Lubricación de rodamientos: grasa versus aceite consistente, intervalos de recarga y sistemas automáticos

1. Introducción

Los estudios sobre los indicadores de fiabilidad de los equipos industriales en las empresas ucranianas de las industrias de construcción de maquinaria y minería muestran que hasta el 36% de las averías prematuras de los rodamientos se deben a problemas de lubricación. Una cantidad insuficiente de lubricante, su degradación, la contaminación con partículas extrañas o el uso de una clase de viscosidad inadecuada provocan fricción seca, microsoldadura de las superficies de rodadura y atascos térmicos. Las condiciones operativas en acerías o plantas de cemento requieren que los ingenieros mecánicos tengan un conocimiento profundo de tribología para lograr un objetivo de confiabilidad MTBF (tiempo medio entre fallas) de más de 50,000 horas.

Los especialistas de UNITEC-D GmbH se enfrentan cada día a la tarea de seleccionar componentes y desarrollar normas de mantenimiento para condiciones de producción complejas. En este artículo técnico consideraremos las bases físicas para elegir entre lubricantes sólidos y aceite líquido, brindaremos fórmulas de cálculo para determinar los intervalos de recarga según la normativa vigente y analizaremos la efectividad de los sistemas de lubricación automática (Sistemas de Lubricación Centralizada).

2. Principios fundamentales de la tribología de rodamientos

El objetivo principal de la lubricación en rodamientos es crear una película de aceite separadora entre los cuerpos rodantes (bolas o rodillos), las pistas de rodadura de los anillos y el separador. El espesor de esta película está determinado por el parámetro de espesor de película específico $\\lambda$:

\\lambda = \frac{h_{min}}{\\sqrt{R_{q1}^2 + R_{q2}^2}}

Donde $h_{min}$ es el espesor mínimo de la película de aceite (μm) y $R_{q1}, R_{q2}$ es la rugosidad rms de las superficies de contacto (μm). El valor de $\\lambda$ determina el modo de fricción en el nodo:

• $\\lambda > 3$: Película completamente hidrodinámica o elastohidrodinámica (EHD). No hay contacto directo con el metal, el desgaste es prácticamente nulo.
• $1 < \\lambda \\le 3$: Fricción mixta. Se observa un microcontacto parcial de asperezas. Requiere paquetes de aditivos EP (extrema presión) y AW (antidesgaste).
• $\\lambda \\le 1$: Fricción de límites. Alto riesgo de rebabas, deformación plástica y fallo por fatiga de la superficie (micropitting).

La viscosidad base del lubricante ($\u_1$) a la temperatura de funcionamiento es un parámetro crítico para lograr $\\lambda > 2$. Según ISO 15312, se calcula en función del diámetro promedio del rodamiento $d_m = (d+D)/2$ y la frecuencia de rotación $n$. Si la temperatura de funcionamiento del rodamiento es de +70 °C y la viscosidad cinemática calculada es de 30 mm²/s, el uso de lubricante NLGI clase 2 basado en aceite mineral ISO VG 100 garantizará un funcionamiento estable hasta $n \\cdot d_m = 300.000$ mm·rpm.

3. Especificaciones técnicas y normas

El diseño y mantenimiento de unidades de fricción está regulado por un conjunto de normas nacionales e internacionales. El cumplimiento de estas normas garantiza la seguridad operativa y la compatibilidad de los repuestos suministrados por UNITEC-D GmbH:

• ISO 281: Rodamientos. Cálculo de la capacidad de carga dinámica y recurso nominal (teniendo en cuenta el factor de resistencia a la fatiga modificado $a_{ISO}$ para las condiciones de lubricación).
• DIN 51825: Grasas de consistencia tipo K. Clasificación de grasas por finalidad (por ejemplo, KP2K-30 para cargas elevadas).
• ISO 6743-9: Lubricantes, aceites industriales y productos afines (Clase L). Clasificación de sistemas y lubricantes (grupo X para lubricantes consistentes).
• DSTU GOST 21150:2009: Lubricantes de uso general (requisitos técnicos armonizados con las normas europeas).
• IEC 60034-9 / DIN 51818: Clasificación de lubricantes consistentes según el grado de penetración del NLGI (National Lubricating Grease Institute) de 000 a 6.

4. Selección y cálculo: lubricante o aceite consistente

La elección entre lubricante y aceite depende de la velocidad de rotación ($n$), carga ($P$), temperatura de funcionamiento y características estructurales de la carcasa. A continuación se muestra una matriz de comparación para tomar decisiones de ingeniería.

Cálculo del intervalo de recarga de grasa de consistencia ($t_{f}$):
Para los rodamientos radiales de bolas estándar, la fórmula empírica de SKF para determinar el intervalo de recarga (en horas) es la siguiente:

\\log t_f = 6,54 - 2,6 \\cdot \frac{n}{N_{F}} - 0,03 \\cdot d

Donde:
- $n$ es la velocidad de funcionamiento (rpm)
- $N_{F}$ es la velocidad límite para el lubricante (rpm)
- $d$ es el diámetro interior del rodamiento (mm)

Ejemplo: Para un rodamiento 6312 ($d = 60$ mm, $D = 130$ mm) a una velocidad de funcionamiento de 2000 rpm y una velocidad límite de lubricación de 6300 rpm, el intervalo de recarga estimado será de aproximadamente 3800 horas en condiciones normales (temperatura de hasta +70 °C, sin vibraciones).

