Análisis de los modos de falla en Rodamientos y su relación con las vibraciones
2 de febrero de 2026
Los rodamientos son parte de los dispositivos mecánicos que siempre encontraremos en todo tipo de operación industrial y cumplen con la función de soportar, transferir y guiar el movimiento de cargas aplicadas a fuerzas procedentes de otros elementos como el de un eje rotatorio que puede soportarlos, logrando así permitir el movimiento relativo entre partes estacionarias y partes móviles de las estructuras mecánicas, reduciendo su fricción, de tal manera que actúan como un vínculo crítico entre las partes en movimiento y las estáticas. Pues estos conforman parte esencial de los componentes de distintos equipos y máquinas, tales como bombas, turbinas, transmisiones y cajas de cambio, entre muchos otros.
De estos dispositivos existen diferentes tipos, y los rodamientos más comunes son de bolas (rígidos, con contacto angular y de rótula), de rodillos (cilíndricos, cónicos, de rótula y agujas) y los rodamientos axiales (de empuje), entre otras variaciones. Su selección se basa en un conjunto de factores ligados al diseño de la máquina, su operación e inclusive en términos financieros respecto a los costos aceptables por su vida útil.
Para el monitoreo de programa de condiciones (CBM), la identificación precisa de sus modos de falla es una tarea estratégica para el personal de mantenimiento, ya que la salud de estos elementos determina de forma directa la disponibilidad y la continuidad operativa de los equipos. En este contexto, aunque existen diversos Ensayos No Destructivos (END) para evaluar su integridad mecánica, como el ultrasonido, la termografía o el análisis de aceite y varios más aplicables como el análisis de vibraciones que se posiciona como la técnica predominante y más eficaz debido a su capacidad para interceptar los modos de falla más recurrentes y el diagnostico por su degradación y desgaste natural de trabajo.
La importancia de identificar estos modos de falla consiste en la capacidad de distinguir entre el desgaste natural por fatiga y las patologías prematuras inducidas por el entorno o la operación, así desde un principio se puede elegir la técnica correcta para su diagnostico y monitoreo, esto es de mucho cuidado ya que, un diagnóstico erróneo o tardío en un rodamiento no solo implica el reemplazo, sino que suele derivar en paradas catastróficas que afectan ejes, carcasas y soportes estructurales que se traducen perdidas de dinero y de producción. A través de la técnica de vibraciones, es posible detectar la fatiga superficial, cual es considerada la condición más frecuente en un estado de buen cuidado. Sin embargo, existen otros factores a tener en cuenta como la lubricación deficiente, la contaminación o errores de montaje introducen otras formas de falla que deben ser aisladas de estos otros mediante el estudio espectral.
En las siguientes secciones, buscaremos conocer la física su degradación desde sus modos de fallo según normativas internacionales, los límites técnicos del registro vibratorio y la naturaleza asíncrona de las señales de falla, proporcionando de esta manera una guía introductoria para la gestión proactiva de la vida útil de rodamientos.
1. La fatiga y la física de la vida útil nominal
Para comprender en una forma adecuada la degradación de un rodamiento, es obligatorio profundizar primero en la física de la fatiga desde un punto de vista natural de trabajo y en optimas condiciones. Según la norma ISO 281, la vida de un rodamiento se define fundamentalmente por el número de revoluciones y la magnitud de las cargas que el componente es capaz de soportar antes de que aparezcan los primeros signos de fatiga del material. A diferencia de otros componentes mecánicos, la vida útil no depende de un tiempo calendario, sino de la acumulación de ciclos de esfuerzo Hertziano (Hz) en los contactos rodantes.
Para comprender en una forma adecuada la degradación de un rodamiento, es obligatorio profundizar primero en la física de la fatiga desde un punto de vista natural de trabajo y en óptimas condiciones. Según la norma ISO 281, la vida de un rodamiento se define fundamentalmente por el número de revoluciones y la magnitud de las cargas que el componente es capaz de soportar antes de que aparezcan los primeros signos de fatiga del material. A diferencia de otros componentes mecánicos, la vida útil no depende de un tiempo calendario, sino de la acumulación de ciclos de esfuerzo Hertziano (Hz) en los contactos rodantes.
La acumulación de ciclos de carga dinámica y la vida L10
Los rodamientos están diseñados para operar bajo ciertas especificaciones de carga estática (como el peso del rotor y fuerzas de montaje) y dinámica (referentes a la inherentes a la operación).
La vida nominal L₁₀ representa el número de revoluciones que el 90% de un grupo de rodamientos idénticos puede completar antes de que se desarrolle la primera evidencia de fatiga. La ecuación básica que rige este comportamiento relaciona la capacidad de carga dinámica básica (C) con la carga dinámica equivalente (P):
Donde el exponente a es 3 para rodamientos de bolas y 10/3 para rodamientos de rodillos. En fin, lo crítico que debemos llevarnos de esta relación matemática y físicamente comprobada es que cualquier incremento en la carga real (P) reduce la vida útil de forma exponencial, no lineal.
El tipo de fallas mecánicas externas en los equipos rotativos, tales como los desbalanceos, desalineaciones o cavitación actúan como multiplicadores de la carga dinámica residual. Por ello, es justo que mantener una máquina bajo las condiciones y limites de trabajo de los estándares con precisión estándares es, técnicamente, una buena estrategia para reducir la tasa de agotamiento de los materiales en los rodamientos, extendiendo así su vida útil real por encima de la nominal.
