Entendiendo BPFO – Frecuencia de Pase de Pelota en la Carrera Exterior
Definición: ¿Qué es BPFO?
BPFO (Frecuencia de Pase de Pelota, Carrera Exterior) es uno de los cuatro fundamentales frecuencias de falla de los cojinetes Esto indica la velocidad a la que los elementos rodantes (bolas o rodillos) pasan sobre un defecto ubicado en la pista exterior de un rodamiento. Cuando existe un desconchado, una grieta, una picadura u otro defecto en la pista exterior, cada elemento rodante golpea el defecto a su paso, creando un impacto repetitivo que genera... vibración en la frecuencia BPFO.
La BPFO es la frecuencia de rodamiento más importante para el diagnóstico, ya que los defectos en la pista exterior son el tipo de falla más común, representando aproximadamente el 40% de todas las fallas en rodamientos de elementos rodantes. La detección de picos de BPFO en los espectros de vibración permite la identificación temprana de problemas en la pista exterior antes de que se produzca la falla del rodamiento.
Cálculo matemático
Fórmula
El BPFO se calcula utilizando la geometría del rodamiento y la velocidad del eje:
- BPFO = (N × n / 2) × [1 + (Bd/Pd) × cos β]
Variables
- norte = Número de elementos rodantes (bolas o rodillos) 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 (normalmente 0° para rodamientos de bolas radiales, 15-40° para contacto angular)
Aproximación simplificada
Para rodamientos con ángulo de contacto cero (β = 0°):
- BPFO ≈ (N × n / 2) × [1 + Bd/Pd]
- Para rodamientos típicos con Bd/Pd ≈ 0,2, esto da BPFO ≈ 0,6 × N × n
- Regla general: BPFO ≈ 60% de (número de bolas × frecuencia del eje)
Valores típicos
- Para rodamientos con 8-12 elementos rodantes: BPFO típicamente 3-5× velocidad del eje
- Ejemplo: Rodamiento de 10 bolas a 1800 RPM (30 Hz) → BPFO ≈ 107 Hz (3,6 × velocidad del eje)
Mecanismo físico
¿Por qué los defectos de la pista exterior generan BPFO?
En la mayoría de los rodamientos, la pista exterior es estacionaria y está fijada en la carcasa:
- Existe un defecto (desconchado, picaduras) en una ubicación fija en la pista exterior
- A medida que la jaula gira, transporta elementos rodantes alrededor del rodamiento.
- Cada elemento rodante pasa a su vez sobre la ubicación del defecto.
- Cuando una pelota golpea el defecto, se produce un pequeño impacto o "clic".
- Con N elementos rodantes, el defecto se detecta N veces por revolución de la jaula.
- Dado que la jaula gira a aproximadamente 0,4 × la velocidad del eje y cada bola golpea una vez por revolución de la jaula, la tasa de impacto total = N × frecuencia de la jaula ≈ BPFO
Características de impacto
- Cada impacto es breve (duración de microsegundos)
- Los impactos son periódicos con frecuencia BPFO
- La energía del impacto excita resonancias de alta frecuencia en la estructura del soporte.
- La naturaleza repetitiva crea picos espectrales claros
Firma de vibración en espectros
En el espectro FFT estándar
- Pico primario: En frecuencia BPFO
- Armonía: A 2×BPFO, 3×BPFO, 4×BPFO (que indica la gravedad del defecto)
- Bandas laterales: Puede tener bandas laterales de ±1× si la pista exterior puede girar ligeramente o debido a la variación de la zona de carga
- Amplitud: Aumenta a medida que se propaga el defecto
Espectro en envolvente
- El pico BPFO es mucho más claro y de mayor amplitud que en la FFT estándar.
