Vamos a sumergirnos en el descubrimiento de problemas mientras recorremos los paisajes de la innovación y la maestría técnica para examinar las fallas en los componentes de compresión de gas: esos contratiempos silenciosos que encierran una riqueza de lecciones. Mediante un análisis minucioso, se revelan las historias grabadas en estos componentes, donde cada falla constituye un capítulo en la gran narrativa del progreso. Expondremos diversos factores, desde anomalías de fabricación hasta desafíos ambientales y tensiones operativas imprevistas. Esta columna tiene el objetivo de ofrecer una hoja de ruta para navegar por el intrincado panorama de la mejora continua.
Por Jim Dettore
En el ámbito de la compresión de gas, las fallas en los rodamientos de los ventiladores de refrigeración son tan habituales que muchas personas ya no se preguntan por qué fallan; más bien preguntan: “¿con qué rapidez podemos reemplazarlos?”.
Basta con sustituir unos cuantos soportes de bloque (chumaceras), pulir los ejes y recargar las pistolas de engrase para volver a poner la unidad en funcionamiento, al menos de forma temporal. Si avanzamos unos meses – o, en ocasiones, unas semanas – el ciclo se repite, aunque esta vez durante un turno diferente.
Esta columna aborda uno de los factores que contribuyen a dichas fallas y que, a su vez, es uno de los más incomprendidos: el exceso de engrase en los rodamientos de elementos rodantes, particularmente en los rodamientos de rodillos que soportan los ejes de los ventiladores de refrigeración.
Lo que hace que este tema resulte incómodo es que la mayoría de estas fallas son autoinfligidas.
Los rodamientos no son defectuosos. Los ejes tienen el dimensionamiento adecuado. Las cargas suelen ser razonables.
El daño es consecuencia de buenas intenciones aplicadas sin comprender lo que realmente está ocurriendo en el interior del rodamiento.
LA CONFIGURACIÓN QUE TODOS CONOCEN
La configuración incluye la disposición habitual de un ventilador de refrigeración, accionado por correa o acoplamiento directo, soportado por rodamientos de rodillos esféricos o cilíndricos alojados en soportes partidos (chumaceras). Las velocidades del eje son bajas en comparación con las de los motores eléctricos, pero las cargas son considerables. El entorno es sucio, caluroso y casi siempre a la intemperie.
En algún momento, alguien observa que la grasa se purga a través de los sellos o, lo que es peor, nota que no se purga y concluye que el rodamiento “necesita grasa”. Lo que comenzó como unas pocas pulsaciones se convierte en varias, especialmente cuando se instruye a los técnicos para que “bombeen hasta ver grasa fresca”.
Posteriormente, el rodamiento funciona a una temperatura ligeramente superior, lo que permite que la vibración se instale de forma gradual. Con el tiempo, el rodamiento falla, a menudo de manera lo suficientemente violenta como para dañar el eje. Con frecuencia, se culpa injustamente a los rodamientos por la avería.
POR QUÉ EL EXCESO DE GRASA NO ES INNOFENSIVO
Los rodamientos de elementos rodantes requieren únicamente la cantidad de lubricante necesaria para formar una película separadora entre las superficies de rodadura y las pistas. Añadir un exceso de grasa puede desencadenar daños generalizados.
En primer lugar, los elementos rodantes deben abrirse paso a través de la grasa en lugar de hacerlo a través del aceite. Esto genera pérdidas por batido, y dichas pérdidas se transforman directamente en calor. Ese calor no se disipa con facilidad, especialmente dentro de los soportes partidos montados cerca de equipos de refrigeración calientes.
A medida que aumenta la temperatura, la fracción oleosa de la grasa se separa y se filtra, dejando atrás el espesante. Lo que comenzó como una “lubricación adicional” se convierte rápidamente en una falta crítica de lubricación.
Ahora el rodamiento funciona a alta temperatura, parcialmente seco y bajo carga: precisamente las condiciones que se suponía que la grasa debía evitar.
Si los rodamientos pudieran hablar, la mayoría de ellos no se quejarían de la carga, la velocidad ni el diseño; se quejarían de la grasa.
