Applied Industrial Technologies. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América

Los rodamientos son componentes altamente confiables y la gran mayoría de los rodamientos pueden sobrevivir al equipo en el que están instalados. Sin embargo, aunque los rodamientos representan un porcentaje relativamente pequeño de todas las averías de los equipos, fallan ocasionalmente. Y cuando fallan, generalmente es un evento crítico, lo que resulta en costosas reparaciones y tiempo de inactividad.

Cuando los rodamientos fallan, solo una pequeña cantidad de fallas son causadas por la fatiga del material. La mayoría de las fallas son causadas por una condición que generalmente se puede prevenir. Por lo general, las causas de la falla de los rodamientos se pueden atribuir a:

  • Severas condiciones de funcionamiento
  • Almacenamiento, manipulación e instalación defectuosas
  • Mala lubricación

Este artículo se centra en las fallas de los rodamientos asociadas con problemas de lubricación. De hecho, si puede lubricar correctamente, puede reducir las fallas de los rodamientos hasta en un 50%.

Evite fallas de lubricantes

Los rodamientos deben lubricarse para evitar el contacto metal con metal entre los elementos rodantes, las pistas de rodadura y las jaulas. Además, la lubricación protege al rodamiento contra la corrosión y el desgaste, ayuda a disipar el calor, ayuda a sellar contra el ingreso de contaminación sólida y líquida y reduce el ruido del rodamiento. Un rodamiento debidamente lubricado tiene más posibilidades de alcanzar su máxima vida útil.

Al igual que con los rodamientos por sí mismos, existen numerosas causas de falla del lubricante, que incluyen:

  • Cantidad insuficiente de lubricante
  • Baja viscosidad del lubricante
  • Deterioro debido a un servicio prolongado sin relubricación
  • Temperaturas excesivas
  • Contaminación
  • Uso de grasa cuando las condiciones exigen el uso de aceite por baño o circulación
  • Grasa incorrecta para una aplicación particular
  • Exceso de lubricante

Los rodamientos dependen de la presencia continua de una película elastohidrodinámica de lubricante muy delgada (una millonésima de milímetro) entre los elementos rodantes y las pistas de rodadura, y entre la jaula, los anillos y los elementos rodantes. Las fallas relacionadas con el lubricante se pueden evitar seleccionando una grasa o aceite que genere una película suficiente para mantener separados los elementos del rodamiento. Un buen lubricante también proporciona una buena lubricación a película límite.

Las fallas de lubricante se pueden detectar por la presencia de pistas de rodadura y elementos rodantes decolorados (azul/marrón). A continuación, se produce un desgaste excesivo de los elementos rodantes, los anillos y las jaulas, lo que provoca un sobrecalentamiento y la consiguiente falla catastrófica. Además, si un rodamiento tiene lubricación insuficiente o si el lubricante ha perdido sus propiedades lubricantes, no se puede formar una película de aceite con suficiente capacidad de carga. El resultado es el contacto de metal con metal entre los elementos rodantes y las pistas de rodadura, lo que provoca el desgaste adhesivo.

Figura 1. Desgaste adhesivo

Figura 1. Desgaste adhesivo

Los modos de desgaste adhesivo incluyen rayado, arrastre de metal, aferramiento y rasgado. Estas fallas se producen cuando la película lubricante es demasiado delgada para evitar la soldadura de las protuberancias microscópicas en las interfaces deslizantes entre dos partes en contacto. Después de que las proyecciones se sueldan, las fuerzas de deslizamiento arrancan el metal de la superficie, creando pequeñas cavidades en una superficie y proyecciones en la otra. Estos defectos provocan aún más daños. Aunque el desgaste adhesivo comienza a un nivel microscópico, progresa de manera constante una vez que comienza. Saber cuándo lubricar y cuánto lubricante usar en el rodamiento es fundamental para prevenir el desgaste.

