Cojinetes (rodamientos y de arrastre)

COJINETESJEFERSON RESTREPO

EDWIN RODRIGUEZ

INTRODUCCIÓN

Los Egipcios usaron rodillos para

trasladar las grandes piedras que

constituyen las pirámides

Leonardo da Vinci fue el primero en

dibujar una pieza capaz de resolver

este problema.

QUÉ ES UN COJINETE

Un cojinete en ingeniería es la pieza

o conjunto de ellas sobre las que se

soporta y gira el árbol transmisor de

momento giratorio de una máquina.

De acuerdo con el tipo de contacto

que exista entre las piezas

(deslizamiento o rodadura), el cojinete

puede ser un cojinete de

deslizamiento o un rodamiento.

PARTES DE UN COJINETE

MONTAJE DE LOS RODAMIENTO

1. Roturas debido a montaje con golpes


Debido al entorno de operación, la falta de precisión en las

tolerancias al maquinar ejes y alojamientos, errores de

ensamble ó incluso la operación del propio equipo, los

rodamientos fallan.

Si los daños ó defectos son detectados antes de que suceda una

falla catastrófica, normalmente la reparación es mínima en

referencia a costos y tiempo de paro, únicamente se resuelve

con el cambio del rodamiento.


MANTENIMIENTO PREVENTIVO.

Los fabricantes de rodamientos proporcionan procedimientos de mantenimiento muy detallados, métodos de lubricación y procedimientos de operación para maximizar la vida de este importante elemento de la maquinaria y siguiendo estas prácticas se puede lograr una larga vida en los rodamientos. Además de estas prácticas, utilizando un "mantenimiento de precisión" se ha demostrado que es posible prolongar la vida del rodamiento. El mantenimiento de precisión prolonga la vida del rodamiento de 5 a 10 veces más que en el pasado, con muy poco esfuerzo adicional.

¿POR QUÉ EL MANTENIMIENTO PREDICTIVO ES

NECESARIO PARA LAS FALLAS EN RODAMIENTOS

Los programas de mantenimiento predictivo se basan en estudios

que han determinado que el 89% de las fallas son aleatorias en

esencia y el 68% de ellas se producen inmediatamente después de la

instalación del rodamiento ó de la reparación.

Un programa eficaz de Mantenimiento Predictivo nos permite

decidir en base a la condición de operación de la maquinaria para

determinar cuándo es necesario el mantenimiento y/o el reemplazo

de los rodamientos.

Un programa efectivo de mantenimiento predictivo reconoce tres

etapas fundamentales las cuales son: Detección, Análisis y

Corrección.

Fase de Detección:

Es la fase más importante, ya que se utiliza para identificar

posibles fallas ó fallas incipientes en la maquinaria. Un programa

efectivo de Mantenimiento Predictivo identificará estas fallas con

suficiente anticipación para reemplazar los rodamientos ó

mejorar la salud de la maquinaria, antes de que se produzca una

falla catastrófica. La fase de detección identifica cualquier falla

potencial en rodamientos. Entre más rápido se realicen estas

inspecciones más equipos pueden ser protegidos, dando como

resultado un programa mucho más efectivo.

Fase de Análisis:

La fase de Análisis podrá exigir pruebas adicionales ó incluso otra

tecnología para determinar la gravedad y/o la causa raíz de la

falla. La fase de análisis generalmente toma la mayor parte del

tiempo del programa de Mantenimiento Predictivo. Si se toma

suficiente información durante la fase de detección para elaborar

un análisis preciso, esto desperdiciaría tiempo valioso durante el

proceso de detección. Esto efectivamente reduce el número de

equipos capaces de inspeccionar ó requiere de más intervención

del hombre para realizar esta tarea. Esto da como resultado

menos efectividad en el programa de Mantenimiento Predictivo.

Fase de Corrección:

Esta fase requiere reemplazar o reparar las fallas y verificar la corrección de estas con instrumental especialmente diseñado para este fin. Este es también el momento ideal para corregir la causa de la falla, es decir, encontrar la causa raíz.

