Sistemas de Deslizamiento y Guiado en Maquinaria Industrial

Las guías de deslizamiento permiten unir dos piezas entre sí de modo que una pueda deslizarse respecto a la otra. Estas guían una pieza móvil sobre otra fija, soportando cargas y buscando evitar la pérdida de energía por rozamiento. Además, son fundamentales en la dicotomía rigidez-amortiguación de una máquina.

Principios de Diseño y Funcionamiento

  • Disminución de apoyos: Consiste en disminuir los puntos de contacto para que el rozamiento no produzca pérdida de energía y se obtenga un mayor rendimiento.
  • Eliminación de aristas vivas: Se busca evitar que la suciedad o las rebabas impidan un correcto ajuste entre las superficies de contacto; para ello, se deben achaflanar las aristas exteriores y realizar un rebaje en las interiores.

Requisitos para un correcto funcionamiento:

  • Resistencia al desgaste.
  • Bajo coeficiente de rozamiento, logrado mediante una adecuada elección de materiales.
  • Resistencia a las solicitaciones mecánicas a soportar.

Tipos de Guías

Las guías se pueden clasificar bajo diversos criterios:

  • Según el movimiento: Movimiento rectilíneo o lineal (1) y curvilíneo (2).
  • Según el rozamiento: Guías de deslizamiento, guías de rodadura y guías hidrostáticas.

Guías de Deslizamiento

En estas, las superficies rozan mutuamente entre sí; se utilizan comúnmente en bancadas de maquinaria. Las más usuales son las de fricción hidrodinámica, compuestas por dos superficies planas, rectificadas y tratadas para aumentar la dureza, que llevan una película intermedia de aceite para facilitar el deslizamiento.

Una de las superficies suele llevar «Turcite» para disminuir el deslizamiento y permitir el mecanizado de los conductos de aceite, lo cual es beneficioso para grandes esfuerzos y acabados superficiales críticos. Entre sus inconvenientes se encuentra el cizallamiento del aceite, que produce resistencia al movimiento, y el efecto «stick-slip» (pegar-deslizar), generado por la diferencia entre el coeficiente de rozamiento estático y dinámico. Cuando la parte móvil se detiene, el espesor del aceite disminuye y aumenta la fricción del conjunto.

La forma y dimensión de la guía dependerá de las cargas a soportar y de la dirección de estas fuerzas. Se debe considerar la precisión del movimiento, el espacio disponible, la lubricación necesaria y las protecciones para su conservación.

Perfiles de guías comunes:

  • Guía redonda: Capaz de absorber solicitaciones en todas las direcciones; suelen montarse en parejas para impedir el vuelco de la corredera.
  • Guía plana: De fácil mecanización, soporta mayores esfuerzos. Está sometida a cargas verticales; cuando existe una carga horizontal, se limita el movimiento con apoyos laterales.
  • Guías rectangulares: Apropiadas para cargas normales.
  • Guías en forma de T: Diseñadas para soportar esfuerzos que podrían producir el vuelco del taco móvil.
  • Guías prismáticas: Absorben esfuerzos oblicuos y suelen tener una inclinación de 15 a 30 grados. Cuando las caras forman un ángulo de 45 grados, se obtiene un menor desgaste y mayor duración, ya que los esfuerzos se reparten uniformemente. Existen también variantes autoajustables, aunque presentan el inconveniente de que la ranura necesaria en los carros puede debilitar la pieza.

Esta combinación evita los inconvenientes anteriores y asegura una absorción de todas las solicitaciones a las que puedan estar sometidas.

  • Guías en doble «V»: Poseen características similares a las de cola de milano, pero son capaces de desplazar mayores cargas y permitir movimientos rápidos.
  • Sistema de desplazamiento lineal: Adecuado para aplicaciones industriales como máquinas herramienta, maquinaria de empaquetado, etiquetado y mecanismos de transferencia de cargas. La guía en V soporta grandes cargas verticales y fuerzas laterales.

Guía en cola de milano: Empleada en carros pequeños o medianos, soporta esfuerzos direccionales. Se debe intentar que el rozamiento sea el mínimo posible mediante una lubricación adecuada, ya que la energía perdida por fricción disminuye el rendimiento.

Guías de Rodadura

Si en el guiado se introduce un elemento rodante, la zona de rozamiento disminuye. Mediante la aplicación de bolas o rodillos se obtienen menores coeficientes de rozamiento, movimientos más precisos y suaves, alta capacidad de carga y gran rigidez. Los elementos rodantes suelen contar con sellado de por vida para evitar marcas y se emplean en máquinas de precisión.

Las guías de rodadura se basan en el mismo principio que los rodamientos. Su duración es mayor que las de deslizamiento. Existen guías deslizantes con patines para cargas elevadas, basados en sistemas de rodamientos con retorno de recorrido ilimitado. Sus ventajas incluyen alta capacidad de transporte, resistencia a cargas basculantes, juntas de sellado para impedir la penetración de partículas y bajo mantenimiento.

Guías Hidrostáticas

Utilizan aceite a presión para mantener constantes las partes de la guía que se deslizan. Se logra un coeficiente de rozamiento bajísimo y la eliminación del efecto stick-slip, resultando en un movimiento suave y exento de vibraciones. Se eliminan holguras y el desgaste es nulo. Es un sistema costoso, empleado en casos donde la precisión del movimiento es esencial.

