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INTRODUCCI\u00d3N En las m\u00e1quinas y mecanismos se usan con gran frecuencia \u00f3rganos de transmisi\u00f3n del movimiento, muy especialmente del movimiento de rotaci\u00f3n, entre los que se destacan por ejemplo los \u00e1rboles y ejes, elementos de secci\u00f3n circular, din\u00e1mico y est\u00e1tico respectivamente, donde los rodamientos sirven de apoyo a uno o m\u00e1s elementos m\u00f3viles que giran sobre \u00e9stos. En este informe, pretendemos inducir a los lectores de la importancia y de los procedimientos que est\u00e1n involucrados a la mantenci\u00f3n de los rodamientos. Seg\u00fan antecedentes recopilados en la investigaci\u00f3n para elaborar este trabajo, actualmente, menos del 10% de todos los rodamientos funcionan durante su tiempo de vida esperado. En Chile alrededor del 40% de las fallas de los rodamientos ocurren debido a una lubricaci\u00f3n inadecuada y alrededor del 30%, debido a un montaje incorrecto, es decir desalineados. Otro 20% falla por otras causas como sobrecarga o defectos de manufactura. Habitualmente los rodamientos se afectan por cinco variables: La lubricaci\u00f3n. La contaminaci\u00f3n. La desalineaci\u00f3n. Desbalance. Solturas mec\u00e1nicas. Dadas estas circunstancias descritas, partiremos definiendo la tipolog\u00eda de los rodamientos y luego de una premisa fundamental para este tema: \u201cLos rodamientos son inocentes hasta que se pruebe lo contrario\u201d.
DESCRIPCI\u00d3N Y CLASIFICACI\u00d3N DE LOS RODAMIENTOS Un rodamiento es un \u00f3rgano que asegura un enlace m\u00f3vil entre dos elementos de un mecanismo, donde uno est\u00e1 en rotaci\u00f3n con respecto de otro. Su funci\u00f3n es permitir la rotaci\u00f3n relativa de estos elementos, sometidos a una carga de trabajo e idealmente al m\u00ednimo roce entre las respectivas superficies. El rodamiento est\u00e1 constituido por: Dos anillos o pistas, una ligada al elemento fijo o exterior y la otra, al m\u00f3vil o interior, compartiendo pistas de giro. Cuerpos rodantes llamados bolas \u00f3 rodillos, que permiten el desplazamiento relativo de los dos anillos con un roce m\u00ednimo. Una jaula de gu\u00eda, que separa los cuerpos rodantes. Los rodamientos se presentan en una gran variedad de tipos, pero pueden clasificarse en dos grandes grupos:
Rodamientos de bolas, donde el contacto entre la bola y la pista es tangencial. Su caracter\u00edstica principal es que logran soportar desviaciones angulares con el eje con relaci\u00f3n al soporte. Rodamientos de rodillos, donde el contacto entre el rodillo y la pista es lineal. Esta condici\u00f3n les permite soportar cargas m\u00e1s elevadas que los rodamientos de bolas, pero con velocidades m\u00e1s bajas.
Tambi\u00e9n se pueden clasificar por la direcci\u00f3n de la carga que somete a rodamiento, enti\u00e9ndase como carga axial, radial y combinada. Las cargas radiales son aquellas que se aplican en \u00e1ngulo recto, es decir, perpendiculares al eje, mientras que las cargas axiales act\u00faan paralelamente al eje. Las cargas combinadas consisten en cargas de ambos tipos, las cuales pueden actuar simult\u00e1neamente. Su ventaja radica en que son capaces de absorber
CONFIABILIDAD DE LOS RODAMIENTOS
En general los rodamientos son sensibles a diversas variables como, la lubricaci\u00f3n, la contaminaci\u00f3n, la desalineaci\u00f3n o la soldadura mec\u00e1nic Para asegurar la confiabilidad en los rodamientos debemos considerar ineludiblemente los siguientes pasos:
El rodamiento m\u00e1s adecuado para cada aplicaci\u00f3n, estableciendo criterios de selecci\u00f3n, especificaci\u00f3n, recepci\u00f3n, almacenamie manejos adecuados. La lubricaci\u00f3n correcta, definiendo el lubricante, sistema de lubricaci\u00f3n y relubricaci\u00f3n correctos. El mantenimiento adecuado, def\u00ednase montaje, desmontaje y la gesti\u00f3n de mantenimiento m\u00e1s adecuada.
