Comprensión de los cojinetes de empuje
Definición: ¿Qué es un cojinete de empuje?
A cojinete de empuje (también llamado cojinete axial) es un cojinete especializado diseñado para soportar cargas orientadas paralelamente al eje del eje (cargas axiales o cargas de empuje) y para controlar la posición axial de un rotor. A diferencia de los cojinetes radiales que soportan cargas perpendiculares al eje, los cojinetes de empuje tienen superficies de contacto perpendiculares al eje, lo que les permite resistir fuerzas que intentan empujar el eje en cualquier dirección axial.
Los cojinetes de empuje son esenciales en maquinaria donde actúan fuerzas axiales, como bombas, compresores, turbinas, ejes de hélices y equipos verticales. La falla o la capacidad insuficiente de los cojinetes de empuje provoca un desgaste excesivo. vibración axial, juego axial del eje y posibles daños catastróficos por contacto del rotor con componentes estacionarios.
Tipos de cojinetes de empuje
Cojinetes axiales de elementos rodantes
1. Rodamientos axiales de bolas
- Diseño: Elementos esféricos que se desplazan entre arandelas de empuje planas o ranuradas
- Capacidad de carga: Moderado
- Velocidad: Velocidades medias a altas
- Precisión: Buena precisión de posicionamiento axial
- Aplicaciones: Máquinas herramienta, transmisiones de automóviles, cargas de empuje moderadas
2. Cojinetes axiales de rodillos cilíndricos
- Diseño: Rodillos cilíndricos entre arandelas de empuje
- Capacidad de carga: Muy alta (contacto lineal frente a contacto puntual)
- Velocidad: Solo velocidades bajas a medias
- Precisión: Moderado
- Aplicaciones: maquinaria pesada, bombas verticales, ganchos de grúa
3. Rodamientos de rodillos cónicos
- Diseño: Un solo cojinete soporta cargas radiales y axiales.
- Capacidad de carga: Alto para cargas combinadas
- Ajustabilidad: Precarga ajustable mediante espaciado
- Aplicaciones: Ruedas de automóviles, cajas de cambios, situaciones de carga combinada
4. Rodamientos de bolas de contacto angular
- Diseño: El contacto de la bola en ángulo soporta cargas radiales y axiales.
- Configuración: Suelen utilizarse en pares (espalda con espalda o cara a cara).
- Velocidad: capacidad de alta velocidad
- Aplicaciones: Husillos de máquinas herramienta, bombas de alta velocidad
Cojinetes de empuje de película fluida
1. Cojinetes de empuje de almohadilla basculante
- Diseño: Múltiples almohadillas pivotantes que crean cuñas de aceite
- Capacidad de carga: Muy alta (megavatios en turbinas grandes)
- Velocidad: Ilimitado (acostumbrado a más de 30.000 RPM)
- Mojadura: Excelente
- Aplicaciones: Turbinas de vapor, turbinas de gas, grandes compresores, generadores
2. Cojinetes de empuje de almohadilla fija (superficie cónica)
- Diseño: Almohadillas fijas con superficies cónicas
- Capacidad de carga: Alto
- Sencillez: Sin partes móviles
- Aplicaciones: Bombas verticales, turbinas hidráulicas
Fuentes de cargas axiales
En bombas y compresores
- Empuje hidráulico del impulsor: La diferencia de presión a través del impulsor crea una fuerza axial neta
- Magnitud: Puede costar miles de libras incluso en bombas de tamaño moderado.
- Dirección: Normalmente hacia el lado de succión
- Equilibrio: Los orificios de equilibrado, los álabes traseros o los impulsores opuestos reducen el empuje neto
En turbinas
- El flujo de vapor o gas crea presión axial sobre las palas.
- La magnitud del empuje aumenta con la potencia de salida.
- Puede invertir su dirección durante el arranque o los cambios de carga.
- Los pistones ficticios o pistones de compensación contrarrestan el empuje.
En las cajas de cambios
- Los engranajes helicoidales generan un empuje axial (magnitud proporcional al par transmitido).
- Los engranajes cónicos crean componentes axiales
- La dirección del empuje depende del sentido de giro del engranaje (dirección del ángulo de la hélice).
Otras fuentes
- Atracción magnética: En los motores eléctricos, el desequilibrio magnético crea fuerzas axiales.
- Hélices y ventiladores: Empuje aerodinámico debido a la aceleración del fluido
- Transmisiones por correa: Las correas anguladas crean componentes de fuerza axial
- Desalineación: La desalineación angular en los acoplamientos genera fuerzas axiales oscilantes.
Problemas y diagnóstico de los cojinetes de empuje
Fallos comunes
- Sobrecarga: El empuje supera la capacidad de carga.
- Lubricación inadecuada: Flujo de aceite o grasa insuficiente
- Contaminación: Partículas que dañan las superficies de empuje
- Tener puesto: Deterioro superficial por abrasión o fatiga
- Calentamiento excesivo: Fricción excesiva o refrigeración insuficiente
Síntomas de vibración
- Alto Vibración axial: Indicador principal de problemas en los cojinetes de empuje
- Oscilación de baja frecuencia: Eje flotante axialmente
- Impactando: Si las holguras son excesivas, los topes de impacto del eje
- Medición: Las sondas de proximidad axial o los acelerómetros revelan síntomas
Otros indicadores
- Aumento de temperatura: Cojinete de empuje funcionando a alta temperatura
- Ruido: Sonidos inusuales provenientes de la ubicación del cojinete de empuje
- Juego axial: Movimiento del eje medible en dirección axial
- Calidad del aceite: Partículas metálicas en el lubricante
Monitoreo y mantenimiento
Parámetros críticos de monitorización
- Vibración axial: medición continua o periódica
- Posición axial: Sondas de proximidad rastreando la posición del eje
- Temperatura del cojinete de empuje: Monitoreo de RTD o termopar
- Caudal y presión del aceite: Para cojinetes de empuje de película fluida
Prácticas de mantenimiento
- Verifique la lubricación adecuada del cojinete de empuje.
- Comprobar las holguras axiales durante las revisiones.
- Inspeccione las superficies de los cojinetes de empuje para detectar desgaste o daños.
- Mida las cargas de empuje reales si es posible (galgas extensométricas, células de carga).
- Tendencia de datos de temperatura y vibración
Los cojinetes axiales, aunque suelen recibir menos atención que los radiales, son fundamentales para controlar la posición axial y soportar las cargas axiales en la maquinaria rotativa. Comprender los tipos de cojinetes axiales, las fuentes de carga y los modos de fallo permite seleccionar los cojinetes adecuados, realizar una monitorización eficaz y llevar a cabo un mantenimiento oportuno para prevenir fallos que podrían provocar un contacto catastrófico entre el rotor y el estátor y la destrucción del equipo.
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