Instrumentos Para el Mantenimiento Predictivo

Un instrumento efectivo debe ser portátil, ligero, realizar pruebas repetitivas, realizar pruebas no destructivas y no intrusivas. Sin embargo, no existe medición única ó tecnología que proporcione una visión dentro de las fallas en rodamientos al 100%. Más aún, muchas de las técnicas disponibles son especiales para la detección de estas fallas, pero tienen una capacidad limitada para identificar otros problemas en la maquinaria.

Métodos de análisis de fallas de los rodamientos

•Chequeo del ruido

•Chequeo de la temperatura de operación

•Chequeo del lubricante

•Sistema de emisión acústica (acoustic emission) de diagnosis de

anormalidad.

Está demostrando ser una herramienta muy

efectiva para identificar fallas incipientes en la Fase

de Detección del PdM.

ESA también tiene la capacidad de detectar fallas

dentro del sistema de motor, como son barras rotas

del rotor, excentricidad del rotor, cortos entre vueltas

del devanado, etc. y estas fallas no pueden ser detectadas

con análisis de vibraciones.

Se ha documentado que el método más eficaz para determinar la

gravedad de las fallas de los elementos rodantes del rodamiento es

determinando la frecuencia de la señal generada por la falla.

El Análisis de la firma eléctrica (ESA) (Electrical

Signature Analysis - ESA).

Etapa 1: (10-20% de vida útil)

El agrietamiento por debajo de la superficie de rodadura ocurre durante la

Etapa 1 de una falla de rodamientos, generando ondas de Stress de muy

baja amplitud en el rango de 300 a 500 kHz. Los sensores especiales y

técnicas de procesamiento de señal, han demostrado con éxito la

identificación de las fallas tan temprano como la Etapa 1. Sin embargo, en la

mayoría de las aplicaciones la detección del proceso de falla es inicial y la

detección visual es imperceptible, y esto resulta difícil de determinar.

Esta es también una técnica especializada que requiere de tecnología

especializada, con retorno limitado. Se estima que cuando existe una falla

en la Etapa 1, el 80% aproximadamente de la vida útil del rodamiento se

ha gastado.

Etapa 2: (Vida útil 5-10%)

Como la falla va empeorando, el agrietamiento en la pista de rodadura

comienza a extenderse hacia la superficie y causa corrosión microscópica en

la superficie del componente averiado

En una etapa temprana como la dos se genera corrosión microscópica

ocasionando que los componentes de los rodamientos lleguen a vibrar a

sus frecuencias naturales y propias de estos. Las frecuencias naturales son

en el rango de 30 a 60 KHz.

Existen técnicas especializadas de medición, tales como Método de

Impulsos de Choque (Shock Pulse Method-SPM), factor cresta y técnicas

de Ultrasonido esta se basan en la frecuencia natural del sensor de

vibración resonante. La operación del transductor en la resonancia

amplifica señales muy pequeñas del defecto dentro de un rango utilizable.

El Análisis de la Firma Eléctrica (ESA) suele identificar fallas de rodamientos

en la Etapa 2 En algunos casos la ESA identifica las fallas de una forma

temprana y más efectiva con respecto al análisis de vibraciones.

ESA identifica fallas en las maquinas mediante la localización de los picos del

espectro de las líneas de frecuencia (normalmente 50 a 60 Hz) en torno a

una frecuencia central.

Cuando las señales aparecen en el rango de 500 a 2000 Hz, el rodamiento

es ahora una falla temprana, es decir, Etapa 2.

Etapa 3: (1-5% de vida útil)

En esta etapa la falla del rodamiento continua y las grietas presentes

empeoran, se generan rebabas, desprendimiento y posiblemente agujeros u

otros defectos que se producen en la superficie del componente averiado.

Estos son los defectos son perceptibles y conocidos para el personal de

mantenimiento. Esta es la condición en la que el defecto se puede observar

visualmente cuando los rodamientos son inspeccionados. Esta es la Etapa

en la que se puede escuchar 16-20 kHz el ruido procedente del rodamiento.

Etapa 4: (1% - 1 resto de la vida útil)

A medida que la falla empeora, aparecen múltiples grietas, agujeros,

rebabas, etc. Los elementos rodantes se puede deformar y la jaula se puede

desintegrar.

