Toda máquina industrial sufre desgaste con el tiempo. Sin embargo, comprender los mecanismos específicos del desgaste puede marcar una gran diferencia en la vida útil de los equipos y en los costos asociados al mantenimiento.
Cada día, los responsables de mantenimiento lidian con diversas manifestaciones de desgaste: piezas erosionadas por partículas abrasivas, engranajes dañados por adhesión, rodamientos fatigados por cargas cíclicas, o componentes corroídos por ambientes agresivos. Estos mecanismos no solo dejan señales visibles, también ofrecen pistas para prevenir fallas.
En este artículo exploraremos cuáles son los mecanismos de desgaste más habituales en las máquinas, cómo reconocerlos visual y técnicamente y, lo más importante, cómo anticiparnos a ellos para mantener la producción siempre en marcha y optimizar los recursos disponibles.
¿Qué es el desgaste y cómo afecta a tus máquinas?
El desgaste es uno de los modos de falla más comunes en la industria y se puede definir como la pérdida o degradación progresiva de material en una superficie sólida por la interacción mecánica con otro elemento o sustancia. Sin embargo, el desgaste no ocurre exclusivamente por causas mecánicas; también pueden potenciarlo factores químicos y térmicos.
Para que el proceso ocurra debe haber contacto entre el material base y otro cuerpo, y debe existir un movimiento relativo entre ellos debido a cargas.
El desgaste por tiempo de uso es un proceso de envejecimiento normal e inevitable del activo. Lo que es indeseable es el desgaste forzado provocado por lubricación insuficiente, contaminación, sobrecarga o desalineación. Esto puede incrementar significativamente la fricción, provocar daños prematuros en componentes internos, fallas inesperadas y reducción de la vida útil del equipo.
Por tanto, para minimizar este tipo de desgaste, resulta crucial mantener siempre una película adecuada de lubricante entre las superficies en contacto. Esto no solo reduce la fricción, sino que protege las superficies contra mecanismos adicionales de deterioro como la corrosión, la adhesión y la abrasión.
¿Cuáles son los mecanismos más comunes de desgaste forzado?
Según la norma DIN 50320, los fenómenos de desgaste se clasifican en cuatro categorías según el mecanismo dominante. Estas categorías también son frecuentemente denominadas mecanismos de desgaste.
Desgaste adhesivo
Se caracteriza por la pérdida de material debida a la formación y rotura de uniones adhesivas entre las superficies en contacto. Ocurre cuando dos sólidos se pegan microscópicamente (enlaces tipo soldadura en frío) y, con el movimiento, se desgarran transfiriendo material de una superficie a otra.
Es típico en deslizamientos bajo alta presión, produciendo desgaste severo cuando ocurre el scuffing.
Desgaste abrasivo
Este tipo de desgaste es causado por la acción de partículas duras o asperezas más duras que rayan y cortan la superficie del material más blando. En este mecanismo, el material es removido en forma de virutas o rayaduras microscópicas, ya sea por abrasión de dos cuerpos (una superficie dura contra otra) o de tres cuerpos (partículas abrasivas interpuestas).
El desgaste abrasivo puede adoptar tres formas diferentes: formación de cuñas, cortes microscópicos y surcos. La gravedad y el tipo vienen determinados por factores como la variación de las cargas, la dureza de las partículas, su forma y la resistencia al desgaste del material sometido a la abrasión.
Estos tres tipos de desgaste abrasivo pueden materializarse durante un solo proceso. Si no se tienen en cuenta, pueden provocar fallas en el equipo, un aumento de los ciclos y costos de mantenimiento, tiempos de inactividad de la planta y un aumento del costo total de propiedad (TCO).
Desgaste por fatiga superficial
El desgaste por fatiga superficial ocurre cuando una superficie está sometida repetidamente a cargas cíclicas (cargas que varían en intensidad de forma periódica), generando esfuerzos alternantes concentrados en la zona superficial del material.
Estos esfuerzos cíclicos provocan la formación inicial de microfisuras debajo de la superficie debido a la acumulación progresiva de daño estructural. Con el tiempo, estas microfisuras se extienden hacia la superficie, resultando en el desprendimiento de partículas pequeñas del material afectado.
Este fenómeno se manifiesta típicamente como pequeñas cavidades llamadas pitting. Es común observar este tipo de desgaste en elementos rodantes como rodamientos y engranajes, debido a las cargas repetitivas concentradas en pequeñas áreas de contacto.
Desgaste corrosivo
Es un tipo de desgaste que involucra simultáneamente procesos mecánicos y reacciones químicas en las superficies en contacto bajo condiciones tribológicas (fricción, deslizamiento, carga, temperatura). Este desgaste surge porque la fricción y la presión local en las superficies provocan una elevación localizada de temperatura, facilitando reacciones químicas rápidas entre el material superficial y sustancias presentes en el entorno (por ejemplo, oxígeno, humedad, o contaminantes en el lubricante).
Como resultado, se forman en la interfaz productos químicos tales como óxidos o capas superficiales reactivas, que suelen ser más frágiles o menos adherentes que el material original. Bajo la acción mecánica continua del contacto, estos productos químicos son fácilmente removidos, generando una pérdida gradual del material base.
