AUTOR: ALEJANDRO PEREZ , PABELON 26 MARZO 2024
Cuando hablamos de cambios prematuros de rodamientos en motores eléctricos los podemos dividir en dos grandes grupos.
- Aquellos rodamientos que no llegan al final de su vida útil y se tienen que reemplazar
basado en un tiempo de uso y que no necesariamente presentan un daño, es decir,
por actividades preventivas. - Los rodamientos que presentan un fallo prematuro ocasionando perdida de la
función del motor eléctrico. El presente documento se centra precisamente en los
rodamientos que entran en esta categoría.
La mayoría de los estudios de fallas en motores eléctricos está determinada por el tipo de industria, ubicación geográfica y la combinación de motores en uso, estos estudios se centran en la falla del componente, pero dejan de fuera la causa raíz del problema, por ejemplo, el fallo de un rodamiento no es la causa raíz la cual puede ser contaminación, lubricación, ajuste, etc., lo cual lleva a que muchos Análisis de Causa Raíz no lleguen a un nivel adecuado y terminan en suposiciones y conjeturas.
Un estudio realizado por el IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) indica cuáles son las causas comunes de fallo en un motor eléctrico en virtud del componente, es, por lo tanto, fundamental identificar el mecanismo de fallo para determinar cuál fue la causa raíz que llevo a fallo al componente.
Como podemos observar, el porcentaje dominante de la causa más probable de fallos en motores eléctricos son los rodamientos y está relacionado a los diferentes tipos de esfuerzos a los que son sometidos:
Térmicos: Fricción, lubricación, ambiente.
Dinámicos y estáticos: Radiales, axiales, precarga, aplicación no adecuada.
Vibraciones e impactos: Rotor, equipo inducido, sistema.
Ambientales: Condensación, ingreso de contaminantes, falta de ventilación.
Mecánicos: Pérdida de juego radial, desalineación, ajustes en ejes y alojamientos.
Eléctricos: Embobinado, fuga de corriente, sobrecarga, variadores de frecuencia.
La vida del rodamiento está en función de su velocidad, carga dinámica equivalente,
lubricante, y la vida de sus componentes (aros, elementos rodantes, sellos, separador) y en
general se expresa a través de la fórmula de estimación de vida del rodamiento según la
norma ISO 281:
𝐿10 = (𝐶/𝑃)𝑝
Dónde:
L10= Vida del rodamiento en millones de revoluciones
p= 3 para rodamientos de bolas
p= 10/3 para rodamientos de rodillos
C= Capacidad de carga dinámica
P= Carga dinámica equivalente
La industria del rodamiento ha utilizado esta fórmula (y sus derivaciones) para predecir la vida del rodamiento y al final esperaríamos que todos los rodamientos fallaran por fatiga al término de su vida útil.
A través de una gran variedad de maquinarias y equipos existe información de la vida nominal requerida de los rodamientos, esta información es tomado como base la ISO 281, pero no representa más que una estadística tomada a lo largo de los años para equipos similares en diferentes sectores, en el caso de los rodamientos en motores de tamaño mediano (hasta 300hp), indica que la vida de los rodamientos va de 32,000 a 63,000horas para rodamientos de bolas en todos sus diseños aplicables y de 50,000 a 110,000 horas para rodamientos de rodillos con todos sus diseños aplicables montados en motores eléctricos.
Lamentablemente alguno de estos rodamientos presentará fallos prematuros, los cuales tienen que ser analizados para identificar su causa raíz y actuar proactivamente, es decir, generando una tarea de mantenimiento que evite la repetición de la falla.
A continuación, se exponen algunas de las causas comunes de fallo prematuro de rodamientos en motores eléctricos
a) Ajustes incorrectos
Se origina al no tener el ajuste adecuado en superficies adyacentes como eje y alojamiento.
La función principal del rodamiento es la transmisión de cargas, para que se realice de manera adecuada el rodamiento debe de ir apoyando en un eje y/o alojamiento, en general el aro que gira llevará un ajuste de interferencia mientras que el aro que no gira un menor ajuste ya sea de transición o de holgura.
Si el eje está sobredimensionado, ocasionará perdida de juego radial en el rodamiento, como
resultado un aumento en la temperatura y en casos extremos un juego negativo impidiendo que se forme la película lubricante y sobrecalentado el rodamiento.
Si el eje está por debajo de su ajuste el rodamiento tendrá exceso de juego radial ocasionado que los elementos rodantes se deslicen o patinen ocasionando un pulido superficial en las superficies de rodadura y disminuyendo el régimen de lubricación como consecuencia un sobrecalentamiento del rodamiento además de incrementar los niveles de vibración en el motor.
