Introducción

Además de los problemas mecánicos propios de las máquinas rotativas en general como desequilibrio, desalineación, eje doblado, excentricidad, resonancia, etc. existen algunos problemas o defectos propios de los cojinetes de fricción como son: excesivas holguras, remolino de aceite e inadecuada lubricación.

Excesiva holgura

Para que un problema de holguras se manifieste es necesario que existan fuerzas de excitación exteriores que pueden ser debidas a desequilibrios, desalineaciones, etc. que exciten el problema, pudiendo originarse elevados niveles de vibración. Un cojinete con excesiva holgura es menos capaz de absorber las fuerzas debidas a problemas mecánicos y da lugar a altos niveles de vibración a 1x, 2x RPM y armónicos superiores. También pueden aparecer medios armónicos (1.5x, 2.5x, 3.5x RPM, etc.) y subarmónicos (0.5x RPM), como se ha comentado en el capítulo de holguras. La holgura condiciona la posición del eje dentro del cojinete, de forma que un huelgo excesivo, puede dar lugar a un posicionamiento incorrecto, y en consecuencia, a un fenómeno de desalineación, con la aparición de las vibraciones y frecuencias características de este problema.

Remolino de aceite

El remolino de aceite es un problema típico de cojinetes de fricción. Este problema ocurre principalmente en máquinas con cojinetes de lubricación hidrodinámica a presión y operando a velocidades de giro elevadas, normalmente por encima de la velocidad crítica del rotor. La vibración típica associada al remolino de aceite es subsíncrona, presentando en el espectro una frecuencia en un rango entre 0,43 y 0,48x RPM, pudiendo producir daños catastróficos si la velocidad de giro del rotor es el doble de la velocidad crítica, debido a la excitación de la frecuencia natural del rotor. A este fenómeno se le conoce con el nombre de latigazo de aceite.

A continuación describiremos un poco mas en detalle el fenómeno del remolino de aceite en cojinetes de fricción. En condiciones normales de funcionamiento, el rotor se ubica dentro del cojinete en una posición excéntrica, sobre una película de aceite. El movimiento de rotación del eje bombea aceite creando una cuña de alta presión que soporta la carga del eje. Aguas abajo la presion que soporta el fluido es menor que aguas arriba. Esta diferencia de presiones origina una fuerza tangencial en el eje en la dirección de la rotación que es la causa de la vibración en el rotor. EI valor típico de la frecuencia característica de este movimiento se encuentra directamente relacionado con la velocidad de arrastre de la película de aceite. En efecto, como todo fluido viscoso en movimiento, la capa molecular de aceite en contacto con el rotor gira a la velocidad de este, mientras que las adyacentes son arrastradas por fuerzas de cortadura hasta que la capa adyacente al cojinete tiene velocidad nula. Normalmente, las fuerzas que produce este fenómeno, son pequeñas comparadas con las cargas estáticas o dinámicas que actúan sobre el cojinete. Sin embargo, ocurre a veces que tales fuerzas de remolino de aceite son las principales, y de aquí el peligro de este fenómeno.

Esto, unido a que el defecto es inestable, hace que tenga que ser tratado con especial atención, analizando todas las posibles causas que originan su aparición.

EI fenómeno de remolino de aceite es a menudo atribuido a diseños inadecuados del cojinete. Por ejemplo, si la carga estática del eje en el cojinete es muy ligera entonces la fuerza generada por la rotación de la película de aceite puede ser la fuerza dominante, en cuyo caso la máquina será muy susceptible al remolino de aceite. Un excesivo desgaste del cojinete es un problema que contribuye al remolino de aceite. La tendencia de la máquina para desarrollar el remolino de aceite depende de la cantidad de excentricidad del eje con los cojinetes. Sin embargo, en un cojinete desgastado, el eje girará más y más excéntrico y aumentará el desgaste del cojinete y por lo tanto aumentará la probabilidad del remolino de aceite. Un aumento de la presión del aceite o su viscosidad pueden aumentar también la posibilidad de que se produzca remolino de aceite. Cuando se localiza un problema de remolino de aceite, se pueden aplicar soluciones temporales para su corrección como son: aumentar la temperatura que produce una disminución de la viscosidad y un aumento de la carga del cojinete, introduciendo un ligero desequilibrio o una desalineación. En la actualidad existen diseños especiales encaminados a reducir la aparición del remolino de aceite.

En la siguiente figura presentamos un espectro característico de un problema de remolino de aceite. El espectro fue tomado registrando la señal en la salida de tipo buffer del panel frontal de un sistema de monitorización en continuo de una motobomba vertical de refrigeración de una central nuclear, y se observa un pico dominante a 0,47×RPM. Durante la toma de datos se observó cómo la amplitud del pico es muy variable, característica que muestra la inestabilidad del fenómeno en sí.

Lubricación deficiente

Cuando falla el sistema de lubricación o el aceite empleado no es el adecuado, puede llegar al rozamiento seco entre rotor y cojinete, originándose una vibración tangencial como en el caso anterior, pero conceptualmente distinta y de frecuencia también muy distinta, generalmente alta y no relacionada con las RPM de la máquina.