Blair Fraser, UE Systems Inc. Traducido por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América

 

Cuando se trata de una lubricación adecuada de los rodamientos, ¿cuál es su nivel de confianza?

Determinar tanto la frecuencia de lubricación como la cantidad a aplicar son dos problemas desconcertantes que enfrentan los técnicos responsables del mantenimiento de los rodamientos. ¿Qué sucede si usa demasiada (o muy poca) grasa en los rodamientos?

La lubricación insuficiente puede hacer que un rodamiento se desgaste antes de tiempo, mientras que aplicar demasiada lubricación a menudo conduce a resultados catastróficos para el rodamiento. Incluso puede causar daños a largo plazo a las bobinas y devanados del motor.

Con la ayuda de herramientas ultrasónicas y un poco de conocimiento sobre lubricación, los técnicos pueden tomar mejores decisiones de engrase o incluso automatizar el proceso de monitoreo y engrasado.

La mentalidad actual

Tradicionalmente, la programación de la lubricación se ha basado en intervalos y los proveedores de maquinaria a menudo recomiendan programas de lubricación establecidos en función de criterios como las horas de operación. Los proveedores también suelen proporcionar instrucciones sobre la cantidad de lubricante que se debe aplicar durante estos procedimientos de mantenimiento programados. No es raro que a los clientes se les diga que deben lubricar a intervalos cortos y que agreguen lo que parece ser una cantidad excesiva de grasa. En un caso, se le recomendó a un cliente que lubricara los rodamientos del motor cada dos o tres semanas y que agregara 30 gramos de grasa. El origen de estas sugerencias lleva a especular que a menudo se basan en algunos factores desconocidos que no tienen aplicación en el mundo real.

Un sistema de capacitación, herramientas y planificación que le permita a su personal realmente “escuchar” sus rodamientos y comprender exactamente cómo lubricarlos adecuadamente podría ser invaluable para prevenir fallas tempranas, interrupciones inesperadas de producción y otros costos y problemas relacionados con lubricación insuficiente o excesiva de los rodamientos.

Intervalos de lubricación y optimización de la maquinaria

Los intervalos de lubricación se basan en una premisa simple: mantener la maquinaria funcionando de manera óptima evitando que un rodamiento se seque y cause daños catastróficos. Si bien es un concepto preventivo sólido, se debe lograr un equilibrio entre evitar la falta de lubricación y la excesiva lubricación.

Para lograr la optimización de la maquinaria, necesita saber cuándo lubricar y cuándo dejar de aplicar lubricantes a un rodamiento. ¿Cómo hace esto? Utilizando una estrategia de lubricación basada en la condición y dejando que la condición del rodamiento determine cuándo lubricar. Si un rodamiento está funcionando correctamente y no demuestra ningún cambio que justifique agregar lubricante, el rodamiento debe dejarse en paz.

Si las condiciones cambian y un rodamiento muestra que necesita lubricación, se le debe aplicar lubricante. Monitorear el rodamiento mientras se aplica el lubricante también ayudará a determinar cuánto agregar y cuándo detener la aplicación.

Cómo funciona la tecnología de ultrasonido

La tecnología de ultrasonido es ideal para los métodos de lubricación basados ​​en condición. Para entender por qué, uno debe entender la tecnología de ultrasonido, cómo los rodamientos producen el ultrasonido y cómo los instrumentos de monitoreo de ultrasonido pueden ayudar a mantener niveles óptimos de lubricación en los rodamientos.

La tecnología de ultrasonido se basa en la detección de sonidos de alta frecuencia. El ultrasonido comienza a 20,000 ciclos por segundo, o 20 kilohercios (kHz). Este se considera el umbral de alta frecuencia en el que se detiene la audición humana. La mayoría de los instrumentos ultrasónicos detectan desde 20 kHz hasta 100 kHz. El rango de audición humana cubre frecuencias desde 20 ciclos por segundo (20 Hz) hasta 20 kHz. El ser humano promedio a menudo escuchará hasta 16.5 kHz y no más.