Selección de lubricante

Obviamente, la lubricación juega un rol vital en el desempeño y la vida útil de un rodamiento. Sin lubricación, se puede esperar que los rodamientos fallen antes de tiempo y posiblemente provoquen la falla de otros componentes. Las tres preocupaciones principales con la lubricación de rodamientos son:

  • Especificación de la cantidad correcta: los rodamientos funcionan a su temperatura óptima cuando se utiliza la cantidad mínima de lubricante. La cantidad de lubricante requerida también depende de las otras funciones que debe realizar, como enfriamiento y sellado.
  • Especificación del tipo correcto: los rodamientos se pueden lubricar con grasa o aceite. En casos especiales, se pueden utilizar lubricantes sólidos.
  • Mantener limpio el lubricante.

La elección del lubricante depende de condiciones como la temperatura de funcionamiento, la velocidad de rotación, las cargas y el entorno. Generalmente, el aceite es el mejor lubricante para rodamientos, pero no siempre es práctico debido a consideraciones de diseño.

Se debe utilizar lubricación con grasa cuando el rodamiento funciona a velocidades y temperaturas normales. La grasa tiene varias ventajas sobre el aceite, incluidos procedimientos de aplicación más simples y menos costosos, mejor adherencia y protección mejorada contra la humedad y los contaminantes.

La selección de grasa varía según la aplicación. Los factores por considerar incluyen dureza (consistencia), estabilidad (capacidad para retener su consistencia) y resistencia al agua (emulsificación). Sin embargo, la grasa es aceite suspendido en un espesante o portador, y cuando estos espesantes se exponen a la humedad o al calor, pueden convertirse en jabón o cenizas de carbón. Por lo tanto, puede ser necesario utilizar aditivos para evitar el deterioro del espesante.

El exceso de grasa puede provocar un rápido aumento de la temperatura, especialmente a altas velocidades porque los elementos rodantes tienen que empujar la grasa hacia afuera. Esto hace que la grasa se bata, lo que produce calor. Agregar más grasa solo empeora el problema, creando el riesgo de dañar un sello.

Los rodamientos que operan a bajas velocidades y los que requieren protección contra la corrosión pueden tener su carcasa completamente llena de grasa. El tiempo que un rodamiento lubricado con grasa funcionará satisfactoriamente sin relubricación depende del tamaño, tipo, velocidad, temperatura de funcionamiento del rodamiento y la grasa utilizada. Debido a la cantidad de factores que intervienen en la determinación de los intervalos de relubricación, vale la pena invertir en un lubricador automático de un solo punto.

El aceite es el lubricante preferido cuando la velocidad o las condiciones de funcionamiento impiden el uso de grasa o cuando se debe transferir calor desde el rodamiento. El aceite se usa a menudo para cumplir con los requisitos operativos de otros componentes, como sellos y engranajes.

Los sistemas de baño de aceite son adecuados para velocidades bajas. Para evitar cambios frecuentes de aceite debido a las altas temperaturas de funcionamiento, se puede utilizar un sistema de circulación de aceite. A altas velocidades, el aceite debe penetrar en el interior del rodamiento para eliminar el exceso de calor. Un sistema de inyección de aceite es un método eficaz para garantizar que el aceite llegue a donde se necesita. La velocidad del aceite que se inyecta debe ser lo suficientemente alta para garantizar que penetre suficiente aceite en el vórtice de aire creado durante la rotación del rodamiento.

La frecuencia de los cambios de aceite depende de las condiciones de funcionamiento y de la calidad del aceite. Para los sistemas de baño de aceite, el aceite debe cambiarse con más frecuencia si su temperatura supera los 49 ºC (120 °F) o si la máquina funciona en un entorno muy contaminado o propenso a la contaminación. Para los sistemas de aceite en circulación, los intervalos de cambio de aceite se determinan verificando la calidad del aceite para determinar la presencia de partículas abrasivas, oxidación del aceite y descomposición de los aditivos.

Viscosidad del lubricante

La viscosidad del aceite es tan importante como el volumen de aceite para asegurar una lubricación adecuada. La viscosidad requerida depende de la temperatura de funcionamiento, la velocidad y la carga. La viscosidad inadecuada puede aparecer como una superficie muy vidriada o brillante. A medida que avanza el daño, la superficie se cristaliza y eventualmente se astilla (fatiga de superficie, que puede astillarse o desprenderse). Este tipo de astillado o desconchado es de grano fino en comparación con el patrón de grano más grueso producido por la falla por fatiga.

