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Introducción
Sistema de prueba de vida para rodamientos de ultra alta velocidad y carga combinada  
En los sistemas críticos, los rodamientos suelen ser el punto más débil que puede detener toda una máquina. Un rodamiento gripado en un motor aeronáutico, un rodamiento averiado en una caja de engranajes de alta velocidad o un sobrecalentamiento térmico en un turbocompresor pueden significar la cancelación de una misión, una parada no planificada o daños catastróficos. Sin embargo, en la mayoría de los programas, la vida útil de los rodamientos todavía se predice principalmente a partir de datos de catálogo, factores de seguridad y suposiciones.

El Banco de Pruebas de Resistencia para Rodamientos de Alta Velocidad existe para eliminar esas suposiciones.

Este banco permite recrear el castigo real que experimentan los rodamientos en servicio—velocidades extremas de hasta 70.000 rpm, cargas combinadas radiales y axiales, lubricación controlada y temperaturas elevadas—y luego observar, en un entorno controlado e instrumentado, cómo el rodamiento realmente se comporta y falla. En lugar de confiar en valores teóricos L10, se obtienen pruebas reales: cómo deriva el par, cuándo aumentan las vibraciones, cómo se eleva la temperatura y bajo qué combinación exacta de carga, velocidad y condición del aceite el rodamiento llega al final de su vida útil.

Para organizaciones que trabajan en los sectores aeroespacial, defensa, automoción y maquinaria rotativa avanzada, esto no es un simple “equipo de laboratorio”. Es una herramienta de reducción de riesgos: valida diseños antes de su entrada en servicio, expone proveedores débiles, reduce riesgos de nuevos lubricantes y recubrimientos, y proporciona a los equipos de certificación y fiabilidad datos sólidos que resisten auditorías estrictas.

Objetivo Funcional y Capacidades de Prueba
El propósito central de este banco es responder una pregunta fundamental:  
“¿Cómo se comportan realmente los rodamientos de alta velocidad a lo largo de su vida bajo mis condiciones específicas de operación?”

Para cumplir este propósito, el banco está diseñado para:
• Medir la vida útil de rodamientos bajo:
  ▹ Carga radial variable  
  ▹ Carga axial (de empuje) variable  
  ▹ Velocidades desde bajas rpm hasta ~70.000 rpm  
  ▹ Caudal y presión de lubricación controlados  
  ▹ Temperatura del aceite controlada, incluida resistencia a alta temperatura  

• Capturar y registrar indicadores clave de rendimiento durante toda la prueba:
  ▹ Evolución del par / fricción  
  ▹ Velocidad y estabilidad de velocidad  
  ▹ Niveles de carga radial y axial  
  ▹ Presión, temperatura y caudal del aceite  
  ▹ Niveles de vibración (a través de un analizador externo)  

• Permitir escenarios de prueba realistas, tales como:
  ▹ Ensayos de resistencia a carga y velocidad constantes  
  ▹ Cargas escalonadas o en rampa a velocidades fijas  
  ▹ Pruebas de vida acelerada por temperatura  
  ▹ Pruebas comparativas de rodamientos, lubricantes o recubrimientos  
El sistema está diseñado para ensayos de larga duración, parcialmente desatendidos, con las interbloqueos y monitoreo adecuados para proteger tanto al operario como al equipo.

Aplicaciones Típicas
Esta máquina es ideal para organizaciones que deben calificar, validar o comparar rodamientos para aplicaciones exigentes:
• Rodamientos de ejes de motores aeronáuticos y cajas de accesorios  
• Cajas de engranajes de alta velocidad y turbomaquinaria (defensa, aviación, industria)  
• Turbocompresores, supercargadores y rodamientos automotrices de alto rendimiento  
• Centros de I+D especializados en fatiga, lubricación y modos de fallo  
• Laboratorios de calificación para nuevos diseños de rodamientos, proveedores o lotes de producción  
En muchos programas, se utiliza como banco de calificación y pruebas de tipo antes de autorizar los rodamientos para sistemas críticos.

