Revista de Ciencias del Mar y Acuicultura “YAKU”: Vol. 1 (Núm. 2) (jul – dic 2018). ISSN: 2600-5824.  
Diseño y Construcción de una Máquina para Determinar el Desgaste por Fricción en distintos Materiales en el Sector Marítimo  
mediante la Aplicación de Torque  
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁQUINA PARA DETERMINAR EL DESGASTE POR  
FRICCIÓN EN DISTINTOS MATERIALES EN EL SECTOR MARÍTIMO MEDIANTE LA  
APLICACIÓN DE TORQUE  
DESIGN AND CONSTRUCTION OF A MACHINE TO DETERMINE FRICTION WEAR ON  
DIFFERENT MATERIALS IN THE MARITIME SECTOR BY APPLYING TORQUE  
Calle-Muñoz Dennis Xavier 1*; Aragundi-Cuadros Luis Guillermo 2  
1
, 2  
Universidad Laica Eloy Alfaro de Manabí, Carrera de Mecánica Naval, Manta, Ecuador.  
*1Correo: dennis.calle1625@gmail.com  
Resumen  
La fricción se crea cuando dos cuerpos entran contacto entre sí generando la fuerza de rozamiento, un  
principio de funcionamiento tanto en elementos de máquinas como en elementos de la vida diaria se ha  
tratado de entender y modelar la fricción y el desgaste de materiales El uso de recubrimientos protectores  
y en general el comportamiento de las superficies frente a su entorno, ha dado paso a la tribología, que  
es la ciencia que estudia la lubricación, la fricción y el desgaste de partes móviles o estacionarias. La  
lubricación, la fricción y el desgaste tienen una función fundamental en la vida de los elementos de  
máquinas. El presente proyecto se implementó en el taller mecánico de la facultad de ingeniería de la  
Uleam, como un banco de pruebas de fricción didáctico con los que se pueden realizar prácticas  
experimentales de tribología. El equipo implementado en el laboratorio fue elegido en base a un análisis  
del sílabo de ciencia de los materiales y resistencia de los materiales de la Carrera Ingeniería en Mecánica  
Naval y a un análisis basado de la necesidad de la comprensión del comportamiento de ciertos materiales  
cometidos a diferentes regímenes de carga. El equipo implementado cumple altos estándares de diseño  
del cual se obtuvieron excelentes resultados en las pruebas realizadas previo a la implementación en el  
laboratorio. Las prácticas de laboratorio comprenden una parte muy importante dentro de la formación  
de un ingeniero, la implementación de este equipo para la Facultad de Ingeniería de la Uleam beneficiará  
en gran medida a los estudiantes, quienes tienen desde ahora la oportunidad de realizar prácticas de  
experimentos de comportamiento de los materiales, mejorando la comprensión de ciertos fenómenos en  
el desgaste por contacto entre los materiales más utilizados en el sector marítimo.  
Palabras clave: Fricción, tribología, carga.  
Abstract  
Friction is created when two bodies come into contact with each other generating the friction force, an  
operating principle both in machine elements and in elements of daily life has tried to understand and  
model friction and the wear of materials The use of protective coatings and, in general, the behavior of  
surfaces in relation to their environment, has given way to tribology, which is the science that studies  
lubrication, friction and wear of moving or stationary parts. Lubrication, friction, and wear play a  
fundamental role in the life of machine elements. This project was implemented in the mechanical  
workshop of the Uleam engineering faculty as a didactic friction test bench with which experimental  
tribology practices can be carried out. The equipment implemented in the laboratory was chosen based  
on an analysis of the material science syllabus and resistance of materials from the Naval Mechanics  
Engineering Degree and an analysis based on the need to understand the behavior of certain materials  
committed to different charging regimes. The implemented equipment meets high design standards from  
which excellent results were obtained in the tests carried out prior to implementation in the laboratory.  
Laboratory practices comprise a very important part of the training of an engineer, the implementation  
of this equipment for the Faculty of Engineering of the Uleam will greatly benefit the students, who now  
2
Fecha de recepción: 18 de abril de 2018; Fecha de aceptación: 06 de julio de 2018; Fecha de publicación: 09  
de julio de 2018.  
Revista de Ciencias del Mar y Acuicultura “YAKU”: Vol. 1 (Núm. 2) (jul – dic 2018). ISSN: 2600-5824.  
Calle-Muñoz & Arangundi-Cuadros (2018)  
have the opportunity to carry out practical experiments of behavior of materials, improving the  
understanding of certain phenomena in contact wear among the materials most used in the maritime  
sector.  
Keywords: Friction, tribology, load.  