1. El rodamiento m\u00e1s adecuado para cada aplicaci\u00f3n. Factores de selecci\u00f3n del rodamiento:
Capacidad de carga y vida nominal: La duración de la vida útil de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticación, que dependen de la precisión que se pueda alcanzar en la definición de las condiciones de funcionamiento. La fórmula de vida nominal determina un método simple de cálculo, donde se aplica la siguiente ecuación original de Lundberg & Palmaren en 1947.
L
C
10
Donde: L10: C: P: p:
p
P
Vida nominal en millones de revoluciones. Capacidad de carga dinámica. Carga equivalente. Factor 3 para rodamientos de bolas ó factor 10/3 para rodamientos de rodillos.
La capacidad de carga dinámica C se usa para los cálculos en que intervienen rodamientos a esfuerzos dinámicos, es decir, la carga que soportará, alcanzando una vida nominal de 1.000.000 de revoluciones. La vida de un rodamiento se define como el número de millones de revoluciones o de horas a una velocidad constante determinada que el rodamiento puede dar antes de que se manifieste el primer signo de fatiga en sus anillos o en sus elementos rodantes. Es importante considerar que no todos los rodamientos se comportan de igual forma ante iguales condiciones de uso y mantenimiento, por lo tanto es conveniente manejar un factor de cálculo probabilístico de confiabilidad de un 90% con respecto a la vida nominal calculada anteriormente. Designación de los rodamientos. La nomenclatura con la cual se identifica a los rodamientos tiene una designación normalizada por ISO, por lo tanto está estandarizada para todos los rodamientos y es aplicable para todas las marcas de fabricantes. Por la gran variedad de elementos que componen a esta codificación, es imposible incluir todos los códigos en un informe. Para consultar cada código es conveniente hacerlo en el catálogo del fabricante. En la designación de los rodamientos identificamos dos elementos fundamentales: La designación básica, donde se estipula el tipo de rodamiento, la serie dimensional de anchura y sección de diámetro, y el tamaño o diámetro del eje.
La designación suplementaria, donde se identifica a las variantes de diseño, material (con algún tratamiento de tenacidad), precisión (juego interno), estabilización térmica, lubricación y otras variables específicas.
Ejemplo (SKF): 6205 2RS1 NR / P63 LT20 C VB123 –
6205 2RS1 N R P63 LT20 C VB123
: : : : : : : :
Rodamiento rígido de bolas, serie 62, tamaño 05 (eje 25 mm.) Sellado herméticamente con dos sellos de contacto. Ranura en el diámetro exterior para colocación del seguro. Seguro colocado en la ranura. P6 + C3 = Precisión P6 + juego radial interno C3 mayor al normal. Grasa para bajas temperaturas de operación. 100% de llenado de grasa. Radio especial entre el diámetro interior y la cara del anillo interior.
Almacenamiento de los rodamientos. El almacenaje de los rodamientos es otra variante fundamental para la garantía del buen estado de los rodamientos en cualquier momento que se requieran para su uso. Por lo tanto es otro aspecto indispensable de cuidar para asegurar la confiabilidad en un proceso productivo. Nunca se debe abrir los empaques originales de los rodamientos y sus accesorios en el almacén o bodega. Sólo se deben guardar en sus empaques originales hasta el momento del montaje. Esto se debe a que los rodamientos antes de ser embalados son tratados con un agente antioxidante, el cual les permite mantenerse en buenas condiciones durante años considerando una humedad relativa en el almacén no mayor de 60%. Si, a pesar de haber tenido el cuidado de mantenerlos empaquetados, en el momento de abrirlos la persona se percata que un rodamiento se ha oxidado, éste rodamiento debe darse de baja, ya que necesariamente generaría fallas en los ejes o alojamientos, por lo tanto, afectará su confiabilidad. Los empaques abiertos, generan dudas acerca del estado de los rodamientos, y del producto que pueden contener. Manejo adecuado. Los rodamientos son productos fabricados en serie con la mayor precisión. Las dimensiones tienen tolerancias de 10 milésimas (0,0010) de pulgada y las tolerancias de funcionamiento, en millonésimas de pulgada. Es decir, los rodamientos son productos de precisión y deben ser tratados como tales, evitando golpearlos o afectarlos con eventos fuera de sus aplicaciones normales de trabajo, para lo cual fue diseñado.
