Ruido de rodamientos: diagnostique la causa y evítelo desde la especificación

El ruido y la vibración son los dos principales motivos por los que se retira un rodamiento de una máquina. De los rodamientos que SKF registra en su base de datos de análisis de daños, la vibración excesiva representó el 32 % de las retiradas y el ruido excesivo otro 23 %. Les siguieron la retirada por mantenimiento, con un 12 %, la temperatura, con un 11 %, y el agarrotamiento, con un 9 % (SKF Evolution, fig. 2). Más de la mitad de las retiradas comienza con un síntoma que el operario puede oír o sentir.

Esto plantea dos problemas muy distintos al ingeniero. Uno es de diagnóstico: una máquina hace ruido y hay que determinar si el rodamiento es la fuente antes de desmontarlo. El otro es contractual: se está redactando una especificación y «bajo ruido» no es un requisito cuyo cumplimiento pueda exigirse a un proveedor. Esta guía aborda ambos. Comienza por explicar cómo se mide realmente el ruido del rodamiento, que no se mide con un micrófono. A continuación, expone qué indica cada banda medida, qué norma define el límite y qué líneas deben incluirse en una orden de compra.

Una precisión sobre el alcance. Este artículo se dirige a ingenieros de diseño, compras y fiabilidad que especifican rodamientos o diagnostican problemas en ellos. Si ha llegado hasta aquí por el zumbido de una rueda de automóvil, encontrará la información pertinente en nuestra guía de rodamientos de bolas para automóviles.

Puntos clave

• El ruido del rodamiento se mide como velocidad de vibración en un banco con husillo, no como presión sonora en una sala. El aro interior gira a 1.800 rpm, se aplica precarga al aro exterior inmóvil y un sensor de velocidad capta la señal directamente del aro (MinebeaMitsumi).
• La señal se divide en tres bandas: L, de 50 a 300 Hz; M, de 300 a 1.800 Hz; y H, de 1.800 a 10.000 Hz. La banda que incumple el límite acota la búsqueda a una determinada escala de defecto.
• La ISO 15242 indica cómo medir, no qué valor es aceptable. Las partes 1 a 4 definen el método y la calibración. Una línea de ficha técnica que solo indique «ISO 15242» se refiere exclusivamente al procedimiento.
• Los límites de aceptación se encuentran en otro documento. Para los rodamientos rígidos de bolas, la GB/T 32325 define el grupo V como requisito básico, seguido de V1, V2, V3 y V4, además de VF3 y VF4 para las aplicaciones más exigentes.
• La clase de precisión no es una especificación de ruido. La ISO 492 y la escala ABEC clasifican las tolerancias dimensionales. El grupo de juego interno, la clase de precisión y el grupo de vibración son tres características independientes que deben indicarse por separado.
• Demuestre primero que la causa es el rodamiento. SKF afirma que el ruido de un motor eléctrico «no se debe necesariamente a los rodamientos» (SKF). La jaula, el lubricante, el juego y la geometría de montaje fijan el umbral mínimo de ruido antes que el propio rodamiento.

Cómo se mide realmente el ruido del rodamiento

El ruido del rodamiento se cuantifica como velocidad de vibración medida en el aro, no como nivel sonoro en el aire. El rodamiento se monta en un husillo de precisión que hace girar el aro interior a 1.800 rpm, mientras se aplica una precarga al aro exterior inmóvil. Un sensor de velocidad entra en contacto con la circunferencia exterior, de modo que la vibración transmitida al aro se convierte directamente en una señal eléctrica (MinebeaMitsumi).

Esta disposición permite aislar la medición. Una lectura en decibelios dentro de una sala mide la máquina, el montaje y la acústica del edificio junto con el rodamiento. Medir la velocidad de vibración directamente en el aro, sobre un husillo de alta precisión, elimina esas contribuciones y deja un valor atribuible a la pieza. Por eso un rodamiento puede superar un ensayo de banco y, aun así, estar instalado en una máquina ruidosa. También por eso el valor de banco es el único dato de ruido que tiene sentido incluir en una orden de compra.

El instrumento utilizado suele denominarse medidor Anderon, y su salida se expresa en unidades Anderon, específicas para la vibración de rodamientos (MinebeaMitsumi). El método de medición, junto con la calibración y las definiciones que lo sustentan, se especifica en la ISO 15242-1.

