Comprensión de los rotores agrietados
A rotor agrietado es un rotor o un eje giratorio en el que se ha formado una grieta por fatiga —una fractura que se propaga a través del material bajo tensión cíclica—. Se trata, en esencia, del mismo defecto que un grieta del eje, pero el término se refiere al conjunto completo del rotor, más que al mero eje. Las grietas en los rotores se encuentran entre las averías más peligrosas de toda la maquinaria, ya que una grieta puede pasar de ser un pequeño defecto indetectable a una fractura catastrófica en cuestión de días o semanas, una vez que ha llegado a la fase en la que vibración La monitorización puede detectarlo. La característica distintiva es un 2× (segundo armónico) componente que aumenta a medida que se propaga la grieta, producido por la variación de la rigidez del eje —que se produce dos veces por revolución— a medida que la grieta se abre y se cierra durante la rotación.
1. Definición y por qué las grietas son tan peligrosas
Una grieta por fatiga en un eje giratorio se comporta de forma muy diferente a un defecto estático. Cada revolución somete a la sección agrietada a un ciclo completo de flexión por tensión y compresión, por lo que el rotor acumula daños al mismo ritmo que acumula revoluciones: miles de ciclos de tensión por minuto. Lo peligroso es el factor tiempo: la fisura puede permanecer inofensiva e invisible durante años, para luego entrar en una fase de rápida aceleración en la que el margen entre el momento en que se detecta por primera vez de forma fiable y el momento en que se produce la fractura se mide en días. Este breve margen de tiempo de aviso es precisamente la razón por la que una fisura confirmada se suele considerar motivo para una cierre, y por qué el continuo monitoreo de condición está justificado en los equipos críticos.
2. Cómo se forman las grietas en los rotores
Sitios de iniciación al crack
Las grietas casi siempre se originan en una concentración de tensiones, es decir, una característica geométrica o metalúrgica en la que la tensión local se amplifica muy por encima del nivel nominal:
- Chavetas: las esquinas afiladas en los extremos de las ranuras: el punto de inicio más habitual.
- Cambios en el diámetro: hombros, pasos y transiciones.
- Secciones con hilo: las raíces de las roscas que concentran la tensión.
- Orificios y perforaciones transversales: canales de aceite o orificios de fijación.
- Bordes de ajuste a presión: ajustes apretados que dejan tensiones residuales y favorecen el desgaste por fricción.
- Soldaduras: zonas afectadas por el calor y bordes de soldadura.
- Picaduras de corrosión: defectos superficiales de corrosión que actúan como iniciadores de grietas ya preparados.
- Marcas de mecanizado: marcas de la herramienta, especialmente cuando están orientadas perpendicularmente a la tensión principal.
Proceso de crecimiento de grietas
- Formación de microfisuras: iniciada en un punto de concentración de tensiones, normalmente inferior a 1 mm.
- Propagación lenta: La grieta se agranda poco a poco con cada ciclo de tensión; esta fase puede durar años.
- Aceleración: A medida que la grieta se agranda, la intensidad de la tensión aumenta y la velocidad de crecimiento se acelera.
- Fase detectable: Cuando se alcanza aproximadamente el 10-30 % del diámetro, se hace evidente la vibración de segundo orden.
- Critical size: El ligamento restante ya no puede soportar la carga.
- Fractura grave: fallo repentino y total del eje.
La fuerza motriz en cada etapa es cíclica fatiga, por lo que cualquier factor que reduzca la tensión de flexión cíclica —un buen equilibrio, una alineación precisa— frena directamente el avance de la grieta.
3. La firma de vibración característica 2X
¿Por qué las grietas producen el doble de vibración?
El mecanismo es el denominado grieta respirante:
- Grieta cerrada (compresión): Cuando la zona agrietada gira hasta situarse en compresión (el punto inferior de la rotación en el caso de un eje horizontal), las caras de la grieta se comprimen entre sí y la rigidez del eje aumenta.
- Abrir (tensión): Cuando la fisura gira hasta llegar a la fase de tracción (el punto álgido de la rotación), se abre y la rigidez del eje disminuye.
- Dos veces por vuelta: Por lo tanto, la rigidez varía dos veces por revolución: una vez cuando la fisura pasa por la posición ascendente y otra vez cuando pasa por la descendente.
- 2× forcing: Esta variación de la rigidez al duplicar la velocidad de marcha genera una respuesta de vibración doble.
- Crecimiento de amplitud: A medida que la grieta se agranda, la asimetría de rigidez aumenta y la amplitud 2× crece con ella.
Características de vibración
- Indicador principal: un componente de 2× que surge y crece de forma constante con el tiempo.
- 1× changes: the 1× velocidad de marcha Las vibraciones también pueden aumentar, ya que la grieta provoca una deformación residual en el rotor.
- Armónicos superiores: 3× and 4× armonía pueden aparecer a medida que la fisura se agrava.
- Fase behaviour: Los ángulos de fase varían durante el arranque y la desaceleración de forma diferente a la de un desequilibrar la respuesta: un factor diferenciador clave.
- Sensibilidad a la temperatura: La amplitud 2× puede variar en función de la temperatura del eje, lo que influye en la facilidad con la que se abre la grieta.