2. Clasificación de modos de falla según la norma ISO 15243
La norma ISO 15243 proporciona un marco de referencia universal para clasificar los daños y fallos en los rodamientos. Comprender esta taxonomía es vital para que el analista de vibraciones pueda asociar un pico espectral con un mecanismo físico de daño específico. Desde el estándar de referencia podemos interpretar, agrupar y dividir las fallas en seis grupos principales.
Fatiga de contacto con la rodadura
Este es el mecanismo de falla clásico y más recurrente de acuerdo a una gestión optima donde el material del rodamiento falla por la acumulación de cargas cíclicas, es decir, por la continuidad de uso.
Se subdivide dependiendo en la manera en la que inicia, pudiendo ser una fatiga subsuperficial cual ocurre prácticamente en torno unas condiciones de buen cuidado debido a que los esfuerzos de corte cíclicos que alcanzan su máximo justo debajo de la pista de rodadura generando microgrietas por el pasar del tiempo, que migran hacia la superficie, provocando el desprendimiento de material conocido como descascarillado o spalling, y la aparición de las llamadas caries en las pistas del rodamiento. En esta etapa, el análisis de vibraciones es extremadamente efectivo, ya que cada bache generado por el desprendimiento produce impactos repetitivos.
Desgaste (Wear)
El desgaste ocurre por la pérdida progresiva o remoción progresiva de material, que es causado debido a agentes externos o condiciones de carga inadecuadas por mecanismos de fricción o abrasión.
Desgaste abrasivo: Causado por la entrada de partículas sólidas del ambiente o partículas de desgaste propias que actúan como un medio de abrasión sobre pistas lisas, generalmente causados por sellos incompatibles, desgastados o ambientes sucios.
Desgaste adhesivo (Smearing): Ocurre por una lubricación deficiente o cargas que son excesivamente ligeras que permiten que los elementos rodantes deslicen en lugar de rodar, generando por este movimiento un calor localizado por el efecto de la fricción que causa una transferencia del material metálico entre superficies, alterando la geometría del rodamiento y disparando niveles de vibración en altas frecuencias.
Corrosión
La corrosión es una de las causas de falla más tempranas dentro de los entornos industriales, este grupo de los modos de fallas ataca la integridad química del rodamiento, a menudo cuando la máquina está detenida o almacenada.
La corrosión por humedad que esta muy relaciona a problemas con el almacenaje, ya sea, porque hayan sido repuestos mal resguardados o máquinas mal posicionadas y expuestas al medio ambiente sin protección alguna contra la humedad del entorno. El agua en el aceite o el ambiente ataca las superficies rectificadas, creando óxido que luego se desprende y se convierte en abrasivo.
De este conjunto destaca, el Falso Brinelling, que es una forma de corrosión por frotamiento (fretting corrosion), y ocurre cuando la máquina está estática pero sometida a vibraciones externas de equipos vecinos o movimientos de transporte pesado muy cercano. Los elementos rodantes vibran contra la pista en una posición fija, desplazando el lubricante y causando desgaste metálico localizado que parece una indentación pero es, en realidad, un proceso químico-mecánico. El formato de su patrón se descubre al aparecer en el espectro de vibración una vez que la máquina entra en servicio, manifestándose como impactos de estilo síncronos con el número de elementos rodantes.
Erosión eléctrica (Electrical Erosion)
En motores controlados por variadores de frecuencia (VFD), pueden producirse corrientes parásitas que atraviesan el rodamiento buscando un camino a tierra.
Erosión por corriente excesiva (Excessive current erosion por Pitting eléctrico) : Son una especie de pequeños cráteres causados por chispas microscópicas que por sus efectos llegan a tal grado de calor que funden el metal.
Erosión por fuga de corriente (Current leakage erosin - Acanalado o Fluting): Este se determina identificándolo a través de un patrón de estrías transversales que nos deja en las pistas del rodamiento causado por el paso constante de corriente. Este modo de falla genera una vibración de alta frecuencia muy característica que a menudo se confunde con problemas de lubricación debido al ruido blanco que se produce en el espectro, por eso también es importante que el analista sepa distinguir entre estas frecuencias.
Deformación plástica, fractura e identación
Estos modos son deformaciones permanentes en la superficie y regularmente están ligadas a errores humanos en el montaje y mantenimiento.
La deformación plástica ocurre por sobrecargas estáticas o impactos violentos durante el la instalación, montaje o en forma de una precarga excesiva por no respetar holguras y tolerancias consumiendo así la capacidad de carga del rodamiento antes de iniciar la operación, lo cual reduce drásticamente su vida útil disponible para soportar cargas dinámicas (Brinelling real).
Cuando nos hablamos de la identación de partículas, tratamos de referirnos es a la contaminación sólida, cual consiste en el ingreso de solidos durante un montaje sucio o por sellos fallidos. Cuando los elementos rodantes pasan sobre una partícula característicamente dúctil (dura) y atrapada, lo que sucede es que se incrusta en la pista creando una depresión o carie, prácticamente como arrastrando de forma abrasiva con el movimiento cíclico de las pequeñas partículas.