Arquitectura del Sistema – Descripción General
El Banco de Pruebas de Resistencia para Rodamientos de Alta Velocidad se basa en un tren de accionamiento de alta potencia, una caja de engranajes de alta velocidad de precisión, un dispositivo de aplicación de carga y sistemas de lubricación independientes, todo integrado con un sistema de control y adquisición de datos basado en PC.

Los subsistemas principales son:
• Motor de accionamiento de alta potencia con control vectorial  
• Caja de engranajes helicoidal de dos etapas para alcanzar 70.000 rpm  
• Dispositivo de carga del rodamiento con husillo y carcasa de precisión  
• Carga radial mediante fuelle neumático y celda de carga  
• Carga axial mediante cilindros neumáticos compactos y celdas de carga  
• Unidad de lubricación de rodamientos con calefacción y control de caudal  
• Sistema de lubricación de la caja de engranajes  
• Instrumentación y adquisición de datos para par, velocidad, cargas, presión, temperatura y caudal  
• Bastidor de base de hierro fundido para rigidez y amortiguación de vibraciones  
Cada subsistema está diseñado para ser robusto, mantenible y apto para operación continua a alta velocidad.

Sistema de Accionamiento y Caja de Engranajes de Alta Velocidad
En el corazón del banco hay un potente sistema de accionamiento controlado en velocidad que proporciona las condiciones mecánicas necesarias para las pruebas de resistencia.

Motor de Accionamiento y Control Vectorial
El banco utiliza un motor AC trifásico de ~113 kW, emparejado con un variador de control vectorial industrial:
• Potencia aproximada: 113 kW  
• Alimentación: 415 V, AC trifásico  
• Velocidad nominal: ~2900 rpm, con capacidad de hasta ~5000 rpm  
• Realimentación mediante codificador para control de velocidad en lazo cerrado  
• Rampas de aceleración/deceleración configurables para minimizar choques mecánicos  

Esta disposición garantiza que la velocidad de prueba pueda ajustarse, mantenerse y limitarse con precisión, con supervisión y limitación de par integradas en la lógica del accionamiento.

Caja de Engranajes de Alta Velocidad
Para alcanzar velocidades de husillo de hasta 70.000 rpm, el motor impulsa una caja de engranajes de alto rendimiento:
• Velocidad máxima de entrada: 5000 rpm  
• Velocidad máxima de salida: 70.000 rpm  
• Relación de engranajes: 14 : 1  
• Diseño: dos etapas, helicoidal simple, ejes paralelos  
• Norma de diseño: AGMA 6011 I-03 (diseño de engranajes de alta velocidad)  
• Rodamientos: cojinetes hidrodinámicos con respaldo de acero y recubrimiento de metal blanco  
La caja está diseñada para operación continua a alta velocidad, con énfasis en baja vibración y alta fiabilidad.

Acoplamiento y Limitación de Par
Entre los elementos giratorios:
• Se instala un acoplamiento de seguridad limitador de par entre el motor y la caja de engranajes:
  ▹ Normalmente ajustado para deslizar alrededor de 300 N•m y evitar daños ante sobrecargas repentinas (por ejemplo, agarrotamiento del rodamiento o trabado del eje).  
• Acoplamientos flexibles de alta velocidad se utilizan entre la salida de la caja, el sensor de par y el husillo de prueba:
  ▹ Capaces de operar de forma segura a 70.000 rpm  
  ▹ Compensan pequeños desalineamientos y reducen vibraciones transmitidas  
Esta configuración proporciona protección mecánica y garantiza la integridad de la medición a altas velocidades.

Alojamiento del Rodamiento, Husillo y Estructura Mecánica
El rodamiento bajo prueba se monta en un dispositivo dedicado que garantiza el ajuste correcto, la alineación y la adecuada introducción de carga.

Cama de Hierro Fundido y Bastidor Base
Todo el conjunto (motor, caja de engranajes, dispositivo de carga del rodamiento) está montado sobre una cama de hierro fundido:
• Alta rigidez a la flexión para mantener la alineación del eje bajo carga  
• Excelente amortiguación de vibraciones debido a las propiedades del hierro fundido  
• Reducción de la transmisión de vibraciones del accionamiento y del engranaje hacia los componentes de medición  
Este diseño de base es esencial para obtener resultados repetibles y una larga vida útil del equipo.

