ALEJANDRO HERNANDEZ ORTIZ 7º CUATRIMESTRE ING. INDUSTRIAL

¿Por qué y cómo falla un rodamiento?

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 des alineamiento.

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.

¿Cuáles son los patrones de carga de lo rodamientos?

  1. Rodamientos para cargas radiales.

Pueden soportar preferentemente cargas dirigidas en la dirección perpendicular al eje de rotación.

2. Rodamientos para cargas axiales. Pueden soportar cargas que actúen únicamente en la dirección deleje de rotación. A su vez pueden ser: rodamientos de simple efecto, que pueden recibir cargas axiales en un sentido, y rodamientos de doble efecto, que pueden recibir cargas axiales en ambos sentidos.

3. Rodamientos para cargas mixtas.Pueden soportar esfuerzos radiales, axiales o ambos combinados.

¿Cómo fallan los engranes?

Los principales tipos de falla de engranajes son:

1. Desgaste:

Existen varios tipos de desgaste, incluyendo:

a. Adhesión

b. Abrasión

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c. Corrosión

d. Corrosión por fretting

e. Pulido

f. Descarga eléctrica

g. Cavitación

h. Erosión

2. Fatiga superficial (Hertziana): Tensiones de contacto repetitivas pueden provocar fisuras superficiales o sub-superficiales y el desprendimiento de material de los dientes de los engranajes. La fatiga superficial resulta en pitting o picado de la superficie de los dientes.

3. Flujo plástico: Es la deformación de la superficie metálica del diente como resultado de sobrecarga (especialmente cargas de impacto). Ocurre con materiales blandos y dúctiles, pero también puede ocurrir en dientes endurecidos superficialmente. Esta falla puede estar acompañada por fatiga superficial.

¿Cómo fallan las levas?

Desgaste prematuro en cada leva.Existen siete causas posibles de este tipo de falla;

1. Instalación de punterías nuevas en una leva desgastada.

2. Desgastes excesivos en los componentes del tren de válvulas.

3. Alojamiento de la puntería desalineado.

4. Árbol de levas con acabado tosco

5. Angulo de lóbulo de leva incorrecto

6. Lubricación insuficiente.

7. Resortes de válvulas con demasiada tensión

8. Lubricación insuficiente (aceite degradado).

¿Fallas en los cojinetes de superficie de contacto?

1 -- SUCIEDAD

SUCIEDAD EN EL CIRCUITO DE LUBRICACIÓN

La presencia de partículas de suciedad en el circuito de lubricación es una de las causas más frecuentes de daño de los cojinetes. Su origen suele estar en una limpieza insuficiente del motor. En función de la naturaleza y el tamaño de las partículas de suciedad, el cojinete presenta rayas circunferenciales de mayor o menor entidad, normalmente acompañadas de restos del material contaminante que han quedado incrustados en su superficie.

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SUCIEDAD EN EL RESPALDO DEL COJINETE

La presencia de una partícula atrapada entre el respaldo del cojinete y su alojamiento provoca una zona levantada con riesgo de interferir con el eje. Esto tiene su reflejo en la zona opuesta a la partícula, en la superficie interior del cojinete, que presenta un fuerte desgaste localizado.

2 -- FALTA DE LUBRICACIÓN

FALLO EN EL CIRCUITO DE LUBRICACIÓN

La ausencia total de lubricación del sistema eje-cojinete conduce al gripado del cojinete, normalmente con la destrucción total de la pieza. No obstante, es más frecuente el fallo por lubricación insuficiente, en el que la cantidad de lubricante que llega al sistema eje-cojinete no permite mantener la película de aceite y se produce el contacto entre las dos piezas. El funcionamiento prolongado en esas condiciones también produce la destrucción total del conjunto.

ROTURA DE UN RETÉN

En el ejemplo de la fotografía, la rotura del retén del cigüeñal provocó el escape del aceite por ese extremo. La pista de la pareja de semicojinetes próxima al retén presenta síntomas de gripado, debido a la rotura de la película lubricante por pérdida de presión de aceite. La ranura de engrase circunferencial actuó de barrera del defecto, de forma que la otra pista de los semicojinetes junto con las otras dos parejas del juego presentan sólo zonas brillantes signo de una lubricación insuficiente.

