Autor: Lars Butenschön

Hay un dicho entre los ingenieros alemanes más tradicionales que dice así: «Todo aquel que está familiarizado con los plásticos, escoge el acero». En realidad, este dicho no se oye muy a menudo, pero todavía muchos ingenieros están de acuerdo con lo que dice, incluso aquellos que no saben alemán. Hoy en día sigue habiendo muchas dudas sobre las capacidades de los plásticos. Por esta razón, queremos profundizar más en ello. El dicho claramente se refiere a la fuerza de los materiales. En los resultados de los informes, los plásticos no están a la altura del acero o de muchos otros metales cuando se trata de cargas elevadas (con algunas excepciones). En parte, de ahí nace la idea de preferir el metal a los plásticos cuando se trata de elegir un material para los cojinetes.

No todo lo que se considera una carga alta lo es

Para desvelar la respuesta nada más empezar, se podría pensar que las altas cargas son bastante fáciles de medir y muy comparables, pero, de hecho, a menudo su calificación es muy personal. Con frecuencia sorprende lo mucho que la definición teórica de altas cargas se diferencia en la práctica. Un ingeniero de cuadros de bicicleta de montaña puede considerar que una carga superficial de 60 MPa en los cojinetes de la suspensión trasera es una carga elevada. Sin embargo, luego está el fabricante de mesas elevadoras hidráulicas, que puede catalogar como carga alta la carga de los cojinetes en articulaciones hidráulicas, cuando en realidad son "solo" 30 MPa. Es curioso, pero tendemos a juzgar las cosas comparándolas con lo que sabemos y experimentamos en nuestra vida diaria. De esta forma, un ingeniero de bicicletas de montaña podría decir que una carga de 60 MPa es elevada, mientras que un ingeniero que diseña mecanismos para bombas en miniatura usando principalmente materiales “blandos”, calificaría 10 MPa como una carga muy alta.

¿Qué son altas cargas?

La resistencia en los cojinetes en particular y en los componentes mecánicos en general está determinada por la presión aplicada (o la carga superficial en el caso de los cojinetes). Sin entrar en términos demasiado técnicos, se trata de la fuerza aplicada a un área determinada.

Mucha fuerza en un área pequeña significa alta presión y mucha fuerza en un área grande significa menor presión. Por ejemplo, para hacerse una idea, si una persona va a la nieve con un calzado normal, se hundirá. Sin embargo, si utiliza las llamadas raquetas de nieve, unos utensilios que se acoplan a las botas para andar por la nieve, será capaz de caminar sobre terreno nevado con facilidad. Es esta carga o presión superficial la que define las altas cargas en el caso de los materiales. La carga que puede soportar un material suele especificarse en la ficha técnica del mismo.

¿Qué es exactamente la carga superficial?

Las presiones superficiales (y también la presión en general), se mide en Pa (Pascal), al menos en el sistema métrico. Como en la ingeniería y la ciencia de los materiales las fuerzas normalmente son bastante altas, se miden con MPa (Megapascal = 1.000 Pascales). Un MPa equivale a 1 Newton (N) por mm² de superficie. Para el fabricante de cilindros hidráulicos que hemos mencionado anteriormente, 30 MPa significa un peso de 3 kg aplicado en 1 mm². Esto equivale a un coche pequeño de cinco puertas de 1.200 kg transportado con la punta del dedo índice de 20 x 20 mm. Solo para hacerse a la idea de lo «mucho» que son 30 MPa.

Al aplicar esta información a las fichas técnicas de los materiales de la mayoría de los plásticos y metales usados para hacer cojinetes, se observa que la mayoría de ellos están realmente bien para todas las opciones de carga descritas. Algunos plásticos incluso pueden alcanzar los 100 o 150 MPa. Increíble, ¿verdad?

La carga superficial no es lo único que importa

Si ese fuera el caso, el artículo terminaría aquí. El dicho alemán es correcto, los plásticos no son más fuertes que el metal, por eso el metal es el mejor material para cojinetes. Pero como siempre, la clave está en los detalles. En general, los componentes mecánicos se diseñan con datos predeterminados y calculados para cargas y resistencias. Pero esto no es tan simple para las piezas móviles. Los componentes pueden terminar presentando errores de alineación, ya que las cargas no se aplican de forma permanente ni con la misma intensidad. Estas pueden aumentar o disminuir rápidamente y actuar solo unos pocos segundos o hasta varios días. Esto no solo hace que el cálculo de los parámetros de aplicación sea muy engorroso, sino que además provoca que varíen los requisitos que deben cumplir los materiales. Estos pasan de las comparaciones numéricas de la resistencia de la carga a otros requisitos. Por ejemplo, un material muy duro puede ser demasiado frágil para cargas intermitentes o incluso cargas de choque y vibraciones. En estos casos, un material más suave que se deforma antes de volver a su forma original sería más adecuado.

Ceder es, a veces, la mejor manera de vencer

Especialmente en aplicaciones con cargas de choque, vibraciones y cargas intermitentes, los plásticos pueden ser más adecuados para aplicaciones con cargas elevadas, a pesar de que el metal presente mejores resultados en los informes. Hay un gran número de aplicaciones como bisagras de puertas con cargas basculantes progresivas que acaban con los cojinetes de metal y equipos de labranza en la agricultura en los que los cojinetes metálicos revestidos con PTFE terminan fallando debido a la suciedad combinada con las vibraciones. Los compuestos plásticos más blandos y flexibles han demostrado ser mejores soluciones una y otra vez.

Por eso, siempre vale la pena examinar más detenidamente los datos de la aplicación, compararlos con las fichas técnicas de diferentes materiales e, idealmente, realizar pruebas bajo condiciones reales.