Cabe destacar que un valor elevado de 2× por sí solo no prueba que haya una fisura — desalineación y algunas formas de flojedad también subir el 2×. Las características distintivas son la estabilidad growth con el paso del tiempo y el comportamiento inusual de la fase debido a la resonancia, por lo que se utilizan tanto análisis de tendencias como pruebas transitorias.
4. Detección y diagnóstico
Monitoreo de vibraciones
Tendencia de la relación 2X/1X
El indicador de campo más práctico es la relación entre la amplitud 2× y la amplitud 1×, que se observa a lo largo del tiempo mediante Tendencias:
- Máquinas normales: 2×/1× por debajo de aproximadamente 0,2–0,3.
- Posible crack: 2×/1× por encima de 0,5 y en aumento.
- Grieta confirmada: 2×/1× cercana o superior a 1.0
- Emergencia: 2×/1× por encima de 2,0 — se recomienda el apagado inmediato.
Pruebas transitorias
- Diagramas de Bode registrados durante el arranque y la desaceleración.
- Un rotor agrietado muestra un comportamiento anómalo de 2× al pasar por la resonancia.
- Pueden aparecer dos picos en la mitad de cada uno velocidad crítica, ya que el forzamiento 2× excita la resonancia a la mitad de la velocidad habitual.
- Los cambios de fase difieren de la respuesta normal al desequilibrio.
Examen no destructivo
La vibración te indica que mires; ensayos no destructivos comprueba y mide la grieta:
- Inspección por partículas magnéticas (MPI): detecta grietas superficiales y cercanas a la superficie.
- Penetrante de tinte: detección visual de grietas que atraviesan la superficie.
- Ensayo por ultrasonidos (UT): detecta grietas internas y mide su profundidad.
- Corriente de Foucault: Detección de grietas superficiales sin contacto.
- Radiografía: detección de grietas internas en componentes críticos.
5. Respuesta ante emergencias
En caso de detectar lo que parece ser una grieta
- Reforzar la supervisión: desde mensual a diario, o incluso continuo.
- Reducir la intensidad de la operación: Reduzca la velocidad o la carga siempre que sea posible.
- Planificar una inspección inmediata: programar un examen de ensayos no destructivos lo antes posible.
- Prepárate para el cierre: Pida un eje de repuesto y planifique el procedimiento de reparación.
- Evaluación de riesgos: calcular el tiempo hasta un posible fallo a partir de la tasa de crecimiento observada.
Si se confirma la grieta
- Apagado inmediato — a menos que una evaluación formal de riesgos demuestre que es seguro mantener el funcionamiento durante un período definido y limitado.
- No restart hasta que se sustituya o repare el eje.
- Sustitución del eje es la solución más fiable.
- Análisis de las causas fundamentales para determinar por qué se produjo la grieta y evitar que vuelva a ocurrir.
6. Estrategias de prevención
Diseño
- Eliminar o reducir al mínimo las concentraciones de tensión.
- Utilice radios de redondeo generosos (una regla general útil es que R sea superior a 0,1 × el diámetro).
- Evita las ranuras de chaveta siempre que sea posible; opta por los ajustes por interferencia.
- Especifique el material y el tratamiento térmico adecuados.
- Aplicar tratamientos superficiales, como el granallado o la nitruración, para mejorar la resistencia a la fatiga.
Operación
- Mantener una buena calidad del equilibrio para minimizar la tensión de flexión cíclica.
- Hold precision alineación de ejes para reducir los momentos flectores.
- Evite el funcionamiento prolongado a velocidades críticas.
- Evita los casos de exceso de velocidad.
- Controla el estrés térmico mediante un calentamiento y un enfriamiento adecuados.
Mantenimiento
- Monitorización rutinaria de vibraciones con análisis de tendencias explícito en dos dimensiones.
- Inspección periódica mediante ensayos no destructivos: una vez al año o según lo indique la evaluación de riesgos.
- Previene la corrosión, lo que protege contra el agrietamiento por picaduras.
- Mantenga las vibraciones al mínimo para reducir la tensión cíclica.
Cabe destacar aquí la importancia del buen equilibrio, ya que es la única medida preventiva que un equipo de mantenimiento puede aplicar sobre el terreno. Un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A mide la amplitud y la fase en los cojinetes y guías de la propia máquina, con una corrección en uno o dos planos mediante un peso de prueba, impulsando el desequilibrio residual hasta su valor objetivo según la norma ISO 21940-11. Unas fuerzas 1× más bajas se traducen en una menor tensión de flexión cíclica en cada ranura y cada reborde, lo que prolonga directamente la vida útil a la fatiga que, de otro modo, se vería mermada por una grieta. Este mismo instrumento resulta indispensable para registrar los datos de amplitud y fase durante el arranque y la desaceleración, lo que permite distinguir una grieta «respirante» de un desequilibrio común.
Las grietas en los rotores constituyen uno de los tipos de fallo más graves en la maquinaria rotativa. La combinación de la monitorización de vibraciones —que detecta el aumento característico de la señal 2×— con inspecciones periódicas no destructivas ofrece una protección esencial, ya que permite detectar el problema antes de que se produzca un fallo catastrófico y llevar a cabo una sustitución planificada del eje, evitando así daños secundarios de gran alcance y graves riesgos para la seguridad.
