Desconchado en rodamientos de elementos rodantes
Desprendimiento —también denominado «desprendimiento», «desconchado» o «picadura» cuando es de pequeño tamaño— es el desconchado, astillamiento o fractura localizada del material de la superficie de las pistas de rodadura o de los elementos rodantes de un rodamiento, causada por la fatiga por contacto de rodadura. Un desprendimiento se presenta como un cráter o una picadura en el que se ha desprendido una escama de acero endurecido, dejando una depresión rugosa y de bordes afilados. Cada vez que una bola o un rodillo pasa por encima de ese cráter, se produce un pequeño impacto mecánico, y esos impactos repetidos se propagan vibración at predictable frecuencias de fallo de los rodamientos — la señal que permite al analista detectar la avería mucho antes de que el rodamiento se agarrote.
El desprendimiento es el más común y, en cierto sentido, el más normal modo de fallo del rodamiento: representa el final natural de la vida útil por fatiga de un rodamiento. Se distingue de tener puesto (pérdida gradual y difusa de material) y de la corrosión inducida por picaduras. Es fundamental destacar que el desprendimiento se puede detectar mediante análisis de vibraciones meses antes de que el rodamiento falle por completo, lo que lo convierte en un objetivo fundamental de todo mantenimiento predictivo programa.
1. El mecanismo físico del desprendimiento
Fatiga por contacto rodante
El desprendimiento no es un fenómeno repentino, sino el punto álgido visible de un largo proceso de fatiga:
- Carga cíclica: Cada paso de un elemento rodante ejerce una tensión de contacto hertziana sobre la pista de rodadura, normalmente 1000–3000 MPa, concentrada en una superficie de contacto más pequeña que un grano de arroz.
- Esfuerzo cortante subsuperficial: la tensión de cizallamiento alterna máxima no se produce en la superficie, sino ligeramente por debajo de ella, por lo general 0.2–0.5 mm deep.
- Inicio de la fisura: Tras millones —a menudo miles de millones— de ciclos de tensión, se inicia una fisura microscópica en un punto de concentración de tensiones subyacente, con frecuencia en una inclusión no metálica del acero.
- Propagación de grietas: La grieta se extiende en paralelo a la superficie y, a continuación, se ramifica tanto hacia la superficie como hacia el interior del material.
- Separación de materiales: La red de grietas acaba aislando un trozo de acero.
- Formación de desprendimientos: ese material aislado se desprende, dejando el cráter característico.
Dado que el deterioro comienza bajo la superficie, un rodamiento puede estar a pocos días de presentar un desprendimiento visible, mientras que sus pistas siguen luciendo relucientes a simple vista; y esa es precisamente la razón por la que la fatiga subsuperficial es invisible a la inspección pero audible para un sensor de vibraciones.
Características típicas del desprendimiento
- Tamaño: Inicialmente de 1 a 5 mm de diámetro, alcanzando los 10-20 mm o más.
- Profundidad: entre 0,2 y 2 mm en la capa endurecida.
- Forma: un cráter irregular con un fondo rugoso y bordes irregulares.
- Ubicación: con mayor frecuencia en la pista exterior, dentro de la zona de carga.
- Apariencia: brillante, nítido y metálico al principio, y que se va oscureciendo a medida que avanza la operación.
2. Causas y factores contribuyentes
Vida útil normal
- Todos los rodamientos tienen una vida útil limitada —el L10 vida, el punto en el que se espera que sobreviva el 90 % de la población.
- El desprendimiento es el modo de deterioro previsto al final de la vida útil; que se produzca al alcanzar o superar la vida útil L10 calculada no constituye un defecto, sino un acierto de diseño.
- Una selección adecuada de los rodamientos garantiza que la vida útil L10 supere holgadamente la vida útil requerida. Puede calcular esa vida útil en función de la carga y la velocidad con nuestra Calculadora de vida útil del rodamiento L10 (ISO 281).
