce friction and wear. In the last decades, environmental damages caused bychemicals and/or end-use products, such as lubricants based on petrochemically refined mineral oils, have driventhe demand of natural components in a wide variety of manufactured products. In this sense, some lubricantindustries have promoted the development of their products with the replacement of non-renewable rawmaterials by natural resources in order to avoid direct and indirect environmental pollution caused by theirproducts. With this purpose, first, vegetable oils instead of mineral oils, and then, completely biogenic lubricatinggreases, which are obtained using vegetable oils, as well as by substituting traditionally used thickener agentswith biogenic thickeners, have been introduced into a variety of industrial and consumer applications. In thissense, the target of this work is to investigate the tribological and rheological response of new completelybiogenic lubricating greases, two reference semi-biogenic lubricating greases, and some traditional lubricatinggrease samples, emphasizing the energetic aspects of the friction and wear processes.With this aim, completely biogenic lubricating grease samples, which were formulated with different biogenicoils, e.g., high-oleic sunflower oil (HOSO), glycerol, castor oil, and a combination of HOSO and castor oil, anddifferent biodegradable thickener agents, e.g., beeswax, corncob grits, natural cellulose, and lignin, have beentribologically examined with a nanotribometer and a tribometer using a material combination of a steel ball on asteel disc and compared with traditional lithium-12-hydroxystearate/HOSO and lithium-calcium soap/syntheticester greases. In this way, it was gained a deeper understanding of the influence of the composition of thesemodel greases on the friction and wear processes in a tribological contact. In addition, using the energy-basedwear model, the friction and wear processes could be interpreted as a cause-effect sequence. In addition, rolling bearing tests were performed to investigate the tribological behavior of some selectedbiogenic greases during real machine element contact and to assess their lubrication performance. These realapplication tests allowed for the quantification of the friction torque of the full bearing at different operatingconditions and the wear produced through lubricant analysis procedures, i.e., ferrometry and ferrography.Moreover, the model greases were rheologically investigated by means of rotational transient flowmeasurements at different temperatures to monitor the evolution of the shear stress with time at a constantshear rate, and to characterize the internal friction behavior by quantifying the energy density. Furthermore,correlations between the activation energy and structural degradation of some traditional lubricating greasesamples under different shear situations were studied by means of rotational transient flow and oscillationamplitude sweep tests. This experimental work provided useful information for a better understanding of theshear-induced structural degradation process in greases which can facilitate the improvement of the service lifeof lubricating greases.Overall, a number of new biogenic lubricating greases completely based on renewable raw materials, tworeference semi-biogenic lubricating greases, and some traditional lubricating grease samples were investigatedfor a better understanding of grease lubrication mechanisms in tribological contacts. All results were alsoanalyzed from an energetic point of view which can help to qualify these biogenic lubricating greases as realalternatives to conventional lubricating greases.
PB Universidad de Huelva
YR 2022
FD 2022
LK https://hdl.handle.net/10272/21613
UL https://hdl.handle.net/10272/21613
LA eng
DS Repositorio Institucional de la Universidad de Huelva
RD 31 may 2026