Por otro lado, la fractura es digamos, el modo de falla más catastrófico dentro de todos, donde el anillo o elemento se rompe debido a fatiga extrema o esfuerzos tracción excesivos durante un montaje igualmente con una precarga excesiva, siendo estas condiciones, cuales no fueron atendidas a tiempo o tomadas correctamente en cuenta por el personal encargado, derivando en una falla funcional total e instantánea que nos lleva a detener el proceso productivo en una forma violenta e inclusive peligrosa si salen sus partes internas disparadas hacia el exterior en pleno funcionamiento lo cual es totalmente riesgoso en términos de seguridad para el mismo personal.
3. El mecanismo de generación de señales y los límites de la detección
Una parte muy importante de entender es como se genera la señal física que es un proceso muy completo, que nos puede llevar a un articulo completo, pero para este caso en especifico de forma resumida se trata de cuando un rodamiento entra en el proceso de degradación superficial, ya que por los efectos en el material su firma vibratoria (señales de vibración) cambia de forma característica en el espectro siendo entonces esto lo que nos permite reconocer las frecuencias y distinguir las fallas dentro de su comportamiento. Sin embargo, para un diagnóstico profesional, es fundamental reconocer que el análisis de vibraciones tiene límites físicos que dependen de la cinemática del daño.
¿Por qué no se detecta la fatiga subsuperficial inicial?
Basado en los fundamentos cinemáticos, el análisis de vibraciones depende de que los elementos rodantes impacten contra una discontinuidad geométrica (grieta o bache) durante la rotación, es decir, cuando el daño ya esta presente, pero en un grado inicial
Según la norma ISO 15243, la fatiga se inicia con microgrietas debajo de la superficie de rodadura. Mientras la grieta permanezca oculta, la geometría de la pista es lisa. Al no haber una interrupción superficial, el paso de los elementos es suave y no genera los impactos necesarios para excitar las frecuencias de falla.
Por tanto, el análisis de vibraciones detecta la falla solo cuando la degradación ha alcanzado la superficie. Esto subraya la importancia de complementar el monitoreo con técnicas como el análisis de partículas de desgaste en el aceite, que pueden revelar el inicio de la fatiga antes que la señal dinámica.
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Pulsos de energía y el martilleo microscópico
Una vez que el daño brota a la superficie podemos visualizar estas caries o desacarillado sobre la pista del rodamiento, cada vez que una bola o rodillo pasa sobre el defecto, se genera un pulso de energía de corta duración.
Este fenómeno es similar a escuchar un martilleo, pero en un nivel microscópico. La frecuencia de estos impactos depende de la geometría interna y las RPM. En sus etapas iniciales, estos pulsos no desplazan la masa de la máquina, por lo que son invisibles en la velocidad global. Es imperativo utilizar acelerómetros de alta frecuencia y técnicas como la de envolvente de aceleración para aislar estos pulsos del ruido de fondo de la máquina esto para realizar la discreción sobre los otros y poder encontrar modo de fallo adecuado según el espectro.
4. Frecuencias asíncronas y la geometría del diagnóstico
Una revelación crítica en este campo es la naturaleza asíncrona de las fallas en rodamientos. A diferencia de los problemas estructurales (desbalanceo o desalineación) que generan picos en múltiplos enteros (1X, 2X, 3X RPM), los rodamientos generan señales en frecuencias decimales.
Las frecuencias características del rodamiento
Las frecuencias de falla dependen exclusivamente del diseño geométrico interno. Los parámetros fundamentales son el número de elementos rodantes (N), el diámetro de los elementos (d), el diámetro de paso (D) y el ángulo de contacto (alpha α). Al multiplicar estos factores por la frecuencia de giro (f), obtenemos las cuatro firmas fundamentales:
• BPFO (Ball Pass Frequency Outer): Impactos en la pista externa.
La frecuencia de paso de elementos rodantes por la pista externa, representa el ritmo al que los elementos rodantes (bolas o rodillos) golpean una imperfección ubicada en el anillo exterior del rodamiento.
Como la pista exterior suele estar estacionaria (de forma fija) en la carcasa, la zona de carga es constante, entonces cada vez que una bola pasa por la carie o grieta en la pista externa, se genera un pulso de energía que suele aparecer como un pico claro y estable en el espectro, a menudo acompañado de armónicos (2xBPFO, 3xBPFO), pero generalmente sin bandas laterales significativas, ya que la carga sobre el defecto es constante.
• BPFI (Ball Pass Frequency Inner): Impactos en la pista interna.
Frecuencia de paso de elementos rodantes por la pista interna, a diferencia de la pista externa, el anillo interno generalmente gira con el eje. Esto significa que la imperfección está entrando y saliendo constantemente de la zona de carga del rodamiento.
En otras palabras, las frecuencias BPFI aparecen en el espectro debido a que el defecto rota y pasa por zonas de mayor y menor carga, la amplitud de los impactos varía. Esto es lo que hace la generación de las bandas laterales (sidebands) alrededor del pico, espaciadas a la velocidad de giro del eje (1x RPM), Esta modulación es la firma clave para distinguir un problema de pista interna.
• BSF (Ball Spin Frequency): Defectos en los elementos rodantes.
BSF es la frecuencia de giro del elemento rodante, nos muestra la velocidad a la que la bola o rodillo gira sobre su propio eje. Si una bola tiene un defecto (una grieta o parte plana), golpeará tanto la pista interna como la externa en cada revolución propia.
Es muy común que se generen armónicos (2xBSF) dado que la bola defectuosa orbita alrededor del rodamiento, entra y sale de la zona de carga transportada por la jaula. Esto suele modular la señal, creando bandas laterales espaciadas a la frecuencia de la jaula (FTF).
