Cojinete (mecánico)

Muchos cojinetes requieren un mantenimiento periódico para evitar un fallo prematuro, pero otros requieren poco mantenimiento. Estos últimos incluyen varios tipos de cojinetes de polímero, fluidos y magnéticos, así como cojinetes de elementos rodantes que se describen con términos como cojinete sellado y sellado de por vida. Éstos contienen sellos para mantener la suciedad fuera y la grasa dentro. Funcionan con éxito en muchas aplicaciones, proporcionando un funcionamiento sin mantenimiento. Algunas aplicaciones no pueden utilizarlos eficazmente.

Los rodamientos no sellados suelen tener un engrasador, para la lubricación periódica con una pistola de grasa, o una copa de aceite para el llenado periódico con aceite. Antes de la década de 1970, los rodamientos sellados no se encontraban en la mayor parte de la maquinaria, y el engrase y la lubricación eran una actividad más común que en la actualidad. Por ejemplo, los chasis de los automóviles solían requerir «trabajos de lubricación» casi con la misma frecuencia que los cambios de aceite del motor, pero los chasis de los coches de hoy en día están sellados de por vida. Desde finales de 1700 hasta mediados de 1900, la industria dependía de muchos trabajadores llamados engrasadores para lubricar la maquinaria con frecuencia con latas de aceite.

Las máquinas de fábrica de hoy en día suelen tener sistemas de lubricación, en los que una bomba central sirve cargas periódicas de aceite o grasa de un depósito a través de líneas de lubricación a los diversos puntos de lubricación en las superficies de los cojinetes de la máquina, los muñones de los cojinetes, los bloques de almohada, etc. El momento y el número de estos ciclos de lubricación se controlan mediante el control computarizado de la máquina, como el PLC o el CNC, así como mediante funciones de anulación manual cuando se necesitan ocasionalmente. Este proceso automatizado es el modo en que se lubrican todas las máquinas-herramienta CNC modernas y muchas otras máquinas de fábrica modernas. También se utilizan sistemas de lubricación similares en máquinas no automatizadas, en cuyo caso hay una bomba manual que el operario de la máquina debe bombear una vez al día (en el caso de las máquinas de uso constante) o una vez a la semana. Se denominan sistemas de un solo disparo por su principal argumento de venta: un solo tirón de una manivela para lubricar toda la máquina, en lugar de una docena de bombeos de una pistola de alemite o una lata de aceite en una docena de posiciones diferentes alrededor de la máquina.

El sistema de lubricación dentro de un motor de automóvil o camión moderno es similar en concepto a los sistemas de lubricación mencionados anteriormente, excepto que el aceite se bombea continuamente. Gran parte de este aceite fluye a través de pasajes perforados o fundidos en el bloque del motor y las culatas, escapando a través de puertos directamente en los cojinetes, y chorreando en otros lugares para proporcionar un baño de aceite. La bomba de aceite simplemente bombea constantemente, y cualquier exceso de aceite bombeado escapa continuamente a través de una válvula de alivio de vuelta al cárter.

Muchos rodamientos en operaciones industriales de alto ciclo necesitan lubricación y limpieza periódicas, y muchos requieren ajustes ocasionales, como el ajuste de la precarga, para minimizar los efectos del desgaste.

La vida útil de los rodamientos es a menudo mucho mejor cuando se mantienen limpios y bien lubricados. Sin embargo, muchas aplicaciones dificultan un buen mantenimiento. Un ejemplo son los rodamientos de la cinta transportadora de una trituradora de rocas, que están expuestos continuamente a duras partículas abrasivas. La limpieza es poco útil porque es costosa y, además, el rodamiento se contamina de nuevo en cuanto el transportador vuelve a funcionar. Por lo tanto, un buen programa de mantenimiento podría lubricar los rodamientos con frecuencia pero no incluir ningún desmontaje para su limpieza. La lubricación frecuente, por su propia naturaleza, proporciona un tipo limitado de acción de limpieza, al desplazar el aceite o la grasa más antiguos (llenos de arenilla) con una carga nueva, que a su vez acumula arenilla antes de ser desplazada por el siguiente ciclo. Otro ejemplo son los rodamientos de los aerogeneradores, que dificultan el mantenimiento porque la góndola está colocada a gran altura en zonas de viento fuerte. Además, la turbina no siempre funciona y está sometida a diferentes comportamientos de funcionamiento en diferentes condiciones climáticas, lo que hace que la lubricación adecuada sea un reto.

Detección de fallos en la pista exterior de los rodamientosEditar

Los rodamientos se utilizan ampliamente en las industrias hoy en día, y por lo tanto el mantenimiento de estos rodamientos se convierte en una tarea importante para los profesionales del mantenimiento. Los rodamientos se desgastan fácilmente debido al contacto entre metales, lo que provoca fallos en el anillo exterior, el anillo interior y la bola. También es el componente más vulnerable de una máquina porque suele estar sometido a condiciones de alta carga y alta velocidad de funcionamiento. El diagnóstico periódico de los fallos de los rodamientos es fundamental para la seguridad industrial y el funcionamiento de las máquinas, así como para reducir los costes de mantenimiento o evitar el tiempo de parada. Entre la pista exterior, la pista interior y la bola, la pista exterior tiende a ser más vulnerable a los fallos y defectos.

