Jim Bryan
Especialista de Soporte Técnico de EASA (retirado)

La fabricación de los rodamientos se ha convertido en un proceso muy preciso y exacto. Estudios han demostrado que más de la mitad de los motores ingresan en los centros de servicio debido a que sus rodamientos se encuentran desgastados o defectuosos. Esto es comprensible, dado que estos componentes están sometidos a desgaste y algunas veces al abuso. Los fabricantes de rodamientos están llamados a mejorar la calidad y la confiabilidad de sus productos para incrementar el tiempo de servicio, antes de que sea necesario reemplazar los rodamientos. Una aplicación adecuada y un buen mantenimiento también son claves para mejorar la confiabilidad. En este artículo discutiremos algunos de los componentes utilizados para entender mejor que tipo de aplicaciones pueden tener cabida.

La Figura 1, muestra los componentes básicos de los rodamientos. El tipo de elemento rodante (bola o rodillo) y la metalurgia, determinan la capacidad de carga del rodamiento. Por lo general, entre más elevada sea la capacidad de carga más alta será la expectativa de vida útil del rodamiento en un determinado punto de carga. A continuación presentamos un análisis de la función y de las características de diseño de los elementos más comunes de estos rodamientos, tales como la pista interna y externa, los elementos rodantes, las jaulas, los sellos y las placas de protección. 

Pistas
Las pistas proporcionan un camino para los elementos rodantes y los confinan en una localización específica. Esto ayuda a posicionar las partes del equipo mientras la componente que está en movimiento queda en libertad para moverse. En el caso de un motor eléctrico, permiten que el rotor gire dentro del estator, manteniendo al mismo tiempo un pequeño entrehierro y limitando el movimiento axial.

Los aceros empleados para la fabricación de las pistas y los elementos rodantes deben ser altamente resistentes a la fatiga y al desgaste. El acero utilizado podría ser de alta dureza (al cromo, rico en carbono) o un acero de cementación (cromo-níquel o cromo-manganeso). Ambos se utilizan sin que prácticamente exista ninguna diferencia en la vida del rodamiento. Estos aceros proporcionan un funcionamiento estable a temperaturas cercanas a los 121ºC (250ºF) y utilizando aceros especiales se pueden alcanzar temperaturas más altas de hasta 232ºC (450ºF). Estas temperaturas más elevadas también requieren el uso de lubricantes especiales. 

Elementos rodantes
Los elementos rodantes pueden estar configurados en distintas geometrías. Los diferentes tipos básicos son las bolas y los rodillos. La capacidad de carga de los rodillos es superior a la de las bolas, ya que tienen un área de contacto mayor. Las bolas contactan las pistas en un punto relativamente pequeño, mientras que la superficie de contacto de los rodillos se extiende a todo lo largo de su longitud. Los diferentes tipos de rodillos utilizados incluyen los cilíndricos, los esféricos, los cónicos y los toroidales. Los rodillos cilíndricos tienen una línea de contacto pero los rodillos esféricos extienden esa línea más allá, incrementando la capacidad. Los rodillos cónicos aumentan la capacidad de carga axial como también la carga radial de las otras configuraciones. El rodillo toroidal es una innovación relativamente reciente que tiene un requisito de carga radial mínimo más bajo que el de los otros tipos de rodillos. Estos rodamientos se pueden usar con cargas radiales relativamente pesadas o con muy poca carga, como en una aplicación con acople directo. Un motor con ese tipo de rodamientos se convierte en un repuesto atractivo que cuenta con flexibilidad donde se esté utilizando.

Otra innovación relativamente nueva es el uso de materiales cerámicos para fabricar los elementos rodantes, como el nitruro de silicio. Este material proporciona un excelente aislamiento para prevenir que fluyan corrientes dañinas a través de los rodamientos. Adicionalmente, estos elementos rodantes son más livianos y más lisos que los de acero y tienen menos fricción. Estos pueden ser utilizados a velocidades y temperaturas más altas. El mayor inconveniente radica en su precio, pero debido a que cada vez están siendo más utilizados este problema está disminuyendo.

