Desde un pequeño carrito de supermercado hasta enormes centrales eléctricas, un gran número de equipos tanto ligeros como industriales no podrían funcionar sin el uso de rodamientos de alguna forma.

Los rodamientos son un componente tribológico crucial de muchos tipos de maquinaria y existen en una gran variedad de formas. Pueden definirse como un componente que soporta/permite sólo un tipo específico de movimiento (restricción de grados de libertad) en un sistema que puede estar bajo carga estática o dinámica.

Un ejemplo es una puerta corredera. La puerta no puede ser levantada o removida de su lugar. Sólo permite el deslizamiento para abrirla. El movimiento posible se limita al deslizamiento mediante cojinetes.

¿Cuál es el propósito de los cojinetes?

El propósito principal de los cojinetes es evitar el contacto directo de metal con metal entre dos elementos que están en movimiento relativo. Esto evita la fricción, la generación de calor y, en última instancia, el desgaste de las piezas. También reduce el consumo de energía, ya que el movimiento de deslizamiento se sustituye por una rodadura de baja fricción.

También transmiten la carga del elemento giratorio al alojamiento. Esta carga puede ser radial, axial o una combinación de ambas. Un rodamiento también restringe la libertad de movimiento de las partes móviles a direcciones predefinidas, como se ha comentado anteriormente.

Rodamientos de elementos rodantes

Los rodamientos de elementos rodantes contienen elementos rodantes en forma de bolas o cilindros. Sabemos que es más fácil hacer rodar una rueda que deslizarla por el suelo, ya que la magnitud de la fricción de rodadura es menor que la de deslizamiento. En este caso se aplica el mismo principio. Los rodamientos se utilizan para facilitar el movimiento libre de las piezas en movimiento de rotación.

Incluso cuando necesitamos movimiento lineal en las aplicaciones, es fácil convertir el movimiento de rotación en movimiento de deslizamiento. Consideremos una escalera mecánica o una cinta transportadora. Aunque el movimiento es lineal, está impulsado por rodillos que son accionados por motores.

Otro ejemplo es una bomba recíproca que puede convertir la energía de rotación de un motor en movimiento de traslación con la ayuda de enlaces. En cada una de estas aplicaciones, se utilizan rodamientos de bolas para soportar los ejes del motor, así como los ejes de otros rodillos en el conjunto.

Los elementos rodantes soportan la carga sin mucha fricción, ya que la fricción de deslizamiento se sustituye por la fricción de rodadura. Los rodamientos de elementos rodantes pueden subdividirse en dos tipos principales: rodamientos de bolas y rodamientos de rodillos.

Rodamientos de bolas

Los rodamientos de bolas son uno de los tipos más comunes de clases de rodamientos utilizados. Constan de una fila de bolas como elementos rodantes. Están atrapadas entre dos piezas metálicas en forma de anillo. Estas piezas metálicas se conocen como pistas. La pista interior es libre de girar mientras que la pista exterior es estacionaria.

Los rodamientos de bolas proporcionan una fricción muy baja durante la rodadura pero tienen una capacidad de carga limitada. Esto se debe a la pequeña área de contacto entre las bolas y las pistas. Pueden soportar cargas axiales en dos direcciones además de cargas radiales.

Los rodamientos de bolas se utilizan para controlar el movimiento oscilatorio y rotativo. Por ejemplo, en los motores eléctricos en los que el eje puede girar libremente pero la carcasa del motor no, los rodamientos de bolas se utilizan para conectar el eje a la carcasa del motor.

Dependiendo de la aplicación, se puede elegir entre diferentes tipos de rodamientos de bolas.

Ventajas de los rodamientos de bolas:

• Buena resistencia al desgaste
• No necesitan mucha lubricación
• Proporcionan poca fricción, por lo tanto poca pérdida de energía
• Larga vida útil
• Fácil de reemplazar
• Pequeñas dimensiones generales
• Comparablemente baratos
• Pueden soportar cargas de empuje

Desventajas de los rodamientos de bolas:

• Pueden romperse por golpes
• Pueden ser bastante ruidosos
• No pueden soportar grandes pesos

Rodamientos de bolas de ranura profunda

Es el tipo de rodamiento de bolas más utilizado. Entre las dos pistas hay un anillo de bolas que transmite la carga y permite el movimiento de rotación entre las dos pistas. Las bolas se mantienen en su lugar mediante un retén.

