Lubricación de rodamientos: cómo un análisis oportuno de la aplicación puede ayudar a evitar problemas y reducir costos

- May 05, 2020-

Lubricación de rodamientos – Cómo un análisis oportuno de la aplicación puede ayudar a evitar problemas y reducir costos

 

Para garantizar el funcionamiento fiable de los rodamientos, la lubricación correcta es un factor vital, y en la práctica con demasiada frecuencia pasado por alto. El propósito principal de un lubricante es separar las superficies metálicas de los componentes del rodamiento con una película lubricante delgada para evitar el desgaste. Al mismo tiempo, la película lubricante reduce la fricción y, por lo tanto, la disipación de potencia, lo que reduce el consumo de energía de todo el sistema.

Figura 1: Fricción en el contacto rodante y brida guíacerrada

La lubricación es un elemento crítico de todo el sistema de rodamientos y debe ser cuidadosamente considerada. Alrededor del 40 por ciento de todas las fallas prematuras de los rodamientos son causadas por problemas de lubricación. Las razones de esto son variadas y comienzan con errores que ocurren durante la instalación de los rodamientos, así como un mantenimiento incorrecto, como la falta de relubricado a tiempo. Algunos problemas se pueden rastrear hasta la etapa de diseño de una aplicación, con muy poca atención a la disposición del rodamiento y al sistema de lubricación, porque el tipo de rodamiento utilizado generalmente afecta a los requisitos de lubricación. Otros criterios para seleccionar el lubricante adecuado son la carga del rodamiento, la temperatura de funcionamiento, la temperatura ambiente de los rodamientos, el rango de velocidad del rodamiento y la posible contaminación de los rodamientos. Además de los factores técnicos, se deben tener en cuenta los costos tanto del lubricante como del sistema de lubricación completa.

Utilizando tres ejemplos de aplicación, el efecto de la lubricación en la función de los rodamientos se ilustra a continuación.

Rodamiento de rodillos cilíndricos en una transmisión PTO

Como parte de una consideración teórica de los rodamientos en una caja de cambios de despegue (PTO), la lubricación se investigó más de cerca. Se encontró que, en las condiciones de funcionamiento dadas, la viscosidad del lubricante era demasiado baja para formar una película lubricante lo suficientemente eficaz. El aumento del desgaste y la reducción de la vida útil habrían sido la consecuencia lógica. Por lo tanto, NKE recomendó el uso de un aceite lubricante más viscoso, es decir, más grueso.

Para estar en el lado seguro, se realizó una prueba práctica, en la que se llenaron dos cajas de cambios idénticas con los aceites lubricantes que se compararán y funcionan durante un período de 500 horas. En el estudio posterior, las decoloraciones y los signos iniciales de desgaste fueron claramente visibles en las superficies funcionales del rodamiento con el aceite más delgado (Figura 2). Los rodamientos operados con el aceite más grueso no mostraban signos de desgaste (Figura 3).

El temor del cliente de que el aceite más grueso resultaría en una mayor disipación de potencia resultó infundada. Por el contrario: la caja de cambios con el aceite más viscoso presentaba pérdidas más bajas y, por lo tanto, también una temperatura de funcionamiento reducida. Esto se puede atribuir a la mejor separación de las superficies metálicas en funcionamiento, que compensa con creces la fricción del fluido ligeramente superior.

Rodamientos de empuje de rodillos esféricos en una bomba de agua de refrigeración para una planta de energía térmica

Durante la operación de prueba de una bomba de agua de refrigeración grande – una bomba de voluta de hormigón, es decir, una bomba centrífuga con eje vertical en una carcasa de hormigón fundido (Figura 4) – el rodamiento axial en el extremo de la unidad excedió repetidamente su temperatura de funcionamiento permisible, lo que resultó en un apagado automático. En una inspección más detallada, el uso de un lubricante inadecuado para esta aplicación fue identificado como el culpable. El aceite en cuestión era un aceite hidráulico puro, que no cumplía en modo alguno los requisitos del rodamiento en términos de composición, es decir, aditivos, o viscosidad.

La alta temperatura de funcionamiento medida fue el resultado directo del contacto metálico y la fricción resultante, especialmente entre las caras laterales de los elementos rodantes y los labios guía de las arandelas de localización del eje (véase el cojinete de empuje del rodillo esférico en la figura 1). Esto dio lugar a daños irreversibles en las áreas funcionales de los rodamientos en poco tiempo, evitando de hecho un funcionamiento fiable a largo plazo. Los rodamientos tuvieron que ser reemplazados a un costo considerable en el lugar.

Al cambiar a un aceite convenientemente viscoso seleccionado para los parámetros de aplicación y el uso con rodamientos de empuje de rodillos esféricos, se logró una separación fiable de las superficies de contacto y una baja temperatura de funcionamiento. La planta ha estado en funcionamiento sin fallas desde 2009.

Rodamiento de bolas de ranura profunda en una bomba de tornillo

La bomba de tornillo en este ejemplo entrega combustible, tanto de aceite pesado como ligero, a los motores diésel marinos. Para permitir que el aceite se bombee e inyecte más fácilmente en la cámara de combustión, primero se calienta. Por lo tanto, los rodamientos de tornillo también están expuestos a la alta temperatura del aceite de combustible.

Para poder realizar el concepto de rodamiento simple requerido por el cliente, es decir, un rodamiento de bolas de ranura profunda con sellos integrados, se llevó a cabo un análisis teórico de la configuración. A una temperatura de rodamiento de +150 oC inicialmente estimada por el cliente, una solución satisfactoria estaba fuera de cuestión: La vida útil del lubricante calculada en función de esta temperatura de funcionamiento y la vida útil asociada del rodamiento se quedó claramente por debajo de los valores requeridos.

Tras nuevas consultas con el cliente, se llevó a cabo una medición de la temperatura en una configuración de prueba para determinar las condiciones de funcionamiento reales. El resultado fue una temperatura máxima de rodamiento de "sólo" +130 oC. Con la selección de una grasa lubricante adecuada para este rango de temperatura en cooperación con un fabricante de lubricantes de renombre, y maximizando la cantidad de grasa en el rodamiento, se podría lograr la vida útil especificada.

Conclusión

Como se puede ver en los ejemplos anteriores, la fiabilidad operativa y la durabilidad de los rodamientos se pueden mejorar significativamente evaluando y ajustando correctamente la lubricación. Esto también ayuda a reducir los costos iniciales y evita los costos asociados con fallas prematuras en los rodamientos. Como regla general, cuanto antes se aborde el problema de la lubricación, más fácil y rentable se pueden tratar o evitar problemas potenciales.

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