Análisis de fallos de rodamientos de rodadura: identificación visual de la grieta, brinellización, fretting y electroerosión

1. Introducción

Los rodamientos de rodadura son elementos críticos de prácticamente cualquier equipo industrial en las empresas de la industria pesada, maquinaria y energía de Ucrania. Según los datos del auditoría técnica de UNITEC-D GmbH, cerca del 35% de las paradas no planificadas de equipos rotativos están relacionadas con la falla prematura de los nodos de rodamientos. El recurso calculado del rodamiento según el estándar ISO 281 ($L_{10h}$) rara vez se alcanza en la práctica debido a la alteración de las condiciones de operación, montaje o lubricación. La principal tarea del ingeniero de confiabilidad no es simplemente la sustitución del componente fallado, sino el establecimiento preciso de las causas raíz (Root Cause Analysis). El análisis visual y microscópico de las rutas de rodadura y los cuerpos rodantes permite detectar los mecanismos de destrucción del metal antes de que ocurra una parada catastrófica del equipo.

2. Principios fundamentales

El mecanismo de funcionamiento del rodamiento de rodadura se basa en la transmisión de cargas radiales y axiales mediante la deformación elástica de las superficies de contacto entre los cuerpos rodantes y los anillos. Las tensiones de contacto según Hertz en las zonas de contacto alcanzan 1500–2500 MPa para aceros de marcas 100Cr6 (SHX15 según GOST / EN ISO 683-17). Bajo la acción de cargas cíclicas, se generan tensiones de corte en las capas superficiales del metal. A través de $10^6 - 10^9$ ciclos, esto conduce al acúmulo de daños por fatiga, formación de microfisuras y posterior desprendimiento del material (spalling).

La violación de las condiciones de separación de superficies mediante película lubricante (viscosidad calculada del lubricante inferior a la mínima según ISO/TR 28168) causa contacto metálico, desgaste friccional, soldadura microscópica y destrucción de la red cristalina del recubrimiento superficial. Cualquier desviación de los parámetros calculados de funcionamiento cambia el estado de esfuerzo-deformación del nodo, dejando marcas visuales específicas en el metal.

3. Especificaciones técnicas y estándares

Clasificación de fallos, métodos de su medición y evaluación están regulados por estándares internacionales y nacionales, armonizados en Ucrania:

• ISO 15243:2017 — Cojinetes de rodaje. Vocabulario, terminología y clasificación de daños y fallos de cojinetes. Este estándar es básico para definir las seis principales categorías de fallos.
• ISO 281:2007/Amd 2:2019 — Cojinetes de rodamiento. Carga dinámica y vida calculada.
• ISO 10816 / ISO 14819 — Control vibracional del estado de las máquinas industriales.
• DSTU GOST 520:2014 — Cojinetes de rodaje. Condiciones técnicas generales.
• DIN 51825 — Grasas lubricantes. Clasificación y requisitos.

4. Selección y ajuste de rodamientos

La elección correcta del rodamiento según la capacidad estática ($C_0$) y dinámica ($C$) evita sobrecargas. La carga dinámica equivalente $P$ se calcula según la fórmula:

P = X * F_r + Y * F_a

Donde $F_r$ — carga radial, $F_a$ — carga axial, y $X$ y $Y$ — coeficientes de carga radial y axial respectivamente según el catálogo del fabricante.

5. Mejores prácticas de montaje y puesta en marcha

Alrededor del 16% de las fallas prematuras ocurren debido a errores durante la instalación. El cumplimiento del programa de montaje es obligatorio:

• Ajuste con apriete: No se debe transmitir la fuerza de apriete a través de los cuerpos rodantes (para evitar el brinellaje). El montaje se realiza exclusivamente sobre el anillo interior mediante calentadores inductivos (temperatura de calentamiento no superior a +110°C según las recomendaciones SKF/FAG) o tornillos hidráulicos.
• Pureza del ambiente: La instalación debe realizarse en condiciones libres de polvo y humedad. El uso de grasa contaminada provoca desgaste abrasivo en las primeras horas de funcionamiento.
• Control de juegos: El juego radial interno después de la instalación se verifica con un calibre o micrómetro según las normas ISO 5753.

6. Modos de fallo y análisis de causas raíz (Root Cause Analysis)

De acuerdo con ISO 15243, los defectos se clasifican según signos visuales. A continuación se presenta un descripción detallada de cuatro tipos críticos de fallos, que el ingeniero UNITEC-D encuentra con más frecuencia en fábricas ucranianas.

6.1. Desgaste por esponjamiento (Spalling / Fatigue)

Definición: Desgaste de la superficie de trabajo del anillo o del cuerpo rodante con formación posterior de cavidades (hongos).

Indicadores visuales: Borde agudo de cavidades, fondo áspero de la excavación, color gris opaco en la zona de degradación. Se observan microfisuras a su alrededor.

