Cómo manejar rodamientos calientes en su planta

Después de realizar las rutas de inspecciones a la maquinaria, un técnico en mantenimiento notó que algunos rodamientos estaban “operando calientes”. Estos fueron añadidos a una lista para realizarles algún tipo de acción. Se podría haber escrito una orden de trabajo para cambiar los rodamientos, o alguien podría poner agua fría sobre sus carcasas. Incluso conociendo las temperaturas reales de los rodamientos, muchas veces nadie entiende qué acciones se requieren a determinadas temperaturas.

Midiendo las temperaturas de los rodamientos

Antes de tomar cualquier decisión, se debe responder la pregunta de qué tan caliente está el rodamiento. Caliente al tacto puede ser solamente 55 ºC (130 ºF), ya que 48 ºC (120 ºF) es generalmente el límite de temperatura donde aún se puede mantener la mano sobre la carcasa. Si bien puede haber aún áreas grises para identificar la acción adecuada a cierta temperatura, algunas pautas pueden proporcionar consistencia y ayudar al personal de la planta a tomar mejores decisiones.

El primer paso debe ser determinar cuál es la temperatura real de los rodamientos que se están monitoreando. Tenga presente que las temperaturas medidas son solo las de la superficie del alojamiento de los rodamientos. La temperatura real en el interior del rodamiento será entre 8 a 15 ºC (15 a 25 ºF) más caliente. Observe el tipo y la condición de la superficie cuando mida la temperatura. Además, asegúrese que la emisividad del dispositivo de medición sea el adecuado para la superficie que está midiendo. La mayoría de las superficies oscuras de acero al carbono tendrán un ajuste en la emisividad de alrededor de 0.95, mientras que una superficie brillante de acero inoxidable o aluminio tendrá un ajuste mucho más bajo. A continuación, se muestra una imagen capturada con una cámara infrarroja común.

Figura 1. Una imagen infrarroja de la carcasa de un rodamiento

La acumulación de suciedad sobre la carcasa del rodamiento dará como resultado temperaturas más bajas, cuando las temperaturas reales de los rodamientos serán mucho más altas. Esta acumulación aislará al rodamiento y no permitirá que el calor se disipe adecuadamente, lo que a su vez hará que el rodamiento opere aún más caliente. Las mediciones de temperatura deben ser realizadas siempre en los mismos puntos sobre la máquina y los rodamientos. Se pueden presentar variaciones en las temperaturas de los rodamientos cuando estas son tomadas en diferentes puntos debido a zonas de carga, temperatura ambiente, nivel de lubricante, etc. La consistencia es bien importante cuando las mediciones son tomadas por diferentes personas.

Condiciones de temperatura de un rodamiento

La mayoría de los equipos instalados y lubricados con precisión operarán a menos de 82 ºC (180 ºF). Una temperatura de un rodamiento menor a 82 ºC (180 ºF) se considera típicamente aceptable (ver tabla). Por supuesto, puede haber otras consecuencias para operar en este “buen” rango. Una temperatura de operación mayor causará que el lubricante del rodamiento se degrade más rápidamente. Por encima de 65 ºC (150 ºF), la vida útil del lubricante disminuirá 50 por ciento por cada incremento de 10 ºC (18 ºF). Una mayor temperatura de operación también significa una menor viscosidad del lubricante, lo que puede afectar la confiabilidad de la máquina.

Figura 2. Condiciones de temperatura de operación para rodamientos

La gráfica 1, muestra cómo la temperatura máxima para un determinado lubricante (con cierto índice de viscosidad) y el tipo de rodamiento pueden limitar las temperaturas máximas de operación.

Gráfico 1. Diagrama viscosidad-temperatura del lubricante (Ref. SKF)

Condiciones de precaución

En condiciones de precaución, la temperatura de un rodamiento puede estar entre 82-95 ºC (180-200 ºF). Si bien es ligeramente más alta que la deseada, esta puede ser una temperatura típica de operación para algunas máquinas. Por lo tanto, es importante llevar un historial de la temperatura de operación de la máquina para determinar si este rango de temperatura es normal.

Para cajas de engranajes, la temperatura en el depósito debe ser menor a 95 ºC (200 ºF), de acuerdo a lo recomendado por la Asociación de Fabricantes de Engranajes (AGMA, por sus siglas en inglés). Para esta temperatura de operación un rodamiento del tipo C3 se considera adecuado. Se debe monitorear regularmente y observar cualquier cambio significativo en la temperatura.

Otro factor que es tan crítico como la temperatura absoluta de un rodamiento es un cambio súbito en la temperatura, lo cual es una indicación de un cambio en las condiciones de operación. Un cambio en la temperatura de más de 28 ºC (50 ºF) es motivo de preocupación sin importar en qué rango de condiciones caiga la temperatura absoluta. Se requiere un incremento en el monitoreo e investigación cuando ocurre este tipo de cambio.