• FTF (Fundamental Train Frequency): Problemas en la jaula o canastilla.
La ultima frecuencia es la fundamental del tren (o frecuencia de jaula). Cual nos habla de la velocidad rotacional del conjunto de la jaula que mantiene separados los elementos rodantes.
Algo curioso y básico de saber es que las jaulas giran a una velocidad menor que el eje (es subsíncrona), típicamente alrededor del 40% de las RPM (0.4x), y cuando vemos este tren en el espectro es raro ver un pico fuerte solo en FTF a menos que nos este indicando que la jaula esté rota o rozando. La aparición de esta frecuencia es mas común como moduladora, ya que se ve como la distancia de separación entre picos o bandas laterales alrededor de otras frecuencias (como en el caso de fallo de bola BSF).
La aparición de estos picos específicos en el espectro nos indican la prueba científica en este caso del rodamiento de que ha perdido su integridad superficial. Por eso, es vital conocer la marca y modelo exacto del componente que se quiere evaluar, esto es algo vital para el monitoreo y diagnostico que se trata en el siguiente punto.
Dependencia Geométrica y Precisión del Diagnóstico
Es crítico comprender que estas frecuencias, son geométricamente dependientes.
Esto quiere decir que, dos rodamientos pueden tener la misma designación respecto a sus códigos ISO y servir para la misma aplicación, pero si son de marcas diferentes, su construcción interna (número de bolas, diámetro de paso) variará, alterando así a los factores de cálculo y, desplazando las frecuencias de falla esperadas en el espectro de la transformada rápida de fourier (FFT). Por ello, para un diagnóstico preciso que distinga entre un defecto real y otras fuentes de vibración, el analista debe conocer la marca y modelo exacto del rodamiento instalado para calcular sus frecuencias de falla particulares
5. El rol del análisis de vibraciones en la Curva P-F
El CBM (monitoreo de condición) busca ubicar al activo dentro de la curva P-F, maximizando el intervalo de preaviso para evitar fallas catastróficas. En los rodamientos, el análisis de vibraciones es la herramienta más potente para identificar la progresión del daño.
Etapas de la degradación vibratoria
Etapa 1 (Punto P): La falla es apenas una microgrieta superficial. Se detecta únicamente mediante energía de alta frecuencia (ultrasonido o Shock Pulse). No hay ruido ni calor.
Etapa 2: El daño crece. Aparecen las frecuencias fundamentales (BPFO, BPFI) y se incrementa el ruido de fondo en el espectro de alta frecuencia.
Etapa 3: Aparecen armónicos de las frecuencias de falla acompañados de bandas laterales espaciadas a 1X RPM. El daño es visible al desmontar el rodamiento.
Etapa 4 (Fallo Funcional): La vibración global se dispara. Los picos de frecuencia del rodamiento desaparecen o son enmascarados por un piso de ruido elevado. La temperatura es crítica y el colapso mecánico es inminente.
Dominar esta curva nos permite a nivel organizacional intervenir en las etapas 2 o 3, transformando el mantenimiento de una emergencia reactiva en una gestión planificada que protege la integridad estructural del equipo.
6. Desafíos y cuidados esenciales en el monitoreo
No todos los daños en rodamientos son fáciles de diagnosticar. Existen condiciones que pueden confundir al analista o que requieren una atención especial en el protocolo de captura.
Lubricación y picos espectrales: Un exceso de grasa puede amortiguar temporalmente los impactos, ocultando una falla real. Por el contrario, una falta de lubricación genera una señal de "ruido blanco" en alta frecuencia antes de que aparezcan los picos de falla específicos.
Montaje y precargas: Un rodamiento instalado con golpes o con un ajuste excesivo mostrará niveles altos de BPFI desde el primer minuto de operación, indicando una deformación plástica inicial que reducirá drásticamente su vida útil.
Sellos e ingreso de contaminantes: El analista debe verificar la integridad de los sellos. Si se detecta un incremento en las amplitudes de alta frecuencia sin picos discretos, es probable que exista contaminación por partículas sólidas que están rayando las pistas de forma aleatoria.
Conclusión
El análisis de los modos de falla en rodamientos y su relación con las vibraciones es una disciplina que une la física de daño respecto a los materiales y la operación con el procesamiento avanzado de señales. Comprender el aspecto más determinante como la fatiga, que es un proceso acumulativo de cargas dinámicas permite al ingeniero de confiabilidad atacar las causas raíz como el desbalanceo o la desalineación antes de que estas destruyan el soporte rotativo.
El monitoreo, el diagnóstico y evaluación con carácter proactivo busca mitigar los efectos negativos consecuencias de las fallas desde los aspectos de la producción y seguridad que se ven reflejados en todo sentido en lo financiero por la aparición de fallas sostenidas en el tiempo, de tal modo que, la capacidad del analista de identificar a la forma en la que fallan los rodamientos por las frecuencias asíncronas y pulsos de energía de alta frecuencia es muy importante para el éxito de una estrategia de mantenimiento de preventivo y del monitoreo basado en la condición (CBM), involucrándose además en gestionar las condiciones de lubricación, montaje y precisión dinámica para asegurar que cada componente alcance y supere su vida útil de diseño.
En un entorno industrial altamente competitivo, quienes poseen las competencias para interpretar correctamente las vibraciones en rodamientos serán los guardianes de la integridad de los activos más valiosos de la organización.