- Los armónicos se muestran de forma destacada
- Detección temprana posible (defectos detectables meses antes)
- Menos interferencias por vibraciones de baja frecuencia
Progresión típica de amplitud
- Incipiente: 0,1-0,5 g (sobre), apenas detectable
- Temprano: 0,5-2 g, pico BPFO claro con 1-2 armónicos
- Moderado: 2-10 g, múltiples armónicos, aparecen bandas laterales
- Avanzado: >10 g, numerosos armónicos, nivel de ruido elevado
Por qué los defectos en las pistas externas son los más comunes
Los fallos de la pista exterior predominan por varias razones:
Concentración de carga
- En la orientación típica del eje horizontal, la zona de carga está en la parte inferior
- La pista exterior en la parte inferior soporta la mayor parte de la carga
- La carga constante de la misma sección de la pista exterior acelera la fatiga
- La pista interior gira, distribuyendo la carga alrededor de toda la circunferencia.
Tensiones de instalación
- La pista exterior presionada en la carcasa puede sufrir daños durante la instalación
- Los ajustes de interferencia crean tensiones residuales
- Una instalación incorrecta (desalineación, amartillamiento) daña la pista exterior.
Efectos de la contaminación
- Las partículas entran al rodamiento por la pista exterior
- Contaminación concentrada en la región exterior de la pista
- Las partículas se incrustan en el material más blando de la pista exterior
Importancia diagnóstica
Alta confianza en el diagnóstico
La BPFO es uno de los indicadores diagnósticos más fiables:
- La frecuencia se puede calcular con precisión y es única para cada tipo de rodamiento.
- Es poco probable que se confunda con otras frecuencias de maquinaria.
- Patrón de progresión claro a medida que el defecto empeora
- Relación bien comprendida entre la amplitud y el tamaño del defecto
Evaluación de la gravedad
- Número de armónicos: Más armónicos = defecto más avanzado
- Amplitud máxima: Mayor amplitud = área de defecto más grande
- Presencia de banda lateral: Las bandas laterales extensas indican modulación, a menudo debido a la variación de la zona de carga.
- Nivel de ruido: El nivel de ruido elevado indica un deterioro generalizado de la superficie
Relación con otras frecuencias de rodamiento
BPFO frente a BPFI
- BPFI (pista interior) siempre con una frecuencia más alta que BPFO para el mismo rodamiento
- Relación típica: BPFI/BPFO ≈ 1,6-1,8
- Si ambos están presentes, indica defectos múltiples (falla avanzada)
- La BPFO es más común inicialmente; la BPFI puede desarrollarse como daño secundario
Bandas laterales a velocidad 1×
- Mientras la pista exterior esté estacionaria, es posible que se produzca un ligero movimiento.
- El ajuste flojo del cojinete permite que la pista exterior se deslice o gire ligeramente
- La variación de la zona de carga a medida que las órbitas del rotor crean una modulación de amplitud
- Resultados en bandas laterales de ±1× alrededor del pico de BPFO
Estrategia práctica de seguimiento
Monitoreo de rutina
- Análisis de envolvente mensual o trimestral en cada ubicación del rodamiento
- Detección automática de picos y tendencias de BPFO
- Alarma establecida en 2-3× amplitud de línea base
- Datos históricos de tendencias para predecir el tiempo de falla
Pruebas de confirmación
Cuando se detecta BPFO:
- Verificar que la frecuencia coincida con el valor calculado (dentro de ±5%)
- Comprobación de armónicos (2×BPFO, 3×BPFO)
- Busque el patrón característico de bandas laterales
- Comparar con otros rodamientos en la misma máquina (debe ser exclusivo del rodamiento defectuoso)
- Aumentar la frecuencia de monitoreo a semanal o diaria
La detección y el monitoreo de BPFO representan una de las aplicaciones más exitosas del análisis de vibraciones en el mantenimiento predictivo, previniendo fallas de rodamientos y permitiendo estrategias de reemplazo basadas en la condición que optimizan tanto la confiabilidad del equipo como los costos de mantenimiento.
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