Causa principal: Alcanzamiento del recurso calculado del rodamiento ($L_{10h}$), sobrecarga crónica, apriete excesivo de montaje o viscosidad insuficiente del material lubricante (factor EXD-lubricante $\kappa < 1$).

6.2. Brinelling verdadero y falso (Brinelling)

Brinelling real: Ocurre bajo la acción de cargas estáticas que superan el límite de fluencia del material, o por cargas impactantes durante la parada. Visualmente: depresiones en la vía de rodadura que coinciden exactamente con el paso de los cuerpos rodantes. En el fondo de las depresiones se ven señales de deformación plástica y extrusión del metal.

Corrosión por frotamiento (Corrosión falsa de brinelling): Se produce debido a microvibraciones de equipos no en funcionamiento (por ejemplo, bombas de reserva o equipos durante el transporte por ferrocarril). Visualmente: formaciones similares a cráteres con formación de productos de oxidación (polvo rojizo-naranja de óxido de hierro $ ext{Fe}_2 ext{O}_3$, «precipitado sanguinolento»). El brillo metálico en el fondo de los cráteres se mantiene parcialmente, a diferencia del brinelling real.

6.3. Fretting (Fretting / Deslizamiento axial)

Definición: Destrucción de superficies de montaje debido a mínimos desplazamientos relativos microscópicos de los componentes bajo la acción de vibraciones.

Indicadores visuales: Se presentan manchas de color herrumbroso en las superficies de montaje del eje o del carcasa, desgaste del material (aumento del juego), destrucción de la capa oxidada.

Causa principal: Holgura insuficiente en el montaje del rodamiento sobre el eje o en el carcasa, aflojamiento de las tuercas fijadoras, cargas vibratorias en estado no operativo.

6.4. Electro-erosión (Erosión Eléctrica / Corrientes Parásitas)

Definición: Paso de la corriente eléctrica a través de los elementos internos del rodamiento, acompañado de descargas arco-micro.

Indicadores visuales: Superficie opaca de las rutas de rodadura, densamente cubierta de microcavidades (de diámetro entre 10 y 100 micrómetros). En casos graves se observa el efecto «rizado» o «prensado» (fluting) — surcos oscuros paralelos con paso que corresponde al avance de los cuerpos rodantes. El metal en las zonas de cavidades presenta signos de recocido (transformación martensítica en microvolúmenes).

Causa principal: Corrientes parásitas en la armadura del conjunto debido a soldaduras, asimetría del campo magnético del motor eléctrico, funcionamiento del motor con convertidor de frecuencia (Inverter) sin uso de cojinetes aislados (por ejemplo, con recubrimiento cerámico en los anillos de cojinetes híbridos) o escobillas para descarga del potencial del eje.

7. Predicción del estado técnico y monitoreo

Para prevenir accidentes repentinos en las instalaciones ucranianas se aplican métodos complejos de diagnóstico:

• Análisis vibracional: Medición del espectro de vibración (FFT) y métodos de alta frecuencia (demodulación, método de pulso de choque - SPM). La aparición de armónicas de frecuencia del defecto del anillo exterior ($BPFO$), del anillo interior ($BPFI$), de los cuerpos rodantes ($BSF$) y del separador ($FTF$) indica el desarrollo de defectos locales.
• Análisis de aceite (Análisis de aceite / Ferrografia): Determinación de la concentración de productos de desgaste en el aceite (espectrometría), presencia de partículas metálicas de tamaño superior a 20 micras indica un desgaste activo de las rutas.
• Termometría: Control de la temperatura del cuerpo del rodamiento. Superación del umbral +75°C... +95°C (dependiendo del tipo de grasa) indica problemas de lubricación o sobrecarga.

8. Matriz comparativa de defectos de rodamientos

9. Conclusión

La identificación precisa de defectos en los rodamientos de rodadura es clave para reducir los costos de mantenimiento del equipo industrial. El descuido de las primeras señales visuales de erosión eléctrica, fretting o fatiga por grietas inevitablemente conduce a destrucciones catastróficas de los nodos. Los ingenieros de UNITEC-D GmbH garantizan el suministro de rodamientos certificados (según estándares europeos de calidad), así como ofrecen apoyo experto en selección de componentes para empresas industriales ucranianas.

Para la selección de unidades de rodamientos, aceites industriales y herramientas de montaje, consulte nuestro catálogo electrónico: UNITEC-D E-Catalog.

10. Referencia

1. ISO 15243:2017. Cojinetes rodantes — Vocabulario, y clasificación de daños y fallos en cojinetes.
2. ISO 281:2007. Cojinetes rodantes — Cargas dinámicas de diseño y vida de diseño.
3. Catálogo general SKF. Guías de análisis de daños y fallos en rodamientos. Publicación 10000 EN.
4. DIN 51825: Grasas lubricantes K — Clasificación y requisitos.
5. GOST 520-2014 / DSTU GOST 520:2014. Cojinetes de rodaje. Condiciones técnicas generales.