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Análisis de los modos de falla en Rodamientos y su relación con las vibraciones
2 de febrero de 2026
Los rodamientos son parte de los dispositivos mecánicos que siempre encontraremos en todo tipo de operación industrial y cumplen con la función de soportar, transferir y guiar el movimiento de cargas aplicadas a fuerzas procedentes de otros elementos como el de un eje rotatorio que puede soportarlos, logrando así permitir el movimiento relativo entre partes estacionarias y partes móviles de las estructuras mecánicas, reduciendo su fricción, de tal manera que actúan como un vínculo crítico entre las partes en movimiento y las estáticas. Pues estos conforman parte esencial de los componentes de distintos equipos y máquinas, tales como bombas, turbinas, transmisiones y cajas de cambio, entre muchos otros.
De estos dispositivos existen diferentes tipos, y los rodamientos más comunes son de bolas (rígidos, con contacto angular y de rótula), de rodillos (cilíndricos, cónicos, de rótula y agujas) y los rodamientos axiales (de empuje), entre otras variaciones. Su selección se basa en un conjunto de factores ligados al diseño de la máquina, su operación e inclusive en términos financieros respecto a los costos aceptables por su vida útil.
Para el monitoreo de programa de condiciones (CBM), la identificación precisa de sus modos de falla es una tarea estratégica para el personal de mantenimiento, ya que la salud de estos elementos determina de forma directa la disponibilidad y la continuidad operativa de los equipos. En este contexto, aunque existen diversos Ensayos No Destructivos (END) para evaluar su integridad mecánica, como el ultrasonido, la termografía o el análisis de aceite y varios más aplicables como el análisis de vibraciones que se posiciona como la técnica predominante y más eficaz debido a su capacidad para interceptar los modos de falla más recurrentes y el diagnostico por su degradación y desgaste natural de trabajo.
La importancia de identificar estos modos de falla consiste en la capacidad de distinguir entre el desgaste natural por fatiga y las patologías prematuras inducidas por el entorno o la operación, así desde un principio se puede elegir la técnica correcta para su diagnostico y monitoreo, esto es de mucho cuidado ya que, un diagnóstico erróneo o tardío en un rodamiento no solo implica el reemplazo, sino que suele derivar en paradas catastróficas que afectan ejes, carcasas y soportes estructurales que se traducen perdidas de dinero y de producción. A través de la técnica de vibraciones, es posible detectar la fatiga superficial, cual es considerada la condición más frecuente en un estado de buen cuidado. Sin embargo, existen otros factores a tener en cuenta como la lubricación deficiente, la contaminación o errores de montaje introducen otras formas de falla que deben ser aisladas de estos otros mediante el estudio espectral.
En las siguientes secciones, buscaremos conocer la física su degradación desde sus modos de fallo según normativas internacionales, los límites técnicos del registro vibratorio y la naturaleza asíncrona de las señales de falla, proporcionando de esta manera una guía introductoria para la gestión proactiva de la vida útil de rodamientos.
1. La fatiga y la física de la vida útil nominal
Para comprender en una forma adecuada la degradación de un rodamiento, es obligatorio profundizar primero en la física de la fatiga desde un punto de vista natural de trabajo y en optimas condiciones. Según la norma ISO 281, la vida de un rodamiento se define fundamentalmente por el número de revoluciones y la magnitud de las cargas que el componente es capaz de soportar antes de que aparezcan los primeros signos de fatiga del material. A diferencia de otros componentes mecánicos, la vida útil no depende de un tiempo calendario, sino de la acumulación de ciclos de esfuerzo Hertziano (Hz) en los contactos rodantes.
Para comprender en una forma adecuada la degradación de un rodamiento, es obligatorio profundizar primero en la física de la fatiga desde un punto de vista natural de trabajo y en óptimas condiciones. Según la norma ISO 281, la vida de un rodamiento se define fundamentalmente por el número de revoluciones y la magnitud de las cargas que el componente es capaz de soportar antes de que aparezcan los primeros signos de fatiga del material. A diferencia de otros componentes mecánicos, la vida útil no depende de un tiempo calendario, sino de la acumulación de ciclos de esfuerzo Hertziano (Hz) en los contactos rodantes.
La acumulación de ciclos de carga dinámica y la vida L10
Los rodamientos están diseñados para operar bajo ciertas especificaciones de carga estática (como el peso del rotor y fuerzas de montaje) y dinámica (referentes a la inherentes a la operación).
La vida nominal L₁₀ representa el número de revoluciones que el 90% de un grupo de rodamientos idénticos puede completar antes de que se desarrolle la primera evidencia de fatiga. La ecuación básica que rige este comportamiento relaciona la capacidad de carga dinámica básica (C) con la carga dinámica equivalente (P):
Donde el exponente a es 3 para rodamientos de bolas y 10/3 para rodamientos de rodillos. En fin, lo crítico que debemos llevarnos de esta relación matemática y físicamente comprobada es que cualquier incremento en la carga real (P) reduce la vida útil de forma exponencial, no lineal.
El tipo de fallas mecánicas externas en los equipos rotativos, tales como los desbalanceos, desalineaciones o cavitación actúan como multiplicadores de la carga dinámica residual. Por ello, es justo que mantener una máquina bajo las condiciones y limites de trabajo de los estándares con precisión estándares es, técnicamente, una buena estrategia para reducir la tasa de agotamiento de los materiales en los rodamientos, extendiendo así su vida útil real por encima de la nominal.