Las tres bandas de frecuencia y qué indica cada una

La señal medida no se presenta como un único valor. Se divide en tres bandas de frecuencia y cada una se evalúa por separado (MinebeaMitsumi):

La división resulta útil porque la frecuencia varía de forma inversa al tamaño de la irregularidad que la produce. A velocidad constante, una desviación de gran longitud de onda en la pista de rodadura, como un error de forma del aro o una ondulación de bajo orden, pasa lentamente bajo los elementos rodantes y aparece en la zona baja del espectro. Una irregularidad de longitud de onda corta, como la rugosidad superficial o una pequeña indentación por contaminación, produce impactos con mucha mayor frecuencia y aparece en la zona alta. Por tanto, un incumplimiento limitado a la banda H orienta la búsqueda hacia el acabado superficial, la limpieza y la contaminación por partículas, mientras que uno en la banda L apunta a la geometría, la forma y la sujeción del rodamiento.

Esta correspondencia debe tratarse como una interpretación técnica, no como una cláusula normativa. Los límites de las bandas son fijos y están publicados; lo que cada banda sugiere sobre la causa es una inferencia que debe confirmarse en la pieza.

La ISO 15242 define el método, no el límite

Casi ningún texto sobre el ruido de rodamientos aclara este punto, pese a ser el más útil del tema: la ISO 15242 especifica los métodos de medición y calibración, no un nivel de aceptación o rechazo. La Parte 1 aborda los fundamentos de la medición de vibraciones en rodamientos en rotación bajo condiciones de medición establecidas, junto con la calibración. Las demás partes extienden el método a tipos de rodamientos concretos.

La consecuencia práctica es que un proveedor puede declarar legítimamente la conformidad con la ISO 15242 sin aportar ninguna información sobre si el rodamiento es silencioso. La conformidad significa que la medición se realizó correctamente. Que el valor obtenido sea aceptable depende de un límite definido en otro documento, ya sea una especificación de producto o el plano del cliente.

Un requisito de ruido verificable siempre cita dos documentos: uno para el método y otro para el límite. Si solo se cita una norma de método, se habrá especificado un procedimiento sin criterio de aceptación. Si solo se cita un límite, no habrá una forma acordada de obtener el valor con el que debe compararse.

Los grupos de vibración que pueden incluirse en una orden de compra

Para los rodamientos rígidos de bolas, los límites de aceptación se encuentran en la GB/T 32325-2015, que especifica los requisitos técnicos, los métodos de medición y evaluación y las reglas de inspección de la velocidad de vibración de los rodamientos. La norma define una escala de grupos, y el grupo es lo que debe indicarse en el pedido.

El grupo V es el requisito básico de vibración para un rodamiento de uso general. Los grupos V1, V2, V3 y V4 se aplican a rodamientos con requisitos de vibración progresivamente más exigentes, mientras que VF3 y VF4 cubren las aplicaciones más estrictas. La norma toma el método de medición de GB/T 24610.1 y GB/T 24610.2, lo que hace explícita en el propio documento la división entre método y límite descrita anteriormente.

Los límites del alcance son tan importantes como los grupos, porque una especificación que los ignore puede quedar fuera de norma sin que resulte evidente:

La norma se aplica a rodamientos rígidos de bolas de las series de diámetros 0, 2 y 3. El diámetro exterior nominal debe ser superior a 10 mm y de hasta 200 mm, con dimensiones principales conformes a GB/T 276. VF3 y VF4 solo están disponibles para diámetros exteriores superiores a 10 mm y de hasta 100 mm. Especificar VF4 para un rodamiento de 150 mm de diámetro exterior significa redactar un requisito que la norma no contempla.

Aquí también conviene corregir una creencia muy extendida. En ofertas de proveedores y listados de piezas circula una escala de ruido «Z1/Z2/Z3» asociada a «V1/V2/V3», y los compradores repiten designaciones abreviadas como «Z2V2» sin citar el documento que las respalda. Los grupos que define realmente la especificación vigente son V, V1, V2, V3, V4, VF3 y VF4. Si una oferta incluye un grado Z, pregunte qué norma y qué edición lo definen y solicite después el informe de ensayo en banco correspondiente a ese grupo. Nuestra guía para el aprovisionamiento internacional de rodamientos de fabricantes chinos explica cómo incorporar esas pruebas al pedido en lugar de conformarse con una promesa telefónica.

Se omiten deliberadamente los límites numéricos de velocidad de vibración de cada grupo, porque constituyen contenido normativo de GB/T 32325 y no se reproducen aquí. Los valores que circulan en páginas de distribuidores de piezas no pueden trazarse hasta la norma, y publicarlos de segunda mano sería precisamente el tipo de cifra sin fuente que este sitio pretende evitar. Adquiera la norma o solicite al proveedor que cite la tabla de límites e indique la edición correspondiente.