Husillo y Alojamiento del Rodamiento
El dispositivo de carga del rodamiento consta de:
• Un eje de husillo rectificado con precisión que soporta:  
  ▹ El rodamiento bajo prueba  
  ▹ Los rodamientos de soporte y los discos según sea necesario  
• Discos y espaciadores personalizables para adaptarse a la geometría del rodamiento de prueba (por ejemplo 20 × 47 × 14 mm u otros tamaños específicos del usuario)  
• Un alojamiento de dos partes:  
  ▹ La carcasa inferior sostiene los discos del rodamiento y los fija a la base.  
  ▹ La carcasa superior recibe las fuerzas radiales y axiales de los mecanismos de carga y las transfiere al rodamiento de prueba.  
El alojamiento está diseñado con canales de lubricación y puertos de sensores para que el aceite pueda suministrarse y monitorearse con precisión en los puntos del rodamiento.

Montaje y Desmontaje
Para evitar daños durante las operaciones de montaje y desmontaje, se utiliza un dispositivo dedicado para la inserción y extracción del rodamiento, asegurando:
• Alineación correcta durante la instalación  
• Fuerzas de prensado controladas  
• Cambios de rodamientos eficientes entre pruebas  

Aplicación de Cargas Radiales y Axiales
Para reproducir condiciones reales de operación, el banco ofrece control independiente de las cargas radiales y axiales.

Carga Radial
La carga radial se genera mediante un fuelle neumático:
• El aire comprimido actúa sobre el fuelle produciendo una fuerza vertical controlable.  
• Esta fuerza se aplica a la carcasa superior mediante un perno de carga radial, generando la carga radial sobre el rodamiento bajo prueba.  
• Una celda de carga radial en la trayectoria de fuerza mide la carga real aplicada.  

Características clave:
• Capacidad de carga radial: hasta aprox. 25 kN (≈2,5 toneladas), según configuración  
• Ajuste suave de la carga variando la presión del aire  
• Verificación continua de la carga mediante la salida de la celda de carga y un indicador digital  

Carga Axial
La carga axial (de empuje) se aplica mediante cilindros neumáticos compactos:
• Varios cilindros están dispuestos de modo que su fuerza combinada actúe en dirección puramente axial sobre el disco del rodamiento.  
• Una o más celdas de carga axial miden con precisión la fuerza aplicada.  

Capacidades típicas:
• Capacidad de carga axial: hasta aprox. 2,5 kN, según el número y tamaño de los cilindros  
• Configurable para cargas puramente radiales, puramente axiales o combinadas  

Control Neumático
El sistema neumático incluye:
• Unidades de filtro-regulador para asegurar aire limpio y seco con presión estable  
• Reguladores electro-neumáticos (E/P) que convierten señales de control eléctricas en niveles de presión precisos para los actuadores radiales y axiales  
• Válvulas solenoides (5/2 y 3/2, 24 V CC) para aplicar o liberar presión, extendiendo o retrayendo los cilindros  
Esto permite crear perfiles de carga bien definidos y habilita tanto el control manual como el semiautomático.

Lubricación y Gestión Térmica
La lubricación y el control de temperatura son esenciales en las pruebas de vida de rodamientos, y el banco los trata como variables de control prioritarias.

Unidad de Potencia de Lubricación del Rodamiento
El sistema de lubricación suministra aceite al rodamiento de prueba y a los rodamientos de soporte con:
• Presión controlada  
• Caudal controlado  
• Temperatura controlada  

Características clave:
• Depósito de aceite, bomba, filtración y líneas de retorno diseñados para operación continua  
• Calentador eléctrico capaz de elevar la temperatura del aceite desde ambiente (~35 °C) hasta aproximadamente 200 °C  
• Válvula proporcional de control de caudal para ajustar el flujo mediante una señal eléctrica  

Los parámetros monitoreados incluyen:
• Presión del aceite del rodamiento (transmisor de presión, 4–20 mA)  
• Temperatura del aceite del rodamiento (transmisor de temperatura, típicamente PT100 + transmisor, 4–20 mA)  
• Caudal de aceite (L/min), mostrado localmente y adquirido por el sistema DAQ  
Esto permite condiciones de prueba que van desde caudal bajo y temperatura elevada para pruebas aceleradas hasta ensayos de vida prolongada con lubricación óptima.