2. Clasificación de modos de falla según la norma ISO 15243
La norma ISO 15243 proporciona un marco de referencia universal para clasificar los daños y fallos en los rodamientos. Comprender esta taxonomía es vital para que el analista de vibraciones pueda asociar un pico espectral con un mecanismo físico de daño específico. Desde el estándar de referencia podemos interpretar, agrupar y dividir las fallas en seis grupos principales.
Fatiga de contacto con la rodadura
Este es el mecanismo de falla clásico y más recurrente de acuerdo a una gestión optima donde el material del rodamiento falla por la acumulación de cargas cíclicas, es decir, por la continuidad de uso.
Se subdivide dependiendo en la manera en la que inicia, pudiendo ser una fatiga subsuperficial cual ocurre prácticamente en torno unas condiciones de buen cuidado debido a que los esfuerzos de corte cíclicos que alcanzan su máximo justo debajo de la pista de rodadura generando microgrietas por el pasar del tiempo, que migran hacia la superficie, provocando el desprendimiento de material conocido como descascarillado o spalling, y la aparición de las llamadas caries en las pistas del rodamiento. En esta etapa, el análisis de vibraciones es extremadamente efectivo, ya que cada bache generado por el desprendimiento produce impactos repetitivos.
Desgaste (Wear)
El desgaste ocurre por la pérdida progresiva o remoción progresiva de material, que es causado debido a agentes externos o condiciones de carga inadecuadas por mecanismos de fricción o abrasión.
Desgaste abrasivo: Causado por la entrada de partículas sólidas del ambiente o partículas de desgaste propias que actúan como un medio de abrasión sobre pistas lisas, generalmente causados por sellos incompatibles, desgastados o ambientes sucios.
Desgaste adhesivo (Smearing): Ocurre por una lubricación deficiente o cargas que son excesivamente ligeras que permiten que los elementos rodantes deslicen en lugar de rodar, generando por este movimiento un calor localizado por el efecto de la fricción que causa una transferencia del material metálico entre superficies, alterando la geometría del rodamiento y disparando niveles de vibración en altas frecuencias.
Corrosión
La corrosión es una de las causas de falla más tempranas dentro de los entornos industriales, este grupo de los modos de fallas ataca la integridad química del rodamiento, a menudo cuando la máquina está detenida o almacenada.
La corrosión por humedad que esta muy relaciona a problemas con el almacenaje, ya sea, porque hayan sido repuestos mal resguardados o máquinas mal posicionadas y expuestas al medio ambiente sin protección alguna contra la humedad del entorno. El agua en el aceite o el ambiente ataca las superficies rectificadas, creando óxido que luego se desprende y se convierte en abrasivo.
De este conjunto destaca, el Falso Brinelling, que es una forma de corrosión por frotamiento (fretting corrosion), y ocurre cuando la máquina está estática pero sometida a vibraciones externas de equipos vecinos o movimientos de transporte pesado muy cercano. Los elementos rodantes vibran contra la pista en una posición fija, desplazando el lubricante y causando desgaste metálico localizado que parece una indentación pero es, en realidad, un proceso químico-mecánico. El formato de su patrón se descubre al aparecer en el espectro de vibración una vez que la máquina entra en servicio, manifestándose como impactos de estilo síncronos con el número de elementos rodantes.
Erosión eléctrica (Electrical Erosion)
En motores controlados por variadores de frecuencia (VFD), pueden producirse corrientes parásitas que atraviesan el rodamiento buscando un camino a tierra.
Erosión por corriente excesiva (Excessive current erosion por Pitting eléctrico) : Son una especie de pequeños cráteres causados por chispas microscópicas que por sus efectos llegan a tal grado de calor que funden el metal.
Erosión por fuga de corriente (Current leakage erosin - Acanalado o Fluting): Este se determina identificándolo a través de un patrón de estrías transversales que nos deja en las pistas del rodamiento causado por el paso constante de corriente. Este modo de falla genera una vibración de alta frecuencia muy característica que a menudo se confunde con problemas de lubricación debido al ruido blanco que se produce en el espectro, por eso también es importante que el analista sepa distinguir entre estas frecuencias.
Deformación plástica, fractura e identación
Estos modos son deformaciones permanentes en la superficie y regularmente están ligadas a errores humanos en el montaje y mantenimiento.
La deformación plástica ocurre por sobrecargas estáticas o impactos violentos durante el la instalación, montaje o en forma de una precarga excesiva por no respetar holguras y tolerancias consumiendo así la capacidad de carga del rodamiento antes de iniciar la operación, lo cual reduce drásticamente su vida útil disponible para soportar cargas dinámicas (Brinelling real).
Cuando nos hablamos de la identación de partículas, tratamos de referirnos es a la contaminación sólida, cual consiste en el ingreso de solidos durante un montaje sucio o por sellos fallidos. Cuando los elementos rodantes pasan sobre una partícula característicamente dúctil (dura) y atrapada, lo que sucede es que se incrusta en la pista creando una depresión o carie, prácticamente como arrastrando de forma abrasiva con el movimiento cíclico de las pequeñas partículas.