Pequeños cambios en temperatura tienen generalmente poca importancia. Es normal que un rodamiento recientemente engrasado tenga un incremento de temperatura entre 14-17 ºC (25-30 ºF). La velocidad y carga de la máquina así como las condiciones ambientales (invierno/verano) también afectarán la temperatura absoluta. Otros factores que pueden causar altas temperaturas incluyen un incremento en la fricción del rodamiento (pobre lubricación, alta carga, alta velocidad, etc.), una excesiva lubricación (sobrepresión de grasa), alto nivel de aceite (batido) y desalineamiento.

Condiciones de alerta

En una condición de alerta, la temperatura del rodamiento puede estar entre 95-120 ºC (200-250 ºF). Estas temperaturas elevadas pueden ser ocasionadas por una aplicación muy caliente, un rodamiento recién engrasado, problemas con el nivel de aceite, rodamiento en etapa temprana de falla, etc. Asegúrese de verificar las condiciones del proceso, ciclo reciente de engrase o nivel de aceite. Es posible que necesite incrementar la frecuencia de monitoreo de los cambios de temperatura. La máxima temperatura de operación para las grasas es típicamente el 75 por ciento del punto de goteo. Si el rodamiento está operando en una aplicación donde se transfiere calor a través del eje, este rango elevado de temperatura puede ser normal para estas condiciones de operación, las cuales requerirán de un rodamiento tipo C4.

Condiciones de alarma

En una condición de alarma, la temperatura de un rodamiento puede estar entre 120-150 ºC (250-300 ºF). Es probable que los rodamientos que estén operando en este rango de temperaturas se encuentren en alguna etapa de falla. Su vida útil remanente puede ser muy variable. Se deben emplear otras tecnologías predictivas (vibración, termografía, ultrasonido, etc.) e incrementar la frecuencia de monitoreo de condición hasta que se tomen medidas correctivas. Además, minimice el estrés sobre los rodamientos limitando las paradas/arranques y disminuya los cambios de velocidad/carga del proceso. Comience a preparar un plan de mantenimiento (órdenes de materiales, definir el alcance del trabajo, etc.) para ejecutar las acciones correctivas, bien sea para un evento planificado o una falla no planificada. Sea precavido al lubricar cualquier rodamiento en una condición de alarma, ya que la lubricación (especialmente el engrasado) puede elevar la temperatura de operación e incluso provocar una falla.

Condiciones de paro

En una máquina en condiciones de disparo/paro, la temperatura del rodamiento puede ser de más de 150 ºC (300 ºF). Es probable que los rodamientos a esta temperatura se encuentren en las etapas finales de falla. Dependiendo del diseño de la máquina, la falla puede ser rápida y catastrófica. El tiempo para reaccionar puede ser solo de horas, no de días.

En este punto, el rodamiento se ha dañado, por lo que sus acciones deben estar enfocadas en minimizar una falla secundaria de los otros componentes (eje, carcasa, etc.). En estos casos se recomienda un disparo/paro de la máquina para evitar una falla catastrófica y daños colaterales.

La integridad y geometría del rodamiento pueden estar severamente comprometidas en este rango de temperatura, ya que la temperatura de estabilización de calor para la mayoría de los rodamientos es entre 150-200 ºC (300-400 ºF). No intente engrasar un rodamiento en condiciones de disparo/paro, ya que es probable que esto resulte en una falla inminente.

Métodos de enfriamiento

Si la temperatura del rodamiento es extremadamente elevada, rociarlo con agua puede hacer que explote. No ponga agua sobre el rodamiento o su carcasa. El agua puede migrar hacia dentro del rodamiento y provocar la ruptura de la película lubricante. Adicionalmente se puede producir corrosión.

Enfriar la carcasa de un rodamiento caliente puede eliminar las tolerancias cuando la pista exterior se enfría, ya que la pista interior aún permanecerá caliente. La disminución en la tolerancia radial incrementará la fricción y reducirá drásticamente la vida útil del rodamiento. De igual manera, el potencial de ocurrencia de una falla catastrófica también se incrementa. Los rodamientos pequeños tienen un riesgo mayor de que esto ocurra debido a que sus tolerancias radiales internas son más pequeñas.

El uso de un ventilador sobre la carcasa del rodamiento puede ser un método de enfriamiento aceptable en condiciones de alerta o alarma. Si el rodamiento es lubricado por un sistema de circulación de aceite, incrementar el flujo puede ayudar a enfriar el rodamiento. Sin embargo, un flujo de aceite en exceso puede causar mucho batido e incrementar la fricción dentro del rodamiento.

Ayuda de expertos

Si un rodamiento opera continuamente en una condición de alerta o alarma, es probable que tenga que consultar a un experto para evaluar el riesgo de continuar operando e identificar posibles cambios para implementar mejoras. Estos rodamientos que operan consistentemente a temperaturas elevadas tienen un problema crónico y requieren un análisis para determinar la causa raíz.

Si bien el monitoreo de la temperatura puede ser relativamente sencillo, las decisiones que resulten necesitarán de una evaluación realizada por profesionales capacitados para asegurar que se tome la mejor decisión para maximizar la confiabilidad de la máquina.

Noria Corporation. Traducido por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América.