Tienen una fricción de rodadura muy baja y están optimizados para un bajo nivel de ruido y vibraciones. Esto los hace ideales para aplicaciones de alta velocidad.

Son comparativamente fáciles de instalar y requieren un mantenimiento mínimo. Hay que tener cuidado durante la instalación para evitar que se abollen los anillos de rodadura, ya que tienen que ajustarse a presión en los ejes.

Rodamientos de Bolas de Contacto Angular

En este tipo de rodamiento de bolas, las pistas interior y exterior están desplazadas entre sí a lo largo del eje del rodamiento. Este tipo está diseñado para soportar mayores cantidades de cargas axiales en ambas direcciones, además de las cargas radiales.

Debido al desplazamiento de las pistas interiores y exteriores, la carga axial puede ser transferida a través del rodamiento al alojamiento. Este rodamiento es adecuado para aplicaciones en las que se requiere un guiado axial rígido.

Los rodamientos de contacto angular se utilizan ampliamente en equipos agrícolas, automóviles, cajas de cambio, bombas y otras aplicaciones de alta velocidad.

Rodamientos de bolas autoalineables

Este tipo de rodamiento de bolas es inmune a la desalineación entre el eje y el alojamiento que puede producirse debido a la desviación del eje o a errores de montaje.

El anillo interior tiene ranuras profundas similares a las de los rodamientos de bolas de ranura profunda, seguidas por dos hileras de bolas y el anillo exterior. El anillo exterior tiene una forma cóncava y esto concede al anillo interior cierta libertad para reorganizarse en función de la desalineación.

Rodamientos de bolas de empuje

Los rodamientos de bolas de empuje son un tipo especial de rodamientos de bolas diseñados específicamente para cargas axiales. No pueden soportar cargas radiales en absoluto.

Los rodamientos de bolas de empuje presentan un bajo nivel de ruido, un funcionamiento suave y son capaces de realizar aplicaciones de alta velocidad.

Están disponibles como rodamientos de una o dos direcciones y la selección depende de si la carga es unidireccional o bidireccional.

¿Cuándo utilizar rodamientos de bolas?

Así que vamos a resumir algunas de las condiciones de trabajo que pueden requerir un rodamiento de bolas.

1. Las cargas de empuje están presentes. El diseño de los rodamientos de bolas los hace capaces de soportar cargas axiales.
2. Sin cargas pesadas. Al tener elementos rodantes en forma de bola, los rodamientos concentran toda la fuerza en unos pocos puntos de contacto. Esto puede provocar un fallo prematuro con cargas elevadas.
3. Altas velocidades. El pequeño punto de contacto del rodamiento de bolas también significa menos fricción. Por tanto, hay menos resistencia que vencer y, por lo tanto, es más fácil alcanzar altas velocidades con este tipo de rodamientos.

Rodamientos de rodillos

Los rodamientos de rodillos contienen elementos rodantes cilíndricos en lugar de bolas como elementos portadores de carga entre las pistas. Se considera que un elemento es un rodillo si su longitud es mayor que su diámetro (aunque sea ligeramente). Al estar en contacto lineal con las pistas interiores y exteriores (en lugar de un contacto puntual como en el caso de los rodamientos de bolas), pueden soportar mayores cargas.

Los rodamientos de rodillos también están disponibles en varios tipos. El tipo apropiado puede seleccionarse tras considerar el tipo y la magnitud de la carga, las condiciones de servicio y la posibilidad de desalineación, entre otros factores.

Ventajas de los rodamientos de rodillos:

• Fácil mantenimiento
• Bajo rozamiento
• Pueden soportar altas cargas radiales
• Los rodamientos de rodillos cónicos pueden soportar altas cargas axiales
• Gran precisión
• Se utilizan para ajustar el desplazamiento axial
• Bajas vibraciones

Desventajas de los rodamientos de rodillos:

• Son ruidosos
• Son bastante caros

Rodamientos de rodillos cilíndricos

Son los más sencillos de la familia de rodamientos. Estos rodamientos pueden hacer frente a los desafíos de la carga radial pesada y la alta velocidad. También ofrecen una excelente rigidez, transmisión de carga axial, baja fricción y una larga duración de servicio.

