Comprensión del desprendimiento de material en los rodamientos de elementos rodantes
Definición: ¿Qué es el desprendimiento de fragmentos?
Desprendimiento El desconchado (también llamado descamación, desprendimiento o picadura cuando es pequeño) es el desprendimiento, astillamiento o fractura localizada del material de la superficie de las pistas de rodamientos o elementos rodantes debido a la fatiga por contacto de rodadura. Un desconchado se presenta como un cráter, picadura o astilla donde un fragmento de material se ha desprendido de la superficie, dejando una zona rugosa y dañada. Cuando los elementos rodantes pasan sobre un desconchado, generan fuerzas de impacto que crean características de desgaste. vibración en específico frecuencias de falla de los cojinetes.
El desprendimiento de material es el modo de fallo más común y normal de los rodamientos, y representa el final de su vida útil a fatiga. Es distinto de tener puesto (eliminación gradual del material) o picaduras (Daños superficiales inducidos por corrosión). El desprendimiento es detectable mediante análisis de vibraciones meses antes de que el rodamiento falle por completo, convirtiéndolo en un objetivo clave para los programas de mantenimiento predictivo.
Mecanismo físico de desprendimiento
Proceso de fatiga por contacto rodante
El desprendimiento de fragmentos se desarrolla a través de un proceso de fatiga progresiva:
- Carga cíclica: Cada vez que un elemento rodante pasa por un punto de la pista, crea una tensión de contacto hertziana (normalmente de 1000 a 3000 MPa).
- Esfuerzo cortante subsuperficial: La tensión cortante máxima se produce ligeramente por debajo de la superficie (normalmente a una profundidad de 0,2-0,5 mm).
- Iniciación de grietas: Tras millones o miles de millones de ciclos, se inicia una fisura microscópica en la concentración de tensiones subsuperficiales.
- Propagación de grietas: La grieta crece paralela a la superficie, luego se ramifica hacia la superficie y penetra más profundamente en el material.
- Separación de materiales: La red de grietas aísla un trozo de material.
- Formación de desprendimientos: El material aislado se desprende, dejando un cráter o hoyo.
Características típicas de la fragmentación
- Tamaño: Inicialmente con un diámetro de 1 a 5 mm, puede crecer hasta 10 a 20 mm o más.
- Profundidad: 0,2-2 mm de profundidad en la carcasa endurecida
- Forma: Cráter irregular con fondo y bordes rugosos.
- Ubicación: Con mayor frecuencia en la pista exterior de la zona de carga
- Apariencia: Superficie metálica y brillante con bordes afilados inicialmente; se oscurece con el funcionamiento continuado.
Causas y factores contribuyentes
Vida normal con fatiga
- Todos los rodamientos tienen una vida útil limitada por fatiga (vida útil L10 – los 90% sobreviven hasta este punto).
- El desprendimiento es el modo de fallo esperado al final de la vida útil
- La correcta selección de los rodamientos garantiza una vida útil adecuada para la aplicación.
- No se considera un defecto si ocurre durante o después de la vida útil L10 calculada.
Causas del desprendimiento prematuro
- Sobrecarga: Las cargas que exceden la capacidad de carga del rodamiento reducen drásticamente su vida útil (Vida útil ∝ 1/Carga³)
- Lubricación deficiente: Un espesor de película insuficiente aumenta la tensión superficial
- Contaminación: Partículas que crean concentradores de tensión que inician grietas
- Desalineación: La carga en los bordes crea altas tensiones locales.
- Instalación incorrecta: Daños durante el montaje que provocan fallos prematuros
- Corrosión: fosas superficiales que actúan como puntos de inicio de grietas
- Defectos del material: Inclusiones en el acero de los rodamientos
Detección de vibraciones en el desprendimiento de partículas
Etapa inicial (microdesprendimiento)
- Cascajo < 1-2 mm de diámetro
- Pequeños picos en las frecuencias de falla de los rodamientos en espectro de envolvente
- Puede que no sea visible en la versión estándar. FFT espectro
- Amplitud en la envolvente: 0,5-2 g
- Esperanza de vida restante: entre 6 y 18 meses, generalmente.