Instrumentación para ultrasonido

Los instrumentos basados ​​en la tecnología de ultrasonido transmitidos por el aire o transmitidos por estructuras se denominan traductores ultrasónicos. Estos traductores reciben los sonidos inaudibles de alta frecuencia y los traducen electrónicamente al rango audible a través de un proceso llamado heterodino, que funciona de manera similar a una radio AM.

Figura 1. Uso de la técnica de ultrasonido

Si bien no podemos escuchar las ondas de radio, este método nos ayuda a identificar fácilmente diferentes voces e instrumentos musicales cuando escuchamos la radio. De manera similar, este proceso heterodino proporciona una traducción precisa del ultrasonido producido por el equipo operativo y permite a los usuarios identificar fácilmente un componente de sonido de otro.

La mayoría de los traductores ultrasónicos brindan retroalimentación de dos maneras: a través de auriculares y en un medidor donde la amplitud de estos sonidos se puede ver como incrementos de intensidad o como decibeles (dB).

Monitoreo por ultrasonido

Imagínese un rodamiento correctamente instalado. Se le ha dado la cantidad adecuada de lubricante y está en perfecta alineación. A medida que rueda alrededor de la pista de rodadura, el lubricante nivela cualquier tensión que pueda tener y se mueve sin estrés.

Durante este movimiento libre de estrés, produce un sonido de movimiento reconocible similar al sonido del aire que se escapa de un neumático. Este sonido se conoce como “ruido blanco”. Incluye todos los sonidos, tanto de baja como de alta frecuencia. Las ondas de alta frecuencia generadas por este ruido blanco están más localizadas que las de las frecuencias más bajas.

Usando un traductor ultrasónico, estas señales se pueden detectar con poca o ninguna interferencia de otros ruidos mecánicos generados por otros componentes, como un eje u otro rodamiento cercano (a diferencia de los medidores de vibración, que detectan los desplazamientos vibratorios de los elementos rodantes, el traductor de ultrasonidos detectará la fricción).

A medida que el nivel de lubricación en un rodamiento cae o se deteriora, aumenta la posibilidad de fricción. Habrá un aumento correspondiente en el nivel de amplitud del ultrasonido que se puede notar y escuchar. El método para determinar cuándo lubricar y cuándo dejar de aplicar lubricación con instrumentos de ultrasonido es tan simple como establecer una línea de base, establecer programas de inspección y monitoreo durante las aplicaciones de lubricante.

Establecer una línea de base

Una línea de base para un rodamiento refleja el nivel de decibeles en condiciones normales de operación sin defectos observables y con lubricación adecuada. Hay tres métodos para establecer una línea de base:

Comparación: Cuando hay más de un rodamiento del mismo tipo, carga y rpm, se pueden comparar entre sí. Cada rodamiento se inspecciona en el mismo punto y ángulo de prueba. Se comparan los niveles de decibeles y la calidad del sonido. Si no hay diferencias sustanciales (menos de ocho dB), se establece un nivel de dB de referencia para cada rodamiento.

Definir mientras se lubrica: Mientras se aplica el lubricante, el técnico puede escuchar el sonido hasta que el nivel baja y luego comienza a subir. En ese momento, no se agrega más lubricante y el valor de dB se utiliza como línea de base. Alternativamente, en un sistema con monitoreo continuo, se monitorea la tendencia de dB, lo que permite la medición cuantitativa antes y después de la lubricación.

Histórico: Se obtienen los niveles de dB del rodamiento por una inspección inicial y se comparan 30 días después. Si hay poco (menos de ocho dB) o ningún cambio en dB, entonces se establece este valor como la línea de base y se usará para compararla en inspecciones posteriores.

Establecimiento de programas de inspección

La criticidad del equipo, en lo que respecta a las consecuencias en la producción, medio ambiente y operativas, es el factor principal en la selección y el establecimiento de frecuencias para evaluar sistemas mecánicos. Una vez realizada la inspección de referencia, puede ser suficiente con un intervalo mensual. Para rodamientos con altos niveles de decibeles que se han lubricado subsecuentemente, es posible que sea necesario realizar pruebas frecuentes para anticiparse a posibles cambios. Si un rodamiento está en modo de falla, el lubricante enmascarará temporalmente la falla; sin embargo, la falla producirá rápidamente un aumento en el nivel de dB. En algunos casos, esto sucederá en minutos; en otros, en días.