Cuando las frecuencias anteriores desaparecen y el ruido de fondo del

espectro o la señal a 1X de la velocidad se incrementa, se recomienda

detener la máquina inmediatamente, considerando que el rodamiento está

sujeto fallar por completo en cualquier momento

NSK BEARING DOCTOR

DIAGNÓSTICO RÁPIDO DE FALLAS EN RODAMIENTOS

El rodamiento se torna

inutilizable cuándo sufre fallas

prematuras debido al manejo

inadecuados de procedimientos

de mantenimiento

FALLAS EN LOS RODAMIENTOS

Y ACCIONES CORRECTIVAS

Se pueden utilizar los rodamientos correctamente cuidados por

un largo periodo, en general, hasta la vida de fatiga, sin embargo,

hay casos de ocurridos inesperadamente rápidos que no permiten

la utilización continuada. Estos ocurridos prematuros con relación

a la vida de fatiga, son los límites de uso, naturalmente

denominados de quiebras o accidentes que en su gran mayoría

tienen como causas: falta de cuidado en la instalación, utilización y

lubricación; penetración de partículas ajenas del exterior y no

considerar la influencia del calor en el eje y alojamiento.

FALLAS EN LOS RODAMIENTOS:

DESCAMACIÓN

Tipo de Falla Causas Posibles Acciones Correctivas

• Cuando un rodamiento gira

con carga, ocurre la salida de

material por la fatiga del

acero en las superficies de

los elementos rodantes o las

superficies de las pistas de

los anillos interno y externo.

• Carga excesiva.

• Falla en la instalación

(desalineamiento)

• Carga de momento.

• Contaminación por partículas, o por

agua.

• Lubricación deficiente, lubricante

inadecuado.

• Juego incorrecto.

• Deficiencia en la precisión del eje y

del

alojamiento.

• Consecuencia

• Reconfirmar la especificación del

rodamiento y chequear las condiciones de

carga.

• Mejorar el sistema de instalación.

• Mejorar el método de sellado, prevenir

la oxidación durante las paradas.

• Utilizar lubricantes con viscosidad

adecuada, mejorar el método de

lubricación.

• Chequear la precisión del eje y del

alojamiento.

• Chequear el juego interno del

rodamiento.


DESCAMACIÓN


DESGASTE O DESCASCARADO LIGERO (PEELING)


• Áreas de pequeños puntos o

áreas opacas surgen en las

superficies junto con desgaste

ligero de las pistas y elementos

rodantes. Con la salida del

material, surgirá posteriormente,

la descamación.

• Lubricante inadecuado.

• Contaminación por partículas de la

lubricación.

• Falta de lubricación.

• Problema de viscosidad del

lubricante.

• Seleccionar el lubricante correcto.

• Mejorar los mecanismos de sellado.


DESGASTE O DESCASCARADO LIGERO (PEELING)


RAYADURAS


• En la superficie de la pista y de los

cuerpos rodantes.

• En forma espiral, en la pista del

rodamiento axial de bolas.

• En la lateral del rodillo y en la

lateral del guía del reborde.

• Deficiencia en la lubricación en la

partida, consistencia de la grasa muy

alta, aceleración de partida muy alta.

• Los anillos no están paralelos,

velocidad

de giro excesiva.

• Deficiencia en la lubricación,

deficiencia

en la instalación , carga axial

excesiva.

• Utilizar grasas menos consistentes,

evitar la aceleración repentina.

• Corrección de la instalación ,

adecuar la precarga , seleccionar el

tipo de rodamiento más adecuado.

• Seleccionar el lubricante adecuado,

corregir la instalación.


RAYADURAS


ADHERENCIA POR PATINAJE (DESLIZAMIENTO)


• Adherencia por patinaje es el daño

a la superficie de las pistas y

elementos rodantes provocado por

el rompimiento de la película de

lubricación y/o patinaje

(deslizamiento) entre pista y

elemento rodante.

• Alta velocidad y baja carga.

• Aceleraciones y desaceleraciones

repetitivas .

• Lubricante inadecuado.

• Entrada de agua.

• Aumentar la precarga.

• Optimizar el juego.

• Utilizar lubricantes con viscosidad

adecuada.

• Mejorar el método de lubricación.

• Mejorar los mecanismos de

sellado.


ADHERENCIA POR PATINAJE (DESLIZAMIENTO)


FRACTURAS


• Anillo interno o anillo externo

partidos.

