¿Qué es la Tribología?
La tribología es la ciencia de la fricción, el desgaste y la lubricación y es verdaderamente interdisciplinaria. Estudia la interacción de superficies móviles y todos los aspectos relacionados con la fricción, el desgaste, la lubricación, la adhesión, la triboquímica, etc. Las soluciones de tribología se aplican en la industria automotriz, rodamientos, espacio, deportes, alimentos, salud y biomedicina, energía renovable y otros campos numerosos.
El término «tribología» se deriva de la palabra griega ‘tribos’ (τρίβοσ) que significa ‘frotar’ o frotar y fue inventado en 1964, mientras que la exploración de la fricción ha comenzado bien en el pasado 50.000 a.C., cuando los humanos comenzaron a usarlo para obtener fuego (ver historia de la tribología). Civilizaciones antiguas en Egipto y China aplicaron principios de lubricación para transportar piedras pesadas utilizadas en sus gigantescos edificios. Sin embargo, los primeros estudios sistemáticos de tribología fueron realizados por Leonardo da Vinci, el primer tribólogo del mundo en 1490-1500. Se centró en todo tipo de fricción e hizo una distinción entre fricción de deslizamiento y fricción de rodadura.
La importancia de la tribología aumenta debido al hecho de que las pérdidas por fricción y desgaste consumen energía, que de otro modo se podrían ahorrar. El profesor Jost estimó que una inversión mínima (con una relación de 1 a 50 en relación con el resultado) en investigación y desarrollo de mejores prácticas tribológicas podría ahorrar del 1% al 1,4% del producto nacional bruto . Además de los efectos económicos, la tribología se puede utilizar para reducir las emisiones 
aumentando la eficiencia energética y, por lo tanto, ayudar a mantener nuestro planeta. La industria del transporte es uno de los mayores consumidores de energía, pero también una fuente de emisión , a la vez que está optimizada en gran medida mediante el uso de soluciones tribológicas de vanguardia. Las partículas de desgaste pueden ser una fuente de daños mecánicos en rodamientos, roturas de discos, MEMS, pero también son perjudiciales para la salud humana si penetran de la atmósfera al cuerpo humano. Por lo tanto, los resultados de la investigación tribológica se pueden utilizar para resolver problemas importantes de la sociedad.
Tribología verde
El término tribología verde se ha convertido en parte del vocabulario ahora. La tribología verde es una rama de la tribología que se relaciona específicamente con el mantenimiento de un equilibrio ecológico de cualquier impacto ambiental y biológico potencial de las interacciones entre varias superficies que pueden ocurrir entre materiales. La tribología verde funciona para garantizar que cualquier fricción y desgaste que se produzca entre los materiales se produzca de una manera respetuosa con el medio ambiente. Los investigadores en el campo de la tribología verde también están estudiando turbinas eólicas, paneles solares y turbinas de marea. Se están centrando en ser más respetuosos con el medio ambiente y sostenibles en el futuro.
La tribología verde tiene tres principios básicos destinados a garantizar un impacto limitado en el medio ambiente y la salud humana. Estos tres principios son la biomimética (imitar los modelos, sistemas y elementos de la naturaleza para resolver problemas humanos complejos) y los materiales y superficies autolubricantes, las lubricaciones biodegradables y respetuosas con el medio ambiente y las fuentes de energía renovables y/o sostenibles.
Específicamente, la tribología verde busca minimizar la fricción, minimizar el desgaste, reducir y/o eliminar la lubricación, crear lubricación natural, mantener los principios de ingeniería y química verdes y monitorear en tiempo real los sistemas de tribología.
La tribología verde es un concepto bastante nuevo; sin embargo, ya está desempeñando un papel importante para garantizar que todos los sistemas industriales puedan funcionar de manera respetuosa con el medio ambiente. Además, los investigadores están estudiando métodos para integrar la tribología ecológica y desarrollar sistemas que sean completamente sostenibles en términos de diseño de ingeniería y producción de energía.
Lubricación
Para controlar la fricción y el desgaste se utilizan lubricantes. Los lubricantes separan las superficies de fricción del contacto directo creando una película lubricante. La película protege las superficies del desgaste y el lubricante se elige para controlar (en su mayoría reducir) la fricción. El lubricante puede estar en forma líquida, gaseosa, sólida o incluso una combinación de ellas, como en el caso de emulsiones y grasas .
A menudo, los lubricantes son aceites líquidos y generan una capa de lubricante muy fina para separar las superficies de fricción. Esta capa se comparte más fácilmente que los sólidos y, por lo tanto, la fricción y, en muchos casos, el desgaste se reducen. La clásica teoría de lubricación hidrodinámica (elasto)se puede utilizar eficazmente para predecir el espesor de la película, pero también la fricción generada por el lubricante y para diseñar componentes mecánicos. Para la mayoría de los materiales y condiciones de ingeniería comunes, la fricción de la capa es menor que la fricción entre los sólidos. Además de separar las superficies, los lubricantes líquidos también reducen el aumento de temperatura, limpian las superficies, eliminan los residuos de desgaste y regeneran las películas protectoras. Cabe señalar, sin embargo, que la teoría clásica de lubricación de la reducción de la fricción ha alcanzado su límite fundamental (la fricción de 0,01-0,04) y no puede ayudar a reducir aún más la fricción. Por lo tanto, hay que desarrollar otras teorías.
Superlubricidad
El principal inconveniente del enfoque clásico de lubricación para reducir la fricción y el desgaste es la dependencia del desarrollo de una película lubricante suficientemente gruesa para separar las superficies del contacto directo. Desafortunadamente, el grosor de la película está determinado en gran medida por la viscosidad del lubricante. Para separar dos superficies rugosas microscópicamente del contacto, se necesita una película lubricante más gruesa que el nivel de rugosidad, por lo que la viscosidad debe ser lo suficientemente alta. Una mayor viscosidad significa que el lubricante desarrolla una mayor fuerza de fricción en las superficies de los sólidos y da como resultado mayores pérdidas de energía. Como se mencionó anteriormente, esto trae el límite fundamental para la aplicación del enfoque de lubricación hidrodinámica.
La superlubricidad es un término inventado recientemente en tribología, que generalmente se define como el estado en el que el coeficiente de fricción es bajo. La definición de «bajo» no está del todo clara, pero puede suponerse que es inferior a 0,01-0,001. Debido a la generalidad de la definición, los mecanismos de la superlubricidad pueden ser de diversa naturaleza. A escala nano, la superlubricidad estructural puede ocurrir, si las redes de cristal de los cuerpos en contacto son inconmensurables. La formación de nano rodamientos también puede conducir al estado de superlubricidad al cambiar la fricción de deslizamiento a rodadura. Se informó de fricción ultrabaja en pares de acero lubricados con mezcla de glicerol/agua debido a la generación de una capa unida a hidrógeno fácilmente compartible. Las fuerzas repulsivas de Van der Waals demostraron ser capaces de conducir a un estado de superlubricidad entre una punta de AFM de oro y un sustrato de teflón. La realización de los estados superlúbricos mencionados generalmente requiere condiciones muy especiales, como vacío, o materiales, como grafeno, carbono tipo diamante, etc. Por lo tanto, la traducción del estado superlúbrico a macroescala y entorno ordinario es un desafío.