Tomar un enfoque «CSI» para el análisis de la causa raíz para mirar más allá de lo obvio para determinar por qué los cojinetes están fallando. Se presentan seis tipos de fallos y 12 consejos para determinar la causa raíz.
Una frase común que se utiliza en toda la industria cuando una máquina está experimentando un tiempo de inactividad no programado es, «El cojinete falló». Aunque el componente giratorio no gira, en la mayoría de los casos, es más exacto decir que falló el rodamiento. He oído decir, por diferentes especialistas en fiabilidad, «Los rodamientos no fallan, son asesinados». En mis más de 40 años de venta, dimensionamiento, instalación, observación y análisis de los rodamientos que han fallado, he encontrado que esto es a menudo el caso. La gente encuentra nuevas y creativas maneras de matar sus rodamientos todos los días.
Con eso en mente, por el bien de la discusión, hagamos la pregunta, «¿Por qué los rodamientos se desgastan, se cierran y se golpean en la noche?» Para responder a esa pregunta, debemos entender que aunque las mejoras en la ciencia de los materiales y en la geometría del diseño de los cojinetes hacen que la vida de diseño teórico potencial sea infinita, los componentes giratorios fallan prematuramente por una variedad de causas.
El tema de la falla de los cojinetes involucra la metalurgia, la tribología y el ambiente de operación, así como la consideración de las cargas aplicadas. En algunos casos, un solo evento puede haber causado el fallo. Otras veces, numerosos incidentes y condiciones complejas pueden haber confluido en un nexo de malas decisiones humanas, entornos ambientales difíciles, condiciones operativas severas y prácticas de mantenimiento deficientes. Todo ello contribuye a un fallo prematuro. En última instancia, esto da lugar a un fallo catastrófico del componente giratorio o recíproco y a daños auxiliares adicionales en los mecanismos asociados. Debido al alto costo de la pérdida de producción y a las limitaciones de tiempo de los departamentos de mantenimiento, la realidad dicta que el proceso de solución de problemas se simplifique y sea expeditivo.
La cita no verificada atribuida a Albert Einstein, «Todo debe mantenerse tan simple como sea posible, pero no más simple» es una mentalidad útil para determinar la causa raíz de una falla en el cojinete. Para determinar correctamente la razón por la que falló un cojinete, un equipo de fiabilidad debe emplear una forma sistemática de resolución de problemas. El análisis de la causa raíz del fallo (RCFA) es un método de resolución de problemas que se utiliza para determinar la causa de un incidente y separarla de los efectos, así como para filtrar el ruido no auditivo, que puede impedir que el equipo resuelva el problema y aplique las medidas correctivas necesarias.
Evitar las suposiciones y preconcepciones durante el proceso es a veces difícil pero absolutamente necesario para definir la naturaleza del problema. El equipo debe profundizar, hacer preguntas y abordar el desafío con una mentalidad de CSI y, por supuesto, determinar, aplicar y hacer un seguimiento de las medidas correctivas y las contramedidas.
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Mira más allá de lo obvio
A primera vista, el fallo de un cojinete puede parecer causado por la falta de grasa. Pero esta respuesta es una excusa demasiado simplista y conveniente. Las causas reales de la falla del cojinete pueden ser que no tenía la viscosidad correcta del lubricante, el método de entrega adecuado, o los intervalos para la aplicación.
Los efectos obvios pueden ser el calor, el humo, el ruido auditivo y el tiempo de inactividad no programado. El ruido analítico en el proceso de resolución de problemas es ajeno y obstaculizará la determinación de la causa fundamental y la aplicación de medidas correctivas. El ruido no auditivo es en realidad un efecto secundario. Los ejemplos son: quejas, mal conocimiento tribal y pensamiento distractivo. Si el equipo de resolución de problemas se mantiene concentrado y continúa cavando hondo, la causa raíz puede ser en realidad la falta de entrenamiento en lubricación y una cultura de laissez-faire hacia la tribología.
