Cómo el agua causa fallas en los rodamientos

May. 3, 2022

Autor: Noria Latín América

Última actualización: 09/15/23

Solo se necesita una pequeña cantidad de agua (menos de 500 ppm) para acortar sustancialmente la vida útil de los rodamientos. Hay una gran cantidad de investigación que respalda esto. Siendo un promotor del aceite limpio y seco durante toda mi carrera, ciertamente no argumentaré lo contrario. De hecho, los efectos destructivos del agua sobre los rodamientos pueden alcanzar o superar fácilmente el de la contaminación por partículas, dependiendo de las condiciones.

Mi tema para esta columna, por lo tanto, no es sobre si el agua imparte daño, sino cómo lo hace. Saber cómo el agua ataca y causa daños ayuda a establecer objetivos importantes de control de la humedad y también ayuda a las investigaciones de fallas post mortem. Además, cuando la contaminación con agua es inevitable, comprender estos modos de falla inducidos por el agua puede ser valioso en la selección óptima de lubricantes, cojinetes y sellos con fines defensivos.

El agua: el azote de nuestras máquinas

No hay contaminante más complejo, intenso y confuso que el agua. Las razones aún se están estudiando, pero incluyen sus diversos estados de coexistencia con el aceite y sus muchas transformaciones químicas y físicas impartidas durante el servicio. Individual y colectivamente, los problemas inducidos por la humedad causan daños precisos tanto en el aceite como en la máquina y ciertamente pueden conducir, ya sea lenta o abruptamente, a una falla operativa del rodamiento. No subestime el potencial de ataque del agua.

El agua puede dañar las superficies de la máquina directamente, a través de una secuencia de eventos y, a menudo, con una variedad de ayudantes. En muchos casos, el daño más severo es la falla por reacción en cadena o en cascada. Por ejemplo, el agua puede conducir primero a la oxidación prematura del aceite base. Cuando los óxidos se combinan con más agua, existe un entorno de fluido ácido corrosivo.

Del mismo modo, la oxidación puede arrojar insolubles y aumentar la viscosidad del aceite. Ambos procesos pueden impedir el flujo de aceite y provocar daños en el rodamiento. Para no quedarse fuera, el agua y el entorno oxidativo pueden integrar el aire en el aceite, lo que amplifica aún más los problemas de lubricación. A menudo es cierto que cuanto peor se ponen las cosas, más rápido empeoran; todo comenzó por el agua.

Modalidades de falla

Para mantener esta columna a una longitud y alcance manejables, las modalidades descritas a continuación serán breves y precisas. He dejado de lado aquellas que son descabelladas o técnicamente abstractas, así como un par más arraigados en la tradición popular que en los hechos científicos. Incluso hay algunos modos de falla en mi lista que se derivan en gran medida de conjeturas, pero aún creíbles. Finalmente, no he hecho ningún esfuerzo por clasificar los modos de falla en términos de severidad o comunidad. Mi lista:

Fragilización inducida por hidrógeno. A menudo llamado fragilidad o ampollas de hidrógeno, este modo de falla es quizás más agudo y frecuente de lo que la mayoría de los tribólogos y fabricantes de rodamientos saben. La fuente del hidrógeno puede ser el agua, pero también electrólisis y corrosión (ayudadas por el agua).

Hay evidencia de que el agua es atraída por grietas microscópicas por fatiga en bolas y rodillos por fuerzas capilares. Una vez en contacto con el metal libre dentro de la fisura, el agua se descompone y libera hidrógeno atómico. Esto provoca más propagación de grietas y fracturas. Los aceros de alta resistencia a la tracción están en mayor riesgo. El azufre de los aditivos extrema presión (EP), antidesgaste (AW), etc., los aceites minerales y el sulfuro de hidrógeno del ambiente pueden acelerar el progreso de las fracturas. El riesgo lo plantean tanto el agua disuelta como la libre.

Corrosión. La corrosión requiere agua. Incluso el agua soluble puede contribuir a la formación de óxido. El agua les da a los ácidos su mayor potencial corrosivo. Las superficies grabadas y picadas por la corrosión en las pistas de rodadura de los rodamientos y los elementos rodantes interrumpen la formación de películas de aceite elastohidrodinámicas (EHD) críticas que dan a los lubricantes de los cojinetes la resistencia de película para controlar la fatiga y el desgaste por contacto.

Oxidación. Muchos rodamientos tienen solo un volumen limitado de lubricante y, por lo tanto, solo un poco de antioxidante. Las altas temperaturas, acompañadas por partículas de metal y agua, pueden consumir los antioxidantes rápidamente y eliminar la protección oxidativa necesaria en el entorno. Las consecuencias negativas causadas por la oxidación del aceite son numerosas, pero incluyen corrosión, lodo, barniz y reducción del flujo de aceite.