La capacidad de carga puede aumentarse aún más obviando el uso de jaulas o retenes que suelen colocarse para sujetar los rodillos cilíndricos. Esto permite instalar más rodillos para soportar la carga.

Están disponibles en una fila, en dos filas y en cuatro filas. También existen variantes divididas y selladas.

Las variantes divididas se utilizan para zonas de difícil acceso, como los cigüeñales de los motores. En las variantes selladas, se evita la contaminación del rodamiento y se retiene el lubricante, por lo que es una opción que no requiere mantenimiento.

Rodamientos de rodillos esféricos

Las cargas radiales y axiales pesadas pueden ser un desafío mayor cuando el eje es propenso a la desalineación.

Esta situación puede ser manejada muy bien por los rodamientos de rodillos esféricos. Tienen una gran capacidad de carga y pueden gestionar la desalineación entre el eje y el alojamiento. Esto reduce los costes de mantenimiento y mejora la vida útil.

Las pistas de rodadura de los rodamientos de rodillos a rótula están inclinadas con respecto al eje del rodamiento. En lugar de lados rectos, los rodillos tienen lados esféricos que encajan en las pistas de rodadura esféricas y se adaptan a pequeñas desalineaciones.

Los rodamientos de rodillos esféricos tienen una amplia gama de casos de uso. Se utilizan en aplicaciones en las que se producen cargas pesadas, velocidades de moderadas a altas y posibles desalineaciones. Algunos ejemplos de uso son los vehículos todoterreno, las bombas, los ventiladores mecánicos, la propulsión marina, las turbinas eólicas y las cajas de cambios.

Rodamientos de rodillos cónicos

El rodamiento de rodillos cónicos contiene secciones de un cono como elemento portador de carga. Estos rodillos encajan entre las dos pistas que también son secciones de un cono hueco. Si las pistas y los ejes de los rodillos se prolongaran, se encontrarían en un punto común.

Los rodamientos de rodillos cónicos están diseñados para soportar mayores cargas axiales además de las radiales. Cuanto mayor sea el ángulo medio de este cono común, más carga axial podrá soportar. Por lo tanto, funcionan como cojinetes de empuje, así como cojinetes de carga radial.

Rodamientos de agujas

Los rodamientos de agujas son un tipo especial de rodamientos de rodillos que tienen rodillos cilíndricos que se asemejan a agujas debido a su pequeño diámetro.

Normalmente, la longitud de los rodillos en los rodamientos de rodillos es sólo un poco más que su diámetro. Cuando se trata de un rodamiento de agujas, la longitud de los rodillos supera su diámetro al menos cuatro veces.

Como los rodamientos de agujas tienen un diámetro menor, pueden caber más rodillos en el mismo espacio, lo que aumenta la superficie de contacto con las pistas. Por lo tanto, son capaces de soportar grandes cargas. Su pequeño tamaño también puede resultar útil en aplicaciones en las que el espacio es limitado, ya que requieren menores holguras entre el eje y el alojamiento.

Los rodamientos de agujas se utilizan en componentes de automóviles como los pivotes de la transmisión y los balancines. También se utilizan en compresores y bombas.

¿Cuándo utilizar rodamientos de rodillos?

Los rodamientos de rodillos son la alternativa más común a los rodamientos de bolas. Así que vamos a determinar qué tipo de condiciones de trabajo son las más adecuadas para este tipo de rodamientos.

1. Cargas pesadas. Los rodamientos de rodillos proporcionan un área de contacto considerablemente mayor, distribuyendo la carga de forma más uniforme. Por lo tanto, son menos propensos a fallar y pueden soportar grandes fuerzas.
2. Velocidades más bajas. Esto, de nuevo, se reduce al área de contacto. Hay más fricción, lo que puede provocar una mayor generación de temperatura y un desgaste más rápido.

Rodamientos lisos

Un rodamiento liso es el tipo de rodamiento más sencillo. Por lo general, sólo consta de una superficie de apoyo. No hay elementos rodantes.

El cojinete es básicamente un manguito montado en el eje y encajado en el agujero. Los cojinetes lisos son baratos, compactos y ligeros. Tienen una gran capacidad de carga.