En aras de la simplificación, agrupemos las fallas en seis categorías principales. Son: fatiga, manipulación/instalación, operacional, ambiental, lubricación y defectos. Aunque hay una gran cantidad de términos a menudo confusos que se utilizan para describir los fallos de los rodamientos y los efectos visuales que se observan en ellos, estos seis tipos de fallos se utilizarán para categorizar los fallos típicos que se producen en la industria. La categorización no es absoluta, sino que se utiliza para resolver problemas.
1. Fatiga
El estrés con el tiempo, que es un fallo de fatiga, es la razón correcta para que los rodamientos dejen de girar. Esta causa de fallo es diferente al desgaste. El fallo por fatiga está relacionado con el estrés al que se somete el cojinete con el tiempo. Las fallas por fatiga en los rodamientos típicamente se originan en la sub-superficie y eventualmente se propagarán a la superficie, y con el tiempo, aparecerán en lo que se conoce como «spall» (ver Figura 1).
El fallo por fatiga está, en parte, interrelacionado con la pureza y la calidad del acero. Con los avances en la fabricación de acero en las últimas décadas, las impurezas de micro-inclusión dentro del acero de los rodamientos son mínimas. El cálculo de la vida de fatiga de un rodamiento tiene en cuenta la carga, la velocidad y los ciclos o el tiempo. Los ingenieros de rodamientos utilizan la vida útil L10 de un rodamiento, junto con las restricciones dimensionales y el diseño del mismo, para seleccionar un rodamiento. La vida L10 es un cálculo de vida en el que el 90% de los rodamientos idénticos se manipulan, instalan, lubrican y funcionan en las mismas condiciones de funcionamiento y ambientales, sin fatiga del metal. Esta es la razón ideal para la causa del fallo.
2. Manejo/Instalación
Las prácticas inadecuadas de manejo e instalación a menudo matan el cojinete antes de que se haya instalado o girado. El almacenamiento en un ambiente húmedo o altamente contaminado es perjudicial para la vida del cojinete. Los rodamientos deben ser almacenados, planos, secos, limpios y en buen estado. La temperatura no debe variar mucho de verano a invierno. Los ambientes húmedos no son propicios para prolongar la vida útil de los rodamientos. El acceso debe ser controlado para evitar la apertura y el movimiento innecesarios.
Si los cojinetes se almacenan o una máquina está inactiva durante un tiempo prolongado, el lubricante dentro del cojinete puede filtrarse y encharcarse en los intervalos de los rodillos, provocando un grabado ácido de las superficies.
Si el ajuste entre el eje y el anillo interior, o entre la carcasa y el anillo exterior, no está dentro de las especificaciones recomendadas para la aplicación, se evidenciará una corrosión de las superficies. Este es un tipo de corrosión diferente al causado por el agua y el oxígeno invasivos. El frotamiento-corrosión se produce cuando hay movimiento entre un anillo de rodamiento y el eje o el alojamiento porque el ajuste es demasiado flojo. Las partículas microscópicas de acero se rompen debido al movimiento y se oxidan.
Esto resultará en la aparición de áreas de corrosión en las superficies de los anillos. En casos extremos de ajuste inadecuado, el anillo exterior o interior puede girar o arrastrarse, resultando en la irritación de las superficies. El remedio para esto es medir todos los componentes de acoplamiento antes de la instalación y asegurarse de que están dentro de las recomendaciones de ajuste. Si no, es el momento de un nuevo eje o carcasa.
La vibración ambiental durante el almacenamiento debe ser minimizada, y los rodamientos nunca deben ser almacenados en posición vertical en un estante. El falso estriado de las superficies metálicas se produce cuando el rodillo y el anillo están en contacto entre sí y se someten a una vibración a lo largo del tiempo, lo que provoca el desgaste del metal.
Si el cojinete se cae mientras se está manipulando, se producirá una forma de daño mecánico que se denomina «brinelling». Este desplazamiento o abolladura del material, en el que los rodillos y las pistas se ponen en contacto entre sí, también puede ser causado por el montaje a la fuerza del rodamiento (véase la figura 3), o por el uso de una herramienta de montaje inadecuada, como un martillo.
