Diseño y validación experimental de equipos para el análisis de la fricción entre materiales

Moreno, Fausto Abel Tapia

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Diseño y validación experimental de equipos para el análisis de la fricción entre materiales

2025-12-02Master thesis

datacite.subject.fos	Engenharia e Tecnologia::Engenharia Mecânica
dc.contributor.advisor	Correia, Mário António Simões
dc.contributor.advisor	Coelho, Paulo Jorge Simões
dc.contributor.author	Moreno, Fausto Abel Tapia
dc.date.accessioned	2025-12-29T13:37:45Z
dc.date.available	2025-12-29T13:37:45Z
dc.date.issued	2025-12-02
dc.description.abstract	Esta tesis presenta el diseño, construcción y validación experimental de un tribómetro modular y asequible, que tiene como objetivo la comparación de la fricción y el desgaste entre materiales. Esto se realiza bajo criterios de precisión y reproducibilidad que cumplen con la norma internacional ASTM G99. El equipo fue diseñado teniendo en cuenta las restricciones presupuestarias que caracterizan a los laboratorios universitarios. Se incluyó un sistema de peso muerto ajustable, sensores de carga (verticales y horizontales) y una estructura de aluminio que es sencilla para montar y adecuada para diferentes condiciones experimentales. El estudio se centró en describir el comportamiento tribológico de muestras cilíndricas de nylon y acero de construcción que fueron expuestas a cargas normales de 9,77 N, 15,51 N y 33,52 N y recorridos de hasta 2.000 m sobre superficies abrasivas normalizadas. La medición de las fuerzas tangencial y normal en tiempo real, además del cálculo del coeficiente de fricción promedio e instantáneo, fueron parte del protocolo experimental. Igualmente, se llevaron a cabo cálculos de la potencia y energía vinculadas con el proceso de fricción, así como del desgaste por medio de la disminución de volumen y masa. Se verificó el control metrológico de los instrumentos empleados para asegurar la confiabilidad de los resultados y se llevaron a cabo las estimaciones pertinentes. Los hallazgos experimentales mostraron que el tribómetro puede obtener coeficientes de fricción estables y constantes para los dos materiales (nylon: 0,28-0,60; acero: 0,20-0,75), así como tasas de desgaste y energía disipada compatibles con la bibliografía y los valores estándar para mecanismos abrasivos equivalentes. Se encontraron beneficios tecnológicos en el modularidad, la facilidad para recalibrar el peso aplicado y la fortaleza de la estructura; sin embargo, también se detectaron desafíos relacionados con tener que volver a calcular el peso muerto si se altera la distancia o el radio efectivo del porta-probeta. Este avance constituye una aportación significativa tanto a nivel académico como tecnológico, ya que permite la extensión de ensayos tribológicos normalizados a situaciones con recursos escasos y da pie a nuevas líneas de indagación en la optimización de materiales y métodos experimentales en el campo de la tribología.	spa
dc.description.abstract	This thesis presents the design, construction, and experimental validation of a modular and affordable tribometer, aimed at comparing friction and wear between materials. This is carried out under precision and reproducibility criteria that comply with the international ASTM G99 standard. The equipment was designed considering the budgetary constraints common to university laboratories. An adjustable dead weight system, load sensors (vertical and horizontal), and an aluminum structure that is simple to assemble and suitable for different experimental conditions were included. The research focused on describing the tribological behavior of cylindrical test specimens made of nylon and structural steel under normal loads of 9.77 N, 15.51 N, and 33.52 N, as well as sliding distances of up to 2,000 meters; standardized abrasive surfaces were used for this purpose. The experimental protocol included the measurement of forces, friction coefficients, friction energy and power, and wear by loss of volume and mass, with corresponding calculations and metrological control. The experimental findings showed that the tribometer can obtain stable and consistent friction coefficients for both materials (nylon: 0.28–0.60; steel: 0.20–0.75), as well as wear rates and dissipated energy in line with the literature and standard values for comparable abrasive mechanisms. Technological benefits were identified in the modularity, ease of recalibrating the applied weight, and structural strength; however, challenges were also detected related to having to recalculate the dead weight if the distance or effective radius of the sample holder is altered. This development constitutes a significant contribution at both the academic and technological levels, as it allows the extension of standardized tribological tests to scenarios with scarce resources and paves the way for new lines of research in the optimization of materials and experimental methods in the field of tribology. The work establishes the foundation for future improvements in automation, extension of test variants, and adaptation to new applications in industrial and educational contexts.	eng
dc.identifier.tid	204095115
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/10400.8/15199
dc.language.iso	spa
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subject	Tribómetro modular
dc.subject	Fricción
dc.subject	Desgaste
dc.subject	Acero de construcción
dc.subject	Nylon
dc.subject	ASTM G99
dc.title	Diseño y validación experimental de equipos para el análisis de la fricción entre materiales
dc.type	master thesis
dspace.entity.type	Publication