Cojinetes, materiales y diagnóstico

El continuo aumento del rendimiento especifico de los motores nafteros y diesel y la disminución de su tamaño ha obligado a mejorar constantemente estas piezas.

Un cojinete es la pieza o conjunto de ellas sobre las que se soporta y gira el árbol transmisor de momento giratorio de una máquina. De acuerdo con el tipo de contacto que exista entre las piezas (deslizamiento o rodadura), el cojinete puede ser un cojinete de deslizamiento o un rodamiento.

Un rodamiento o cojinete de rodadura es un elemento mecánico que reduce la fricción entre un eje y las piezas conectadas a éste por el efecto de rodadura, que le sirve de apoyo y facilita su desplazamiento. Dependiendo de su función y de las cargas aplicadas, los elementos de rodadura pueden ser: bolas, rodillos cilíndricos, rodillos cónicos, o rodillos cilíndrico-esféricos.

En un cojinete de deslizamiento dos casquillos tienen un movimiento en contacto directo, realizándose un deslizamiento por fricción con el fin de que ésta sea la menor posible. La reducción del rozamiento se realiza según la selección de materiales y lubricantes. Los lubricantes tienen la función de crear una película deslizante que separe los dos materiales o evite el contacto directo. Como material de los casquillos se suele emplear el metal Babbitt.

Al tocarse las dos partes, que es uno de los casos de uso más solicitados de los cojinetes de deslizamiento, el desgaste en las superficies de contacto limita su vida útil. La generación de una película lubricante que separe las dos piezas del mecanismo mediante una lubricación completa, requiere un sistema adicional para elevar la presión del lubricante.

La resistencia al deslizamiento provoca la conversión de parte de la energía cinética en calor, lo que se traduce en que las partes que sostienen los casquillos del cojinete deban ser muy resistentes tanto mecánica como térmicamente.

Los cojinetes en el motor del automóvil, los encontramos en general, en los puntos de apoyo de las bancadas, las bielas, el árbol de levas y el cigüeñal.

También podemos encontrar los denominados cojinetes axiales, le dan la luz al movimiento lineal longitudinal del cigüeñal para armonizar el avance y retroceso que se pueda generar en el mismo al utilizar el embrague.

El continuo aumento del rendimiento especifico de los motores nafteros y diesel y la disminución de su tamaño ha obligado a mejorar constantemente los cojinetes de deslizamiento en su forma, estructura y material que lo componen para adaptarlo a esas nuevas exigencias.

Las normas cada vez más estrictas en cuanto a polución contaminante y ruido de los motores, sumadas al objetivo de ahorro de combustible, obliga a disminuir las pérdidas de potencia por rozamiento en los mismos por eso en el diseño ya sean nafteros o Diesel se hace necesario satisfacer, alta potencia específica, elevado torque, compatibilidad con el medio que los rodea reduciendo niveles de ruido y contaminación, alto régimen de RPM.

Por eso, ello incrementa automáticamente la carga en cada componente del motor y los cojinetes en particular.

Existen diversos materiales utilizados para su fabricación por ejemplo:

• Los cojinetes de biela y bancada están compuestos por un respaldo de acero con un elevado modulo elástico que garantiza un asiento seguro sobre su alojamiento y además una o varias capas antifricción superpuestas que deben poseer la resistencia suficientemente elevada para cumplir su función y acusar una buena adherencia entre si y con el respaldo de acero.
• Cojinetes de rosado fundido: El material antifricción en la capa intermedia del cojinete es una mezcla heterogénea de bronce al plomo de grano fino y exento de poros, donde el plomo que actúa como antifricción debe estar ubicado en la zona de rozamiento con el muñón y lejos del respaldo de acero con el cual no se adhiere. Estos cojinetes son ideales para motores Diesel turbo sobrealimentados o normalmente aspirados muy exigidos.
• Cojinetes de Aluminio Estaño 20%: En estos tipos de cojinetes se consigue distribuir el estaño en la matriz reticular del aluminio, de modo tal que se logran alcanzar propiedades mecánicas que superan en un 80% la capacidad de carga del metal blanco (Babbit), su resistencia a la fatiga es muy elevada, siendo muy utilizados en todos los motores nafteros y Diesel ligeros actuales.
• Material sinterizado: Este material es empleado en la construcción de bujes en general muy resistente a los golpes y elevada capacidad de carga. Es utilizado en bujes de balancines, arandelas axiales sometidas a alto impacto, caja de velocidades y pernos de pistón de motores nafteros.
• Bimetálicos: Usa mezcla de capas de aluminio superpuestas sobre acero. Se utilizan en motores con cargas de trabajo medianas ofreciendo larga duración.
• Bimetálico superior: Las aleaciones de aluminio incluyen silicón, lo que les permite soportar mayores cargas, ofrecen mayor resistencia al desgaste y evitan las fracturas en la superficie de fricción. Estos cojinetes pueden ser instalados en motores que trabajan bajo condición normal, pero son especialmente recomendados para motores que trabajan bajo condiciones severas y de mayor esfuerzo.
• Trimetálicos: Están diseñados con aleaciones de tres metales el cobre, el plomo, y el acero. Son altamente resistentes a la fatiga pero menos resistentes a los daños producidos por efecto de la corrosión. Estos cojinetes son utilizados en motores de trabajo pesado.