• Cuerpos rodantes partidos

• Reborde con astillas.

• Fracturas se refiere a pedazos

pequeños que se parten del

rodamiento.

• Impacto durante el montaje

• Carga excesiva

• Mal manejo como la caída del

rodamiento al piso.

• Mejorar el método de montaje

usando calentador de inducción y

herramientas adecuada. No usar

martillo directamente al rodamiento.

• Reconsiderar las condiciones de

carga

• Ofrecer suficiente respaldo a la

pestaña del rodamiento.


FRACTURAS


RAJADURAS Y GRIETAS


• Rajaduras en la pista del aro

o en los elementos rodantes.

• Uso continuo en estas

condiciones resultan a

rajaduras mayores o

fracturas.

• Grietas son rajaduras

ligeras en la superficie

• Interferencia excesiva.

• Carga excesiva, carga de choques.

• Progresión de la descamación.

• Generación de calor y corrosión por

contacto.

• Generación de calor por deslizamiento.

• Deficiencia en el ángulo del eje cónico.

• Deficiencia en la circularidad del eje.

• Radio del asiento muy largo.

• Corregir la interferencia.

• Verificar las condiciones de

carga.

• Mejorar el método de

instalación.

• Utilizar un perfil apropiado

para el eje.


RAJADURAS Y GRIETAS


JAULA DAÑADA


• Daños a la jaula incluyen

deformación de la jaula, fracturas

y deterioro.

• Fractura del pilar de la jaula.

• Deformación de la lateral.

• Deterioro en la superficie de la

ventana.

• Deterioro de la superficie del

anillo guía.

• Falla en la instalación

(desalineamiento).

• Falla de manejo.

• Carga de momento elevada.

• Impactos o grandes vibraciones.

• Rotación excesiva, aceleraciones

o desaceleraciones repetitivas.

• Falla de lubricación.

• Aumento de la temperatura.

• Verificar el método de la

instalación.

• Verificar la temperatura,

velocidad y condiciones de carga.

• Reducir la vibración.

• Selección del tipo de jaula.

• Selección del método de

lubricación y lubricante.


JAULA DAÑADA


PITTING (CRÁTERES PEQUEÑOS)


• La superficie de los elementos

rodantes o la superficie de la

pista presentan muchos cráteres

pequeños de color oscuro

• Contaminación por impurezas.

• Rodamiento o lubricante

expuestos al medio ambiente.

• Fallas en la lubricación.

• Mejorar el sistema de sellado.

• Filtrar el aceite lubricante.

• Utilizar el lubricante correcto.


PITTING (CRÁTERES PEQUEÑOS)


DETERIORO (DESGASTE)


• Deterioro de la superficie por

fricción de deslizamiento entre la

superficie de la pista, elementos

rodantes, rodillos y laterales,

rebordes, casillas de la jaula, etc.

• Entrada de impurezas.

• Progresión de la oxidación y de

la corrosión eléctrica.

• Lubricante deficiente.

• Deslizamiento causado por

movimiento irregular de los

elementos.

• Mejorar el sistema de sellado.

• Limpiar el alojamiento.

• Verificar el lubricante y el

método de lubricación.

• Prevenir el desalineamiento.


DETERIORO (DESGASTE)


AGARROTAMIENTO (GRIPAMIENTO)


• El sobrecalentamiento provoca

cambio de color en el

rodamiento. Consecuentemente,

los anillos, elementos rodantes y

jaula se suavizan y se deforman,

causando daños. Además, el

sobrecalentamiento puede

eliminar el juego interno,

causando agarrotamiento

(gripamiento).

• Falla en la lubricación.

• Exceso de carga (exceso de

recarga).

• Alta velocidad.

• Juego interno muy pequeño.

• Entrada de agua y

contaminantes.

• Mala precisión del eje y

alojamiento.

• Reestudiar el ajuste y juego

interno del rodamiento.

• Lubricar con volumen y

lubricante

adecuados.

• Verificar la precisión del eje y

alojamiento.

• Mejorar el método de

instalación.