Sistema de Lubricación de la Caja de Engranajes
Una unidad de lubricación independiente se utiliza para:
• Suministrar aceite a engranajes y cojinetes hidrodinámicos con la presión y el caudal requeridos  
• Mantener una película hidrodinámica estable a alta velocidad  
• Proteger los componentes del engranaje contra desgaste y degradación térmica  
El procedimiento operativo garantiza que la lubricación del engranaje esté establecida antes de permitir funcionamiento a alta velocidad.

Enfriamiento y Rechazo de Calor
Según las instalaciones del sitio, los sistemas de lubricación pueden conectarse a:
• Un enfriador externo, o  
• Un circuito de agua de enfriamiento  
para eliminar el calor generado y mantener la temperatura del aceite durante pruebas prolongadas.

Instrumentación, Monitoreo y Adquisición de Datos
El banco cuenta con una amplia instrumentación para que cada prueba quede completamente documentada y trazable.  
Variables medidas

La instrumentación típica incluye:
• Par: sensor de par sin contacto (0–50 N•m típico)  
• Velocidad: integrada en el sensor de par o mediante captador dedicado (capacidad hasta 80.000 rpm)  
• Carga radial: medida mediante una celda de carga radial (hasta ~25 kN)  
• Carga axial: medida mediante celdas de carga axiales (hasta ~2,5 kN total, según configuración)  
• Presión del aceite (bar): para la lubricación del rodamiento y, cuando está instrumentada, para la lubricación del engranaje  
• Temperatura del aceite (°C): temperatura de entrada del rodamiento (y opcionalmente salida), temperatura del engranaje  
• Caudal (L/min): flujo de lubricación del rodamiento  
• Señales digitales de estado: bomba ENCENDIDA/APAGADA, calentador ENCENDIDO/APAGADO, interruptores de nivel, finales de carrera, paradas de emergencia e interbloqueos  

Indicadores Locales
En el panel frontal/de control, los indicadores digitales proporcionan:
• Visualización en tiempo real del par, velocidad, carga radial y carga axial  
• Visualización de presión, temperatura y caudal de aceite  
• Puntos de ajuste de alarma configurables, permitiendo lógica local de disparo ante valores inseguros  

Adquisición de Datos Basada en PC
Un PC o PC industrial con hardware DAQ dedicado:
• Recopila señales analógicas y digitales de todos los transmisores y sensores  
• Muestra valores y tendencias en tiempo real en la HMI  
• Registra todos los datos relevantes con marcas de tiempo e identificadores de prueba  

Esto genera un registro digital completo de cada prueba, apoyando:
• Análisis estadístico de vida  
• Investigaciones de fallos  
• Comparaciones entre proveedores  
• Informes para equipos internos o agencias externas  

Especificaciones Técnicas (Típicas)
La siguiente tabla resume las especificaciones técnicas típicas del Banco de Pruebas de Resistencia para Rodamientos de Alta Velocidad. Los valores pueden personalizarse según los requisitos del usuario, pero representan una configuración estándar.

  

    

      
Parámetro
      
Especificación (Típica)
    

    

      
Aplicación
      
Pruebas de resistencia y rendimiento de rodamientos de alta velocidad
    

    

      
Rango de velocidad del rodamiento en prueba
      
0 a 70,000 rpm (control continuo)
    

    

      
Potencia del motor de accionamiento
      
~113 kW, AC trifásico, 415 V
    

    

      
Velocidad nominal del motor
      
~2900 rpm (hasta aprox. 5000 rpm)
    

    

      
Control de velocidad
      
Variador con control vectorial y retroalimentación por encoder
    

    

      
Tipo de caja de engranajes
      
Dos etapas, engranaje helicoidal simple, ejes paralelos
    

    

      
Relación de engranajes
      
Aprox. 14 : 1
    

    

      
Velocidad máxima de entrada a la caja
      
5000 rpm
    

    