3 -- ERRORES DE MONTAJE

COJINETE INVERTIDO

Cuando por error se coloca un cojinete sin taladro en una posición en la que debería llevarlo, por ejemplo, intercambiando la posición superior e inferior de una pareja de semicojinetes de bancada, se anula completamente la entrada de lubricante a ese apoyo. En consecuencia, también se anula la lubricación a la muñequilla a través de estos taladros, resultando el gripado del cojinete afectado. Se puede observar en el dorso del cojinete que el orificio de lubricación ha sido obturado.

TAPAS DE BIELA O BANCADA INVERTIDAS

UÑETAS DE ANCLAJE FUERA DE SU POSICIÓN

4 -- ERRORES DE MECANIZADO DE LOS COMPONENTES.

ALOJAMIENTO MAL RECTIFICADO (FACETADO O POLIGONAL)

Si el rectificado del alojamiento es defectuoso por vibraciones de la máquina o por alguna otra causa que origine un error de redondez acusado, el cojinete copia el defecto de forma de su alojamiento. Presentará franjas de fuerte desgaste alternando con franjas de aspecto normal. Este defecto puede derivar en fatiga de la aleación.

INTERFERENCIA CON EL RADIO DE ACUERDO

Si durante una reparación se incrementa el valor del radio de acuerdo de la muñequilla o del apoyo de bancada con el brazo del cigüeñal, el lateral del cojinete puede interferir con dicho radio, impidiendo además el flujo de salida del lubricante. En la fotografía el cojinete presenta un daño incipiente, con el borde redondeado debido al frotamiento con el radio de acuerdo del cigüeñal.

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ERRORES DE FORMA DEL EJE: CÓNCAVO, CONVEXO O CÓNICO

Si la muela de rectificar tiene excesivo desgaste, el cigüeñal copiará sus errores de forma. Esto conduce a que las holguras no sean las mismas en toda la superficie del cojinete, y por tanto la distribución de la carga tampoco. Esto provoca un aceleramiento del desgaste en las zonas más cargadas al existir una lubricación inapropiada. Se pueden tener ejes con zonas parcialmente cónicas, cóncavas ó convexas. En la figura podemos observar un cojinete dañado que ha sido montado en un eje parcialmente cónico.

DESALINEACIÓN ENTRE EJE Y ALOJAMIENTO

Existen varias causas que originan una desalineación entre el cigüeñal y los alojamientos del bloque: errores de mecanizado, flexión del cigüeñal, deformación del bloque... Estos defectos producen desgaste localizado en algunos cojinetes de bancada, que tiende a disminuir en los cojinetes contigüos.

APRIETE INSUFICIENTE

El contacto total entre el respaldo del cojinete y el alojamiento es fundamental para que exista una buena transmisión del calor y un correcto asentamiento de la pieza. Si el ajuste es insuficiente, el cojinete se moverá dentro del alojamiento y se observará en el respaldo brillos debido al rozamiento con el alojamiento. En otras ocasiones se observarán manchas oscuras debidas a aceite quemado que se ha introducido entre ambas superficies.

5 – SOBRECARGA

Cuando las condiciones de funcionamiento provocan una carga excesiva sobre los cojinetes, se produce el daño por fatiga del material. La rotura se inicia perpendicular a la superficie del cojinete y progresa en otras direcciones, originando el desprendimiento de pequeños trozos de aleación.

6 – CORROSIÓN

Un aceite en mal estado puede dañar la superficie del cojinete. Este efecto es debido a la dilución del plomo de la aleación por parte de algunos compuestos formados en el aceite deteriorado.

7 – CAVITACIÓN

En determinadas condiciones de funcionamiento, la presión de aceite disminuye localmente y se originan burbujas de vapor que dañan la superficie del cojinete. Este daño se presenta en las zonas del cojinete donde el flujo de aceite presenta discontinuidades, como ranuras de engrase o taladros.

¿Cómo fallan las cadenas?

Las tres maneras más comunes por las cuales una cadena puede fallar son tracción, fatiga y desgaste.

• Falla por desgaste, el material se remueve por deslizamiento, o deslizamiento combinado con abrasión o corrosión, hasta que la cadena no funciona adecuadamente (no encajarán las ruedas dentadas) o el material remanente es tan delgado que permite que la cadena se rompa.