Jaulas
El propósito de la jaula es conservar los elementos rodantes correctamente espaciados alrededor de la pista y mantenerlos separados. Las jaulas pueden ser guiadas por las bolas o por las pistas (ver Figura 2). Las jaulas guiadas por las pistas pueden ser guiadas por la pista interna o la pista externa, mientras que las jaulas guiadas por las bolas se encuentran centradas sobre las bolas. La experiencia ha demostrado que las jaulas guiadas por las pistas dificultarán el flujo del aceite en los sistemas lubricados con aceite. En este caso, se prefieren rodamientos con jaulas guiadas por las bolas.

Las jaulas se pueden fabricar utilizando una gran variedad de materiales, entre los que tenemos: Acero prensado, poliamida moldeada, bronce mecanizado, latón prensado o mecanizado y jaulas fenólicas. Con diferencia, la que más se utiliza es la de acero prensado. Este tipo de jaulas tienen alta resistencia, son livianas y su relación calidad-precio es buena. Son utilizadas en la mayoría de tamaños y aplicaciones donde proporcionan una buena vida de servicio.

Algunos rodamientos pequeños pueden utilizar jaulas de poliamida moldeada. Estas tienen la ventaja de contar con superficies lisas auto-lubricadas con menor fricción. Estos rodamientos tienen baja inercia lo que proporciona un equilibrio dinámico superior y una operación más silenciosa.

Las jaulas de bronce mecanizado se usan en grandes rodamientos de trabajo pesado y proporcionan una localización estable para los elementos rodantes. Los rodamientos con jaulas de bronce mecanizado guiadas por las bolas, generalmente suelen ser los preferidos como rodamientos de empuje vertical, especialmente si son lubricados con baño de aceite. Las jaulas de latón mecanizado son similares en su aplicación que las de bronce mecanizado, pero se deben evitar en presencia de amoniaco debido a sus efectos corrosivos.

Las jaulas fenólicas (también conocidas como de Baquelita) se usan principalmente en rodamientos de contacto angular. Debido a que estas jaulas no son tan estables como las otras, se debe tener cuidado al utilizar este tipo de rodamientos, especialmente en los motores de alta velocidad (por arriba de 2500 rpm).

Nota: La jaula tiene mayor superficie de contacto con los elementos rodantes que las pistas. Las jaulas dependen más de una buena lubricación, por lo que un daño en la jaula es un buen indicio de que existen problemas asociados a la lubricación.

Sellos y placas de protección
Las placas de protección y los sellos protegen los rodamientos contra daños por contaminación, reduciendo o eliminando la posibilidad de infiltración de materiales extraños. Los sellos son un enfoque más agresivo que las tapas de protección, pero producen más calor al estar en contacto con el aro interior. Los sellos de baja fricción reducen este calentamiento adicional. El sello también es un elemento de desgaste que puede fallar eventualmente y permitir la entrada de contaminantes. Por esta razón solo se deben utilizar sellos cuando sea necesario de acuerdo con el tipo de aplicación. Ver Figura 3.

Los rodamientos con placas de protección cuentan con una barrera en forma de chapa de acero fijada a una de las pistas, que tiene una pequeña tolerancia con la pista externa, normalmente de 0.005” (0.13 mm). La pregunta que surge a menudo es si los rodamientos con placas de protección pueden ser re-lubricados. Después de un extenso debate, hemos decidido que si por la pequeña abertura puede salir algo de aceite o de grasa, esta migración de lubricante no será suficiente para incrementar la vida de servicio del rodamiento. Por esta razón, los rodamientos con placas de protección se deben usar cuando la expectativa de vida del lubricante exceda a la del rodamiento, pues están “lubricados de por vida”. 

Conclusión
Comprender la función de los componentes de los rodamientos ayudará a tener la certeza de que estos son adecuados para la aplicación. También al tratar de determinar la causa de fallo, la interacción y la función de estos componentes ayudarán a explicar lo que ha pasado y a determinar las acciones correctivas requeridas. A veces esto puede significar que es necesario utilizar una configuración de rodamiento diferente.

Bibliografía 

• Engineering Handbook. Kulpsville, PA: MRC Bearing Services, 2005. Impreso.
• SKF Bearings and Mounted Products. Kulpsville, PA: SKF Bearing, 2008. Impreso. 

DISPONIBLE EN INGLÉS

Categories: Bearings, Design/theory/application

Tags: Bearings

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