Golpear un cojinete de acero directamente con un martillo es peligroso y podría resultar en la explosión del cojinete. La condición humana que con demasiada frecuencia se inclina hacia el descuido y la urgencia es una gran parte de esta ecuación de fracaso.
Recuerdo una vez que pasaba por las instalaciones de un cliente y vi a un hombre en una carretilla elevadora entregando un nuevo motor para su instalación. Cuando el conductor dobló la esquina, a una velocidad demasiado alta, el motor rodó de la paleta y golpeó el suelo, el eje primero. Ese cojinete fue asesinado antes de que tuviera la oportunidad de funcionar.
3. Cuestiones operacionales
En esta categoría se incluyen las condiciones operativas negativas distintas de las relacionadas con el medio ambiente. Cargas de empuje excesivas, desalineación, vibración extrema o el paso de corrientes vagabundas a través del rodamiento, conocido como erosión eléctrica, son algunos de los principales fallos que se observan mientras el rodamiento está en funcionamiento. Muchos de estos tipos de fallos son evidentes cuando se examina la trayectoria de la bola o del rodillo en la superficie de la pista de rodadura, especialmente en la zona de carga de los anillos.
Si el rodamiento está desalineado más allá de su capacidad, la trayectoria de los rodillos parecerá inclinarse de un lado a otro. La alineación adecuada es crítica para extender la vida útil de los componentes giratorios.
El empuje extremo será evidente al observar un camino de rodillos descentrado. En los rodamientos de bolas, una carga de empuje desproporcionada hará que el camino de los rodillos se desvíe en la ranura del camino de rodadura y no en el fondo del arco. Los rodamientos de rodillos cónicos sometidos a desalineación causarán una carga en los bordes y un desconchamiento localizado en los extremos de los rodillos y en la parte de contacto de la pista de rodadura.
La vibración excesiva en la máquina en funcionamiento debido a los componentes giratorios fuera de la zona de carga hará que los rodillos o las bolas de los rodamientos reboten y patinen al entrar y salir de la zona de carga. Este patrón ondulante o de lavado se conoce como «falso-marqueting». Tenga en cuenta que la falsa marcación estática puede producirse cuando el rodamiento está inactivo (véase la figura 4). Un patrón de falsa marcación dinámica suele ser más extremo que el que se produce cuando el rodamiento está estático.
Con el aumento del uso de accionamientos de frecuencia variable, los fallos de los cojinetes atribuidos a la erosión eléctrica se han hecho más comunes. La erosión eléctrica se produce cuando hay una conexión a tierra inadecuada o problemas en el rotor que permiten el paso de la corriente de la carrera a los elementos rodantes, creando fosas de arco en el acero. La primera etapa son las microfosas, algunas de las cuales no pueden ser vistas por el ojo humano. Éstas pronto se convierten en un patrón conocido como estrías (ver Figura 5). Normalmente se puede evitar mediante cepillos de derivación adaptados al motor o mediante la instalación de anillos exteriores de bolas de cerámica o recubiertos de cerámica.
4. Cuestiones ambientales
Las condiciones ambientales tienen una influencia dramática en la vida del rodamiento. La contaminación inhibe la película lubricante adecuada. Se debe hacer todo lo posible para mantener el rodamiento seco, fresco y limpio. En muchos casos esto es difícil de hacer, como en una fundición llena de calor y arena, o en una planta de alimentos donde las máquinas son sometidas a lavados nocturnos por una manguera de alta presión. La exposición a la humedad, a los productos químicos, al polvo fino, a la suciedad de partículas grandes y al calor extremo tendrá como resultado una vida útil más corta. Un poco de protección y un sellado de calidad contribuyen en gran medida a mejorar la vida útil del rodamiento.
La contaminación por partículas interrumpe la importantísima película lubricante y provoca el contacto metal-metal, lo que provoca el desgaste y la soldadura momentánea del componente giratorio a la superficie de la carrera. Las partículas extrañas junto con las partículas de acero del rodamiento pueden abollar y rayar las superficies de contacto del rodamiento (ver Figura 6). Las pequeñas partículas atrapadas y suspendidas dentro del lubricante actuarán como un compuesto lapeador y desgastarán las superficies del acero y los materiales de retención, causando un desgaste abrasivo. Las partículas más grandes abollan las superficies, lo que provoca la abolladura de los fragmentos. Este tipo de contaminación suele ser fácilmente detectable por la presencia de las partículas, por la decoloración del lubricante o por el análisis del lubricante.
