CÓMO LOS SOPORTES DE CAUCHO PIERDEN SUS PROPIEDADES ELÁSTICAS

INTRODUCCIÓN

Este artículo es aplicable a todo tipo de soportes de caucho sin importar la marca o el tipo de soporte. El proceso de degradación del elastómero ocurre en todo tipo de soportes de manera similar.

En este artículo se enfatizan las razones y el proceso de degradación del compuesto elastomérico en los soportes de caucho. Sabiendo cómo y por qué las propiedades elásticas de un soporte se degradan con el paso del tiempo, este artículo puede ayudar a determinar qué prácticas son las correctas para prolongar la vida útil de los soportes.

Empezaremos primero por la mecánica de los elastómeros. No importa el tipo de caucho, dureza o color ya que todos los elastómeros están compuestos por cadenas poliméricas. El término polímero proviene del griego "poli" que significa muchas y "mer" que significa partes. El caucho natural, así como otros compuestos de caucho, es un polímero, una molécula en forma de cadena larga que contiene subunidades repetidas.

Fig 1: Representación de una subunidad de caucho natural

Se puede hacer uso de la analogía de un plato de espagueti enredado que representa una masa de polímero. Los espaguetis individuales representan una sola cadena de polímero. La larga longitud de la cadena permite enredos. Con el descubrimiento de la vulcanización, podría formarse una estructura con enlaces de azufre que unen cadenas de polímeros individuales en una red tridimensional. Las cadenas ahora tienen extensibilidad lo que permite el soporte de la tensión y una retracción tras la liberación de la tensión. Nuestra analogía de espaguetis acaba de cambiar de soportes de espagueti desconectados a una estructura de red de pesca como en caucho vulcanizado.

Fig 2: Representación de enlaces cruzados de azufre entre hebras caucho natural azul y verde

Entonces, de una manera simplista, podemos decir que los elastómeros están compuestos por un inmenso conjunto de cadenas, como se muestra en la imagen de abajo.

Las vibraciones pueden ocurrir por varias razones u orígenes como son, desequilibrio o desalineación de ejes en elementos rotativos, amplificación debido a la resonancia con la frecuencia de rotación, etc. Las vibraciones crean tensión en la goma, como se puede ver en el video de prueba de fatiga a continuación.

Esta tensión y deformación crea una tensión en las cadenas poliméricas. La tensión en el sistema se muestra en la siguiente imagen FEM.

A lo largo de los años, las cadenas poliméricas están sometidas a muchos ciclos de tensión por deformación. Las cadenas poliméricas se romperán dependiendo del número de ciclos.

En la Figura 3 se representa un gráfico de carga frente respecto de la deflexión de dos soportes de caucho, uno nuevo y el otro usado. Como se indicó anteriormente, la tensión de manera continuada causadas por las cargas dinámicas y las vibraciones en el elastómero, conlleva la ruptura de las cadenas poliméricas. Por lo tanto, el soporte de caucho debido al uso y al paso del tiempo muestra una menor cantidad de cadenas poliméricas para soportar la misma carga. Esto afecta a la deflexión del soporte. Como puede verse, con el tiempo, la deflexión del soporte de caucho va de S1 a S2. Esto se debe a que las cadenas poliméricas restantes han resistido tanto como pudieron, pero obviamente se han deformado más.

Fig 3: Curva carga-Deflexión de un soporte nuevo y uno usado

Desde el punto de vista del aislamiento, debemos comprender que la rigidez de unos soportes flexibles juega un papel clave en el aislamiento. Pero ¿qué es la rigidez? La rigidez es la proporción entre fuerza y desplazamiento. Es decir, la cantidad de fuerza que se necesita para provocar un desplazamiento o deflexión determinados. La rigidez se representa con una línea de puntos de color marrón, que muestra la proporción o pendiente de la curva a una fuerza determinada (F1). La rigidez 0 es la rigidez de un soporte nuevo y la rigidez 1 es la rigidez de un soporte usado. La rigidez de un soporte usado es mayor que la de un soporte nuevo.

La rigidez juega un papel importante en el aislamiento de una maquina suspendida. Determina la frecuencia de resonancia del sistema. Cuanto mayor sea la rigidez de la suspensión, mayor será la frecuencia natural, por lo que menor será el aislamiento.

Fig 4: Fórmula de frecuencia natural donde K es la rigidez de los soportes y M es la masa del motor.

Entonces, en otras palabras, incluso si el sistema se mueve más y muestra más elasticidad, se podría pensar que el sistema está mejor aislado contra las vibraciones, pero el caso es todo lo contrario. Las vibraciones se notan más altas que nunca.

RESUMEN

La degradación de los elastómeros ocurre en todos los soportes de caucho, su degradación depende directamente de los ciclos de carga y su magnitud. La degradación proviene de la pérdida de cadenas poliméricas. Cuanto más bajas sean las cadenas de polímero que tengamos en la montura, más elástico será el sistema. Cuanto más elástico sea el soporte, más movimiento mostrará el elemento suspendido, además de dañar otros elementos del sistema y el ruido no deseado. Esto provocará una mayor tensión en los soportes que provocará la rotura de las cadenas poliméricas restantes, creando una degradación autoalimentada.