¿Qué técnicas de monitoreo de condición son útiles para detectar desgaste prematuro?
La curva P-F describe desde el inicio detectable de una falla potencial (P) hasta la falla funcional (F). En la etapa inicial de este intervalo P-F, técnicas de monitoreo de condición como el análisis de aceite lubricante y ultrasonido pueden revelar indicios sutiles de desgaste incipiente, seguidas por vibraciones y finalmente termografía a medida que el daño progresa.
A continuación, se comparan cuatro de las metodologías más efectivas para detectar desgaste en fases tempranas: análisis de vibraciones, termografía infrarroja, ultrasonido y análisis de aceite lubricante.
Análisis de vibraciones
El análisis de vibraciones es especialmente efectivo en máquinas rotativas tales como motores eléctricos, bombas centrífugas, compresores, turbinas, ventiladores, cajas de engranajes y ejes, donde las condiciones de operación permiten una lectura clara del comportamiento dinámico. En estos casos, el análisis de vibraciones es una de las herramientas más completas para diagnosticar fallas como desbalanceos, desalineaciones, holguras mecánicas, contacto anómalo entre elementos o daños incipientes en componentes internos.
No obstante, su sensibilidad se reduce en equipos de baja velocidad o movimiento lineal intermitente, como sistemas hidráulicos, prensas o compresores alternativos— donde las firmas vibracionales son menos definidas. En estas condiciones, resulta recomendable complementar el análisis vibracional con otras técnicas, como ultrasonido o análisis de lubricante, para mejorar la cobertura diagnóstica.
En términos de detección temprana, el análisis de vibraciones se ubica en una fase intermedia dentro del intervalo P-F. Es capaz de advertir sobre el avance del desgaste con un margen suficiente de reacción, pero generalmente después de métodos más sensibles como el análisis de aceite o ultrasonido, y antes que técnicas de respuesta tardía como la termografía infrarroja. A pesar de ello, su capacidad de localizar y caracterizar el problema la hace fundamental en activos rotativos.
Termografía infrarroja
La termografía infrarroja permite detectar desgaste de forma indirecta, a través del aumento de temperatura superficial generado por fricción, desalineación o carga anómala. No identifica daños físicos ni partículas, sino anomalías térmicas asociadas a fallas mecánicas en evolución.
Eficaz para detectar desgaste por fricción en rodamientos mal lubricados o ejes desalineados. También puede revelar puntos calientes por patinaje en correas, poleas o holguras con roce.
Su utilidad es limitada frente a desgaste corrosivo o químico, ya que estos no generan calor detectable en fases tempranas. Además, no permite identificar el tipo de desgaste: la imagen térmica muestra la zona afectada, pero no su causa, por lo que debe complementarse con otras técnicas.
La termografía detecta el desgaste en etapas intermedias o tardías, cuando la fricción ya es significativa. No es adecuada para la detección temprana de defectos incipientes, pero sí es útil como herramienta de cribado para priorizar inspecciones en equipos críticos.
Ultrasonido (Emisión acústica)
El ultrasonido, basado en la detección de ondas acústicas de alta frecuencia, es una técnica altamente sensible para identificar desgaste en etapas tempranas asociado a fricción, impactos y cavitación.
Permite detectar fatiga incipiente en rodamientos, como microgrietas en pistas o elementos rodantes, así como contacto metal-metal en condiciones de lubricación deficiente, incluso antes de que se manifiesten vibraciones anómalas.
Se aplica eficazmente en rodamientos, engranajes, bombas y válvulas, incluyendo activos de baja velocidad o carga, donde otras técnicas pierden sensibilidad. Detecta cavitación en bombas centrífugas, desgaste localizado en dientes de engranajes y fallos iniciales en componentes de flujo. Además, permite optimizar la lubricación al escuchar en tiempo real la reducción del ruido interno durante el engrase.
Análisis de aceite
El análisis de aceite es una técnica de diagnóstico precoz que permite identificar todos los tipos de desgaste (abrasivo, adhesivo, por fatiga y corrosivo) mediante el estudio de partículas y contaminantes presentes en el lubricante. Es aplicable a equipos con sistemas lubricados, como engranajes, rodamientos, turbinas, sistemas hidráulicos y motores, y proporciona información directa sobre el estado interno del activo y del propio lubricante.
Detecta desgaste en fases muy tempranas, antes que vibraciones o temperatura, aunque su eficacia depende de la frecuencia y calidad del muestreo. Permite, además, identificar la causa raíz del deterioro y cuantificar la progresión a través de tendencias (ppm, conteo de partículas).
Sus principales ventajas son la capacidad de caracterizar el mecanismo y origen del desgaste, su valor forense y su complementariedad con el análisis de vibraciones. Como limitaciones, destaca la falta de localización exacta del daño, el retardo en los resultados y su aplicación restringida a sistemas con aceite accesible.
Para una detección efectiva de desgaste prematuro, se recomienda una estrategia multitécnica. El análisis de aceite y el ultrasonido ofrecen la mayor anticipación, mientras que el análisis de vibraciones permite seguimiento y localización precisa. La termografía, aunque útil, debe emplearse como apoyo visual en fases más avanzadas del deterioro.
Cada técnica aporta una visión complementaria en función del tipo de desgaste y la criticidad del activo.