Correspondencia entre GB/T e ISO

La norma china de métodos de medición aplica el mismo método, parte por parte. La GB/T 24610 consta de cuatro partes cuyos títulos coinciden con los de las cuatro partes de la ISO 15242. La Parte 1 trata los fundamentos; la Parte 2, los rodamientos radiales de bolas con agujero cilíndrico y superficie exterior cilíndrica; la Parte 3, los rodamientos radiales de rodillos a rótula y de rodillos cónicos; y la Parte 4, los rodamientos radiales de rodillos cilíndricos. GB/T 24610.1-2019 está vigente, se publicó en octubre de 2019 y entró en vigor el 1 de mayo de 2020, sustituyendo a la edición de 2009.

Un valor de vibración medido según GB/T 24610 y otro medido según ISO 15242 describen la misma magnitud mediante el mismo procedimiento. Por tanto, la pregunta que distingue un rodamiento silencioso de uno ruidoso nunca es dónde se fabricó. Lo decisivo es qué grupo de aceptación se especificó, qué edición de qué norma define ese grupo y si existe el informe de ensayo en banco. Solicite el grupo y el informe.

Cómo suena cada tipo de ruido y qué lo causa

Los fabricantes clasifican los sonidos de los rodamientos en categorías específicas, cada una asociada a un mecanismo. Bearing Doctor de NSK se basa en este principio y asocia grabaciones de daños característicos con contramedidas para el ruido de pista, el ruido de jaula, el ruido por contaminantes y otros (NSK).

Ruido de pista, ruido de jaula y ruido por contaminantes son las categorías utilizadas por NSK. Las demás filas emplean descripciones habituales en planta para las mismas familias de diagnóstico; los mecanismos y las contramedidas son un resumen técnico.

Hay dos causas que merecen tratarse por separado porque suelen atribuirse erróneamente a la calidad del rodamiento.

La geometría de la pista de rodadura origina el ruido de pista. El zumbido continuo de un rodamiento en buen estado depende de la forma del aro, la ondulación y el acabado superficial, características definidas por el rectificado y el superacabado. Por eso el ruido de pista es una propiedad del proceso de fabricación y el único medio eficaz que tiene el comprador para controlarlo es especificar el grupo de vibración al realizar el pedido.

La erosión eléctrica es una fuente de ruido que no se elimina instalando un rodamiento nuevo. En los motores accionados por variadores de frecuencia, la tensión del eje puede descargarse a través de la película lubricante y erosionar la pista de rodadura hasta formar el patrón de estrías paralelas denominado acanaladuras. El resultado es un aumento progresivo del ruido y la vibración en una pieza que era silenciosa al instalarse. La ISO 15243:2017 clasifica la erosión eléctrica como un modo de daño independiente. El caso de baja intensidad, la erosión por fuga de corriente (apartado 5.4.3 de la ISO), es frecuente en motores alimentados por un variador de frecuencia cuyo eje no está correctamente puesto a tierra (SKF Evolution). Si no se corrige el paso de corriente, todos los rodamientos de repuesto acabarán como el primero.

Para consultar la taxonomía completa de daños que sustenta estos diagnósticos, vea nuestra guía de análisis de fallos de rodamientos. En ella se explican los seis modos de la ISO 15243 con sus números de apartado, además de la progresión de la vibración en cuatro etapas que se emplea en la monitorización del estado.

Demuestre que la causa es el rodamiento antes de sustituirlo

Siga una secuencia de descarte antes de desmontar nada. SKF es especialmente clara al respecto: el ruido de un motor eléctrico «no se debe necesariamente a los rodamientos» (SKF). La empresa considera el ruido una propiedad del sistema. Lo determinan el material de la jaula, el lubricante y el juego interno, además de las tolerancias del eje, el alojamiento y la tapa que limitan la desalineación.

Conviene desarrollar dos de estas ramas. La resonancia es un efecto del sistema que ningún grupo de vibración del rodamiento puede resolver por sí solo. SKF desarrolló sus rodamientos rígidos de bolas Quiet Running específicamente para evitar la resonancia entre el rotor, el estator y los rodamientos de los generadores. El diseño minimiza la resonancia estructural en lugar de limitarse a reducir la emisión propia de la pieza (SKF). Si el ruido se intensifica a una velocidad concreta y desaparece tanto por encima como por debajo de ella, se trata de resonancia.