Desprendimiento prematuro
Cuando aparecen desprendimientos mucho antes de alcanzar la vida útil de L10, casi siempre hay una causa externa detrás:
- Sobrecarga: La vida útil disminuye de forma inversamente proporcional al cubo de la carga (vida útil ∝ 1/(carga³)), por lo que incluso una sobrecarga moderada reduce drásticamente la vida útil.
- Lubricación deficiente: Una película insuficiente permite que las asperezas entren en contacto, lo que aumenta la tensión en la superficie.
- Contaminación: Las partículas duras abollan la pista de rodadura y crean puntos de concentración de tensiones que dan lugar a grietas.
- Desalineación: La carga en el borde concentra la tensión en un extremo del contacto.
- Instalación incorrecta: Los daños de montaje provocan fallos prematuros.
- Corrosión: Las picaduras en la superficie actúan como puntos de inicio de grietas ya formados.
- Defectos de material: inclusiones en el acero para rodamientos.
Un factor que suele pasarse por alto es la carga dinámica derivada de un mal equilibrado del rotor: residual desequilibrar añade una fuerza rotativa a la carga estática del rodamiento y, debido a esa relación cúbica, incluso un pequeño aumento de la carga dinámica puede reducir drásticamente la vida útil a la fatiga. Por lo tanto, mantener los rotores bien equilibrados es una auténtica medida de conservación de los rodamientos, y no solo una cuestión de confort frente a las vibraciones.
3. Detección de vibraciones por nivel de gravedad
El gran valor del descascarillado, desde el punto de vista diagnóstico, es que se manifiesta en una fase temprana y se agrava siguiendo una secuencia reconocible. Su detección depende en gran medida de análisis de envolvente, que demodula los anillos de impacto de alta frecuencia para revelar la tasa de defectos subyacente.
Fase inicial (micro-descascarillado)
- Descascarillado de menos de 1-2 mm de diámetro.
- Pequeños picos en las frecuencias características de la falla en el espectro de envolvente.
- A menudo invisible en el estándar FFT espectro.
- Amplitud de la envolvente: aproximadamente entre 0,5 y 2 g.
- Vida útil restante: normalmente entre 6 y 18 meses.
Moderate stage
- Descascarillado de 2 a 10 mm de diámetro.
- Picos de frecuencia de fallo bien definidos tanto en el espectro FFT como en el espectro de envolvente.
- Two to three armonía de la frecuencia de los defectos visibles.
- Onset of banda lateral formación alrededor de los picos.
- Amplitud: aproximadamente entre 2 y 10 g.
- Vida útil restante: 2-6 meses.
Advanced stage
- Desprendimientos de más de 10 mm, posiblemente varios.
- Picos de frecuencia de fallas de muy alta amplitud.
- Numerosos armónicos, de cuatro a ocho o más.
- Una estructura de banda lateral compleja.
- Un ruido de fondo elevado.
- Amplitud: superior a 10 g.
- Vida útil restante: días o semanas.
Fase grave / crítica
- Desprendimientos extensos con múltiples defectos.
- El ruido de banda ancha empieza a dominar el espectro.
- Las frecuencias de fallo individuales quedan ocultas por ese ruido.
- Vibraciones generales muy elevadas, ruido audible en los cojinetes y aumento de la temperatura.
- El fallo es inminente; es necesario sustituirlo de inmediato.
Para poner esto en práctica, debe conocer las frecuencias exactas que debe buscar. Estas dependen de la geometría del rodamiento y de la velocidad del eje, por lo que debe calcularlas de antemano con el Calculadora de frecuencia de defectos en los rodamientos — el resultado BPFO, BPFI, BSF y FTF Estos valores indican con precisión en qué punto del espectro aparecerá un desconchado en cada componente.
4. Progresión y daños secundarios
Spall growth
Una vez que se ha formado un desconche, este crece progresivamente, y el crecimiento tiende a ser exponencial más que lineal:
- Las cargas de impacto en los bordes del desconche generan tensiones elevadas a nivel local.
