Diagnóstico de defectos en los rodamientos
Defectos en los rodamientos son defectos microscópicos o macroscópicos —grietas, desprendimientos o picaduras— en las superficies de trabajo de un rodamiento de elementos rodantes. Dado que los rodamientos son fundamentales para la mayoría de la maquinaria rotativa y constituyen un punto frecuente de fallo, la detección temprana de estos defectos es una de las tareas de mayor valor en análisis de vibraciones. Un defecto produce un impacto repetitivo y periódico cada vez que un elemento rodante pasa por encima de él, y esa periodicidad es precisamente lo que hace que el defecto sea visible en el espectro mucho antes de que el rodamiento se sobrecaliente o empiece a hacer ruido.
1. La naturaleza de los defectos de los rodamientos
Un rodamiento de elementos rodantes típico consta de cuatro partes: una pista exterior, una pista interior, un conjunto de bolas o rodillos y una jaula que mantiene los elementos espaciados uniformemente. Un defecto es una imperfección en cualquiera de estas superficies. Cuando un elemento rodante pasa por encima de él, el contacto genera un impacto pequeño, brusco y de alta frecuencia: un «clic». Un solo clic transmite muy poca energía, pero los impactos se repiten en cada pasada, generando una señal fuertemente periódica. El análisis de vibraciones es excepcionalmente eficaz a la hora de detectar este tipo de impactos repetitivos, por lo que es posible detectar el deterioro de un rodamiento con meses de antelación, en lugar de esperar a que se produzca el agarrotamiento.
2. Las cuatro frecuencias de fallo fundamentales
La base del diagnóstico de rodamientos es que, para una geometría de rodamiento y una velocidad de eje determinadas, los impactos se producen a frecuencias muy específicas y predecibles. Estos frecuencias de fallo de los rodamientos are:
- BPFO (Frecuencia de paso de bola, pista exterior): la velocidad a la que los elementos rodantes pasan por un punto concreto de la pista exterior fija. Es la frecuencia de defecto de rodamiento que se observa con mayor frecuencia.
- BPFI (Frecuencia de paso de bola, pista interior): la velocidad a la que los elementos pasan por un punto de la pista interior. Dado que la pista interior gira con el eje, el BPFI es mayor que el BPFO.
- BSF (Frecuencia de giro de la bola): la frecuencia con la que un elemento rodante gira sobre su propio eje. Un defecto BSF suele presentar una energía que duplica esta frecuencia, ya que la imperfección incide en ambas pistas en cada revolución del elemento.
- FTF (Frecuencia fundamental del tren): la frecuencia de rotación de la jaula, o «tren». Se trata de una frecuencia muy baja, normalmente inferior a 0,5 veces la velocidad de funcionamiento.
Estas frecuencias dependen de la geometría del rodamiento —diámetro primitivo, diámetro de los elementos rodantes, ángulo de contacto y número de elementos— junto con la velocidad del eje. Los programas de análisis de vibraciones suelen incluir una amplia base de datos de rodamientos y las calculan automáticamente; además, pueden determinarse directamente mediante un Calculadora de la frecuencia de defectos en rodamientos cuando se conoce el número de referencia o las dimensiones del rodamiento.
3. Cómo aparecen los defectos de los rodamientos en el espectro
Un defecto en desarrollo deja un patrón característico en el Espectro FFT:
- Picos de alta frecuencia: la propia frecuencia de fallo (por ejemplo, BPFO) se manifiesta como un pico situado en la parte alta del rango de frecuencias, alejado de los picos rotacionales de orden inferior.
- Armonía: La naturaleza brusca e impulsiva de los impactos suele generar varios armónicos —múltiplos exactos— de la frecuencia de fallo, y una larga sucesión de ellos indica un defecto bien desarrollado.
- Bandas laterales: Este es el marcador de diagnóstico clave. El pico de frecuencia del defecto suele estar flanqueado por bandas laterales separadas por una distancia equivalente a 1 vez la velocidad de funcionamiento. Un pico BPFO con bandas laterales de 1 vez la velocidad es una señal clásica de un defecto en la pista exterior, mientras que un defecto en la pista interior (BPFI) casi siempre presenta bandas laterales de 1 vez la velocidad, ya que el defecto giratorio entra y sale de la zona de carga del rodamiento una vez por revolución, modulando la intensidad del impacto.
En las primeras etapas, estos picos son pequeños y se pierden fácilmente entre el ruido de fondo del espectro, por lo que normalmente se recurre a una técnica de detección especializada.
4. Análisis de la envolvente para la detección precoz
Análisis de envolvente, también conocida como demodulación, es el método más eficaz para detectar defectos en los rodamientos en una fase temprana. Se trata de una técnica de procesamiento de señales que utiliza filtros de paso de banda para eliminar las vibraciones de baja frecuencia y alta energía procedentes de fuentes tales como desequilibrar y desalineación, y a continuación se centra exclusivamente en los impactos de alta frecuencia y baja energía que produce el defecto. Los impactos repetitivos hacen que la estructura entre en resonancia a sus frecuencias naturales, y el procesamiento de envolvente extrae la frecuencia de repetición de esa resonancia.
The resulting espectro de envolvente es notablemente «limpio», ya que muestra con claridad las frecuencias de fallo de los rodamientos y sus armónicos sobre un fondo de ruido bajo. Esto permite detectarlos meses —a veces años— antes de que el rodamiento falle, lo que proporciona el margen de tiempo necesario para llevar a cabo una sustitución planificada en lugar de una reparación de emergencia.
5. Confirmación del diagnóstico sobre el terreno
Una interpretación fiable de los datos se basa en la correspondencia entre los picos medidos y las frecuencias de falla calculadas, así como en la confirmación del patrón de bandas laterales esperado, idealmente respaldado por un espectro de envolvente y una clara tendencia al alza en las mediciones sucesivas. Un instrumento portátil de dos canales como el Balanset-1A permite a un ingeniero registrar el espectro de la máquina en sus propios cojinetes a velocidad de funcionamiento, de modo que se pueda comprobar in situ si existe un posible defecto en los cojinetes comparándolo con las frecuencias previstas. También conviene descartar interferencias: estructurales flojedad tanto los fallos estructurales como los fallos en los elementos rodantes pueden aumentar la energía de banda ancha, pero solo un defecto real del rodamiento se corresponde con las familias BPFO, BPFI, BSF o FTF.