Figura 2. Lubricación inadecuada

Figura 2. Lubricación inadecuada

En la etapa de cristalización, las finas astillas de metal que se desprenden de la pista de rodadura crean una “pelusa” que a veces se puede sentir. El área cristalizada se sentirá suave en una dirección, pero tendrá una aspereza distinta en la otra (piense en cómo se siente un cepillo para remover pelusa). A medida que el metal es “extraído” de la superficie, aparecen picaduras y el cristalizado avanza.

El embarrado es una forma de daño superficial que se produce cuando dos superficies se deslizan y el lubricante no puede evitar la adhesión de las superficies. Pequeños pedazos de una superficie se arrancan y se vuelven a soldar a cualquiera de las superficies.

Figura 3. Astillado por fatiga

Figura 3. Astillado por fatiga

El deslizamiento se produce cuando los elementos rodantes se deslizan al pasar de la zona sin carga a la zona cargada. Un lubricante demasiado rígido también causa este tipo de daño, que es más probable que ocurra en rodamientos grandes.

Pueden producirse manchas en las superficies de los rodillos y en las pistas de rodadura de los rodamientos de rodillos cilíndricos y esféricos. Es causado por el retraso de la rotación de los rodillos en la zona de descarga, donde los anillos no impulsan los rodillos. En consecuencia, su velocidad de rotación es menor que cuando están en la zona cargada. Por lo tanto, los rodillos están sujetos a una rápida aceleración y el deslizamiento resultante es tan severo que puede producir manchas.

El ranurado también es el resultado de una lubricación inadecuada. Las áreas sujetas a fricción por deslizamiento, como los extremos de los rodillos en un rodamiento de rodillos, son las primeras partes afectadas.

Cuando las velocidades son altas, las fuerzas de inercia se vuelven importantes y se requiere la mejor lubricación. Las fuerzas de inercia que actúan sobre los elementos rodantes a alta velocidad, con arranques y paradas repentinas, pueden generar fuerzas elevadas entre los elementos rodantes y la jaula. Las fuerzas deforman la jaula, y la aplicación de fuerza repetida eventualmente hace que la jaula se agriete y se rompa.

Figura 4. Daño de la jaula

Figura 4. Daño de la jaula

Un flujo inadecuado en un sistema por circulación de aceite puede causar fallas en los rodamientos de rodillos cónicos. El área entre la brida guía y el extremo grande del rodillo está sujeta a movimientos de deslizamiento y es más difícil de lubricar que las áreas bajo movimiento de rodadura. Por lo tanto, algunos de los rodillos pueden soldarse a la brida de guía.

Sellos con fugas

Incluso en las mejores condiciones de funcionamiento, los sellos de los rodamientos pueden tener fugas. Por lo general, las fugas en los sellos se pueden atribuir a tres causas básicas:

  1. Estado y tamaño del eje y el orificio del alojamiento
  2. Prácticas de instalación deficientes
  3. Contaminación

Cuando un sello tiene fugas, la causa más común es un eje desgastado o rayado, con mayor frecuencia el resultado de la abrasión causada por la contaminación. Una de las formas más fáciles de reducirla es abordar la contaminación inducida por el mantenimiento, que es cuando la suciedad y las partículas se encuentran con la grasa mientras se aplica en el rodamiento. Un lubricador de un solo punto puede ayudar manteniendo el lubricante en un ambiente limpio y seco hasta que se aplique.

Si la función principal del sello es excluir materias extrañas, el labio del sello debe mirar hacia la suciedad en lugar del rodamiento. Si el lubricante está bajo presión debido a la acumulación de calor u otras fuentes, el labio debe enfrentar esa presión.

Un sello con fugas no siempre es un indicador de falla del sello. En los rodamientos de tipo pedestal, por ejemplo, el exceso de grasa a menudo se purga a través de los sellos durante el funcionamiento. Esto indica que el sello está funcionando correctamente.

Brinde la lubricación correcta

El mantenimiento de sus rodamientos comienza con la lubricación, pero tenga en cuenta que los programas de lubricación exitosos implican muy pocas suposiciones. Mantenerse informado sobre las mejores prácticas e invertir en las herramientas adecuadas le ayudará a ejecutar su programa de lubricación con confianza y a obtener resultados duraderos.