Los rodamientos se consideran el centro de los equipos rotativos en cualquier industria y están presentes en numerosos procesos industriales.
Sin embargo, ¿sabía que los rodamientos deberían tener una vida útil más larga que la propia máquina? Pero en la práctica, ¿quién no ha oído hablar de un cambio de rodamiento recurrente? ¿O esa nueva máquina que ya está haciendo ruido? ¿Sería capaz de identificar cuáles son las causas por las que fallan la mayoría de los rodamientos?
Para el buen profesional de mantenimiento, no basta simplemente con sustituir la pieza defectuosa y pensar que el problema se ha solucionado. Es necesario realizar un análisis para comprender la causa raíz que originó el defecto y luego reemplazar el componente, además de aplicar soluciones inteligentes de control y monitoreo que minimicen el riesgo de falla.
En este artículo, te ayudaremos a comprender cómo se producen las principales causas de las fallas de los rodamientos y cómo puedes identificarlas para que no ocurran.
¿Por qué fallan los rodamientos?
Los rodamientos son componentes encargados de posibilitar el movimiento giratorio, con el mínimo esfuerzo y desgaste, para que el activo sea lo más eficiente posible.
En este movimiento de rotación, aunque parezca sencillo, las superficies de la pista de rodadura y de los elementos rodantes están sometidas a cargas de compresión radial y axial, de esta forma, se produce un mínimo desgaste de las superficies. Y como consecuencia, todos los rodamientos se vuelven ineficientes con el tiempo.
Los rodamientos también pueden verse influenciados por otros fenómenos físicos además de la compresión mecánica, como el calor generado por la fricción, la corrosión causada por la humedad e incluso descargas eléctricas en caso de fuga de corriente. Estos factores pueden actuar solos o en conjunto, reduciendo la eficiencia del componente.
La norma ISO 15243:2004 clasifica las fallas de los rodamientos en las siguientes categorías:
- Fatiga: superficial y subsuperficial;
- Desgaste: abrasivo y adhesivo;
- Corrosión: por humedad, por fricción, por contacto y falsa brinelación;
- Erosión eléctrica: tensión excesiva y fuga de corriente;
- Deformación plástica: sobrecarga, muescas por partículas y por manipulación;
- Fractura y Fisura: Fractura forzada, fractura por fatiga y fisura térmica
Las fallas pueden ser causadas por factores que pueden o no estar interrelacionados, por lo que hay casos en los que puede no ser tan fácil identificar una sola causa.
Por ejemplo, una sobrecarga cuando está asociada a una falla en la lubricación puede generar un sobrecalentamiento y consecuentemente conducir al agrietamiento térmico. Esto conduce al desgaste del rodamiento.
Por lo tanto, es fundamental comprender cómo se producen las principales causas de las fallas para desarrollar un plan de acción asertivo y así minimizar las fallas inesperadas.
¿Cuáles son las principales causas de las fallas?
Sabiendo que los rodamientos están influenciados por varios fenómenos físicos, existen varios factores que pueden contribuir al desgaste prematuro de los componentes y a un eventual fallo.
Lubricación Inadecuada
Más de la mitad de las fallas en los rodamientos están relacionados con la lubricación, según Koyo Seiko, autor del libro “Rolling Bearings: Failures, Causes and Countermeasures”, en algunas aplicaciones este número puede llegar al 80%, por lo que no se puede descuidar y debe ser bien planificado y ejecutado en el PCM.
El lubricante es el gran aliado de los dos rodamientos, jugando un papel fundamental para evitar el contacto directo de “metal-metal”, reduciendo la fricción y el desgaste.
Aunque tiene una función fundamental, el aceite también disipa el calor generado, de modo que la dureza del metal no se altera ni provoca daños.
Otro posible fallo derivado de la sobretemperatura es una fisura térmica. Con una temperatura alta, se puede crear una micro ranura, que tiende a aumentar con el tiempo, creando una cavidad que, en consecuencia, dificulta el movimiento y también provoca fallas.
El aceite también debe proteger las superficies de la oxidación que viene de la humedad ambiental. La corrosión provoca “pitting”, es decir, la creación de agujeros en la superficie de la pista que dificultan el movimiento y provocan un desgaste prematuro del componente. También puede ocurrir corrosión por contacto, que está relacionada con micromovimientos entre las superficies de contacto que resultan en oxidación.
Otro caso muy común es la contaminación del lubricante, con partículas extrañas, tales como: virutas, arena, suciedad, astillas de metal. Estos componentes pueden crear cavidades o ranuras en la superficie que provocan desgaste y fallas potenciales.
Para que todas estas funciones se realicen correctamente, es fundamental que el rodamiento se lubrique en la cantidad y frecuencia adecuadas, con el lubricante adecuado.
Conozca los tipos de lubricación y su importancia en la industria.
Desalineación
Alrededor del 20% de las averías están relacionadas con algún tipo de desalineación del sistema (ejes, poleas, etc.), lo que resulta en cargas de compresión extras que son contrarias a las diseñadas.
