Fallas más comunes que producen vibración: Rodamientos

La mayoría de los programas de mantenimiento predictivo utilizando análisis de vibraciones son puestos en marcha con la finalidad inicial de conocer el estado de los rodamientos. La tecnología moderna nos permite lograr este objetivo con mucha certeza. Cerca del 90% de las fallas en rodamientos pudieron ser detectadas meses antes de que estas se produjeran, siempre y cuando los equipos hubieran sido monitoreados adecuadamente.

Sin embargo, existe todavía un 10% de fallas que son abruptas e imprevistas. De cualquier forma, ser capaz de poder predecir el 90 % de las fallas en rodamientos es una razón muy buena para invertir en un programa de Mantenimiento Predictivo, sin olvidar que con el análisis de vibraciones podemos diagnosticar este tipo de averías y muchas otras más.

El porcentaje de rodamientos que vienen "dañados" de fábrica es muy bajo, debido a los sistemas de control de calidad de los fabricantes, por lo que una falla de fábrica, si bien es posible, es poco probable. Entre las causas más probables de fallas en rodamientos están:

Contaminación, incluyendo humedad (Algunos autores afirman que cerca del 40% de las fallas en rodamientos son causadas por contaminación).

Cargas dinámicas excesivas sobre el rodamiento, producto de una falla de diseño de la máquina ó de la presencia de fuerzas externas como desbalance y desalineamiento.

Falta de una adecuada lubricación.

Defectos originados en el proceso de montaje. Típicamente, la vida útil de un rodamiento en condiciones de servicio no alcanza ni el 10 % de su valor pronosticado en el manual.

Cuando se somete un rodamiento a ensayos de vida útil en condiciones de laboratorio, se obtienen intervalos de tiempo de vida de 100 a 1000 años. La pregunta a plantearse entonces es porque los rodamientos bajo condiciones de servicio no llegan a estos valores. La respuesta es que bajo condiciones de laboratorio no existe contaminación de agua o de polvo, existe muy poco desbalance o desalineamiento que cause un sobreesfuerzo de los componentes, la lubricación es la mejor y el rodamiento es tratado como que si fuera un delicado instrumento de laboratorio. Bajo condiciones de servicio, estos factores no son tan óptimos como en las pruebas de laboratorio. Sin embargo, la vida del rodamiento dependerá de la severidad de las condiciones de trabajo.

Si en una máquina en particular, tenemos un deterioro continuo de los rodamientos, lo primero que debemos hacer es preguntarnos ¿Por qué? La filosofía del Mantenimiento Predictivo es: no solo predecir la ocurrencia de una falla, sino llegar a determinar la causa primaria del problema para evitar su recurrencia. El objetivo final del Analista de vibraciones sería, no solo dar aviso al Gerente de Mantenimiento, de la ocurrencia futura de una falla, sino llegar a la causa raíz del problema, para lo cual se deben analizar los datos y buscar la ocurrencia de patrones o influencias de variables de proceso. Por ejemplo, ciertos compresores de frío vibran más o menos de acuerdo a ciertas condiciones de carga, es muy importante en estos casos analizar la historia de fallos del equipo considerado.

Es importante recalcar en este punto que nunca y bajo ningún concepto, la computadora puede reemplazar al ser humano en cuanto a darnos un diagnóstico completo de lo que está pasando en un equipo. La computadora es capaz de procesar mucha información, algunos instrumentos incorporan software de análisis como una ayuda para el Analista de vibraciones el cual nos proporciona pautas acerca de cuál podría eventualmente ser el desperfecto en un determinado equipo, pero es la labor del Analista el interpretar estos datos y, con información obtenida por un sinnúmero de otras fuentes, dar el diagnóstico final.

Muchas compañías que venden instrumentos para análisis de vibración con software para recolección de datos, como una técnica de mercadeo aducen que el equipo en conjunto con el software son suficientes para realizar la evaluación completa de una determinada máquina, no siendo necesarios, ningún razonamiento adicional por parte del Analista, Gerente de Mantenimiento, Operadores, etc. En el mundo real, la situación es completamente diferente y lo seguirá siendo todavía por algunos años.

Fallas en Rodamientos:

Debido a que la mayor parte de la maquinaria industrial contiene rodamientos de elementos rodantes, es imperativo conocer cómo se monitorea y diagnostica problemas asociados con fallas en rodamientos. Bently Nevada* ha adoptado con respecto a este tema una filosofía que descansa en dos puntos básicos:

El sistema de monitoreo nos debe suministrar una indicación temprana de una falla en desarrollo del rodamiento, es decir semanas y hasta meses antes de que se produzca la falla en el rodamiento, el equipo o instrumento nos debe dar la indicación adecuada.