Figura 2. Pistola de engrasar con dispositivo ultrasónico acoplado

Sin embargo, si está utilizando un sistema que incluye monitoreo continuo, no se requerirá de un intervalo establecido. En cambio, el sistema puede notificar al usuario el momento preciso en que se necesita lubricación en lugar de esperar a detectar el problema en la próxima prueba programada.

Monitoreo mientras lubrica

Se puede suponer que un rodamiento que excede los ocho dB sobre una línea de base establecida necesita lubricación. Una vez que se ha identificado un rodamiento para lubricación, saber cuándo dejar de aplicar el lubricante evitará la lubricación excesiva. Esto se logra de una de estas tres formas:

  1. Calcule la cantidad según las pautas de los fabricantes de rodamientos y aplique esa cantidad de lubricante y no más. Esto depende poco de los métodos ultrasónicos, es subjetivo y, a menudo, se ejecuta mal.
  2. El técnico de lubricación monitorea el rodamiento con un instrumento ultrasónico mientras se aplica el lubricante. El lubricante se aplica lentamente de forma manual hasta que el nivel de decibeles desciende al nivel de referencia. Con un sistema de monitoreo continuo, el reengrasado se puede activar de forma remota.
  3. Si no es posible utilizar un nivel de dB como guía, se aplica el lubricante hasta que el sonido desaparece y comienza a subir. En ese preciso momento, el técnico deja de aplicar el lubricante.

Inspección de rodamientos por ultrasonido

La inspección y el monitoreo ultrasónico es el método más confiable para detectar fallas incipientes (también conocidas como fallas en etapa temprana) de los rodamientos. La advertencia ultrasónica aparece antes de un aumento de temperatura o un aumento de los niveles de vibración de baja frecuencia. Este método de inspección de los rodamientos es útil para reconocer el comienzo de una falla por fatiga, el ensanchamiento de las superficies de los rodamientos y un exceso o falta de lubricante.

Detectando señales de falla

En los rodamientos, a medida que el metal de la pista de rodadura, los rodillos o las bolas comienzan a fatigarse, comienza a producirse una deformación sutil. Esta condición producirá superficies irregulares, lo que provocará un aumento en la emisión de ondas sonoras ultrasónicas. Un cambio en la amplitud de la lectura original es una indicación de una de dos condiciones: falla previa o falta de lubricación y falla incipiente del rodamiento.

Un aumento de ocho dB sobre la línea de base acompañado de un ruido como un zumbido constante sugiere una falla del lubricante (superficies de rodamiento secas). Cuando una lectura ultrasónica supera cualquier lectura anterior en 16 dB y se acompaña de ruidos crepitantes o un aumento en el valor pico a pico de una lectura continua de dB, se puede suponer que el rodamiento ha entrado en el inicio del modo de falla.

Esta información se descubrió originalmente a través de la experimentación realizada por la NASA en rodamientos de bolas. En las pruebas realizadas mientras se monitoreaban los rodamientos en frecuencias de 24 a 50 kHz, los investigadores encontraron que los cambios en la amplitud indicaban fallas incipientes antes que cualquier otro indicador, incluidos los cambios de temperatura y vibración.

Un sistema ultrasónico basado en la detección y análisis de modulaciones de las frecuencias de resonancia de los rodamientos proporciona capacidades de detección sutiles, mientras que los métodos convencionales son incapaces de detectar fallas leves.

Cuando una bola pasa sobre un hoyo o falla en la superficie de la pista, produce un impacto. Una resonancia estructural de uno de los componentes del rodamiento vibra o suena por este impacto repetitivo. El sonido producido se escucha como un cambio cualitativo en los auriculares, generalmente como un crujido, y se observa como un aumento de amplitud en las frecuencias ultrasónicas monitoreadas del rodamiento.

Procedimientos de lubricación

Es imperativo considerar dos elementos de falla potencial: falta de lubricación y exceso de lubricación.