Un fallo repetido aporta información diagnóstica. Si un rodamiento nuevo empieza a hacer ruido del mismo modo que el anterior, es casi seguro que el origen nunca estuvo en el rodamiento. Revise el paso de corriente, los ajustes y la alineación.

Cómo especificar un rodamiento de bajo ruido

Un requisito de bajo ruido verificable debe indicar cuatro elementos, y «bajo ruido» no es ninguno de ellos. Revise cada factor por separado.

1. Grupo de vibración y especificación que lo define. Esta es la única cláusula que permite ensayar el requisito. Indique el grupo, la norma y la edición que lo definen, además de la norma del método de medición.

2. Juego interno. Un juego de funcionamiento excesivo amplía la zona descargada y eleva la vibración y el ruido, mientras que un juego negativo genera precarga y calor. El juego también es uno de los tres factores que SKF identifica para controlar el ruido de los motores. Nuestra guía sobre el juego interno de rodamientos explica cómo el ajuste y la temperatura modifican el valor de funcionamiento y dónde encaja el grupo de juego CM para motores.

3. Jaula. SKF ofrece sus rodamientos Quiet Running con jaulas de acero estampado o latón mecanizado, y siguen siendo totalmente intercambiables con los rodamientos rígidos de bolas estándar (SKF). Por tanto, elegir la jaula es un cambio de especificación, no un rediseño.

4. Lubricante. Las grasas de bajo ruido se homologan en bancos específicos. Klüber comercializa Klüberquiet BQ 72-72 como grasa de bajo ruido para rodamientos de motores eléctricos y ventiladores, con un funcionamiento silencioso demostrado en bancos como SKF BeQuiet+ (Klüber). Si el ruido es importante, la grasa debe especificarse por su nombre en vez de aceptar la carga de grasa estándar del proveedor. Nuestra guía sobre lubricación de rodamientos explica la película lubricante y la temperatura, mientras que rodamientos obturados frente a rodamientos con placas de protección aborda cómo interactúa el tipo de cierre con la retención de grasa.

La clase de precisión no debe incluirse en esta lista. La ISO 492 y la escala ABEC clasifican las tolerancias dimensionales y la precisión de giro, no el ruido. Unas tolerancias más estrictas reducen algunos errores geométricos, pero la norma de tolerancias no contiene ningún requisito de ruido; por eso una clase ABEC alta no constituye una especificación de ruido. Nuestra guía sobre la clasificación ABEC de rodamientos explica qué controla y qué no controla esta escala. La misma confusión afecta a quienes compran rodamientos miniatura, en los que el juego, el par y el ruido deben especificarse por separado.

En conjunto, las líneas de la orden de compra quedarían así:

REQUISITO DE RUIDO / VIBRACIÓN DEL RODAMIENTO

1. Grupo de vibración    : GB/T 32325-2015, grupo V3
                           (confirmar alcance: series de diámetros 0/2/3,
                            DE superior a 10 y hasta 200 mm; VF3/VF4 solo hasta DE 100 mm)
2. Método de medición    : GB/T 24610.2 / ISO 15242-2, informar bandas L, M y H
3. Evidencia requerida   : informe de banco por lote, trazable al número de lote
4. Juego interno         : especificar grupo (p. ej., CN, C3 o CM para motores)
5. Jaula                 : especificar tipo (acero estampado / latón mecanizado / poliamida)
6. Lubricante            : especificar la grasa por nombre y la cantidad de llenado
7. Datos de aplicación   : indicar velocidad, carga, temperatura y ajustes de montaje
                           para que el proveedor pueda advertir cualquier incompatibilidad

La línea 3 es la que los compradores omiten con mayor frecuencia y la que convierte un deseo en un criterio de inspección verificable.

Preguntas frecuentes

P: ¿Qué causa el ruido de los rodamientos?

Seis mecanismos explican casi todos los casos. La ondulación y el acabado superficial de la pista de rodadura producen el zumbido continuo denominado ruido de pista. La contaminación por partículas genera chasquidos irregulares. Un descascarillado o una indentación localizada produce un tictac periódico. El movimiento de la jaula provoca traqueteo. La rotura de la película lubricante causa chirridos, a menudo solo en frío. En los motores accionados por variador, las descargas eléctricas a través de la película lubricante erosionan la pista de rodadura y elevan el ruido con el tiempo. Un juego interno excesivo o negativo y la desalineación amplifican varios de estos fenómenos.

P: ¿Cómo se mide el ruido del rodamiento?