A lo largo de innumerables investigaciones y estudios de ingeniería, se repite un mismo patrón: la mayoría de las fallas en los rodamientos no son causadas por piezas defectuosas ni por mala suerte, sino por la lubricación. Las estimaciones sitúan habitualmente esa cifra por encima del 70%. Esta estadística adquiere un sentido inquietante una vez que se comprende que la mayoría de los rodamientos actualmente en servicio siguen lubricándose de forma manual.
Las pistolas de engrase no se cansan; las personas, sí. La fuerza laboral de mantenimiento actual es más reducida, está más sobrecargada y, a menudo, cuenta con menos experiencia que la de hace una generación. El incumplimiento de los intervalos, el uso de una grasa inadecuada, el exceso de grasa o la falta de ella son factores que se acumulan. Los rodamientos no fallan de repente; fallan pacientemente mientras todos están ocupados.
Durante años, la respuesta de la industria ha sido automatizar el problema. Los lubricadores de punto único prometían consistencia, ahorro de mano de obra y tranquilidad. Los resultados han sido desiguales. En el mundo real, muchos de estos dispositivos lubrican de forma insuficiente, se obstruyen, se quedan vacíos o, silenciosamente, dejan de funcionar por completo. El rodamiento sigue girando, el panel de control permanece en verde y el daño continúa aumentando.
Hay otro problema y es uno que nadie quiere admitir: la mezcla de grasas. Sobre el papel, la grasa es grasa; pero ese no es el caso dentro del rodamiento. Mezclar grasas incompatibles puede provocar que el sistema espesante se ablande, se endurezca, se separe o se solidifique por completo. El aceite se filtra hacia afuera, el espesante se transforma en una masa similar a la arcilla y lo que se suponía que debía lubricar el rodamiento ahora actúa como un tapón. Los elementos rodantes sufren de falta de lubricación mientras la grasa permanece a escasos centímetros, sin hacer nada más que mantener su forma.
Esto suele ocurrir durante tareas de mantenimiento bienintencionadas: una recarga con una grasa diferente, la llegada de un nuevo proveedor o el uso de un cartucho distinto en un lubricador automático. El rodamiento no distingue la diferencia entre lo “similar” y lo “compatible”; solo percibe si el aceite está llegando o no a la zona de contacto.
La conclusión fundamental es que la lubricación es un sistema, no una simple tarea. Cuando se trata como un mero elemento de una lista de verificación, los fallos se repiten. Cuando se comprende, se verifica y se respeta, los rodamientos tienden a tener una vida larga y silenciosa, exactamente como se supone que debe ser.
EL AGUA QUE NO INTENTABA AGREGAR
Otro factor que contribuye a las fallas en los rodamientos de los enfriadores se manifiesta durante el mantenimiento rutinario, y no durante la operación.
El lavado a alta presión es un método eficaz para limpiar las aletas de los enfriadores, pero también constituye una excelente manera de forzar la entrada de agua a través de los sellos de los rodamientos. Los sellos de los rodamientos y de los soportes tipo chumacera están diseñados para retener el lubricante y excluir contaminantes bajo condiciones normales, no para resistir el impacto directo de agua a alta presión.
Una vez que el agua penetra en la cavidad del rodamiento, diluye la grasa, reduce la resistencia de la película de aceite y fomenta la corrosión en las pistas de rodadura, los elementos rodantes y los ejes. Incluso pequeñas cantidades de humedad pueden iniciar la corrosión por picaduras, la cual posteriormente se convierte en un concentrador de tensiones y puede acelerar el proceso de fatiga.
En muchos casos, el deterioro del rodamiento comienza poco después de la limpieza; sin embargo, la relación causal pasa desapercibida debido a que el daño se originó durante las labores de mantenimiento y no durante la operación del equipo.
EL MITO DE LA PURGA DE GRASA
Uno de los hábitos de lubricación más arraigados en el ámbito industrial consiste en purgar la grasa hasta que esta emerge, fresca, a través de los sellos. Esta práctica proviene de aplicaciones en motores eléctricos de alta velocidad, los cuales emplean rodamientos de tamaño reducido y disponen de vías de alivio de presión controladas.
Los rodamientos de los ventiladores de enfriamiento no corresponden a ese tipo de rodamientos. En muchas carcasas de soportes tipo chumacera, la purga de grasa simplemente satura la cavidad y atrapa la presión en su interior. Como consecuencia, los sellos pueden desplazarse, mientras que la grasa migra hacia zonas donde no debería estar, como por ejemplo hacia el interior de la pista de rodadura o alejándose de ella.