1
. Introducción  
estructuras egipcias; por otro lado, sólo  
fueron posibles después de desarrollar  
mecanismos de lubrificación que  
permitieran el transporte de grandes  
bloques de material desde distancias  
La fricción desempeña un papel central  
en diversos fenómenos y en una amplia  
escala de longitudes que van desde la  
nano escala hasta las escalas  
características de sistemas geológicos  
considerables.  
Por  
su  
enorme  
importancia práctica y tecnológica, la  
fricción ha sido estudiada durante varios  
siglos y ha despertado la curiosidad de  
algunos de los científicos más  
sobresalientes. Por ejemplo, hace 500  
años Leonardo da Vinci ya conocía  
muchos de los resultados importantes  
relacionados con la fricción entre  
objetos macroscópicos que fueron  
atribuidos posteriormente a otros  
eminentes científicos como Guillaume  
Amontons, Leonard Euler y Charles  
Agustín Coulomb. Aunque su trabajo no  
ejerció ninguna influencia histórica  
debido a que permaneció sin conocerse  
por varios siglos, da Vinci es considerado  
el precursor de la tribología moderna  
(
Urbakh, 2004). También abarca  
sistemas tan diversos como motores  
moleculares (Volker Bormuth, 2009),  
contactos nanométricos, interfaces de  
múltiples contactos  
e
interfaces  
macroscópicas como las presentes en  
terremotos. Debido a su amplio rango  
de aplicaciones, la tribología es un  
campo de investigación interdisciplinar  
donde convergen física, química,  
geología, biología e ingeniería.  
Es bien conocido el uso de fenómenos  
de fricción con propósitos tecnológicos  
desde  
épocas  
prehistóricas.  
El  
desarrollo de herramientas de piedra, o  
la generación de fuego a través de la  
frotación de madera contra madera o  
por el golpe entre piedras son unos  
pocos ejemplos que se remontan a  
épocas tan antiguas como la misma  
historia de la humanidad. Las colosales  
(Fajardo, Fenómenos de fricción en  
nanoescala:  
Estudio  
teórico  
y
computacional, 2013).  
3
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mediante la Aplicación de Torque  
En el estado tecnológico actual, la  
situación no es muy diferente. Un dato  
estimado indica que las pérdidas  
económicas en 1995, derivadas del  
desgaste de piezas mecánicas tuvo un  
coste aproximado 116 billones de  
dólares, únicamente en Estados Unidos  
Desde el punto de vista de las ciencias  
básicas, el entendimiento de este  
fenómeno tan complejo nos permitiría  
comprender las relaciones empíricas  
que describen los fenómenos de fricción  
a escala macroscópica a partir de  
relaciones fundamentales. A pesar de su  
importancia y del tiempo transcurrido  
desde los primeros estudios pioneros de  
da Vinci, nuestra comprensión de la  
naturaleza del fenómeno de fricción es  
relativamente incipiente y muchos  
aspectos claves sobre sus orígenes  
permanecen sin ser entendidos  
completamente (Andrea Vanossi, 2011).  
La dificultad radica en la complejidad  
que surge de la dinámica colectiva de  
una inmensa cantidad de contactos en la  
interface de las superficies en  
interacción, aún en el sistema más  
simple (Mo Y 1, 2009). Unido a esto, la  
existencia de procesos fuertemente  
fuera del equilibrio en la interface de  
cualquier sistema tribológico subraya  
fuertemente la naturaleza no lineal del  
problema de la fricción.  
(Krim, 1996). Así, el desarrollo de  
superficies duraderas y/o de baja  
fricción se ha convertido en un factor  
importante en la producción de  
dispositivos y partes móviles. Además,  
con la revolución nanotecnológica en  
progreso, el desarrollo de dispositivos  
eficientes a escala micrométrica y  
nanométrica exige un mayor control de  
los efectos de la fricción y el desgaste de  
piezas  
mecánicas.  
Una  
mejor  
comprensión de la fricción a escala  
atómica representaría un gran progreso  
tanto desde el punto de vista práctico  
como desde el punto de vista de las  
ciencias básicas. Grandes avances en  
este campo conllevarían mejoras  
importantes en la miniaturización de  
sistemas  
micro  
y
nano-  
de  
electromecánicos,  
sistemas  
2. Metodología  
almacenamiento computacional  
y
2.1 Criterios de diseño  
motores entre otros (Fajardo,  
Se tomará en consideración los  
siguientes criterios de diseño:  
fenómenos de fricción en la nanoescala:  
estudio teórico y computacional, 2013).  
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a) El dimensionamiento de los  
componentes se lo hará en base a carga  
estática y fatiga según sea el caso.  
ayudará a la comprensión de la  
información.  
