Entendiendo BPFI – Frecuencia de Pase de Pelota en la Carrera Interna
Definición: ¿Qué es BPFI?
BPFI (Frecuencia de Pase de Pelota, Carrera Interna) es uno de los cuatro factores fundamentales frecuencias de falla de los cojinetes Esto indica la velocidad a la que los elementos rodantes pasan sobre un defecto en la pista interior de un rodamiento. Cuando existe una astilla, grieta o picadura en la pista interior giratoria, los elementos rodantes estacionarios golpean el defecto repetidamente al girar junto a ellos, creando impactos periódicos que generan vibración en la frecuencia BPFI.
La BPFI se caracteriza por tener una frecuencia más alta que BPFO (frecuencia de carrera exterior) y casi siempre exhibe un ±1× distintivo bandas laterales Debido a la modulación de amplitud a medida que el defecto gira dentro y fuera de la zona de carga del rodamiento. Estas bandas laterales son un marcador diagnóstico clave que distingue los defectos de la pista interna de otros problemas del rodamiento.
Cálculo matemático
Fórmula
El BPFI se calcula utilizando la geometría del cojinete y la velocidad del eje:
- BPFI = (N × n / 2) × [1 – (Bd/Pd) × cos β]
Variables
- norte = Número de elementos rodantes en el rodamiento
- n = Frecuencia de rotación del eje (Hz) o velocidad (RPM/60)
- Bd = Diámetro de la bola o del rodillo
- Pd = Diámetro de paso (diámetro del círculo que pasa por los centros de los elementos rodantes)
- β = Ángulo de contacto
¿Por qué BPFI > BPFO?
BPFI siempre es mayor que BPFO para el mismo rodamiento porque:
- La pista interior gira con el eje mientras los elementos rodantes orbitan a la velocidad de la jaula (~0,4×)
- La velocidad relativa entre la pista interior y los elementos rodantes es mayor
- La fórmula muestra que BPFI = (N × n / 2) × [1 – Bd/Pd] mientras que BPFO = (N × n / 2) × [1 + Bd/Pd]
- El signo menos en BPFI lo hace más grande (resta una fracción de 1)
- Relación típica: BPFI/BPFO ≈ 1,6-1,8
Valores típicos
- Para rodamientos comunes: BPFI normalmente 5-7 veces la velocidad del eje
- Ejemplo: Rodamiento de 10 bolas a 1800 RPM (30 Hz) → BPFI ≈ 173 Hz (5,8 × velocidad del eje)
Mecanismo físico y modulación de la zona de carga
El defecto rotatorio
Los defectos en la pista interna crean una situación única:
- El defecto está en la pista interior giratoria.
- A medida que gira la pista interior, el defecto se mueve alrededor de la circunferencia del rodamiento.
- Cada elemento rodante encuentra un defecto a medida que pasa (frecuencia BPFI)
- Pero la gravedad del impacto varía según la ubicación del defecto en relación con la zona de carga.
Efecto de zona de carga
La zona de carga del rodamiento crea una modulación de amplitud:
- Defecto en la zona de carga: Alta fuerza de contacto, fuerte impacto cuando el elemento rodante lo golpea.
- Defecto frente a la zona de carga: Fuerza de contacto baja o nula, impacto débil o nulo
- Frecuencia de modulación: El defecto pasa por la zona de carga una vez por revolución del eje (1 × frecuencia)
- Resultado: BPFI modulado en amplitud a 1 × velocidad del eje
Generación de banda lateral
La modulación de amplitud crea bandas laterales matemáticas:
- Frecuencia portadora: BPFI
- Frecuencia de modulación: 1× velocidad del eje
- Bandas laterales: BPFI ± 1×, BPFI ± 2×, BPFI ± 3×
- Patrón: Bandas laterales simétricas espaciadas a intervalos de 1× alrededor de BPFI
- Valor diagnóstico: Este patrón de banda lateral es casi patognomónico de los defectos de la pista interna.
Características de la firma de vibración
Apariencia típica del espectro
- Pico central: En la frecuencia BPFI
- Familia de bandas laterales: Múltiples picos en BPFI ± n×(1×), donde n = 1, 2, 3, …
- Familias armónicas: Familias de bandas laterales adicionales en 2×BPFI, 3×BPFI con sus propias bandas laterales ±1×
- Patrón visual: Parece una “valla de estacas” o un patrón de peine.