Todavía se puede discutir si el elemento rodante excita las frecuencias naturales del componente del rodamiento cuando pasa el fallo en la pista exterior. Por lo tanto, es necesario identificar la frecuencia natural de la pista exterior del rodamiento y sus armónicos. Los fallos de los rodamientos crean impulsos y dan lugar a fuertes armónicos de las frecuencias de fallo en el espectro de las señales de vibración. Estas frecuencias de fallo están a veces enmascaradas por las frecuencias adyacentes en el espectro debido a su poca energía. Por lo tanto, a menudo se necesita una resolución espectral muy alta para identificar estas frecuencias durante un análisis FFT. Las frecuencias naturales de un rodamiento de elementos rodantes con las condiciones de frontera libre son de 3 kHz. Por lo tanto, para utilizar el método del ancho de banda de resonancia de los componentes del rodamiento para detectar el fallo del rodamiento en una fase inicial, debe adoptarse un acelerómetro de alta gama de frecuencias y deben adquirirse datos de larga duración. La frecuencia característica de un fallo sólo puede identificarse cuando la extensión del fallo es grave, como la de la presencia de un agujero en el anillo exterior. Los armónicos de la frecuencia de fallo son un indicador más sensible de un fallo en la pista exterior del rodamiento. Para una detección más seria de fallos en los rodamientos, las técnicas de forma de onda, espectro y envolvente ayudarán a revelar estos fallos. Sin embargo, si se utiliza una demodulación de alta frecuencia en el análisis de la envolvente para detectar las frecuencias características de los fallos de los rodamientos, los profesionales del mantenimiento tienen que ser más cuidadosos en el análisis debido a la resonancia, ya que puede contener o no componentes de frecuencia de fallo.

El uso del análisis espectral como herramienta para identificar los fallos en los rodamientos se enfrenta a retos debido a cuestiones como la baja energía, el emborronamiento de la señal, la cicloestacionalidad, etc. A menudo se desea una alta resolución para diferenciar los componentes de frecuencia de los fallos de las otras frecuencias adyacentes de gran amplitud. Por lo tanto, cuando se muestrea la señal para el análisis FFT, la longitud de la muestra debe ser lo suficientemente grande como para proporcionar una resolución de frecuencia adecuada en el espectro. Además, mantener el tiempo de cálculo y la memoria dentro de los límites y evitar el aliasing no deseado puede ser exigente. Sin embargo, una resolución de frecuencia mínima requerida puede obtenerse mediante la estimación de las frecuencias de fallo del rodamiento y otros componentes de frecuencia de vibración y sus armónicos debido a la velocidad del eje, la desalineación, la frecuencia de la línea, la caja de cambios, etc.

EmpaquetaduraEditar

Algunos rodamientos utilizan una grasa espesa para la lubricación, que se empuja en los espacios entre las superficies del rodamiento, también conocido como empaquetadura. La grasa se mantiene en su lugar mediante una junta de plástico, cuero o caucho (también llamada prensaestopas) que cubre los bordes interiores y exteriores de la pista del rodamiento para evitar que la grasa se escape.

Los rodamientos también pueden estar empaquetados con otros materiales. Históricamente, las ruedas de los vagones de ferrocarril utilizaban cojinetes de manguito empaquetados con residuos o trozos sueltos de algodón o fibra de lana empapados en aceite, y más tarde utilizaron almohadillas sólidas de algodón.

Engrasador de anillosEditar

Los rodamientos pueden ser lubricados por un anillo metálico que se monta sin apretar en el eje central giratorio del rodamiento. El anillo cuelga en una cámara que contiene aceite lubricante. A medida que el rodamiento gira, la adherencia viscosa arrastra el aceite hacia arriba del anillo y hacia el eje, donde el aceite migra al interior del rodamiento para lubricarlo. El exceso de aceite es expulsado y se acumula de nuevo en la piscina.

Lubricación por salpicaduraEditar

Una forma rudimentaria de lubricación es la lubricación por salpicadura. Algunas máquinas contienen una piscina de lubricante en el fondo, con engranajes parcialmente sumergidos en el líquido, o bielas que pueden oscilar hacia abajo en la piscina mientras el dispositivo funciona. Las ruedas que giran arrojan aceite al aire que las rodea, mientras que las bielas golpean la superficie del aceite, salpicándolo aleatoriamente en las superficies interiores del motor. Algunos pequeños motores de combustión interna contienen específicamente ruedas de plástico que dispersan el aceite de forma aleatoria por el interior del mecanismo.

Lubricación a presiónEditar

En el caso de las máquinas de alta velocidad y potencia, una pérdida de lubricante puede provocar un rápido calentamiento de los cojinetes y daños debidos a la fricción. Además, en entornos sucios, el aceite puede contaminarse con polvo o residuos que aumentan la fricción. En estas aplicaciones, se puede suministrar continuamente un nuevo suministro de lubricante al rodamiento y a todas las demás superficies de contacto, y el exceso puede recogerse para su filtración, refrigeración y posible reutilización. El engrase a presión se utiliza habitualmente en motores de combustión interna grandes y complejos, en partes del motor a las que no puede llegar el aceite salpicado directamente, como los conjuntos de válvulas en cabeza. Los turbocompresores de alta velocidad también suelen requerir un sistema de aceite a presión para refrigerar los cojinetes y evitar que se quemen debido al calor de la turbina.

Cojinetes de material compuestoEditar

Los cojinetes de material compuesto están diseñados con un revestimiento de politetrafluoroetileno (PTFE) autolubricado con un soporte metálico laminado. El revestimiento de PTFE ofrece una fricción constante y controlada, así como durabilidad, mientras que el soporte metálico garantiza que el cojinete compuesto sea robusto y capaz de soportar altas cargas y tensiones durante su larga vida útil. Su diseño también hace que sea ligero, una décima parte del peso de un rodamiento tradicional.