Las cargas normales de los rodamientos provocan una deformación elástica de los elementos en el área de contacto, proporcionando una distribución elíptica suave. Pero las superficies de los rodamientos no son perfectamente lisas. Por esta razón, la distribución de la tensión real en el área de contacto se verá afectada por una rugosidad superficial aleatoria. En presencia de una película de lubricante en una superficie de apoyo, hay un efecto amortiguador sobre la distribución de la tensión y la energía acústica producida será baja.

Si la lubricación se reduce a un punto donde la distribución de la tensión ya no está presente, las asperezas normales entrarán en contacto con la cara de las superficies y aumentarán la energía acústica. Estas deformidades microscópicas normales comenzarán a producir desgaste y pueden desarrollarse las posibilidades de pequeñas fisuras, contribuyendo a la condición previa a la falla. Por lo tanto, además del desgaste normal, la fatiga o la vida útil de un rodamiento está fuertemente influenciada por el espesor relativo de película proporcionado por un lubricante apropiado.

La cantidad adecuada de lubricación es fundamental. Si un rodamiento se lubrica en exceso, el lubricante puede empujar (presionar) excesivamente el elemento del rodamiento o la jaula, lo que provocará un desgaste adicional del rodamiento. Demasiado lubricante provoca batido y fricción del fluido. El calor de la fricción del fluido, junto con el efecto exprimidor del batido, sirve para expulsar prematuramente el aceite del espesante; el aceite se fuga a través de los sellos y el alojamiento y se pierde.

Por otro lado, si no hay suficiente lubricante, el rodamiento rozará la superficie sólida, causando fricción y desgaste en los rodamientos. Cualquiera de los dos casos es perjudicial para la vida útil del rodamiento, pero el uso de ultrasonido elimina cualquier conjetura sobre la lubricación.

Consideraciones importantes

Como ocurre con cualquier tecnología, no existe un procedimiento válido para todo. Por ejemplo, existen algunas limitaciones de los intervalos/volúmenes de reengrase estimados utilizando ecuaciones estándar. Uno de los problemas con la lubricación a intervalos establecidos son las diferentes aplicaciones para distintos rodamientos, que varía entre las instalaciones.

Una planta de procesamiento de alimentos, por ejemplo, puede tener una aplicación en la que la maquinaria se vaporiza todos los días para su limpieza. Es posible que otra instalación no siga el mismo procedimiento si opera en un entorno diferente que no requiera limpieza con tanta frecuencia, y otra podría tener muchas partículas en el aire que podrían contaminar el rodamiento. Debido a esta variabilidad, uno puede solo suponer cuál debería ser el ciclo de lubricación. La necesidad real depende del contexto específico de la instalación y en qué condiciones esté trabajando la maquinaria.

Además, hay algunas consideraciones sobre dónde, cuándo y cómo se puede utilizar un enfoque ultrasónico. Si una instalación efectúa la lubricación casi al azar, de manera desorganizada o se basa únicamente en la calidad del sonido como factor determinante, la efectividad del programa puede verse comprometida. Es necesario realizar un seguimiento de la condición de los rodamientos a lo largo del tiempo, establecer niveles de línea de base y determinar los cambios de dB sobre esa línea de base para indicar la necesidad de lubricar o no. Dicho programa ayuda al personal a comprender exactamente lo que está viendo.

Rodamientos cuyo acceso es difícil o peligroso

Los rodamientos de acceso difícil o potencialmente inseguro pueden representar un desafío para lubricarlos adecuadamente con métodos tradicionales. En aplicaciones como esta, la lubricación remota mediante retroalimentación ultrasónica puede ofrecer una excelente solución para minimizar el riesgo y reducir el número de tareas de lubricación difíciles. Un sistema integrado permite una lubricación basada en condición adecuada sin la necesidad de estar físicamente frente al rodamiento.

Independientemente del método que elija, ya sean herramientas para escuchar las señales ultrasónicas o el monitoreo en forma continua de los datos ultrasónicos y su tendencia con un sistema integrado, el ultrasonido puede desempeñar un papel importante en un programa exitoso de monitoreo de condición.

Referencia

  1. Informe técnico de la NASA. Informe B72-10494. Agosto de 1972.