Los cojinetes lisos se utilizan para movimientos de rotación, deslizamiento, reciprocidad u oscilación. El cojinete permanece fijo mientras el gorrón se desliza sobre la superficie interior del cojinete. Para facilitar un movimiento suave, se seleccionan pares de materiales con bajos coeficientes de fricción. Por ejemplo, son bastante comunes los diferentes tipos de aleaciones de cobre.

Este cojinete puede acomodar cierta desalineación, movimientos multidireccionales, y es adecuado para cargas estáticas y dinámicas. Se utiliza ampliamente en aplicaciones en la agricultura, la automoción, la marina y la industria de la construcción.

El bulón que conecta el pistón con la biela en los motores diesel se conecta a través de un cojinete liso.

El cojinete esférico también es un cojinete liso, aunque consta de 2 partes: el anillo interior y el anillo exterior. Aunque su aspecto es similar al de los rodamientos de bolas y de rodillos, no tienen elementos rodantes entre los dos anillos.

Rodamientos de líquido

El rodamiento de líquido es un tipo especial de rodamiento que se basa en gas o líquido presurizado para soportar la carga y eliminar la fricción. Estos rodamientos se utilizan para sustituir a los rodamientos metálicos en aplicaciones en las que éstos tendrían una vida útil corta, además de altos niveles de ruido y vibración.

También se utilizan cada vez más para reducir costes. Los cojinetes de fluido se utilizan en máquinas que trabajan a altas velocidades y cargas. Aunque los costes iniciales son más elevados, la mayor vida útil en condiciones duras lo compensa a largo plazo.

Cuando la máquina está en funcionamiento, el contacto entre los dos elementos es nulo (excepto durante el arranque y la parada) y, por tanto, es posible conseguir un desgaste casi nulo con los cojinetes de fluido.

Los cojinetes de fluido se clasifican en dos tipos: cojinetes hidrostáticos e hidrodinámicos.

Rodamientos hidrostáticos

En este tipo, un fluido presurizado externamente es forzado entre dos elementos que están en movimiento relativo. El fluido presurizado forma una cuña entre las partes móviles y las mantiene separadas. La capa de fluido puede ser muy fina, pero mientras no haya contacto directo, no habrá desgaste.

El fluido circula por medio de una bomba. El diámetro del orificio de salida puede ser ajustable para asegurar que el fluido esté siempre bajo presión en todas las velocidades y cargas del eje. Así, es posible un control preciso de la holgura.

Rodamientos hidrodinámicos

Este tipo de rodamiento utiliza el movimiento del gorrón para forzar el fluido entre el eje y el alojamiento. El movimiento del gorrón succiona el fluido lubricante entre las partes móviles creando una cuña constante.

Sin embargo, esto significa que durante el arranque y la parada, así como a bajas cargas y velocidades, la formación de la cuña puede no ser lo suficientemente buena para evitar el desgaste. Sólo a las velocidades diseñadas el sistema funcionará exactamente como se necesita.

Rodamientos magnéticos

Los rodamientos magnéticos utilizan el concepto de levitación magnética para mantener el eje en el aire. Como no hay contacto físico, los rodamientos magnéticos son rodamientos de desgaste cero. Tampoco hay limitación en la cantidad máxima de velocidad relativa que puede manejar.

Los cojinetes magnéticos también pueden acomodar algunas irregularidades en el diseño del eje, ya que la posición del eje se ajusta automáticamente en función de su centro de masa. Por lo tanto, puede estar desplazado hacia un lado pero seguirá funcionando igual de satisfactoriamente.

Se clasifican a grandes rasgos en dos tipos: Rodamientos magnéticos activos y pasivos.

Rodamientos magnéticos activos

Los rodamientos magnéticos activos utilizan electroimanes alrededor del eje para mantener su posición. Si los sensores detectan un cambio de posición, el sistema ajusta la cantidad de corriente que recibe y devuelve el rotor a su posición original.

Rodamiento magnético pasivo

Los rodamientos magnéticos pasivos utilizan imanes permanentes para mantener un campo magnético alrededor del eje. Esto significa que no es necesario el aporte de energía. Sin embargo, el sistema es difícil de diseñar debido a las limitaciones, ya que esta tecnología está todavía en sus primeras etapas.

En muchos casos, los dos tipos de cojinetes magnéticos pueden utilizarse en tándem, donde los imanes permanentes se encargan de la carga estática, mientras que los electroimanes se utilizan para mantener la posición con un alto grado de precisión.