Diagnóstico de defectos en los rodamientos

1. La naturaleza de los defectos de los rodamientos

Los rodamientos de elementos rodantes son componentes fundamentales en la mayoría de las máquinas rotativas, pero también son un punto común de fallo. Un rodamiento típico consta de una pista exterior, una pista interior, un conjunto de bolas o rodillos y una jaula para mantener su separación. Un "defecto" es un defecto microscópico o macroscópico, como una grieta, un desprendimiento o una picadura, en una de estas superficies.

Al pasar un elemento rodante sobre un defecto, se genera un pequeño impacto de alta frecuencia o "clic". Si bien un solo impacto es de baja energía, estos impactos ocurren repetidamente. Análisis de vibraciones es excepcionalmente eficaz para detectar estos impactos repetitivos y periódicos mucho antes de que el rodamiento comience a sobrecalentarse o a hacer ruido audible.

2. Las cuatro frecuencias de falla fundamentales

La clave para diagnosticar defectos en rodamientos reside en saber que, para una geometría y velocidad de rotación determinadas, los impactos se producirán a frecuencias muy específicas y predecibles. Estas se conocen como Frecuencias Fundamentales de Falla:

• BPFO (Frecuencia de pase de pelota, carrera exterior): La velocidad a la que los elementos rodantes pasan por un único punto de la pista exterior. Esta es la frecuencia más común de defectos en los rodamientos.
• BPFI (Frecuencia de pase de pelota, carrera interna): La velocidad a la que los elementos rodantes pasan por un único punto de la pista interior. Dado que la pista interior gira, esta frecuencia es superior a la del BPFO.
• BSF (Frecuencia de giro de la pelota): La frecuencia a la que un elemento rodante gira sobre su propio eje.
• FTF (Frecuencia fundamental del tren): La frecuencia de rotación de la jaula del rodamiento. Esta es una frecuencia muy baja, típicamente inferior a 0,5 veces la velocidad de carrera.

Estas frecuencias se pueden calcular en función de las dimensiones del rodamiento (como el diámetro primitivo y el diámetro de la bola) y la velocidad de rotación del eje. El software de análisis de vibraciones suele incluir una amplia base de datos de rodamientos y puede calcular estas frecuencias automáticamente.

3. Cómo aparecen los defectos de los rodamientos en el espectro

Cuando existe un defecto en el rodamiento, su frecuencia de falla aparecerá en el Espectro FFT en un patrón característico:

• Picos de alta frecuencia: La frecuencia de falla en sí (por ejemplo, BPFO) aparecerá como un pico en el rango de alta frecuencia del espectro.
• Armonía: A menudo habrá varios armónicos (múltiplos) de la frecuencia de falla.
• Bandas laterales: Este es un indicador de diagnóstico crítico. El pico de frecuencia de fallas del rodamiento suele presentar bandas laterales con una separación de 1X respecto a la velocidad de funcionamiento. Por ejemplo, un pico de BPFO con bandas laterales de 1X es un indicio clásico de un defecto en la pista exterior. Un defecto en la pista interior (BPFI) casi siempre presenta bandas laterales de 1X debido a que el defecto gira dentro y fuera de la zona de carga de la máquina.

En las primeras etapas, estos picos pueden quedar ocultos en el fondo de ruido del espectro. Por ello, se suelen emplear técnicas especializadas para su detección.

4. Análisis de envolvente para la detección temprana

Análisis de envolvente (también llamada demodulación) es la técnica más eficaz para detectar defectos en rodamientos en sus etapas iniciales. Se trata de un método de procesamiento de señales que filtra las vibraciones de baja frecuencia y alta energía (debidas al desequilibrio, etc.) y se centra únicamente en los impactos de alta frecuencia y baja energía generados por el defecto del rodamiento.

El espectro envolvente es muy “limpio” y muestra claramente las frecuencias de falla del cojinete y sus armónicos, lo que permite la detección meses o incluso años antes de que el cojinete falle.

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