      
Velocidad máxima de salida de la caja
      
70,000 rpm
    

    

      
Norma de diseño de la caja
      
AGMA 6011 I-03
    

    

      
Rodamientos de la caja
      
Cojinetes hidrodinámicos con respaldo de acero y recubrimiento de metal blanco
    

    

      
Capacidad de carga radial
      
Hasta ~25 kN (≈2.5 toneladas), mediante fuelle neumático + célula de carga
    

    

      
Capacidad de carga axial
      
Hasta ~2.5 kN, mediante cilindros neumáticos compactos + células de carga
    

    

      
Actuación de carga radial
      
Fuelle neumático de una sola convolución con regulador E/P
    

    

      
Actuación de carga axial
      
Múltiples cilindros neumáticos compactos con regulador E/P
    

    

      
Temperatura del aceite de lubricación del rodamiento
      
Aprox. 35 °C a 200 °C (ajustable)
    

    

      
Flujo de lubricación del rodamiento
      
Ajustable mediante válvula proporcional de control de flujo (L/min según especificación)
    

    

      
Lubricación de la caja de engranajes
      
Unidad de potencia independiente con bomba, filtración y enfriamiento
    

    

      
Rango de medición del par
      
Aprox. 0–50 N·m, sensor de par sin contacto
    

    

      
Rango de medición de velocidad
      
0–80,000 rpm (capacidad del sensor)
    

    

      
Variables medidas
      
Par, velocidad, carga radial, carga axial, presión de aceite, temperatura de aceite, flujo
    

    

      
Estructura base
      
Bastidor de hierro fundido para alta rigidez y amortiguación de vibraciones
    

    

      
Adquisición de datos
      
DAQ basado en PC/IPC con entradas analógicas y digitales multicanal
    

    

      
Registro de datos
      
Registro continuo con sellado de tiempo e identificación de prueba
    

    

      
Alimentación eléctrica (principal)
      
415 V, trifásico para accionamiento y bombas
    

    

      
Alimentación auxiliar
      
230 V AC monofásico para controles, auxiliares e indicadores
    

    

      
Suministro neumático
      
Aire comprimido limpio y seco (presión según requisitos del actuador)
    
  


Filosofía de Seguridad y Operación
Debido a las altas velocidades y a la energía acumulada, el banco de pruebas está diseñado con un concepto de seguridad multicapa:
• Protección mecánica alrededor de todos los componentes rotativos y partes móviles  
• Circuitos de paro de emergencia:  
  ▹ Paro de emergencia del accionamiento para cortar la potencia del motor y desacelerar el sistema  
  ▹ Paro de emergencia del sistema para detener de forma segura la lubricación y los sistemas auxiliares cuando sea necesario  

• Bloqueos que impiden iniciar la prueba si:  
  ▹ La presión o el caudal de lubricación son insuficientes  
  ▹ Las temperaturas del aceite están fuera de los límites permitidos  
  ▹ No hay presión neumática disponible para la carga  
  ▹ Alguna alarma crítica está activa  

Los procedimientos de operación requieren:  
• Iniciar y estabilizar los sistemas de lubricación antes de aplicar velocidad/carga  
• Respetar los tiempos de calentamiento definidos  
• Evitar cualquier intervención manual mientras la prueba está en marcha o haya componentes rotando  
El principio general es que no se permite ninguna operación a alta velocidad a menos que las condiciones de lubricación, carga y seguridad estén confirmadas como adecuadas.

Beneficios Clave  
Desde la perspectiva del usuario, el Banco de Pruebas de Resistencia para Rodamientos de Alta Velocidad ofrece:  
• Datos de resistencia realistas y de alta fidelidad bajo condiciones combinadas de velocidad, carga y temperatura  
• Gran repetibilidad, gracias a una estructura mecánica rígida y un control preciso de la lubricación y las cargas  
• Información profunda sobre el comportamiento del rodamiento, permitiendo mejores decisiones de diseño y gestión de proveedores  
• Registros digitales completos que respaldan la cualificación, certificación y resolución de problemas  
• Flexibilidad para adaptarse a diferentes tamaños de rodamientos, niveles de carga y conceptos de prueba