2. Lubricación adecuada. Para que un rodamiento funcione en forma confiable, es indispensable que esté adecuadamente lubricado, con el fin que se evite el contacto metálico directo entre sus partes rodantes, anillos y jaula. Sólo de esta forma será posible evitar el desgaste de dichos componentes de forma anticipada a su vida nominal. Una lubricación ideal debe ser capaz de reducir al máximo el roce entre piezas metálicas, evitar el desgaste, resistir el calor, la oxidación, el agua, que cumpla con su rol de despejar al sistema de partículas contaminantes, etc. Pero en general los lubricantes son afectados por factores físicos y químicos como son las condiciones ambientales (aire, oxígeno, agua, temperatura) y condiciones de operación (carga, temperatura, contaminantes, errores humanos. Lubricación adecuada significa seleccionar apropiadamente al lubricante, aplicarlo con el sistema adecuado y en el punto correcto, con la cantidad adecuada, en el tiempo adecuado, y con personas capacitadas y entrenadas para hacerlo. La calidad de la lubricación determina en gran medida la eficiencia, el tiempo y la confiabilidad en los rodamientos. La lubricación es muy crítica para la confiabilidad de la maquinaria. Es importante consignar que existen rodamientos sellados, los cuales tienen un sistema de auto lubricación, es decir, que no requieren de un mantenimiento mayor que la limpieza.
3. Mantenimiento adecuado Debido a que se ha de considerar a los rodamientos como productos de precisión, se asoma la importancia de que éstos tengan un ajuste correcto. Para poder utilizar su capacidad de carga y obtener la duración requerida para el rodamiento, es indispensable tener los soportes correctos en todas las circunferencias y anchos en las pistas de los anillos. Este soporte crítico debe tener la rigidez y la precisión para cumplir con los objetivos de la aplicación. En general, se debe considerar la importancia de un ajuste correcto entre la pista del anillo interno y el eje. Si dicho ajuste tuviera una holgura excesiva, se permitiría el movimiento relativo de sus componentes, generando calor, desgaste, corrosión por contacto, contaminación del material y fracturas. En caso contrario, de excesiva interferencia, se reduce el juego radial interno, incrementando la temperatura de operación, fracturando el anillo interno y se incrementarán las fuerzas necesarias para el montaje.
Habitualmente el mecanizado de los ejes no siempre alcanza el nivel requerido para lograr un ajuste correcto, por la calidad del maquinado realizado. Entonces se debe estipular que los equipos deben cuidarse de tal manera que las fallas de los rodamientos no lleguen hasta el grado donde dañen los ejes a los alojamiento, con el fin de que se mantenga la calidad original de los mismos. Desmontaje. No es aconsejable desmontar rodamientos, a menos que éstos deban ser reemplazados por alguna falla. Es posible que al desmontar un rodamiento se produzca daño en el mismo, se contamine con suciedad, o incluso se fracture. Existen rodamientos desarmables, los cuales no manifiestan mayor cuidado que la limpieza. Cuando los rodamientos que se desmontan van a ser reutilizados, no debe aplicarse a través de los elementos rodantes la fuerza necesaria para desmontarlos. También se debe considerar que el rodamiento conserve la misma orientación que tenía antes de ser retirado, por lo tanto, antes de desmontar hay que marcarlo. Para desmontar rodamientos no desarmables, existen herramientas mecánicas, como los extractores de agarre, los cuales deben acuñarse en el anillo interior del rodamiento. Debe tenerse el cuidado de que cada uña del extractor aplique la misma fuerza que las otras, o de lo contrario el rodamiento se dañará. Montaje El montaje de los rodamientos debe ser realizado por personas capacitadas y entrenadas para ello. Como regla general, debe considerarse que los rodamientos deben estar limpios antes y durante se realiza el proceso de montaje. Los fabricantes de rodamientos por lo general pueden proveer a sus clientes de elementos que ayuden al montaje. Básicamente existen tres técnicas de montaje: La técnica mecánica. La técnica térmica. La técnica hidráulica. Al utilizar los métodos correctos de montaje, se reducirán notablemente los riesgos de accidentes que puedan afectar a las personas y daños a los rodamientos.
