A teoria da lubrificação hidrodinâmica é uma teoria usada para reduzir o atrito e ou o desgaste das superfícies em atrito com o auxílio de um lubrificante líquido. Para a grande maioria das superfícies encontradas na natureza e usadas na indústria, a fonte de atrito são as imperfeições das superfícies. Mesmo as superfícies brilhantes do espelho são compostas de colinas e vales (rugosidade da superfície).
O objetivo da lubrificação hidrodinâmica é adicionar um lubrificante adequado, de modo que ele penetre na zona de contato entre as superfícies em atrito e crie um filme líquido fino, como mostrado na figura abaixo. Este filme separa as superfícies do contato direto e, em geral, reduz o atrito e consequentemente o desgaste (mas nem sempre), uma vez que o atrito dentro do lubrificante é menor do que entre os sólidos que entram em contato direto.
Lubrificante é uma substância que é usada para controlar (mais frequentemente para reduzir) o atrito e desgaste das superfícies em um contato dos corpos em movimento relativo. Dependendo da sua natureza, os lubrificantes também são usados para eliminar o calor e o desgaste dos detritos, fornecer aditivos ao contato, transmitir energia, proteger e vedar. Um lubrificante pode estar em formas líquidas (óleo, água, etc.), sólidas (grafite, grafeno, Bissulfeto de molibdênio), gasosas (ar) ou mesmo semi-sólidas (graxa). A maioria dos lubrificantes contém aditivos (5-30%) para melhorar seu desempenho.
A história da teoria da lubrificação vai mais de um século para 1886, quando O. Reynolds publicou a famosa equação do fluxo fino de filme fluido no estreito intervalo entre dois sólidos (Reynolds, 1886). Essa equação leva seu nome e forma uma base da teoria da lubrificação. Derivação da equação de Reynolds e possíveis métodos de solução são dados aqui. Se difere da teoria da lubrificação elastohidrodinâmica (EHL) devido à deformação elástica desprezível das superfícies.
A ausência das deformações elásticas simplifica o problema em comparação com a teoria EHL, mas permite construir algumas soluções analíticas importantes, como será mostrado adiante. As primeiras soluções da teoria da lubrificação foram obtidas pelo próprio Reynolds e podem ser encontradas no trabalho original. Uma das soluções analíticas mais importantes da teoria hidrodinâmica (do maior interesse no campo da tribologia) foi obtida por Martin em 1916. A solução considera um movimento relativo do cilindro no plano, como mostrado na figura abaixo.
O sistema seguinte de equações é considerado:
onde $h, p, \mu, a, U_m$ são a espessura da película hidrodinâmica, pressão, viscosidade e velocidade média de deslizamento correspondentemente ($U_m = \frac{U_1 + U_2}{2}$); aqui $F_l$ é a carga normal (por unidade de comprimento). Existem duas incógnitas, a pressão e aproximação do $h_0$ com duas equações para determiná-las.
A solução de Martin afirma o seguinte:
Esta solução mostra imediatamente as principais relações dentro da teoria hidrodinâmica (mas elas também permanecem qualitativamente verdadeiras também na teoria elastohidrodinâmica).
A velocidade de deslizamento tem que ser maior para gerar um filme mais espesso. O mesmo vale para a viscosidade: maior viscosidade leva a um filme lubrificante mais espesso. Deve notar-se que é tipicamente desejado ter uma película lubrificante suficientemente espessa, de modo a separar completamente as superfícies.