Etapa moderada
- Fragmento de 2 a 10 mm de diámetro
- Picos de frecuencia de falla claros tanto en el espectro FFT como en el espectro de envolvente
- 2-3 armonía visible
- Comienzo de banda lateral formación
- Amplitud: 2-10 g
- Vida restante: 2-6 meses
Etapa avanzada
- Desprendimientos > 10 mm, pueden ser múltiples.
- Picos de frecuencia de falla de muy alta amplitud
- Numerosos armónicos (de 4 a 8 o más)
- Estructura de banda lateral compleja
- Nivel de ruido elevado
- Amplitud: > 10 g
- Tiempo de vida restante: De días a semanas
Etapa grave/crítica
- Desprendimiento extenso, múltiples defectos
- Ruido de banda ancha dominante
- Las frecuencias de fallas individuales pueden quedar ocultas.
- Vibración general muy alta
- Ruido audible del rodamiento
- Temperatura elevada
- Fallo inminente: se requiere sustitución inmediata
Progresión y daño secundario
Crecimiento de escamas
Una vez iniciadas, las escamas crecen progresivamente:
- La carga de impacto en los bordes de las grietas genera una alta tensión.
- El material adyacente se fatiga más rápidamente.
- El desprendimiento de fragmentos crece hacia afuera y más profundo
- Tasa de crecimiento exponencial: pequeñas escamas pueden convertirse en grandes en cuestión de semanas.
Daño secundario
El desprendimiento de fragmentos crea escombros que provocan daños en cadena:
- Generación de escombros: Las partículas metálicas procedentes de los desprendimientos circulan en el cojinete.
- Abrasión de tres cuerpos: Los residuos actúan como compuesto de pulido.
- Desprendimientos secundarios: Las partículas de escombros inician nuevos desprendimientos en otras áreas
- Deterioro rápido: Una vez que se presentan múltiples desprendimientos, el fallo se acelera.
- Fracaso total: Finalmente, el rodamiento pierde toda su capacidad de carga.
Respuesta y medidas correctivas
Tras la detección
- Confirmar diagnóstico: Verificar que la frecuencia de fallas coincida con la geometría del rodamiento
- Evaluar la gravedad: Determinar la etapa en función de la amplitud y los armónicos.
- Aumentar la vigilancia: Cambiar de mensual a semanal o diario según la gravedad
- Reemplazo de horario: Planifique el cambio de rodamientos durante el tiempo de inactividad apropiado.
- Adquirir rodamiento: Solicitar reemplazo (verificar el modelo y las especificaciones correctas)
Indicadores de emergencia
Se recomienda el apagado inmediato si:
- La amplitud de vibración se duplica en menos de una semana
- La temperatura del rodamiento aumenta rápidamente (> 5 °C en un turno).
- Ruido audible, chirrido o aspereza proveniente del rodamiento
- Presencia de múltiples frecuencias de rodamiento (múltiples defectos)
- Pérdida de lubricante o contaminación visible
Prevención mediante el diseño y el mantenimiento
Fase de diseño
- Seleccionar rodamientos con una vida útil adecuada (L10 > vida útil requerida).
- Proporcionar un sistema de lubricación adecuado
- Diseño de un sellado eficaz
- Garantizar una refrigeración adecuada para las condiciones de funcionamiento
Fase de instalación
- Prácticas de instalación limpias
- Herramientas de montaje adecuadas (para evitar daños durante la instalación)
- Verifique la holgura correcta del rodamiento
- Alineación precisa
Fase de operación
- Programa de monitorización de vibraciones con análisis de envolvente
- Programa de lubricación (intervalos, cantidades, calidad)
- Monitoreo de temperatura
- Buena calidad de equilibrio para minimizar las cargas dinámicas
El desprendimiento de material es el punto final inevitable de la vida útil de los rodamientos debido a la fatiga, pero mediante una selección, instalación, lubricación y monitoreo de condición adecuados, se puede maximizar la vida útil de los rodamientos y detectar fallas con la suficiente antelación para prevenir daños secundarios y permitir un mantenimiento planificado y rentable.
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