Rodamiento montado con un ajuste fuerte en el eje, fractura y cambio en la coloración de este.
b) Fallo en lubricación
Se debe ya sea por un lubricante contaminado, una selección inadecuada, exceso o escasez de lubricante de una u otra forma afectará directamente a la formación de la película lubricante, provocando un sobrecalentamiento en el rodamiento.
Sobrecalentamiento en los caminos de rodadura por una excesiva cantidad de lubricante.
Sobrecalentamiento en caminos de rodadura de aro interior por escasez de lubricante.
Sobrecalentamiento de rodamiento a alta temperatura se puede exceder el punto de goteo del lubricante provocando una separación de aceite.
c) Montaje inadecuado
Dependiendo del tipo y tamaño de rodamiento se deberá elegir el mejor método y técnica de montaje, para rodamientos con diámetro interior mayor a d=80mm, se recomienda el uso de montaje en caliente.
Se pueden utilizar varios medios para llevar calentar el rodamiento, pero el más recomendado es utilizar un calentador de inducción y respetar una temperatura de 110°C medida en el aro interior, con esta temperatura se asegura una deformación elástica del rodamiento para que pueda ser montado sin interferencia.
Perdida de dureza debido a calentar el rodamiento para su montaje sin controlar la temperatura.
Rodamiento con cambio de color debido a exceder su temperatura al momento de calentarlo para su montaje
d) Falso Brinell
Causado por micro vibración entre elementos rodantes y caminos de rodadura, las causas más comunes son un transporte inadecuado de un motor eléctrico reparado, almacenamiento incorrecto, también ocurre en sistemas redundantes o de emergencia por transmisibilidad de vibraciones.
Fig. Ralladuras longitudinales, espaciadas a la altura de los elementos rodantes.
Fig. Perdida de ajuste en aro interior con acanaladuras provocadas por vibración
Fig. Elementos rodantes con daños focalizados al no estar girando presentan marcas, equipo de respaldo
e) Erosión Eléctrica
Provocado por paso de corriente al rodamiento o por voltaje excesivo, se da principalmente por operación de equipos con variadores de frecuencia, perdida de aislamiento en conexiones, por arco eléctrico al realizar trabajos de soldadura y aterrizarse en soportes de los equipos.
MODO DE FALLA
En el caso del voltaje excesivo se producen chispazos los cuales atraviesan los elementos rodantes provocando perdida de material el cual se funde en los caminos de rodadura lo que a su vez provoca pitting localizado tanto en el elemento rodante como en el camino de rodadura, en el caso del paso de corriente hay una baja intensidad de corriente que está circulando entre los componentes del rodamiento lo que provoca indentaciones y desarrollo de acanaladuras en pista de rodadura así mismo decoloraciones grises y oscuras en los elementos rodantes.
TAREAS PARA PREVENIR EL DAÑO
Utilice rodamientos con aislamiento para cortar el paso de corriente, aísle de manera correcta sus equipos, desarrolle procedimientos para trabajos de soldadura donde se indiquen ubicaciones de tierras físicas
Fig. Paso de corriente en
rodamientos montado en equipo
con variador de frecuencia. (fuente
skf)
Fig. Voltaje excesivo en rodamiento,
provocando pitting localizado. (fuente NSK)
f) Desalineación
Ocurre al no mantener colinealidad entre equipos, los esfuerzos provocados generan sobrecarga en el rodamiento llevándolo a una disminución de su vida y fallo prematuro, puede provocarse de igual forma por un maquinado fuera de forma de asientos, hombros y alojamientos, también al fijar mecánicamente ambos rodamientos y no permitir dilatación axial por crecimiento térmico.
MODO DE FALLA
Sobrecarga del rodamiento, desgaste prematuro en caminos de rodadura en el aro que gira en toda su circunferencia apareciendo el desgaste a un costado y el aro estático presentará desgaste en la zona de carga empezando a un costado yendo hacia el centro y terminando en el opuesto.
TAREAS PARA PREVENIRLO
Mejores sus procesos de maquinado, implemente procedimientos adecuados de montaje, capacita a su personal y alinee sus ejes y poleas
Fig. Rodamiento con fallo prematuro debido a una sobrecarga provocado por desalineación.
(fuente NSK)
Sin duda existe una gran área de oportunidad al establecer procedimientos, tareas y estandarización
en sus procesos en todo el ciclo de vida del rodamiento y con ello evitar el fallo prematuro de los mismos. ¡Vale la pena!
Agradezco la colaboración para la redacción, investigación y creación de este artículo al Ingeniero Cristóbal Vázquez coautor de este documento.
Autor Principal
Alejandro Pérez Martínez
aperez@mtfrodamientos.com
Coautor
Cristóbal Vázquez Vergara
Cristobal.vazquez.cb16@dgeti.sems.gob.mx
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