Por otro lado, la fractura es digamos, el modo de falla más catastrófico dentro de todos, donde el anillo o elemento se rompe debido a fatiga extrema o esfuerzos tracción excesivos durante un montaje igualmente con una precarga excesiva, siendo estas condiciones, cuales no fueron atendidas a tiempo o tomadas correctamente en cuenta por el personal encargado, derivando en una falla funcional total e instantánea que nos lleva a detener el proceso productivo en una forma violenta e inclusive peligrosa si salen sus partes internas disparadas hacia el exterior en pleno funcionamiento lo cual es totalmente riesgoso en términos de seguridad para el mismo personal.
3. El mecanismo de generación de señales y los límites de la detección
Una parte muy importante de entender es como se genera la señal física que es un proceso muy completo, que nos puede llevar a un articulo completo, pero para este caso en especifico de forma resumida se trata de cuando un rodamiento entra en el proceso de degradación superficial, ya que por los efectos en el material su firma vibratoria (señales de vibración) cambia de forma característica en el espectro siendo entonces esto lo que nos permite reconocer las frecuencias y distinguir las fallas dentro de su comportamiento. Sin embargo, para un diagnóstico profesional, es fundamental reconocer que el análisis de vibraciones tiene límites físicos que dependen de la cinemática del daño.
¿Por qué no se detecta la fatiga subsuperficial inicial?
Basado en los fundamentos cinemáticos, el análisis de vibraciones depende de que los elementos rodantes impacten contra una discontinuidad geométrica (grieta o bache) durante la rotación, es decir, cuando el daño ya esta presente, pero en un grado inicial
Según la norma ISO 15243, la fatiga se inicia con microgrietas debajo de la superficie de rodadura. Mientras la grieta permanezca oculta, la geometría de la pista es lisa. Al no haber una interrupción superficial, el paso de los elementos es suave y no genera los impactos necesarios para excitar las frecuencias de falla.
Por tanto, el análisis de vibraciones detecta la falla solo cuando la degradación ha alcanzado la superficie. Esto subraya la importancia de complementar el monitoreo con técnicas como el análisis de partículas de desgaste en el aceite, que pueden revelar el inicio de la fatiga antes que la señal dinámica.
Cursos recomendados
Pulsos de energía y el martilleo microscópico
Una vez que el daño brota a la superficie podemos visualizar estas caries o desacarillado sobre la pista del rodamiento, cada vez que una bola o rodillo pasa sobre el defecto, se genera un pulso de energía de corta duración.
Este fenómeno es similar a escuchar un martilleo, pero en un nivel microscópico. La frecuencia de estos impactos depende de la geometría interna y las RPM. En sus etapas iniciales, estos pulsos no desplazan la masa de la máquina, por lo que son invisibles en la velocidad global. Es imperativo utilizar acelerómetros de alta frecuencia y técnicas como la de envolvente de aceleración para aislar estos pulsos del ruido de fondo de la máquina esto para realizar la discreción sobre los otros y poder encontrar modo de fallo adecuado según el espectro.
4. Frecuencias asíncronas y la geometría del diagnóstico
Una revelación crítica en este campo es la naturaleza asíncrona de las fallas en rodamientos. A diferencia de los problemas estructurales (desbalanceo o desalineación) que generan picos en múltiplos enteros (1X, 2X, 3X RPM), los rodamientos generan señales en frecuencias decimales.
Las frecuencias características del rodamiento
Las frecuencias de falla dependen exclusivamente del diseño geométrico interno. Los parámetros fundamentales son el número de elementos rodantes (N), el diámetro de los elementos (d), el diámetro de paso (D) y el ángulo de contacto (alpha α). Al multiplicar estos factores por la frecuencia de giro (f), obtenemos las cuatro firmas fundamentales:
• BPFO (Ball Pass Frequency Outer): Impactos en la pista externa.
La frecuencia de paso de elementos rodantes por la pista externa, representa el ritmo al que los elementos rodantes (bolas o rodillos) golpean una imperfección ubicada en el anillo exterior del rodamiento.
Como la pista exterior suele estar estacionaria (de forma fija) en la carcasa, la zona de carga es constante, entonces cada vez que una bola pasa por la carie o grieta en la pista externa, se genera un pulso de energía que suele aparecer como un pico claro y estable en el espectro, a menudo acompañado de armónicos (2xBPFO, 3xBPFO), pero generalmente sin bandas laterales significativas, ya que la carga sobre el defecto es constante.
• BPFI (Ball Pass Frequency Inner): Impactos en la pista interna.
Frecuencia de paso de elementos rodantes por la pista interna, a diferencia de la pista externa, el anillo interno generalmente gira con el eje. Esto significa que la imperfección está entrando y saliendo constantemente de la zona de carga del rodamiento.
En otras palabras, las frecuencias BPFI aparecen en el espectro debido a que el defecto rota y pasa por zonas de mayor y menor carga, la amplitud de los impactos varía. Esto es lo que hace la generación de las bandas laterales (sidebands) alrededor del pico, espaciadas a la velocidad de giro del eje (1x RPM), Esta modulación es la firma clave para distinguir un problema de pista interna.
• BSF (Ball Spin Frequency): Defectos en los elementos rodantes.
BSF es la frecuencia de giro del elemento rodante, nos muestra la velocidad a la que la bola o rodillo gira sobre su propio eje. Si una bola tiene un defecto (una grieta o parte plana), golpeará tanto la pista interna como la externa en cada revolución propia.
Es muy común que se generen armónicos (2xBSF) dado que la bola defectuosa orbita alrededor del rodamiento, entra y sale de la zona de carga transportada por la jaula. Esto suele modular la señal, creando bandas laterales espaciadas a la frecuencia de la jaula (FTF).