Montaje mecánico. La persona a cargo del montaje debe asegurarse que la fuerza se aplique sobre el anillo que se está montando.
Montaje térmico. Es de hecho la técnica más recomendada, ya que es el más seguro, el más eficiente para rodamientos medianos y grandes, limpio, no causa daños al rodamiento ni a sus asientos. Pero debe tenerse el cuidado necesario de no aplicar una temperatura mayor de 80° C para rodamientos pequeños, ni de 110° C para los grandes, ya que a mayores temperaturas, se puede afectar la lubricación del rodamiento. El uso de los guantes que se incluyen en el calentador de rodamientos es fundamental para evitar accidentes que puedan afectar al encargado del montaje.
Gestión de mantenimiento Hasta mediados del siglo XX los rodamientos fallaban por fatiga, pero en la medida que los fabricantes de rodamientos han evolucionado, éstos comenzaron a fallar principalmente por causas externas a su construcción y diseño. Se debe considerar “falla” como falla prematura cuando la vida útil del rodamiento obtenida es inferior a la especificada como vida nominal definida anteriormente en este informe.
Cada falla prematura debe originar un análisis de la causa real que ocasionó el prematuro desperfecto en el rodamiento, para así determinar las acciones que corrijan que dicha falla no sea recurrente en el tiempo. Lo anterior debe conducir a quien esté a cargo del mantenimiento en una planta a tomar una actitud pro activa como filosofía de mantenimiento. Es aconsejable ver cada falla de rodamiento como el reto de identificar la o las causas raíz y tomar las acciones correctivas adecuadas para evitar su recurrencia. Actualmente existen diversas técnicas para realizar estos estudios en el mantenimiento industrial. Son técnicas de análisis predictivo, como lo son los análisis tribológicos, los de vibraciones, los de termografía y de ultrasonido. Para cada equipo deben ser definidos los requerimientos y las condiciones de operación, tales son: Vida útil. Grado de criticidad: Seguridad de las personas. Seguridad del proceso. Historial del equipo.
Modo de falla del equipo. Disponibilidad de repuestos. Temperaturas de trabajo. Afectación ecológica. Niveles de ruido y vibración. Consumo de energía. Ambiente de operación: Polvo. Humedad. Corrosión.
Los rodamientos de las máquinas que funcionan en condiciones críticas o en condiciones muy severas, necesitan revisiones frecuentes. Una temprana detección de falla permite cambiar el rodamiento durante los intervalos de mantenimiento programados regularmente y con ello evitar una parada imprevista del equipo. Es de consideración, que no siempre se dan las condiciones de revisar una máquina o equipo con análisis predictivos. En esos casos, el responsable del mantenimiento deberá indicar procedimientos de inspección visual, auditiva y táctil. Un rodamiento que esté adecuadamente lubricado y correctamente protegido contra la humedad y la suciedad, no debe presentar problemas de desgaste. Pero es necesario revisar periódicamente las obturaciones que éste pudiese tener. Al realizar esta comprobación, es posible asegurar que no permitan la entrada de calor o de líquidos y gases corrosivos a lo largo del eje. Cualquier fuga de lubricante en los lugares donde están colocadas las obturaciones, se deben inspeccionar inmediatamente para comprobar si éstas están gastadas, defectuosas o si hay algún tapón flojo. Las fugas también pueden deberse a la descomposición de la grasa, la cual se puede licuar.
Otra forma de inspección para detectar irregularidades en el funcionamiento de una máquina, consiste en escuchar el sonido que emite, utilizando por ejemplo un estetoscopio. Los rodamientos que trabajan en condiciones normales, emiten un suave zumbido. Cuando un rodamiento emite sonidos irregulares, crujidos o zumbidos fuertes, es clara señal que está funcionando mal. Finalmente una alta temperatura indica que un rodamiento está funcionando mal. Los sobrecalentamientos algunas veces son atribuibles a alguna deficiencia en el lubricante. Un prolongado funcionamiento a temperaturas superiores a 125° C, puede acortar la duración del rodamiento. Por lo tanto es importante verificar la temperatura del equipo constantemente, ya que cualquier cambio en la temperatura puede ser indicación de un mal funcionamiento.
