Como especialista en confiabilidad, sabes que detectar fallas en rodamientos a tiempo es clave para evitar paradas no planificadas y reducir costos. El análisis vibracional es tu mejor aliado: una señal fuera de lo común puede advertirte sobre problemas graves antes de que se vean a simple vista.
Cada componente del rodamiento —pista interna, externa, elementos rodantes, jaula— genera frecuencias específicas cuando hay daño: BPFI, BPFO, BSF, FTF. Saber identificarlas es lo que te permite localizar el problema de forma precisa.
Además, la ISO 15243 ofrece una clasificación estándar de fallas (fatiga, desgaste, corrosión, electropitting, deformación), lo que facilita el diagnóstico y la comunicación con el equipo.
En este blog, te mostraremos cómo pasar de teoría a práctica: calcular frecuencias desde la geometría del rodamiento y distinguir fallas de acuerdo a su firma típica de falla.
¿Cómo identificar las frecuencias a partir de la geometría del rodamiento?
Las frecuencias que se explicarán a continuación son fundamentales en el análisis de vibraciones porque cada una se corresponde específicamente con un componente del rodamiento, facilitando la identificación precisa de fallas.
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BPFO (Ball Pass Frequency Outer Race): se refiere a cuántos elementos rodantes (bolas o rodillos) pasan por un punto de la pista externa por cada vuelta del eje. Un pico aquí sugiere un daño en la pista externa.
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BPFI (Ball Pass Frequency Inner Race): similar, pero para la pista interna. Un pico aquí indica un defecto en esa zona.
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BSF (Ball Spin Frequency): se refiere a la velocidad de giro de cada rodillo o bola sobre sí mismo, lo que ayuda a detectar fallas en los elementos rodantes.
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FTF (Fundamental Train Frequency): frecuencia de rotación de la jaula (retenedor). Su aparición en el espectro puede significar desgaste o daño en la jaula.
¿Cómo calcular las frecuencias de falla en un rodamiento?
Ejemplo práctico de cálculo de las frecuencias características en un rodamiento SKF 16009/C3 de bolas de ranura profunda.
Parámetros del cálculo
Dado que los catálogos de fabricantes no siempre publican la geometría interna completa, utilizamos valores aproximados de la serie 16009:
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Tipo: rodamiento de bolas de ranura profunda → ángulo de contacto β ≈ 0°
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Número de bolas (NB): 14
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Diámetro de bola (Bᴅ): 5,0 mm
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Diámetro interior (D2): 45 mm
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Diámetro exterior (D1): 75 mm
Fórmulas aplicadas
Las frecuencias características se calculan a partir de la velocidad de giro del rodamiento (fᵣ = RPM / 60) con las siguientes fórmulas mostradas en la infografía.
Con los parámetros aplicados en las formulas, obtenemos que:
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BPFO = 6,42 · fᵣ
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BPFI = 7,58 · fᵣ
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BSF = 5,96 · fᵣ
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FTF = 0,46 · fᵣ
Si asumimos que el rodamiento trabaja a 1500 rpm (25 Hz), entonces:
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BPFO ≈ 160 Hz (9.625 CPM)
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BPFI ≈ 190 Hz (11.375 CPM)
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BSF ≈ 149 Hz (8.938 CPM)
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FTF ≈ 11,5 Hz (688 CPM)
En análisis de vibraciones y confiabilidad se usan dos formas principales de expresar las frecuencias: en Hertz (Hz) y en Ciclos por Minuto (CPM). Ambas representan lo mismo (frecuencia), pero se utilizan según la práctica del técnico, la región o el software.
Hertz (Hz) es la unidad estándar internacional para medir frecuencias. Equivale a un ciclo por segundo y es la forma en que trabajan la mayoría de los equipos modernos de análisis de vibraciones, los espectros FFT y la literatura técnica especializada.
Ciclos por minuto (CPM), en cambio, es una unidad muy usada en América y en manuales de mantenimiento más tradicionales. Su ventaja es que se relaciona directamente con las revoluciones por minuto (RPM) de la máquina, lo que hace más fácil la interpretación en campo.
¿Qué patrones espectrales permiten diferenciar fallas en partes del rodamiento?
En análisis de vibraciones, cada parte de un rodamiento —pista exterior, pista interior, elementos rodantes y jaula— produce un patrón característico en el espectro cuando presenta defectos. Estas firmas están asociadas a las frecuencias características de falla, calculadas a partir de la geometría del rodamiento y de su velocidad de operación como vimos anteriormente.
En condiciones normales, dichas frecuencias no aparecen de forma significativa. Sin embargo, cuando se desarrolla un daño, comienzan a destacar picos en el espectro en esas posiciones específicas.
Ball Pass Frequency Outer Race (BPFO)
Indica falla en la pista exterior del rodamiento:
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Firma principal: sucesión de armónicos claros de la frecuencia BPFO (por ejemplo: 1×BPFO, 2×BPFO, etc.), normalmente con presencia de varios armónicos de orden elevado (aprox. 8–10).