- El material adyacente se fatiga más rápidamente que la pista de rodadura intacta.
- El desconche se expande hacia afuera y se hace más profundo con cada vuelta.
- Un pequeño desconche puede convertirse en uno grande en cuestión de semanas, una vez que el proceso se autoalimenta.
Daños secundarios
El desconchamiento también genera partículas que provocan daños en cadena:
- Generación de partículas: Las partículas metálicas procedentes del desprendimiento circulan por el lubricante.
- Abrasión de tres cuerpos: Esos residuos actúan como un compuesto abrasivo, rayando superficies que, de otro modo, estarían en perfecto estado.
- Desprendimientos secundarios: Las partículas incrustadas producen indentaciones en la pista de rodadura nueva y nuclean nuevos desconches en otros lugares.
- Deterioro rápido: Cuando coexisten varios desconches, el fallo se acelera considerablemente.
- Fallo total: El rodamiento acaba perdiendo toda su capacidad de carga.
5. Respuesta y medidas correctivas
Upon detection
- Confirmar el diagnóstico: comprueba que la frecuencia de fallo medida coincida con la geometría del rodamiento —no se trate de una coincidencia o de un armónico de otra cosa.
- Evaluar la gravedad: Localiza el fallo en la escala de etapas anterior utilizando la amplitud y el recuento de armónicos.
- Reforzar la supervisión: Reduce el intervalo entre revisiones de mensual a semanal o diario a medida que aumenta la gravedad.
- Programar sustitución: planificar la sustitución en un momento adecuado cierre window.
- Adquiera el rodamiento: Pida el modelo correcto y compruebe sus especificaciones antes de la interrupción del servicio.
Indicadores de emergencia
Es necesario el apagado inmediato si se da cualquiera de las siguientes circunstancias:
- La amplitud de la vibración se ha duplicado en menos de una semana.
- La temperatura del rodamiento está aumentando rápidamente: más de 5 °C en un solo turno.
- Ruido audible, chirrido o aspereza proveniente del rodamiento
- Se detectan varias frecuencias de cojinetes al mismo tiempo, lo que indica la presencia de múltiples defectos.
- Pérdida de lubricante o presencia de suciedad visible.
6. Prevención mediante el diseño y el mantenimiento
Fase de diseño
- Seleccione rodamientos con una vida útil adecuada (L10, que supere con holgura la vida útil requerida).
- Asegúrese de que el sistema de lubricación sea adecuado y de que el sellado sea eficaz.
- Asegúrese de que la refrigeración sea la adecuada para las condiciones de funcionamiento.
Fase de instalación
- Siga las prácticas de instalación adecuadas y utilice las herramientas de montaje correctas para evitar daños durante el montaje.
- Verifique el correcto holgura del cojinete.
- Logre un equilibrado preciso alineación para evitar la carga en los bordes.
Fase de operación
- Ponga en marcha un programa de control de vibraciones que incluya el análisis de envolvente.
- Siga un programa de lubricación riguroso: respete los intervalos, las cantidades y el tipo de lubricante adecuados.
- Controle la temperatura.
- Mantenga los rotores bien equilibrados para minimizar las cargas dinámicas que reducen la vida útil por fatiga. Un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A permite al técnico analizar la evolución del espectro de envolvente de un rodamiento sospechoso y, cuando la causa principal es un desequilibrio del rotor, corregirlo in situ en los propios rodamientos de la máquina, eliminando así la carga dinámica que estaba provocando el desprendimiento prematuro del rodamiento.
El desprendimiento es el resultado final inevitable de la fatiga de los rodamientos, pero no tiene por qué ser una sorpresa. Mediante una selección adecuada de los rodamientos, una instalación correcta, una lubricación rigurosa y monitorización de condición, se maximiza la vida útil y la avería se detecta a tiempo para evitar daños secundarios y convertir una avería imprevista en una sustitución planificada y de bajo coste.