Como velocidad de vibración en el aro, no como presión sonora en el aire. El aro interior se monta en un husillo de precisión y gira a 1.800 rpm, se aplica precarga al aro exterior inmóvil y un sensor de velocidad entra en contacto con la circunferencia exterior. La señal se divide en tres bandas que se evalúan por separado. El método se especifica en la ISO 15242 o, de forma equivalente, en GB/T 24610.

P: ¿Qué mide un medidor Anderon?

La vibración del rodamiento, expresada en unidades Anderon, específicas para la vibración de un rodamiento en rotación. Las lecturas se presentan por banda: L, de 50 a 300 Hz; M, de 300 a 1.800 Hz; y H, de 1.800 a 10.000 Hz. Como el aro interior es accionado por un husillo de alta precisión y la señal se toma directamente del aro exterior, pueden detectarse pequeñas vibraciones sin influencias externas (MinebeaMitsumi).

P: ¿Qué significan las clasificaciones de ruido Z y V de un rodamiento?

Los grupos V son reales y están definidos. La GB/T 32325-2015 establece el grupo V como requisito básico de vibración para rodamientos rígidos de bolas. V1, V2, V3 y V4 corresponden a requisitos superiores, y VF3 y VF4 a los más estrictos; estos dos últimos solo se aplican a diámetros exteriores de hasta 100 mm. La escala «Z» que circula en ofertas de proveedores es una designación abreviada, no una clasificación de la especificación vigente. Pregunte qué norma y qué edición definen cualquier grado que le ofrezcan y solicite después el informe de ensayo en banco.

P: ¿Una clase de precisión ABEC o ISO 492 superior implica un rodamiento más silencioso?

No. Esas normas clasifican las tolerancias dimensionales y la precisión de giro, y no contienen ningún requisito de ruido o vibración. La clase de precisión, el grupo de juego interno y el grupo de vibración son tres especificaciones independientes. Un rodamiento puede cumplir tolerancias estrictas e incumplir un grupo de vibración, por lo que el ruido debe especificarse en una línea propia.

P: La máquina hace ruido. ¿Cómo puedo saber si procede del rodamiento?

Siga la secuencia de descarte. Si el tono no sigue la velocidad del eje, revise la estructura o el accionamiento. Si desaparece al desacoplar la máquina, revise el acoplamiento y la alineación. Si un cambio de grasa lo modifica o solo aparece en frío, revise el lubricante. Si el accionamiento utiliza un variador y un segundo rodamiento ha fallado del mismo modo, mida la tensión del eje. Si los ajustes y la geometría de la tapa están fuera de tolerancia, revise el montaje. La propia guía de SKF advierte que el ruido del motor no se debe necesariamente a los rodamientos, por lo que el rodamiento debe ser el último candidato, no el primero.

Conclusión

El ruido de los rodamientos suele ser un problema de especificación más que de calidad. La disciplina se resume en unos pocos puntos:

• El ruido se mide como velocidad de vibración por bandas en el aro, a 1.800 rpm, no en decibelios. Las bandas son de 50 a 300, de 300 a 1.800 y de 1.800 a 10.000 Hz.
• La ISO 15242 y la GB/T 24610 definen el método. Ninguna define un límite, por lo que una declaración de conformidad aislada no constituye un requisito de ruido.
• El límite se expresa mediante un grupo. Para los rodamientos rígidos de bolas, la escala es V, V1 a V4, VF3 y VF4, según la GB/T 32325, dentro de un intervalo definido de diámetros exteriores.
• La clase de precisión no es una especificación de ruido. El grupo de vibración, el juego interno, la jaula y la grasa son los factores de control, y cada uno necesita su propia línea en el pedido.
• Demuestre que el rodamiento es la fuente antes de sustituirlo, sobre todo en accionamientos con variador, donde un fallo repetido apunta al paso de corriente y no a la pieza.

Si está especificando un rodamiento cuyo nivel de ruido sea un requisito, envíe los datos de la aplicación al equipo de ingeniería de ANDE Bearing. Le indicaremos el grupo de vibración recomendado para su velocidad, carga y montaje, además del formato de informe de banco que suministramos. También puede partir del tamaño que necesite en nuestra gama de rodamientos rígidos de bolas. Nuestra guía para leer un número de rodamiento explica cómo aparecen en el aro los sufijos de juego y de ejecución especial.

Sobre el autor

Jeff Li escribe sobre ingeniería de rodamientos y aprovisionamiento global para ANDE Bearing. Trabaja directamente con compradores OEM y del mercado de recambios en automoción, industria pesada y energías renovables. Conecte con él en LinkedIn.