Por ejemplo, los rodamientos de rodillos cilíndricos tienen una tolerancia muy baja a las cargas axiales, por lo que cualquier desalineación provoca un desgaste prematuro, lo que provoca sobrecargas, vibraciones y fracturas por fatiga.
Montaje
Otra causa de falla muy común está asociada a la etapa de montaje y ajuste, representando alrededor del 18% de los casos.
Ajustar el juego interno de los elementos rodantes y la pista de rodadura es un paso muy delicado. Porque al mismo tiempo que una distancia muy grande permite que los rodillos se “suelten” perdiendo eficiencia. Un ajuste demasiado “ajustado” provoca una sobrecarga, lo que provoca un aumento de la temperatura y un desgaste prematuro.
Además, la dilatación térmica tiene una gran influencia, por lo que es muy importante consultar con el manual del fabricante.
Otros factores con menos frecuencia pueden conducir a la falla, tales como:
Defectos de fabricación en el material: el material puede tener mal funcionamiento y no cumplir con los coeficientes de calidad exigidos.
Defectos de transporte/almacenamiento: son capaces de causar daños y micro ranuras en los componentes o causar oxidación, debido a la humedad ambiental.
Selección incorrecta del rodamiento: hace que el componente no resista las condiciones de trabajo aplicadas.
Paso de corriente eléctrica en el rodamiento: se produce por fuga de corriente o por electricidad estática provocando erosión y cavidades en las pistas.
¿Cómo evitar fallas y averías inesperadas?
Hemos visto que los rodamientos son susceptibles a una serie de factores que pueden dificultar el movimiento, provocando un desgaste excesivo y, eventualmente, provocando la falla de los componentes, ya que en la mayoría de los casos, el equipo comienza a mostrar signos medibles antes de que ocurra la falla.
Todas las máquinas emiten señales de vibración y temperatura durante su funcionamiento debido al movimiento y fricción de sus componentes internos. El movimiento de rotación del rodamiento en un motor eléctrico, la compresión oscilante de un pistón en un generador diesel y la vibración de un compresor centrífugo son ejemplos de las fuentes de las señales que suenan como la “música” que estos equipos tocan durante su funcionamiento.
Estas señales proporcionan información sobre el estado actual del equipo, por lo que no es necesario parar la máquina para realizar una inspección y evaluar su estado. Estas señales pueden ser captadas a través de sensores que se acoplan a la máquina y que monitorean el equipo de manera continua y online.
El monitoreo online analiza todos los datos recopilados por los sensores, pero no todas las señales son útiles para evaluar el estado del equipo. Luego, se utiliza una técnica llamada transformada de Fourier, que es un dispositivo matemático que se utiliza para interpretar señales en entornos ruidosos.
Así, es posible filtrar solo la información que es útil para el análisis e interpretar los datos con precisión. Luego, con la transformada de Fourier aplicada, se configura el gráfico de espectro de frecuencias que ayudará en el diagnóstico del estado actual del equipo.
Este gráfico es eficiente para realizar el análisis, ya que cada tipo de máquina tiene una firma espectral única. A partir de ahí, identificamos las características de vibración de cada componente individualmente.
Además, cada tipo de daño tiene un perfil diferente de emisión de vibraciones, por lo que a través de este análisis es posible identificar el tipo de falla del rodamiento, como por ejemplo: desgaste, desalineación y falta de lubricación.
El sistema no se limita solo a rodamientos, este mismo análisis es aplicado identificando fallas en más de 30 tipos de activos rotativos.
La plataforma TRACTIAN es la herramienta que interpreta estas señales recogidas en las máquinas, transforma los datos en gráficos y muestra los análisis de forma sencilla e intuitiva para que el mantenedor pueda tener la mayor información posible sobre sus activos.
A continuación tenemos un ejemplo de un gráfico, donde se identificó una desalineación en una máquina. La plataforma muestra la falla identificada a través del análisis de espectro, informa la hora de ocurrencia y notifica a los usuarios a través de una alarma.
Además de identificar la falla, se destaca la intensidad de la misma. En este caso se identificó una ruptura del 86%, considerada por encima del límite, en el segundo armónico en el espectro de velocidad del eje z. Esto configura una desalineación grave, posiblemente causada por un problema en la cimentación, fijación o alguna irregularidad en el acoplamiento.
Estos análisis recopilados y las alertas emitidas ayudan al técnico de mantenimiento a realizar intervenciones de manera predictiva. Sin embargo, su potencial es explotado cuando se asocia a una PCM eficiente, capaz de gestionar activos con sus demandas reales de forma ágil.
El monitoreo en línea combinado con un sistema de gestión de activos específico, como TracOS™, es capaz de automatizar algunos procesos de la industria, como los planes de lubricación preventiva. Por lo tanto, es posible evitar fallas en los rodamientos y aumentar la confiabilidad de los activos.
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