Características del espectro de envolvente
- El pico BPFI domina el espectro de la envolvente
- Bandas laterales extremadamente claras y diagnósticas
- Detección temprana meses antes de que la FFT estándar muestre picos
- La amplitud aumenta exponencialmente a medida que crece el defecto.
Detección y diagnóstico
Pasos de reconocimiento
- Calcular BPFI: Desde el número de modelo del rodamiento o la geometría
- Espectro de búsqueda: Busque el pico en la frecuencia calculada (tolerancia ±5%)
- Verificar bandas laterales: Confirmar la presencia de bandas laterales de ±1× (característica diagnóstica clave)
- Comprobar armónicos: Busque 2×BPFI, 3×BPFI con sus propias bandas laterales
- Evaluar la amplitud: Comparar con las pautas iniciales o de gravedad
- Confirmar diagnóstico: BPFI + bandas laterales = defecto de pista interna confirmado
Diagnóstico diferencial
| Característica | BPFI (Pista interior) | BPFO (Pista exterior) |
|---|---|---|
| Frecuencia | Mayor (5-7× velocidad del eje) | Bajar (3-5× velocidad del eje) |
| Bandas laterales | Casi siempre presente (±1×) | Puede o no estar presente |
| Patrón de banda lateral | Espaciado muy regular y claro | Menos regular si está presente |
| Aparición | Menos común (~25% de fallas) | Más comunes (~40% de fallas) |
Progresión y gravedad
Etapas de desarrollo de defectos
- Iniciación: Se forman grietas o picaduras microscópicas, aún no detectables
- Incipiente: Aparece un pequeño pico de BPFI en el espectro de envoltura (0,1-0,5 g)
- Temprano: Pico BPFI claro con 1-2 armónicos y bandas laterales (0,5-2 g)
- Moderado: Armónicos múltiples, bandas laterales prominentes, astillas visibles en la inspección (2-10 g)
- Avanzado: Amplitud muy alta, numerosos armónicos, nivel de ruido elevado (>10 g)
- Severo: El ruido de banda ancha domina, provocando un fallo inminente y catastrófico.
Estimación de vida restante
- Incipiente a Temprano: Generalmente quedan entre 6 y 18 meses
- Temprano a moderado: Quedan entre 3 y 6 meses
- Moderado a avanzado: 1-3 meses restantes
- Avanzado a severo: Días o semanas restantes
- Variables: El tiempo real depende de la carga, la velocidad, las condiciones de funcionamiento y el tamaño del rodamiento.
Causas de defectos en las pistas internas
- Fatiga: Fatiga de alto ciclo por carga repetitiva
- Instalación incorrecta: Daños durante el montaje (golpear la pista interior con un martillo)
- Daños en el eje: Superficie del eje áspera o dañada que provoca desgaste
- Ajuste de interferencia apretado: Fuerza excesiva durante el ajuste a presión
- Desalineación: Carga no uniforme que acelera la fatiga
- Contaminación: Partículas que causan daños por indentación
- Falla de lubricación: Lubricación inadecuada que provoca deterioro de la superficie
Acciones correctivas
Respuesta inmediata (tras la detección)
- Aumentar la frecuencia de monitoreo (mensual → semanal → diario a medida que aumenta la gravedad)
- Programe el reemplazo del rodamiento durante la próxima parada conveniente
- Amplitud de tendencia para predecir la vida útil restante
- Evite operar a velocidades críticas que podrían acelerar la falla.
Planificación del reemplazo
- Solicitar rodamiento de repuesto (confirmar el modelo correcto)
- Plan para la inspección del eje (los defectos en la pista interna pueden dañar el eje)
- Investigar la causa raíz para evitar que vuelva a ocurrir
- Considere mejorar la especificación del rodamiento si se produce una falla prematura
La detección de BPFI mediante análisis de vibraciones es fundamental en la monitorización del estado de los rodamientos. El pico característico de alta frecuencia con bandas laterales de 1x proporciona una indicación inequívoca de defectos en las pistas internas, lo que permite realizar acciones de mantenimiento oportunas que previenen fallos catastróficos en los rodamientos y los consiguientes daños secundarios en ejes y carcasas.
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