AGARROTAMIENTO (GRIPAMIENTO)

CAUSAS DE FALLOS EN LOS COJINETES

DE FRICCIÓN: SUCIEDAD

SUCIEDAD EN EL CIRCUITO

DE LUBRICACIÓN

Recomendación: Al reparar el

motor, limpiar cuidadosamente

todo el circuito de lubricación


DE FRICCIÓN: SUCIEDAD

SUCIEDAD EN EL RESPALDO

DEL COJINETE

Recomendación: limpiar

cuidadosamente los alojamientos

donde se van a asentar los

cojinetes, antes de montar los

mismos.


DE FRICCIÓN: FALTA DE LUBRICACIÓN

FALLO EN EL CIRCUITO DE

LUBRICACIÓN

Recomendación: debe verificarse

cuidadosamente el circuito de lubricación

para encontrar la causa del fallo, que

puede ser un conducto de lubricación

obstruido, un cojinete mal posicionado,

fallo en el funcionamiento de la bomba,

etc.


DE FRICCIÓN: FALTA DE LUBRICACIÓN

FALTA DE LUBRICACIÓN

Recomendación: vigilar posibles pérdidas

de aceite por los retenes y sustituirlos en

caso necesario.


DE FRICCIÓN: ERRORES DE MONTAJE

COJINETE INVERTIDO

Recomendación: extremar las precauciones durante el montaje de nuevos cojinetes, comprobando la correcta posición de cada uno de ellos


DE FRICCIÓN: ERRORES DE MONTAJE

OTROS ERRORES DE

MONTAJE

Recomendación: se revisará

que todos y cada uno de los

componentes del motor están

montados correctamente


DE FRICCIÓN: ERRORES DE MECANIZADO DE LOS COMPONENTES.

ALOJAMIENTO MAL

RECTIFICADO (FACETADO

O POLIGONAL)

Recomendación: verificar el

correcto rectificado de eje y

alojamiento



ERRORES DE FORMA DEL EJE: CÓNCAVO, CONVEXO O CÓNICO

Recomendación: utilizar una muela de rectificar en perfecto estado para conseguir una correcta geometría del cigüeñal



DESALINEACIÓN ENTRE

EJE Y ALOJAMIENTO

Recomendación: las

tolerancias de mecanizado del

bloque y del cigüeñal deben

ser las especificadas por el

fabricante del motor



APRIETE INSUFICIENTE

Recomendación: verificar que

las medidas del alojamiento y

el par de apriete son las

recomendadas por el

fabricante.


DE FRICCIÓN: SOBRECARGA

SOBRECARGA: se produce el daño por fatiga del material.

Recomendación: revisar que las holguras de ensamblaje, y el material del cojinete sean los especificados para la aplicación. También es importante respetar las condiciones de puesta a punto del motor


DE FRICCIÓN: CORROSIÓN

CORROSIÓN: Un aceite en mal estado puede dañar la superficie del cojinete.

Recomendación: utilizar el aceite recomendado por el fabricante, así como efectuar los cambios de aceite que se determinen en el manual de mantenimiento del vehículo.


DE FRICCIÓN: CAVITACIÓN

CAVITACIÓN: la presión de aceite

disminuye localmente y se originan

burbujas de vapor

Recomendación: verificar que las

condiciones de lubricación, como la

presión, el caudal y el tipo de aceite

se ajusten a las exigidas por el

fabricante del vehículo

BIBLIOGRAFÍA

http://www.ntn-snr.com/group/es/es-

es/index.cfm?page=/group/home/technique_roulement/vocabulaire/histoire

http://www.nb-cofrisa.com/docs/web_fallos_esp.pdf

http://www.uesystems.eu/es/aplicaciones/inspeccion-de-rodamientos-y-lubricacion/

http://www.nskamericas.com/cps/rde/xbcr/na_es/NSK_BearingDoctor_Catalogo_de

_Fallas.pdf

http://www.ntn-snr.com/group/es/es-es/index.cfm?page=/group/home/technique_roulement/vocabulaire/histoire

http://www.nb-cofrisa.com/docs/web_fallos_esp.pdf

http://www.uesystems.eu/es/aplicaciones/inspeccion-de-rodamientos-y-lubricacion/

http://www.nskamericas.com/cps/rde/xbcr/na_es/NSK_BearingDoctor_Catalogo_de_Fallas.pdf

Documents

Cojinetes (rodamientos y de arrastre)