Los cojinetes que se han contaminado con agua se oxidan y corroen. Incluso el 1% en volumen o menos de 500 ppm de contaminación del lubricante reducirá significativamente la vida del rodamiento.
No es sólo la corrosión lo que mata al rodamiento; el agua reemplaza la película lubricante necesaria y también degrada el lubricante oxidándolo y creando ácidos. Junto con eso, en algunas condiciones extremas, puede ocurrir una fragilización por hidrógeno o ampollas.
Los dispositivos y estrategias de exclusión de contaminantes siempre son una buena inversión. El agua y la suciedad son una amenaza y el enemigo de los rodamientos.
5. Lubricación
Los problemas de lubricación son una de las principales causas de los fallos de los rodamientos. La lubricación de los cojinetes debería estar en lo más alto de la lista de preocupaciones de mantenimiento. El almacenamiento, manejo y dispensación adecuados, junto con la educación y el análisis, deben formar parte de los objetivos de fiabilidad de la lubricación del departamento de mantenimiento. El tipo, la cantidad, los intervalos de frecuencia de lubricación, el método de aplicación, la viscosidad y la limpieza del aceite o la grasa correctos, junto con el tema de la compatibilidad, tendrán un efecto dramático en la vida útil del rodamiento.
Las pistas de rodamiento que reciben una lubricación inadecuada tendrán un aspecto vidrioso o helado. Este glaseado es el resultado de que el metal es arrancado de la superficie después de soldarse momentáneamente. Esta «recolección», como se le llama, deja un acabado rugoso en las superficies de acoplamiento. Si la película lubricante es inadecuada cuando el elemento rodante entra en la zona de carga, patinará o se deslizará creando una mancha (ver Figura 7). Un lubricante demasiado rígido, demasiado viscoso o de repuesto causará manchas en las superficies de carrera en la zona de carga
En casos extremos de lubricación inadecuada, la temperatura seguirá aumentando, lo que dará lugar a una mayor degradación del lubricante y a cambios metalúrgicos evidentes por la decoloración de los anillos. La grasa con olor a quemado o con aspecto carbonizado se degrada. El aceite que tiene un aspecto lechoso está lleno de humedad.
Una cuestión importante relativa a los lubricantes modernos es la compatibilidad. Con fórmulas y aditivos complejos, la mezcla de tipos y marcas de lubricantes es una receta para el fracaso.
Se debe implementar un programa de lubricación dirigido por un técnico entrenado, certificado y apasionado por la lubricación. El programa debe incluir el código de colores, el almacenamiento y la manipulación adecuados, junto con la limpieza.
6. Defectos
Hoy en día, los cojinetes defectuosos son prácticamente inexistentes, gracias a las actuales prácticas de trabajo de precisión, al acero de calidad y a los controles redundantes de tolerancia dimensional como parte del proceso de fabricación.
Esto es cierto para todos los fabricantes de renombre. Tenga cuidado con los productos rebajados, del mercado gris o falsificados. Sólo unas pocas veces he visto cojinetes defectuosos, casi todos de empresas dudosas.
Las investigaciones de fallos post mortem o el análisis retrospectivo de los cojinetes pueden ahorrarle tiempo, dinero y pérdidas de producción. El objetivo es evitar el fallo prematuro, lo que conducirá a la fiabilidad de la planta.
Recuerde, los cojinetes no suelen fallar. Nosotros les fallamos.
La causa principal del fallo de los cojinetes: 12 cosas que hay que buscar en el análisis
¿Cómo determinamos la causa de la falla de un cojinete y evitamos que vuelva a ocurrir? Aquí hay 12 claves para ese análisis:
Richard R. Knotek es especialista en formación técnica del Motion Institute, una división de Motion Industries, y tiene 42 años de experiencia en la industria. Para