• FTF (Fundamental Train Frequency): Problemas en la jaula o canastilla.
La ultima frecuencia es la fundamental del tren (o frecuencia de jaula). Cual nos habla de la velocidad rotacional del conjunto de la jaula que mantiene separados los elementos rodantes.
Algo curioso y básico de saber es que las jaulas giran a una velocidad menor que el eje (es subsíncrona), típicamente alrededor del 40% de las RPM (0.4x), y cuando vemos este tren en el espectro es raro ver un pico fuerte solo en FTF a menos que nos este indicando que la jaula esté rota o rozando. La aparición de esta frecuencia es mas común como moduladora, ya que se ve como la distancia de separación entre picos o bandas laterales alrededor de otras frecuencias (como en el caso de fallo de bola BSF).
La aparición de estos picos específicos en el espectro nos indican la prueba científica en este caso del rodamiento de que ha perdido su integridad superficial. Por eso, es vital conocer la marca y modelo exacto del componente que se quiere evaluar, esto es algo vital para el monitoreo y diagnostico que se trata en el siguiente punto.
Dependencia Geométrica y Precisión del Diagnóstico
Es crítico comprender que estas frecuencias, son geométricamente dependientes.
Esto quiere decir que, dos rodamientos pueden tener la misma designación respecto a sus códigos ISO y servir para la misma aplicación, pero si son de marcas diferentes, su construcción interna (número de bolas, diámetro de paso) variará, alterando así a los factores de cálculo y, desplazando las frecuencias de falla esperadas en el espectro de la transformada rápida de fourier (FFT). Por ello, para un diagnóstico preciso que distinga entre un defecto real y otras fuentes de vibración, el analista debe conocer la marca y modelo exacto del rodamiento instalado para calcular sus frecuencias de falla particulares
5. El rol del análisis de vibraciones en la Curva P-F
El CBM (monitoreo de condición) busca ubicar al activo dentro de la curva P-F, maximizando el intervalo de preaviso para evitar fallas catastróficas. En los rodamientos, el análisis de vibraciones es la herramienta más potente para identificar la progresión del daño.
Etapas de la degradación vibratoria
Etapa 1 (Punto P): La falla es apenas una microgrieta superficial. Se detecta únicamente mediante energía de alta frecuencia (ultrasonido o Shock Pulse). No hay ruido ni calor.
Etapa 2: El daño crece. Aparecen las frecuencias fundamentales (BPFO, BPFI) y se incrementa el ruido de fondo en el espectro de alta frecuencia.
Etapa 3: Aparecen armónicos de las frecuencias de falla acompañados de bandas laterales espaciadas a 1X RPM. El daño es visible al desmontar el rodamiento.
Etapa 4 (Fallo Funcional): La vibración global se dispara. Los picos de frecuencia del rodamiento desaparecen o son enmascarados por un piso de ruido elevado. La temperatura es crítica y el colapso mecánico es inminente.
Dominar esta curva nos permite a nivel organizacional intervenir en las etapas 2 o 3, transformando el mantenimiento de una emergencia reactiva en una gestión planificada que protege la integridad estructural del equipo.
6. Desafíos y cuidados esenciales en el monitoreo
No todos los daños en rodamientos son fáciles de diagnosticar. Existen condiciones que pueden confundir al analista o que requieren una atención especial en el protocolo de captura.
Lubricación y picos espectrales: Un exceso de grasa puede amortiguar temporalmente los impactos, ocultando una falla real. Por el contrario, una falta de lubricación genera una señal de "ruido blanco" en alta frecuencia antes de que aparezcan los picos de falla específicos.
Montaje y precargas: Un rodamiento instalado con golpes o con un ajuste excesivo mostrará niveles altos de BPFI desde el primer minuto de operación, indicando una deformación plástica inicial que reducirá drásticamente su vida útil.
Sellos e ingreso de contaminantes: El analista debe verificar la integridad de los sellos. Si se detecta un incremento en las amplitudes de alta frecuencia sin picos discretos, es probable que exista contaminación por partículas sólidas que están rayando las pistas de forma aleatoria.
Conclusión
El análisis de los modos de falla en rodamientos y su relación con las vibraciones es una disciplina que une la física de daño respecto a los materiales y la operación con el procesamiento avanzado de señales. Comprender el aspecto más determinante como la fatiga, que es un proceso acumulativo de cargas dinámicas permite al ingeniero de confiabilidad atacar las causas raíz como el desbalanceo o la desalineación antes de que estas destruyan el soporte rotativo.
El monitoreo, el diagnóstico y evaluación con carácter proactivo busca mitigar los efectos negativos consecuencias de las fallas desde los aspectos de la producción y seguridad que se ven reflejados en todo sentido en lo financiero por la aparición de fallas sostenidas en el tiempo, de tal modo que, la capacidad del analista de identificar a la forma en la que fallan los rodamientos por las frecuencias asíncronas y pulsos de energía de alta frecuencia es muy importante para el éxito de una estrategia de mantenimiento de preventivo y del monitoreo basado en la condición (CBM), involucrándose además en gestionar las condiciones de lubricación, montaje y precisión dinámica para asegurar que cada componente alcance y supere su vida útil de diseño.
En un entorno industrial altamente competitivo, quienes poseen las competencias para interpretar correctamente las vibraciones en rodamientos serán los guardianes de la integridad de los activos más valiosos de la organización.
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