Averías y diagnóstico

Si penetran partículas extrañas en la ranura de lubricación entre el cojinete y el muñón del árbol, existe un grave peligro de daños en el cojinete. Debido al espesor insuficiente de la película lubricante, las más pequeñas partículas pueden perturbar el funcionamiento y provocar una fricción mixta. Pueden incrustarse en la capa de deslizamiento y el revestimiento de rodadura y, con ello, pasar a ser “inofensiva”. Al mismo tiempo, los bordes que sobresalen se aplanan al hacer contacto con el árbol. Las partículas cuyo tamaño y grosor sobrepasan a los de la capa de deslizamiento y el revestimiento de rodadura no pueden incrustarse por completo. La parte que sobresale origina el desgaste del muñón del árbol en forma de estrías. Las estrías muy desarrolladas reducen la durabilidad esperada y pueden favorecer el gripado del cojinete.

Ya en la fabricación o el reacondicionamiento de un motor, las partículas pueden penetrar en el bloque de motor y asentarse allí. Por ejemplo, esto puede ocurrir en el caso de limpieza por chorro de arena o de vidrio de un bloque de motor. Pero también pueden “generarse” o infiltrarse partículas de suciedad durante el funcionamiento (por ejemplo, hollín o aceite carbonizado). Un mantenimiento insuficiente del sistema de lubricación o los agentes exteriores extremos facilitan la penetración de suciedad adicional en el circuito de lubricación. También los cojinetes adyacentes u otros componentes del motor dañados pueden introducir partículas en el circuito de aceite. Normalmente, el peligro de daños debidos a la acción de partículas es mayor en el cojinete de bancada que en el cojinete de la biela. Los cojinetes de la biela se alimentan con aceite desde los cojinetes de bancada a través de los orificios del cigüeñal, de manera que el aceite recorre en primer lugar los cojinetes de bancada Las partículas más grandes se incrustan ya en el cojinete de bancada y, en su mayor parte, no penetran hasta el cojinete de la biela.

Para obtener información acerca del origen de las partículas, puede resultar útil hacer un análisis del cojinete y tomar una muestra de aceite.

Posibles causas

• Montaje sucio: debido a la falta de atención o a una limpieza insuficiente de los componentes del motor durante el montaje, la suciedad puede penetrar en el bloque de motor.
• Los residuos, por ejemplo, virutas de metal o material de la limpieza por chorro que queda de la fabricación o del reacondicionamiento, pueden formar sedimentos en el bloque de motor, estos se desprenden durante el funcionamiento. Con frecuencia, estos sedimentos proceden también de componentes adosados, por ejemplo, el enfriador de aceite, que no se limpió debidamente al realizar el reacondicionamiento de motores.
• Daños en las juntas en la zona del motor: si una junta se somete a demasiado esfuerzo o se daña en el montaje, ésta ya no cumple su función y pueden penetrar partículas.
• Mantenimiento deficiente del sistema de lubricación: exceder los intervalos de sustitución o los filtros de aceite obstruidos pueden provocar la acumulación de suciedad en el aceite.
• Cavitación: las partículas se desprenden del material del cojinete y el aceite continúa arrastrándolas. En función de su tamaño, estas pueden provocar la formación de estrías o finas incrustaciones en el cojinete o en otro adyacente.
• Gripado: los componentes del motor dañados (pistones, semicojinetes) infiltran una gran variedad de partículas en el circuito de lubricación que, a su vez, pueden causar daños en otros componentes.
• Daños por fatiga: si hay roturas de algún componente del motor, el material arrancado puede penetrar con el aceite en el cojinete y dañarlo.

Por Alberto Romano
Profesor del Instituto Tecnológico de Capacitación Automotriz (ITCA) / prof.aromano@itca.com.ar / www.ITCA.com.ar / Consultas por cursos de mecánica y electrónica automotriz al: 0810-220-4822.