Observar que la grasa emerge a través del sello no constituye una confirmación de que la lubricación sea correcta; muy a menudo, lo que confirma es precisamente lo contrario.
CALOR: EL MULTIPLICADOR SILENCIOSO
Una vez que la temperatura del rodamiento se eleva, el daño se acelera rápidamente debido a una mayor oxidación de la grasa, una disminución de la viscosidad y el colapso del espesor de la película de aceite.
Los elementos rodantes (rodillos) comienzan a sufrir pequeños deslizamientos en lugar de rodar fluidamente. Se inicia entonces el deterioro superficial en las pistas de rodadura. Es posible que el rodamiento aún emita un sonido aparentemente “normal”, pero, internamente, el reloj de la falla ya ha comenzado su cuenta regresiva.
En los servicios de compresión de gas, este incremento térmico suele pasar desapercibido, dado que los ventiladores de enfriamiento operan, por naturaleza, en entornos de temperatura elevada. Para el momento en que la decoloración o las vibraciones se tornan evidentes, el daño ya se ha consumado.
DÓNDE SE ENCUENTRA REALMENTE LA EVIDENCIA
Uno de los indicadores más reveladores de este tipo de fallas no se encuentra en el rodamiento en sí, sino en el eje.
Los rodamientos que han sido sometidos a excesiva lubricación o a un sobrecalentamiento suelen perder el ajuste por interferencia adecuado entre el aro interior y el eje. Se inician micromovimientos, seguidos de una corrosión por frotamiento que se manifiesta como un polvo de color pardo rojizo y bandas pulidas en el asiento del rodamiento.
Una vez que comienza la corrosión por frotamiento, el eje se convierte en un componente de desgaste. La instalación de un rodamiento nuevo sobre un eje dañado rara vez tiene un buen desenlace, dado que no se ha abordado la causa raíz del problema. De hecho, la siguiente falla suele producirse con mayor rapidez que la anterior.
FALSO BRINELADO Y MICROMOVIMIENTO
El falso brinelado (brinelling) es una anomalía de desgaste que se produce cuando un rodamiento de elementos rodantes se encuentra estacionario o funciona con un movimiento oscilatorio muy reducido mientras está expuesto a vibraciones. En estas condiciones, a menudo combinadas con una formación inadecuada de la película lubricante, las asperezas superficiales (diminutas protuberancias) de los elementos rodantes interactúan repetidamente con las asperezas de la pista de rodadura. Este micromovimiento genera depresiones superficiales o “puntos bajos” en la pista.
Estas marcas se confunden con frecuencia con el verdadero brinelado. Sin embargo, a diferencia del verdadero brinelado, que es el resultado de cargas estáticas o de impacto elevadas que deforman plásticamente (abollan) la pista de rodadura, el falso brinelado constituye un mecanismo de desgaste por frotamiento. El daño es provocado por la vibración, el microdeslizamiento y la falta de lubricación, y no por una sobrecarga.
El falso brinelado se observa habitualmente en equipos sometidos a vibraciones durante el transporte, a servicios en estado de espera (standby) o a un funcionamiento intermitente.
Dado que los patrones de desgaste se asemejan visualmente al verdadero brinelado, el falso brinelado suele diagnosticarse de forma errónea. Esto conduce a la adopción de medidas correctivas incorrectas, como aumentar la capacidad de carga del rodamiento, mientras que los verdaderos factores causantes (el control de las vibraciones y una estrategia de lubricación adecuada) permanecen sin ser abordados, lo que da lugar a fallos recurrentes.
CUANDO UN EJE SE ROMPE Y NADIE DETECTA LA CAUSA
En un caso concreto, una unidad de ventilación de refrigeración sufrió una parada inesperada cuando el eje del ventilador se fracturó por torsión. A primera vista, el fallo parecía un caso de manual: una fractura por fatiga torsional iniciada en un chavetero, un punto que se considera un concentrador de tensiones conocido y previsible en los ejes rotativos.
