Monitoreo de Rodamientos: Detección de Fallas por Vibración y Factores Clave

Fases del Deterioro de Rodamientos por Vibración

La identificación de las fases de deterioro en rodamientos mediante el monitoreo de vibraciones es crucial para una gestión de mantenimiento predictivo eficaz. A continuación, se describen las etapas típicas:

Fase 1: Estado Óptimo

En esta fase, el rodamiento se encuentra en perfecto estado. El espectro de vibración solo muestra la frecuencia de giro del eje (1X) y, ocasionalmente, algunas de sus armónicas (2X, 3X, etc.), indicando un funcionamiento normal y sin defectos significativos.

Fase 2: Inicio del Deterioro

Esta etapa se caracteriza por la aparición de lecturas de vibración a altas frecuencias. Este es el primer indicador de deterioro incipiente en el rodamiento, a menudo provocado por pequeños defectos superficiales o impactos. También comienzan a manifestarse las frecuencias naturales del rodamiento o de la estructura.

Fase 3: Deterioro Progresivo

En esta fase, el espectro de vibración revela las frecuencias características de los distintos defectos específicos del rodamiento, como las frecuencias de falla del anillo exterior (BPFO), del anillo interior (BPFI), de las bolas (BSF) y de la jaula (FTF), junto con sus armónicas. A medida que el daño progresa, la magnitud de estas armónicas de frecuencia de falla aumenta, lo que indica una mayor severidad del defecto.

Fase 4: Deterioro Avanzado y Falla Inminente

Esta es la fase final del rodamiento, donde el daño es muy severo. Aparecen síntomas similares a los de holguras excesivas. El "piso" del espectro de vibración se eleva, con una predominancia marcada de la frecuencia de giro (1X) y sus armónicas. Curiosamente, las frecuencias de falla específicas pueden desaparecer o atenuarse, mientras que las frecuencias naturales del sistema se mantienen o se vuelven más prominentes, señalando una degradación estructural significativa.

Frecuencias Caracteristicas de Fallas en Rodamientos

La identificación de estas frecuencias en el espectro de vibración es fundamental para diagnosticar el tipo y la ubicación del defecto en un rodamiento:

• Frecuencia de Deterioro de la Pista Exterior (BPFO - Ball Pass Frequency Outer Race): Representa la frecuencia con la que los elementos rodantes pasan sobre un defecto en la pista exterior durante una revolución del eje. Es un indicador clave de fallas en el anillo exterior.
• Frecuencia de Deterioro de la Pista Interior (BPFI - Ball Pass Frequency Inner Race): Indica la frecuencia con la que los elementos rodantes pasan sobre un defecto en la pista interior durante una revolución del eje. Esta frecuencia es crucial para detectar fallas en el anillo interior.
• Frecuencia de Giro de las Bolas (BSF - Ball Spin Frequency): Describe la cantidad de giros que realiza un elemento rodante (bola o rodillo) sobre su propio eje por cada revolución del eje del rodamiento. Es vital para identificar defectos en los propios elementos rodantes.
• Frecuencia Fundamental del Tren o de Deterioro de la Jaula (FTF - Fundamental Train Frequency): Corresponde a la frecuencia de giro de la jaula por cada vuelta del eje. Una falla en la jaula puede ser causada por un mal montaje o por el deterioro de los elementos rodantes, y esta frecuencia ayuda a su detección.

Es importante destacar que, en general, el espectro de vibración de un defecto en el anillo exterior (BPFO) suele presentar una mayor amplitud en comparación con el del anillo interior (BPFI), que casi siempre muestra una amplitud menor.

Impacto de las Bandas Laterales en la Evaluación de Rodamientos

Las frecuencias de deterioro en las pistas de un rodamiento suelen ir acompañadas por bandas laterales. La diferencia de frecuencia entre estas bandas laterales y las frecuencias fundamentales de defecto coincide con la frecuencia de giro del eje. El aumento en el número y la amplitud de estas bandas laterales es un indicador directo de la progresión del daño en el rodamiento.

Adicionalmente, otra frecuencia que puede modular las frecuencias de deterioro en las pistas es la FTF (Frecuencia Fundamental del Tren o de la Jaula). La presencia de modulación por FTF sugiere un mayor deterioro del rodamiento, especialmente si la jaula también está afectada.

Influencia de la Velocidad de Operación en la Vida Útil del Rodamiento

La velocidad de operación de un rodamiento tiene un impacto significativo en su vida útil. Para velocidades de 50 Hz o superiores, la vida útil del rodamiento disminuye notablemente y con una mayor rapidez. Por el contrario, para velocidades por debajo de los 5 Hz, el deterioro es muy lento, lo que puede prolongar la vida útil del rodamiento por varios meses.

Efecto del Ángulo de Carga en la Identificación de Fallas

Las frecuencias de deterioro de los rodamientos, calculadas mediante fórmulas matemáticas, dependen directamente del ángulo de contacto. Por lo tanto, cualquier pequeña variación en este ángulo se traducirá en una variación de las frecuencias ideales de deterioro del rodamiento, lo que dificulta la identificación precisa de dichas frecuencias en el espectro de vibración.

Las causas que pueden producir variaciones en el ángulo de contacto son diversas, incluyendo: desalineaciones, dilataciones térmicas, aprietes excesivos, o daños como picaduras y desconchamientos en las pistas. Todos estos factores influyen en que las frecuencias precalculadas (ideales) no coincidan exactamente con las frecuencias que aparecen en el espectro (frecuencias reales). Por esta razón, en muchos casos es necesario permitir un cierto margen de error al identificar las frecuencias de defecto en el análisis de vibraciones.

Importancia de la Lubricación en la Durabilidad del Rodamiento

Una lubricación inadecuada es un factor crítico que acelera significativamente el deterioro de un rodamiento. Por ello, es fundamental asegurar una lubricación correcta y oportuna. Cuando se localiza un daño incipiente, una lubricación adecuada puede ayudar a prolongar la vida útil del rodamiento, mitigando la progresión del deterioro y extendiendo su período de operación.