Agotamiento de aditivos. Hemos mencionado que el agua contribuye al agotamiento de los antioxidantes, pero también paraliza o disminuye el desempeñoo de una gran cantidad de otros aditivos. Estos incluyen AW, EP, inhibidores de herrumbre, dispersantes, detergentes y agentes demulsificantes.

El agua puede hidrolizar algunos aditivos, aglomerar otros o simplemente eliminarlos del fluido por sedimentación en los pisos de los sumideros. Los aditivos EP de azufre y fósforo en presencia de agua pueden transformarse en ácidos sulfúrico y fosfórico, aumentando el índice de acidez (AN) de un aceite.

Reducción del flujo de aceite. El agua es altamente polar y, como tal, tiene la interesante capacidad de eliminar impurezas del aceite que también son polares (óxidos, aditivos muertos, partículas finas de carbono y resina, por ejemplo) para formar bolas de lodo y emulsiones. Estas suspensiones amorfas pueden entrar en conductos críticos de aceite y orificios que alimentan los cojinetes con aceite lubricante.

Cuando el lodo impide el flujo de aceite, el rodamiento sufre una condición de falta de lubricante y la falla es inminente. Además, los filtros son de corta duración en sistemas de aceite cargados con lodo suspendido. En condiciones de congelación, el agua libre puede formar cristales de hielo que también pueden interferir con el flujo de aceite.

Aireación y espuma. El agua reduce la tensión interfacial (IFT, por sus siglas en inglés) de un aceite, lo que puede afectar su capacidad de manejo de aire, lo que conduce a la aireación y espuma. Solo se necesitan alrededor de 1,000 ppm de agua para convertir el sumidero del rodamiento en un baño de burbujas. El aire puede debilitar las películas de aceite, aumentar el calor, inducir la oxidación, causar cavitación e interferir con el flujo de aceite; todo catastrófico para el rodamiento. La aireación y la espuma también pueden incapacitar la efectividad de los deflectores de aceite, los lubricadores por anillo y disco o collarín.

Deterioro de la resistencia de la película. Los rodamientos de los elementos rodantes dependen de la viscosidad del aceite para crear un espacio crítico bajo carga. Si las cargas son demasiado grandes, las velocidades son demasiado bajas o la viscosidad es demasiado delgada, la vida útil del rodamiento se acorta. Cuando pequeños glóbulos de agua son arrastrados hacia la zona de carga, el espacio libre a menudo se pierde, lo que resulta en golpes o roces de las superficies opuestas (elemento rodante y pista de rodadura). Los lubricantes normalmente se vuelven sólidos bajo carga (referidos como su coeficiente de presión-viscosidad) que se necesita para soportar la carga de trabajo (a menudo mayor de 500,000 psi). Sin embargo, la viscosidad del agua es de solo un centistoke y esta viscosidad permanece prácticamente sin cambios, independientemente de la carga ejercida. No es buena para soportar cargas de alta presión. Esto da como resultado una resistencia de la película colapsada seguida de grietas por fatiga, picaduras y astillas. El agua también puede explotar en vapor sobrecalentado en las zonas de carga de los cojinetes, lo que puede alterar bruscamente las películas de aceite y potencialmente fracturar las superficies.

Contaminación microbiana. El agua es un promotor conocido de microorganismos como hongos y bacterias. Con el tiempo, estos pueden formar gruesas suspensiones de biomasa que pueden taponar los filtros e interferir con el flujo de aceite. La contaminación microbiana también es corrosiva.

Lavado con agua. Cuando la grasa está contaminada con agua, puede ablandarse y salir del rodamiento. Los rociadores de agua también pueden lavar la grasa directamente del rodamiento, dependiendo del espesante de grasa y las condiciones.

La solución obvia al problema del agua es una solución proactiva; es decir, evitar la intrusión de agua en el aceite/grasa y el medio ambiente del rodamiento. La única agua que no causa daño es el agua que no invade su sistema. Las tácticas de exclusión de contaminantes son siempre una sabia inversión de mantenimiento.

Sea un pensador a largo plazo controlando los factores de riesgo hoy, mientras el rodamiento aún tiene vida útil restante (RUL, por sus siglas en inglés). El costo de eliminar agua y/o reparar el daño que causa excederá con creces cualquier inversión para excluirla de la entrada. Así que, por favor, no escatime cuando se trate de control “proactivo” de contaminación.

Noria Latín América

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