5. Recomendaciones prácticas para la instalación y puesta en marcha.

El llenado inicial incorrecto del rodamiento con grasa suele provocar fallos en las primeras semanas de funcionamiento. Siga estos estándares de ingeniería:

1. Volumen de llenado de la carcasa: el rodamiento debe llenarse con grasa entre 30 y 50 veces el espacio libre en la carcasa. El sobrellenado (más del 70%) provoca una mezcla intensiva de lubricante, un fuerte aumento de las pérdidas hidráulicas, calentamiento y emisión de lubricante debido al sellado.
2. Compatibilidad de espesantes: Está estrictamente prohibido mezclar lubricantes en diferentes tipos de espesantes. Por ejemplo, mezclar complejo de litio con sulfonato de calcio o bentonita puede provocar la destrucción de la estructura del lubricante (licuefacción y fugas) debido a la incompatibilidad de las bases jabonosas. Consulta las fichas técnicas de los fabricantes antes de repostar.
3. Limpieza durante el montaje: almacene los lubricantes en cartuchos sellados o paquetes de baldes. Utilice jeringas e inyectores diseñados exclusivamente para el tipo específico de lubricante para evitar la contaminación cruzada con partículas abrasivas.

6. Tipos típicos de fallas y análisis de causa raíz (RCA)

Los análisis de fallos realizados en los laboratorios de UNITEC-D nos permiten distinguir tres escenarios principales de degradación de los rodamientos por problemas de lubricación:

• Envejecimiento térmico (carbonización): el aceite pierde su aceite base y se convierte en un sólido denso, maleable o negro. El motivo es exceder el límite de temperatura de funcionamiento (por ejemplo, más de +120 °C para grasas de litio estándar) o un funcionamiento prolongado bajo cargas elevadas sin refrigeración.
• Brinelling y Falso Brinell (False Brinell): la aparición de hoyos en las pistas de rodadura en forma de marcas de bolas o rodillos debido a la vibración de equipos que no funcionan (por ejemplo, bombas de reserva). La película lubricante es expulsada por la vibración, provocando un microdesgaste. La solución es el uso de aditivos antidesgaste EP y la rotación periódica del eje.
• Desgaste abrasivo (desgaste por contaminación): ingreso de polvo, incrustaciones o lodos de proceso a través de sellos desgastados. La grasa actúa como una pasta abrasiva que desgasta los elementos rodantes y aumenta el juego radial del rodamiento.

7. Mantenimiento predictivo y monitoreo de condición.

Para evitar paradas de emergencia en unidades críticas (ventiladores principales, trituradoras, extrusoras), la industria moderna utiliza una serie de métodos de seguimiento:

• Análisis de vibraciones (aceleración de alta frecuencia / SPM - método de pulso de choque): el método de pulsos de choque le permite detectar daños en la película de aceite y el inicio de microgrietas en la superficie incluso antes de que aparezca un mayor nivel general de vibración. Un aumento en el indicador dBm indica fricción seca.
• Emisión acústica y termografía: la medición sin contacto de la temperatura de la carcasa del rodamiento mediante pirómetros infrarrojos y cámaras termográficas detecta picos de calentamiento localizados que indican una lubricación insuficiente o excesiva.
• Análisis tribológico del aceite (Oil Condition Monitoring): Se realiza análisis espectrométrico de desgaste para sistemas de lubricación líquida (determinación de la concentración de Fe, Cu, Cr en ppm) y determinación de la caída de viscosidad en más del 10% del valor inicial según ISO 3104.

8. Matriz comparativa de sistemas de lubricación modernos.

Para optimizar los costos de servicio de grandes empresas, es aconsejable cambiar de inyección manual a sistemas automáticos. A continuación se ofrece una comparación de las principales opciones:

9. Conclusión

La elección correcta del lubricante y el cumplimiento de las normas de llenado son la clave para el funcionamiento ininterrumpido de los equipos industriales. Los ingenieros de UNITEC-D GmbH están listos para brindar apoyo experto en la selección de rodamientos, lubricantes de alta temperatura y componentes de sistemas de lubricación automática que cumplan con estrictos estándares de calidad europeos.

Consulte nuestra gama completa de componentes y rodamientos industriales en el catálogo electrónico UNITEC-D.

10. Enlaces

• ISO 281: Rodamientos: capacidades de carga dinámica y vida útil nominal. Organización Internacional de Normalización.
• DIN 51825: Lubricantes — Grasas K — Especificación de grasas para rodamientos y cojinetes lisos.
• Catálogo general SKF: Directrices de mantenimiento y lubricación de rodamientos, Publicación 10000 EN.
• ISO 15312: Rodamientos — Clasificación de velocidad térmica — Cálculo y coeficientes.
• IEV (Vocabulario Electrotécnico Internacional) - IEC 60050: Tribología Industrial y Terminología de Mantenimiento.