Tecnología de Cojinetes y Rodamientos: Clasificación, Rangos de Operación y Prevención de Fallas

Fundamentos de Cojinetes de Deslizamiento

1. Definición y Misión de los Cojinetes

Un cojinete está constituido por dos piezas en contacto, o con una película lubricante interpuesta, con movimiento relativo entre sí. La misión principal de un cojinete es mantener la posición relativa entre los elementos de contacto y minimizar las fuerzas de rozamiento.

Clasificación General

Los cojinetes se clasifican en dos grandes grupos:

1. Cojinetes de deslizamiento
2. Cojinetes de rodadura, o rodamientos.

2. Rangos de Operación: Gráfica Carga vs. Velocidad de Giro

A continuación, se describen los diferentes rangos de operación de los cojinetes en función de la carga y la velocidad de giro:

• a) Frotamiento Seco: Conforme aumenta la carga, la velocidad de giro disminuye. Este rango de operación es muy corto.
• b) Elemento Rodante (Rodamientos): Soporta grandes cargas y puede alcanzar una velocidad de giro de unas 5000 rps (revoluciones por segundo) para una carga de aproximadamente 800 N.
• c) Metal Poroso (Sinterizados): Es el que menor carga soporta. Conforme aumenta esta, la velocidad de giro desciende hasta unas 50 rps para una carga de 80 000 N.
• d) Película Fluida (Hidrodinámicos): Es la mejor opción, ya que soporta la mayor carga y permite la mayor velocidad de giro, siendo la carga máxima $10^7$ N a una velocidad de 500 rps.

3. Tipos de Cojinete Macizo

Los cojinetes macizos se clasifican según dos criterios:

3.1. Atendiendo al Número de Capas de Material

1. Cojinete macizo (monocapa)
2. Cojinete de dos materiales
3. Cojinete de tres materiales

3.2. Atendiendo al Modo de Lubricación

1. De película fluida
2. Sinterizados
3. De lubricante sólido
4. De fricción seca

4. Cojinetes de Deslizamiento Específicos

4.1. Cojinete de Película Fluida (Hidrodinámico)

Las dos superficies concordantes, dotadas de movimiento relativo entre sí, están completamente separadas por una película lubricante. La presión generada dentro del fluido soporta la carga aplicada, y la resistencia por fricción al movimiento se origina completamente del cortante del fluido viscoso. Este cojinete precisa de una holgura radial entre el cojinete y el manguito con el fin de poder cumplir correctamente su función.

4.2. Cojinete Sinterizado (Oleodinámico)

Fabricados a partir de polvo de bronce o hierro sinterizado. Funcionan bajo un tipo de fricción oleodinámico (no hay contacto directo eje-cojinete). El aceite se libera de la estructura porosa debido a la dilatación del mismo, y se sitúa en la interfaz eje-cojinete. Cuando deja de girar, el aceite es reabsorbido. Tipos: Bronce y Hierro.

4.3. Cojinete de Lubricante Sólido

Se utilizan cuando las condiciones de temperatura son muy exigentes. Tipos:

• Laminados: Sobre una o más capas se deposita una de lubricante sólido (ej. Bisulfuro de molibdeno, grafito).
• Taladrados: El cilindro del cojinete está perforado, y los orificios están rellenos de lubricante sólido (ej. grafito).

4.4. Cojinete Sin Lubricación (Libre de Mantenimiento)

Son cojinetes en los que no es preciso lubricar, lo que se traduce en un bajo o nulo mantenimiento. Esto no significa que no tengan lubricación, sino que esta es inherente al material o al diseño. La lubricación siempre es deseable, pero hay ocasiones (como en aplicaciones sumergidas) en las que no es posible garantizarla de forma externa.

Rodamientos (Cojinetes de Rodadura)

5. Fallos Prematuros en Rodamientos: Causas y Porcentajes

Los fallos en los rodamientos suelen ser costosos y pueden paralizar la producción. Las principales causas de fallos prematuros son:

1. Lubricación Deficiente o Inadecuada (36%): Por falta de lubricación o por aplicaciones incorrectas de los lubricantes.
2. Fatiga Prematura (34%): Ocurre en rodamientos que están sobrecargados o sometidos a esfuerzos excesivos.
3. Montaje Deficiente (16%): Resultado del uso de la fuerza bruta e ignorando la existencia de las herramientas correctas para el montaje.
4. Contaminación (14%): Las partículas contaminantes pueden dañar gravemente las superficies de rodadura.