Cargas dinámicas excesivas sobre el rodamiento, producto de una falla de diseño de la máquina ó de la presencia de fuerzas externas como desbalance y desalineamiento.

*Bently Nevada: Compañía norteamericana dedicada a la fabricación de sistemas de monitoreo y análisis de

vibración, su sede central se encuentra en Minden USA, fueron los primeros en desarrollar comercialmente el sensor de proximidad.

Características de los rodamientos:

Cualquier discusión acerca de fallas en rodamientos de elementos rodantes, no estaría completa si no hiciéramos una comparación con las técnicas utilizadas en los rodamientos de chapa o hidrodinámicos. En este caso, el eje es soportado por una capa de aceite durante la operación. De tal forma, que el mismo puede experimentar movimiento relativo con respecto a la chumacera. Debido a esta libertad de movimiento, el standard de medición de vibración en el caso de los rodamientos de chapa, es la medición del movimiento del eje por medio de sensores de proximidad.

Por diseño, un rodamiento con elementos rodantes tiene claros extremadamente pequeños que no permiten el movimiento relativo del eje con respecto al rodamiento. Las fuerzas dinámicas a las cuales está sometido el eje son transmitidas casi en su totalidad al rodamiento y chumacera.

Debido a esta transmisión, la medición de los niveles de vibración en la propia chumacera, es normalmente aceptable como un standard en este tipo de rodamientos Una característica clásica de los rodamientos de elementos rodantes, es la generación de frecuencias de vibración específicas basadas en la geometría del rodamiento, el número de elementos rodantes y la velocidad del giro del eje que soporta el rodamiento.

Frecuencias de falla en los rodamientos:

Los rodamientos de elementos rodantes tienen muchos usos en la maquinaria moderna, se los puede encontrar en motores, turbinas a gas, bombas y muchas otras máquinas. Las fórmulas para calcular la frecuencia de fallas de los rodamientos son las siguientes:

FTF = rps

[ 1 - Bd

Cos 0 ] 2 Pd

BS = Pd

(rps) [ 1 - ( Bd

) 2

Cos 2

0 ] 2Bd Pd

OR = N(FTF)

R = N(rps – FTF)

FTF = Frecuencia fundamental de la jaula

BS = Frecuencia de giro de la bola

OR = Frecuencia de falla pista exterior de rodadura

IR = Frecuencia de falla pista interior de rodadura

rps = revoluciones por segundo de la pista interior

Bd = Diámetro de la bola o elemento rodante

Pd = Distancia de centros entre bolas opuestas

N = Número de bolas

Ø = Angulo de contacto

Estas frecuencias han sido calculadas y almacenadas dentro de bases de datos. Uno de los más conocidos es el ENHANCE. El programa tiene los siguientes parámetros de entrada: Marca del rodamiento Número Velocidad de rotación del eje en el cual trabaja el rodamiento.

Pantalla del programa ENHANCE realizado en dbase:

Método del spike energy:

Spike energy es una unidad de medida utilizada para juzgar la condición de un rodamiento. Es muy utilizada

en máquinas con rodamientos de elementos rodantes en donde el daño de los mismos consiste usualmente en el desarrollo de micro-fisuras en las pistas de rodadura. Cada vez que el elemento rodante pasa por estas micro-fisuras se producen pequeños impactos, los cuales a su vez liberan una cierta cantidad de energía en pequeños intervalos de tiempo (pulsos).

La vibración originada por estos pulsos es mucho menor que la vibración total y no puede ser medida utilizando los métodos convencionales. Sin embargo, la aceleración durante los pulsos es muy alta. El método de spike energy consiste en detectar estos pulsos de alta aceleración y relacionarlos con fallas tempranas en rodamientos.

El spike energy se suma a la lista de parámetros de vibración, junto a desplazamiento, velocidad y aceleración,

dándonos una herramienta mas para realizar un adecuado mantenimiento predictivo. Los equipos o analizadores provistos de esta capacidad registran un único valor de spike energy, al cual podemos evaluarlo con respecto a valores pre-establecidos e ir viendo el desarrollo de su tendencia con respecto al tiempo. El rango de frecuencias va de los 5000 a los 25000 Hz.