Los chaveteros interrumpen la sección transversal uniforme del eje y, por naturaleza, concentran las tensiones bajo cargas torsionales cíclicas. En condiciones normales, esta concentración de tensiones se tiene en cuenta durante la fase de diseño. Las cargas de funcionamiento, los niveles de vibración y la alineación se encontraban dentro de los límites normales, lo que convertía el fallo en un enigma. Sin embargo, un examen más minucioso reveló una historia diferente.
Se detectaron picaduras por corrosión en la base del chavetero, las cuales habían quedado ocultas bajo la capa de pintura. El eje se había corroído antes de recibir dicho recubrimiento. Estas picaduras aumentaron drásticamente la concentración local de tensiones, superando con creces la que habría generado el chavetero por sí solo. La situación se caracterizaba por la presencia de cargas y vibraciones normales, por lo que no se trataba de un problema del rodamiento; más bien, la causa del fallo residía en una condición superficial anómala.
Las picaduras por corrosión se convirtieron en puntos de iniciación de grietas, y las cargas torsionales cíclicas hicieron el resto. El eje no falló a consecuencia de un uso abusivo; la falla se produjo porque el estado de la superficie transformó un concentrador de tensiones habitual en un defecto crítico.
LA CADENA DE FALLAS QUE NADIE QUIERE ASUMIR
Cuando se analizan objetivamente las fallas en los rodamientos de los ventiladores de refrigeración, la secuencia resulta notablemente constante:
• Se añade un exceso de grasa.
• Aumentan las pérdidas por batido.
• Se eleva la temperatura del rodamiento.
• El aceite de la grasa se separa y se agota.
• Se produce una falta de lubricación.
• Comienza el deterioro superficial.
• Aumentan la vibración y el ruido.
• Se inicia el frotamiento en el eje.
• El rodamiento y el eje fallan simultáneamente.
En ningún punto de esta cadena la solución consistió en añadir más grasa.
POR QUÉ NO SE APLICAN LAS REGLAS DE LOS MOTORES
Una de las razones por las que persisten estas fallas es la transferencia incorrecta de las prácticas de lubricación de los motores eléctricos a los ventiladores de refrigeración. Tratar a ambos como equivalentes garantiza la aparición de problemas.
Los rodamientos de los motores eléctricos operan a alta velocidad y baja carga, y contienen pequeños volúmenes de grasa.
Los rodamientos de los ventiladores de refrigeración operan a baja velocidad y alta carga; poseen grandes cavidades para la grasa y presentan características deficientes de purga.
LO QUE REALMENTE FUNCIONA
Los operadores que logran romper este ciclo realizan algunas acciones sencillas de manera diferente:
• Lubrican por volumen, no por percepción táctil.
• Reducen la frecuencia de lubricación en lugar de aumentarla.
• Monitorean la temperatura del rodamiento después de la lubricación.
• Inspeccionan los ejes durante cada reemplazo de rodamientos.
• Interpretan el desgaste por frotamiento como una prueba de falla, no como un daño meramente estético.
• Capacitan a los técnicos sobre el “porqué” fallan los rodamientos, no solo sobre el “cómo” reemplazarlos.
Lo más importante: abandonan la idea de que la grasa es un seguro económico.
REFLEXIÓN FINAL
Los patrones son fundamentales en el análisis de fallas. Las fallas en los rodamientos de los ventiladores de refrigeración en sistemas de compresión de gas constituyen uno de los ejemplos más claros en los que la evidencia apunta, de manera consistente, hacia la intervención humana.
El exceso de lubricación da una sensación de proactividad, ya que aparenta ser una conducta responsable. Sin embargo, en los rodamientos de elementos rodantes, especialmente en los ejes de los ventiladores de refrigeración, suele ser el primer paso hacia la falla.
El rodamiento no falló por falta de grasa; falló por exceso de ella. Eso es, precisamente, “lo que salió mal”.
SOBRE EL AUTOR:
Jim Dettore es presidente de Failure Analysis Services Inc. y es reconocido por su experiencia, así como por la calidad y profundidad de sus programas de formación y consultoría en análisis de fallos. La formación de Jim incluye una amplia capacitación técnica y gerencial, incluyendo la certificación “Cinturón Negro” (Black Belt) en la metodología LEAN CPS 6 Sigma. Puede contactarlo por correo electrónico en jimdettore@fas-training.com.
