1. Introducción
La fiabilidad del equipo rotativo en las empresas de la industria pesada de Ucrania depende directamente del estado de los rodamientos de rodadura. Las condiciones de explotación en los combinados metálicos, los combinados minero-moliendales y las empresas energéticas se caracterizan por altas cargas, contaminación y vibraciones. El fallo prematuro de los rodamientos provoca paradas accidentales y pérdidas financieras significativas.
Según la estadística del mantenimiento técnico, cerca del 34% de las fallas prematuras de motores eléctricos y reductores son causadas por problemas con los rodamientos. El objetivo principal del ingeniero de confiabilidad no es simplemente reemplazar el componente dañado, sino realizar un análisis preciso de la causa raíz (RCA — Root Cause Analysis) mediante el estudio visual y microscópico de las rutas de rodadura y los cuerpos rodantes. La detección temprana de defectos y el cumplimiento de los planes de mantenimiento técnico permiten alcanzar un tiempo medio entre fallos (MTBF) superior a 50 000 horas para ventiladores y bombas industriales pesados.
2. Principios fundamentales
La operación del rodamiento de rodadura se basa en la conversión de la fuerza de fricción de deslizamiento en fricción de rodadura. Los esfuerzos principales se generan en las zonas de contacto entre los cuerpos rodantes (bolas o rodillos) y las ranuras de rodadura de los anillos. Los esfuerzos de contacto según el método de Hertz (esfuerzo de contacto Hertziano) en estas zonas son un parámetro crítico y se determinan mediante la fórmula:
p_max = (3 * F) / (2 * pi * a * b)
De:F — carga radial o axial,a, b — semiejes del elipse de contacto de Hertz.
En condiciones normales de funcionamiento, los esfuerzos máximos no se concentran en la superficie metálica, sino a una profundidad de aproximadamente 0.1–0.4 mm bajo ella (dependiendo del tamaño del cojinete y la carga). Precisamente en esta zona de esfuerzo cortante máximo comienzan los cambios microestructurales del material (formación de estructuras oscuras de desgaste), que con el tiempo conducen a la formación de grietas de fatiga que salen a la superficie. La comprensión de esta mecánica es clave para diferenciar los defectos superficiales (montados incorrectamente o dañados externamente) de las rupturas de fatiga internas.
3. Especificaciones técnicas y estándares
El análisis de fallos de los rodamientos está regulado por estándares internacionales y nacionales que establecen la terminología, métodos de medición y criterios de aceptabilidad del estado de los nodos:
- ISO 15243:2017 — Cojinetes de rodaje. Vocabulario. Daños y fallos de cojinetes. Clasificación de defectos según seis grupos principales.
- ISO 281:2007 — Cojinetes de rodamiento. Carga dinámica y vida nominal.
- DSTU ISO 10816 / ISO 10816-3 — Control vibratorio del estado de las máquinas mediante mediciones de vibración en componentes no considerados.
- DIN 51825 — Materiales de engrase. Grasas plásticas K… para rodamientos de rodadura y deslizamiento.
- CE / UkrSEPRO — Normas de conformidad de maquinaria industrial y componentes suministrados al mercado de Ucrania.
- Control de superficies de montaje: Verifique los juegos de los ejes (según los estándares ISO h5, h6, j6) y los cuerpos (ISO H7, J7) utilizando micrómetros y calibres. Las desviaciones de forma (ovalidad, conicidad) no deben exceder el 50% del campo de tolerancia.
- Métodos de calentamiento: Está prohibido utilizar llama abierta o lámparas de soldadura. Utilice calentadores inductivos con control de temperatura (no superiores a +110 °C para cojinetes estándar con fijación térmica).
- Transmisión de fuerza de montaje: Nunca transmita la fuerza de apriete a través de los cuerpos rodantes. La fuerza debe aplicarse exclusivamente al anillo que se monta con apriete (montaje por presión).
- Limpieza de la zona de trabajo: La contaminación por polvo abrasivo (especialmente en fábricas de cemento y plantas de generación de energía) durante la instalación reduce el tiempo de vida del rodamiento en un 70%.
- Análisis de vibración (análisis espectral): Detección de frecuencias características de defectos (BPFO — frecuencia del defecto del anillo exterior, BPFI — frecuencia del defecto del anillo interior, BSF — cuerpos rodantes, FTF — separador).
- Método de impulsos de impacto (SPM / Spike Energy): Efectivo para detectar impactos de alta frecuencia causados por la etapa inicial de desgaste y daño de la película lubricante.
- Termografía: Control de temperatura de los cascos de los rodamientos. Un aumento brusco de la temperatura por encima de +80 °C indica problemas con el lubricante o sobrecarga.
- Análisis de aceite (aceite y grasa lubricante): Espectrometría y ferrografia para detectar productos de desgaste (partículas de hierro, cobre) y evaluar el grado de degradación de la base del aceite.
- ISO 15243:2017. Cojinetes rodantes — Vocabulario — Daños y fallos.
- ISO 281:2007. Cojinetes rodantes — Cargas dinámicas de diseño y vida de diseño.
- Catálogo general SKF. Guías de análisis de daños y fallos en rodamientos.
- Manual de Mantenimiento de Cojinetes de FAG Industrial. Publicación WL 82 210/2 EA.