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Modulación: en la mayoría de casos no se observan bandas laterales a 1×RPM, ya que la pista exterior está fija y el punto dañado permanece siempre en la zona de carga.
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Interpretación: la ausencia de modulación por rotación del eje ayuda a diferenciar este caso de un defecto en la pista interior.
Ball Pass Frequency Inner Race (BPFI)
Indica falla en la pista interior del rodamiento:
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Firma principal: armónicos pronunciados de la frecuencia BPFI, con un número similar de armónicos que en el caso de la pista exterior (aprox. 8–10).
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Modulación: se aprecian bandas laterales espaciadas ±1×RPM alrededor de cada armónico de BPFI. Esto ocurre porque el defecto entra y sale de la zona de carga a medida que la pista interior gira junto con el eje, generando variaciones periódicas de amplitud.
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Interpretación: la combinación de armónicos de BPFI con estas bandas laterales indica daño en la pista interior.
Ball Spin Frequency (BSF)
Indica defectos en los elementos rodantes del rodamiento:
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Firma principal: picos en la frecuencia BSF y sus armónicos (1×, 2×, 3×BSF, etc.), visibles en la zona de alta frecuencia del espectro.
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Modulación: con frecuencia, estos picos aparecen acompañados de bandas laterales originadas por la rotación de la jaula (FTF), separadas de la frecuencia principal por ese valor.
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Indicador adicional: el armónico de mayor amplitud puede sugerir el número de elementos dañados (p. ej., un segundo armónico dominante podría asociarse a dos bolas o rodillos afectados).
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Daños combinados: es habitual que estos defectos se presenten junto a deterioro en las pistas, por lo que conviene verificar si también aparecen BPFO y BPFI en el espectro.
Fundamental Train Frequency (FTF)
Indica deterioro de la jaula del rodamiento:
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Firma principal: picos en la frecuencia fundamental de la jaula (FTF) y sus armónicos, generalmente en el rango de baja frecuencia, ya que la jaula gira más lentamente que el eje.
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Modulación: es frecuente que la FTF module las frecuencias de pista (BPFO o BPFI), generando componentes adicionales a frecuencias que corresponden a la suma y la resta de FTF con dichas frecuencias de falla.
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Interpretación: la presencia conjunta de picos de FTF y bandas laterales en BPFO/BPFI espaciadas por la FTF es típica de una falla en la jaula.
¿Cuáles son las 4 fases de degradación de un rodamiento?
Monitorear el estado de un rodamiento permite reconocer cómo evoluciona su firma vibracional desde un funcionamiento normal hasta una falla inminente. En la literatura de mantenimiento predictivo, se suelen definir cuatro etapas o fases de deterioro de un rodamiento, clasificadas según las frecuencias de vibración que van apareciendo conforme progresa el defecto.
A continuación se describen estas cuatro fases, sus características en el espectro de vibración y las acciones recomendadas para cada una.
Fase 1: Condición inicial óptima (operación normal)
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El rodamiento está sano y funcionando correctamente.
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En el espectro solo aparece la frecuencia de giro (1×RPM) y algunos armónicos.
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No hay frecuencias de falla detectables.
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Microdefectos incipientes podrían aparecer únicamente en frecuencias ultrasónicas (>20 kHz).
Acción recomendada: continuar con el monitoreo periódico y asegurar una buena lubricación.
Fase 2: Detección temprana a alta frecuencia (daño incipiente)
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Surgen lecturas en alta frecuencia (1–20 kHz), primer indicador de daño.
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Provocadas por impactos breves en elementos rodantes o pistas.
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El daño es microscópico: microfisuras, picaduras o inicio de desgaste por lubricación deficiente.
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Energía vibratoria baja y concentrada en ultrasonidos.
Acción recomendada: aumentar la frecuencia de monitoreo y vigilar de cerca la evolución.
Fase 3: Aparición de frecuencias características de falla (daño progresivo)
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Los defectos ya generan frecuencias de falla visibles en el espectro: BPFO, BPFI, BSF, FTF y sus armónicos.
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La amplitud de estas frecuencias aumenta con el tiempo.
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Si se desmonta el rodamiento, los defectos en las pistas son visibles a simple vista.
Acción recomendada: planificar la parada y el reemplazo antes de que la falla avance más, considerando la criticidad de la máquina.
Fase 4: Falla avanzada y firma vibracional difusa (etapa final)
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El rodamiento está severamente dañado, cercano a falla catastrófica.
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Las frecuencias características pueden atenuarse o desaparecer, reemplazadas por ruido de banda ancha.
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Aumenta la vibración global y los armónicos de 1×RPM.
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Se observan holguras, roces y ruido de fondo generalizado.
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El material desprendido deforma las superficies, enmascarando los impactos periódicos.
Acción recomendada: detener la máquina y sustituir el rodamiento de inmediato. Operar en esta fase supone un riesgo alto de rotura súbita.
Las cuatro fases permiten detectar a tiempo el deterioro de un rodamiento. Pasar de la detección temprana (fase 2) a la planificación del reemplazo (fase 3) es clave para evitar llegar a la fase 4, donde la falla es inminente y peligrosa.