• Falla por fatiga, la cadena es traccionada repetidamente con una carga por debajo del límite de tracción (la cadena no se estira), hasta que se desarrollan fisuras

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microscópicas en los eslabones o barras laterales. Estas fisuras continúan creciendo hasta que la cadena se rompe.

• Falla por tracción, la cadena es sobrecargada en tracción hasta que se estira tanto que no funciona correctamente, o literalmente se despedaza.

Características de la película hidrodinámica

La lubricación hidrodinámica se caracteriza en superficies concordantes con una lubricación por película fluida. En este tipo de lubricación las películas son gruesas de manera que se previene que las superficies sólidas opuestas entren en contacto. Con frecuencia se la llama la forma ideal de lubricación, porque proporciona baja fricción y alta resistencia al desgaste.

La lubricación de las superficies sólidas se rige por las propiedades físicas del volumen del lubricante, especialmente de la viscosidad; por otra parte, las características de fricción se originan puramente del cortante del lubricante viscoso.

Características de la película hidrostática

Consiste en bombear aceite a presión entre dos superficies, con el fin de separarlas de tal forma que no se requiere el movimiento relativo entre ellas para mantener la película lubricante. Este tipo de lubricación se emplea con mucha frecuencia en cojinetes e empuje que soportan ejes verticales y reciben el nombre de cojinetes hidrostáticos. El aceite se suministra a presión en un resalto o bolsillo ubicado en la cara inferior del eje. Si la presión aplicada es suficiente, el eje se levanta y flota sobre la película lubricante.

Características de la película de capa limite (mixta)

Este régimen representa un estado intermedio entre lubricación límite e hidrodinámica, por el cual todo mecanismo pasa antes de alcanzar esta última condición. En este caso, parte de las asperezas superficiales de ambos mecanismos se intercalan de tal forma que sólo una parte de la carga es soportada por las acciones hidrodinámicas y la otra por la película límite que recubre las irregularidades de ambas superficies.

Características de la película Elastohidrodinamica

La lubricación EHL se presenta en mecanismos en los cuales las rugosidades de las superficies de fricción trabajan siempre entrelazadas y nunca llegan a separarse. En este caso las crestas permanentemente se están deformando elásticamente y el control del desgaste y el consumo de energía depende de la película adherida a las rugosidades. Se podría denominar esta película como límite pero de unas características de soporte de carga y de resistencia al desgaste mucho más elevadas que las que forma la película límite propiamente dicha. En la lubricación EHL la lubricación límite es permanente, ó sea que no hay mucha diferencia entre las condiciones de lubricación en el momento de la puesta en marcha del mecanismo y una vez que este alcanza la velocidad nominal de operación.

Regímenes de lubricación en función de la velocidad (curva de Stribeck)

Entre 1900 y 1902 Stribeck realiza experimentos sistemáticos para medir f en cojinetes en función de la velocidad de giro -N-, de la carga por unidad de área proyectada -P- y de la viscosidad. Son la base de la teoría de Sommerfeld. La curva de Stribeck -aunque hay algunas dudas de que Stribeck la usara exactamente en la forma que se presenta aquí representa las características generales de superficies lubricadas en movimiento relativo entre sí.

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La expresión

µP

N

Es conocida como el número de Sommerfeld. En la Fig 1.4 se mantienen constantes N y P para representar la relación existente entre la viscosidad del fluido,µ, y el coeficiente de rozamiento, f.

La curva de Stribeck puede dividirse en tres zonas

1. Zona I: lubricación hidrodinámica y elastohidrodinámica. Las superficies del cojinete están perfectamente separadas con un película gruesa de fluido: no hay contacto directo entre las superficies que deslizan y por tanto prácticamente no hay desgaste. A medida que la viscosidad disminuye, decrece la película hasta el punto C

2. Zona II: lubricación mixta o elastohidrodinámica parcial. Es una transición entre la lubricación hidrodinámica y la marginal, generalmente observada en el arranque o en la parada de maquinaria.

3. Zona III: lubricación marginal. Donde toda la lubricación depende de los aditivos del lubricante que esta inmóvil o con un despliegue de velocidad casi nula.