- IEEE Std 841-2009. Norma IEEE para la Industria del Petróleo y Química — Motores de Inducción de Jaula de Ardilla de Alta Eficiencia para Servicio Pesado.
4. Guía de selección y ajuste
La elección correcta del rodamiento y sus componentes asociados se basa en el cálculo del carga equivalente y del recurso nominal según el estándar ISO 281.. En la tabla a continuación se muestran los criterios de selección y los parámetros permitidos para condiciones industriales.
| Parámetro | Condiciones estándar | Condiciones pesadas (Metalurgia/Minería) | Modo de alta temperatura |
|---|---|---|---|
| Temperatura máxima (T) | Hasta +90 °C | Hasta +120 °C | Hasta +250 °C (estabilización S1/S2) |
| Viscosidad del aceite (ISO VG a 40 °C) | ISO VG 46 - 68 | ISO VG 150 - 320 | Pastas/masas de alta temperatura especiales |
| Zapata radial máxima | CN (Normal) | C3 o C4 | C4 o espesor especial |
| Clase de precisión (ISO 492) | P0 (Normal) | P6 o P5 | P5 |
| Recursos de cálculo (L10h) | 20 000 horas | 50 000 horas | 15 000 horas |
5. Mejores prácticas de montaje y puesta en marcha
Alrededor del 16% de las fallas prematuras son causadas por errores durante la instalación. Los ingenieros de instalación en las empresas de Ucrania deben cumplir con las siguientes reglas:
6. Modos de fallo y análisis de las causas raíz (RCA)
De acuerdo con ISO 15243, los principales defectos tienen claras señales visuales y microscópicas:
6.1. Desgaste por desprendimiento (Spalling / Fatigue Flaking)
Indicadores visuales: Depresiones superficiales y cavidades en las rutas de rodadura o en los cuerpos de rodadura, que se forman como resultado del desgaste del material bajo la acción de esfuerzos de contacto cíclicos.
Causa raíz: Agotamiento del recurso de fatiga del material (alcanzamiento del recurso calculado L10), o fatiga prematura debido a sobrecarga, viscosidad insuficiente del aceite (coeficiente de encapsulación kappa < 1) o contaminación por partículas.
6.2. Brinelling (Brinelling)
Indicadores visuales: Hendiduras en las rutas de rodadura, ubicadas con un paso que corresponde exactamente a la distancia entre los cuerpos rodantes. Puede ser real (mecánico) o falso (vibratorio).
Causa raíz: El brinelling real surge debido a cargas impactantes o sobrecargas estáticas que superan el límite de fluencia del material (por ejemplo, golpes con un martillo durante la instalación). El brinelling falso (verdadero desgaste vibratorio) surge en equipos fijos bajo la acción de vibración externa de los equipos vecinos, cuando la película lubricante se degrada.
6.3. Fretting Corrosion (Corrosión por frotamiento)
Indicadores visuales: Productos de desgaste rojizo-marrón o negros (óxido de hierro) en las superficies de montaje (diámetro interno del anillo y el eje, o diámetro externo y carcasa), acompañados de microcavidades locales.
Causa raíz: Desplazamiento microscópico entre las superficies unidas (fluencia del anillo) debido a una montaje demasiado flojo o presencia de vibraciones en la unión.
6.4. Erosión eléctrica (Electrical Erosion)
Indicadores visuales: Microcristales (pitting) cubren densamente las rutas de rodadura y los cuerpos de rodadura, a menudo formando una superficie opaca gris o un patrón característico «ondulado» (brill). En casos graves, el metal se evapora en microdosis.
Causa raíz: Paso de corriente eléctrica a través del rodamiento (frecuentemente desde convertidores de frecuencia (VFD) a través de corrientes capacitivas del eje). Para prevenir esto se utilizan rodamientos híbridos (bolas cerámicas) o rodamientos aislados (con recubrimiento óxido del anillo).
7. Mantenimiento técnico previsto y monitoreo del estado
Para prevenir fallos catastróficos en instalaciones industriales se aplica un monitoreo integral:
8. Matriz comparativa de tipos de daños
| Tipo de defecto | Apariencia externa | Principal causa | Método de prevención |
|---|---|---|---|
| Vikrašuvannya (Spalling) | Cavidades, desprendimiento de metal | Desgaste del material, sobrecarga, mala lubricación | Cálculo del recurso según ISO 281, control de viscosidad del aceite |
| Brinell real | Avance de cuerpos rodantes | Cargas estáticas o dinámicas, golpes durante la instalación | Cumplimiento de las normas de montaje, exclusión de cargas de impacto |
| Corrosión por frettaje | Manchas de óxido, polvo rojo en la zona de montaje | Ajuste suelto, movimientos microscópicos en el eje | Corrección de tolerancias de ajuste (aumento del apriete) |
| Erosión eléctrica | Microcristales densos, corrugación (briquetas) | Corrientes errantes, corrientes no filtradas de los convertidores de frecuencia | Uso de cojinetes híbridos o aislados |
9. Conclusión
Un análisis detallado de fallos de rodamientos es una práctica fundamental para mejorar la eficiencia de la producción industrial en Ucrania. Enfoque sistemático para la identificación de defectos — desde la detección de las primeras señales de vibración hasta el análisis microscópico de superficies — permite evitar fallos repetidos y optimizar los costos de mantenimiento técnico.
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