MANTENIMIENTO DE RODAMIENTOS EN MÁQUINAS Y EQUIPOS ELÉCTRICOS. Los rodamientos de apoyo exigen ciertos cuidados para las máquinas y equipos eléctricos. Muchos de estos cuidados se basan en la planeación y en la observación del mantenedor. Si se observa el aceite sucio, debe vaciarse el rodamiento, limpiando a fondo con petróleo y una brocha, llenando con lubricante nuevamente, considerando el llenado como el recomendado por el fabricante. Es necesario comprobar que el rodamiento ha quedado sellado, es decir que el lubricante no sale de él, lo que posibilitaría que éste no esté lubricado durante su aplicación. Los rodamientos desgastados producen un descentramiento del inducido. Como los entre hierros son muy pequeños, dichos descentramientos pueden ocasionar el roce mecánico del rotor con el estator, deteriorando los arrollamientos. Hay que vigilar el juego del eje sobre el rodamiento, intentando mover el extremo libre del eje. Si el eje se mueve, el rodamiento o el mismo eje están desgastados y hay que sustituirlos. En definitiva, la lubricación de los rodamientos es de gran importancia, pues puede ser tan perjudicial la falta de lubricación, como el exceso de ésta, ya que si se sobre lubrica, el aceite ó la grasa sobrante pueden fugarse hacia los sistemas internos de la máquina como arrollamientos, aislantes o elementos conductores. De acuerdo a la carga de trabajo de la máquina, es conveniente limpiar a los rodamientos frecuentemente, desmontándolo y eliminando ciertos restos de grasa vieja, limpiando a fondo con un líquido desengrasante, nunca con algún compuesto combustible, ya que puede ocasionar lesiones en el mantenedor. Posteriormente, se aplica el lubricante en los elementos rodantes. La caja o
depósito para el lubricante del rodamiento se debe llenar hasta la mitad de su volumen como máximo. Las grandes máquinas eléctricas generalmente disponen de rodamientos de reengrase, por lo que se pueden reengrasar durante el servicio. Para ello hay que considerar el siguiente procedimiento: Primero hay que limpiar el tornillo de cierre y sus alrededor. Quitar el anillo e introducir a presión la cantidad de grasa necesaria con la ayuda de un aplicador. El eje debe estar girando, es decir, con la máquina en marcha. La grasa pasa por así por un canal y por el interior del espacio de la tapa del rodamiento y empuja hacia fuera a la grasa vieja, la cual es recogida por la tapa exterior del rodamiento. Después de efectuar esta operación tres o cuatro veces, hay que soltar la tapa exterior para eliminar la grasa vieja allí depositada. Para el engrase y reengrase de los rodamientos, debe emplearse el lubricante recomendado por el fabricante. No debe solidificarse ni formar grumos. Nunca deben mezclarse lubricantes de diferentes propiedades.
CONCLUSIÓN Los rodamientos constituyen elementos de vital importancia por el trabajo que realizan en su entorno, es decir, son elementos susceptibles ante fallas que pueden presentarse en una máquina. Pero como se indicó en un comienzo, la falla de un rodamiento, por lo general, no es más que un síntoma, ya que los rodamientos no fallan por sí mismos antes de cumplir con su vida nominal. De ahí la importancia que el área de mantenimiento de una planta, esté atenta ante este tipo de señales. De acuerdo a la fabricación de los rodamientos, las industrias que los provee generalmente tienen a la venta servicios de inspección predictiva, herramientas de montaje, de desmontaje, lubricantes y otros que son convenientemente diseñados para cumplir con los requerimientos de un proceso productivo. Es cierto que estos elementos pueden ser de un costo elevado, pero si logran estabilizar una línea de producción, entonces dependiendo del tamaño de la empresa y de cómo se han diseñado sus procesos productivos podría considerarse una inversión que al corto plazo podría pagarse sola. Es fundamental que las personas encargadas de intervenir en una máquina o equipo de alta complejidad, tengan la preparación académica y práctica para intervenir en dichos equipos, tanto en la inspección y manipulación de los rodamientos, como en todos los sistemas que componen a las máquinas.