Cálculo, dimensionamiento y selección  
de elementos.  
b) El peso del motor se deprecio en los  
cálculos ya que no interfiere.  
En esta parte se procederá  
a
c) El peso propio de cada componente y  
factores que intervienen en el diseño de  
poca magnitud no se tomarán en cuenta  
para los cálculos ya que son  
despreciables comparados con el valor  
de las cargas que serán aplicadas.  
dimensionar cada uno de los elementos  
que conforman la máquina de acuerdo  
con las fuerzas que actúan en el sistema.  
En la ilustración 1 y 2 se muestra un  
esquema de todos los elementos que  
forman parte de la máquina tanto en  
vista lateral como frontal. La estructura  
para diseñarse posee marcos rígidos de  
tubos cuadrados de acero unidos entre  
sí por vigas longitudinales como se  
observa en las figuras mencionadas a  
continuación:  
d) El material para la estructura será de  
tubo rectangular estructural AISI 1008,  
árbol de transmisión AISI 4340 (705),  
palancas de carga y probeta de impacto  
AISI 01 (DF2), pivotes acero de  
transmisión AISI 1018 y para las  
chavetas de acero DIN ST-60.  
Ilustración N°1. Vista frontal de la máquina de  
fricción.  
e) El diseño deberá regirse a normas.  
f) Se usarán unidades del Sistema Ingles  
en su mayoría respetando la bibliografía  
consultada.  
g) Se implementará un sistema de  
recubrimiento en toda la estructura la  
cual se la implementará en el ensamble  
final.  
h) Conforme se vaya avanzando en los  
diferentes puntos se utilizará gráficas  
implementadas por el mismo autor que  
Elaborado por: Autores.  
5
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mediante la Aplicación de Torque  
Ilustración N°2. Vista lateral de la máquina de  
2
.2 Elementos constitutivos de la  
fricción.  
máquina  
Tabla N° 2. Elementos constitutivos de la  
máquina de fricción.  
CANT.  
DETALLE  
Motor: 10HP  
Tomacorriente trifásico  
1
1
2
Tubos estructurales rectangulares de acero  
negro de 6 m  
1
2
4
4
Angulo de 6mm para base del motor  
Bisagras de 3” x 1/2  
Pernos para base de motor de ½ x 2”  
Tuercas para pernos para base de motor de  
½
x 2”  
Elaborado por: Autores.  
Tabla N°1. Fase de cálculos.  
Sistema inglés  
4
2
Arandelas para pernos para base de motor  
de ½ x 2”  
Tubos estructurales rectangulares de acero  
negro de 6 m  
POLEAS DE 5.51”  
BANDA EN V: A 54  
Eje de transmisión de 1” AISI 4340  
Rodamiento FKD UCP 205-16 Chumacera  
de piso de 2 huecos  
Descripción  
Sistema  
2
2
1
1
internacional  
Motor  
Rpm  
Polea  
5500 lbf.ft / s  
1745  
10HP  
1745  
14mm  
196mm  
180°  
5.51”  
Distancia entre centros  
Angulo de abrazado  
7.72”  
3.14 rad  
푝푖푒푠  
1
Rodamiento FKD UCF 205-16 Chumacera de  
pared de 4 huecos  
푚
1
5
7
Cuña de 6mm  
Pernos para chumaceras de ½ x 2”  
Tuercas para pernos para chumaceras del  
árbol de transmisión de ½ x 2”  
Arandelas para pernos chumaceras del  
árbol de transmisión de ½ x 2”  
Palancas de acero DF2  
Velocidad lineal de las  
correas  
2517  
.
19  
푚푖푛  
=
12  
.
79  
푠
Tensiones en las Banda en  
pretensado  
101.77 lbf  
452.7 N  
9.23HP  
7
2
Torque con pérdidas de 5076.50 lbf.ft / s  
eficiencia  
Torque transmitido en el  
árbol  
333  
.
36 퐿푏푓  
⋅
푝푢푙푔  
37.66N⋅m  
Resistencia Chumacera A  
Resistencia Chumacera B  
Momento alternante  
Cálculo del diámetro  
mínimo para el árbol  
Carga mínima prueba  
fricción probeta  
Fuerza mínima prueba  
fricción en palanca  
Rodamientos  
140.77 lbf  
-23 lbf  
280.88 lbf  
626.18N  
102.31N  
1249.42N  
Elaborado por: Autores.  
2
.3 Tecnología usada para la  
0
.
82  
"
18  
.
54 푚푚  
construcción  
16 lbf  
1 lbf  
71.17N  
4.45N  
La tecnología usada se refiere a toda la  
maquinaria y demás herramientas a  
emplearse para la obtención de los  
elementos de la máquina.  
19050  
.
61  
H
ora  
s
19050  
.
61  
H
ora  
s
Chaveta  
0.11” 2.89mm  
Elaborado por: Autores  
6
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Tabla N° 3. Mecanización.  
Tabla N° 7. Instrumentos de seguridad.  
Máquina  
Torno  
Esmeril  
Instrumento  
Gafas transparentes de alto impacto  
Casco para soldar  
Mandil  
Taladro de mano  
Taladro vertical  
Moladora  
Guantes  
Zapatos de seguridad  
Sierra mecánica  
Fresadora  
Elaborado por: Autores  
2.4 Construcción  
Elaborado por: Autores  
Tabla N° 4. Soldadura (Equipos)  
Mediante la Tabla 2, se realizó la  
adquisición de los materiales para  
realizar la fabricación de los elementos  
de máquina, en el caso de los elementos  
que no fueron construidos simplemente  
se los adquirió y salvo algunos casos se  
realizó un maquinado y posteriormente  
se realizó el montaje de todos los  
componentes.  
Máquina  
Soldadura con electrodo  
Oxicorte  
Taladro de mano  
Elaborado por: Autores  
Tabla N° 5. Instrumentos de calibración y  
medida.  
Instrumento  
Calibrador  
Flexómetro  
Compas  
Elaborado por: Autores  
2.4.1 Motor  
Tabla N° 6. Equipo Extra.  
El motor se lo compró de segunda mano  
al cual se le tuvo que realizar un  
mantenimiento preventivo y correctivo,  
en primera estancia exponemos las  
características del motor:  
Instrumento  
Sierra Manual  
Escuadra  
Rayador  
Punto  
Machuelos  
Martillo  
Lijas  
Ilustración N° 3. Motor terminado  
Brocas (4,5,6,8,5,13,14,22)mm  
Disco de corte  
Disco de pulir  
Fresa para chavetas planas  
Cuchilla de interiores  
Cuchilla de exteriores  
Electrodos  
Westinghouse 10HP.  
Elaborado por: Autores  
Elaborado por: Autores  
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mediante la Aplicación de Torque  
3
. Resultados y Discusión  
como en los resultados obtenidos de los  
experimentos en el taller determinado  
que la máquina se encuentra en óptimas  
condiciones.  
Se determinó mediante el peso y las  
medidas en mm3 la pérdida de material  
en las probetas.  
Se tomó el tiempo exacto en cada una  
de las pruebas ejecutadas.  
Bibliografía  
Andrea Vanossi, N. M. (2011). Fricción  
de modelado: de nanoescala a  
mesoescala.Cornell University, 26.  
Se utilizó la fuerza mínima según ASTM  
para fricción y también a mayores.  
Diego, Á. C. (septiembre de 2015).  
Estudio quimiométrico de aceites y  
Se  
analizó  
los  
resultados  
el  
lubricantes  
quimiométrico de aceites  
lubricantes marinos. España:  
Escuela Universitaria de Ingeniería  
Técnica Industrial de Bilbao.  
marinos.  
Estudio  
comportamiento de los diferentes  
materiales en la probeta y también en  
probeta de alto impacto la cual no tuvo  
ningún efecto a pesar de los altos  
esfuerzos a la fue sometida.  
y
Fajardo, O. Y. (2013). fenómenos de  
fricción en la nanoescala: estudio  
teórico y computacional. Zaguan:  
Repositorio de la Universidad de  
Zaragoza.  
Conclusiones  
Se definió los conceptos básicos  
necesarios para comprender la temática  
referente al desgaste por fricción.  
Krim, J. (1996). Friction at the atomic  
scale. Scientific American, 1-8.  
Se diseñó los planos de la máquina y sus  
elementos.  
Mo Y 1, T. K. (2009). Leyes de fricción a  
nanoescala. Biblioteca Nacional de  
Medicina de EE. UU. Institutos  
Nacionales de Salud, 1116 - 1119.  
Se construyó la máquina de fricción y  
está lista para realizar cualquier prueba  
con materiales utilizados en el sector  
marítimo y además cambiando las  
probetas se podría realizar pruebas de  
fricción con un sin número de  
materiales.  
Urbakh, M. (2004). La naturaleza no  
lineal de la fricción. Biblioteca  
Nacional de los Estados Unidos  
Institutos Nacionales de Salud, 525–  
528.  
Volker Bormuth, V. V. (2009). Límites de  
fricción de proteínas Movimientos  
difusivos y dirigidos de motores de  
kinesina en microtúbulos. Science,  
870-873.  
Se realizó las pruebas necesarias tanto  
en la máquina y su funcionamiento  
8