Reglaje del Juego de Guías

Debido al uso, se producen desajustes y pérdidas de precisión. El ajuste se realiza mediante planos inclinados. Las guías hidrodinámicas tienen una vida limitada de 10 a 12 años. El reglaje se efectúa mediante el ajuste de una regleta o listón alojado entre el carro y la bancada.

Para acceder a la regleta, los carros disponen de tornillos que, al operarlos, desplazan el listón para ajustar los juegos. Las caras de la regleta tienen la misma forma y acabado que la guía. El objetivo es lograr un movimiento suave y sin holguras.

  • Guías planas: El ajuste se realiza añadiendo o quitando láminas metálicas entre las piezas desmontables.
  • Otras guías: Se lleva a cabo mediante el desplazamiento de las regletas.

Existen regletas de sección constante que se ajustan con tornillos a lo largo de la bancada, y otras en forma de cuña (lengüetas) que se ajustan mediante un tornillo en su cabeza (Figura 30).

Montaje de Guías

El montaje presenta particularidades críticas: la superficie “A” debe estar rectificada con un buen acabado. Se deben tomar medidas para no dañar las superficies durante la operación. La zona “B” debe apoyar uniformemente a lo largo de la regleta. Se debe verificar que las guías mantengan su forma y dimensión en toda su longitud para detectar deformaciones.

Las mechas (Figura 32) se introducen transversalmente y se sujetan con tornillos. Los listones para guías en cola de milano se introducen longitudinalmente tras montar los demás elementos, mediante un deslizamiento suave. Los tornillos de ajuste cuentan con una tuerca de seguridad.

Secuencia de montaje en guías de cola de milano:

  1. Verificar superficies de todos los componentes.
  2. Introducir el carro.
  3. Colocar la lengüeta deslizándola longitudinalmente, alineando ranuras de engrase y orificios.
  4. Introducir tornillos de ajuste y probar el deslizamiento hasta que sea adecuado.
  5. Apretar la tuerca para fijar la posición del tornillo.

Construcción y Materiales

Generalmente se utiliza el mismo material que la bancada. Se aplican tratamientos superficiales para aumentar la dureza, además de rectificado o rasqueteado para reducir el coeficiente de rozamiento. En ocasiones se emplean guías postizas de acero aleado, tratado y rectificado.

Lubricación y Protección

Las guías de deslizamiento hidrodinámicas requieren lubricación frecuente. Se deben usar aceites con aditivos para mejorar la adherencia y características antidesgaste (anti-stick-slip) y anticorrosión. Se diferencia entre aceites para guías horizontales (menor viscosidad) y verticales.

El engrase continuo se obtiene mediante bombas y se distribuye por ranuras de engrase para repartir el aceite uniformemente. La falta de lubricación puede provocar el «gripado» de las piezas. Las guías deben protegerse en sus extremos con elementos metálicos o de goma para evitar impurezas.

Bloqueo de las Guías

A veces es necesario bloquear los carros en posiciones determinadas para reducir vibraciones. El bloqueo se consigue mediante presión constante (mecánica o hidráulica) sobre las guías móviles.

Verificación de Elementos e Instalación

Un montaje correcto requiere verificaciones de:

  • Plenitud (planitud) de superficies.
  • Posición de superficies.
  • Ejes y ajuste de piezas.
  • Ajustes cónicos.

Verificación de Superficies Planas

Se utilizan reglas de cuchillo (precisión de hasta 0.01 mm) en varias direcciones. Para mayor precisión, se emplea un reloj comparador sobre bloques patrón o el método de marmoleado con azul de Prusia. También existen sistemas ópticos y láser.

Verificación de Posición y Paralelismo

  • Perpendicularidad: Se verifica con escuadras convencionales, rodillos con bloques patrón o escuadras de precisión con reloj comparador.
  • Paralelismo: Entre planos (usando reloj comparador en soporte de deslizamiento) o entre ejes (usando base en V y oscilando el comparador).
  • Equidistancia: Comprobación de la distancia de un cuerpo respecto a otro, como dos ejes respecto a un plano.

Verificación de Ejes

  • Alineación: Uso de reloj comparador con base magnética o sistemas láser.
  • Concentricidad y rectitud: Se emplea un banco de centrar y reloj comparador para estudiar la generatriz y el alabeo.
  • Desplazamiento axial: Se mide la presión y el desplazamiento lateral, común en rodamientos cónicos.

Ajustes Cónicos

Se verifica la superficie de contacto aplicando un producto coloreado; una mayor superficie marcada indica una mejor coincidencia del ajuste.

Instalación de Máquinas

Transporte y Descarga

Se deben evitar deterioros usando eslingas en los puntos de sujeción indicados por el fabricante para asegurar el equilibrado y evitar vuelcos.

Fundación y Nivelación

La cimentación (400-500 mm de profundidad) depende del peso de la máquina y utiliza hormigón, pernos de fijación y placas de nivelación. Se pueden usar aislantes como goma o fieltro. Las máquinas pequeñas pueden usar soportes antivibratorios («lapas»).

La nivelación se realiza con tornillos de regulación y niveles de precisión (sensibilidad 0,03 mm/m).

Engrase y Lubricación Detallada

La lubricación reduce el desgaste, la pérdida de energía y el calor. Evita el contacto metal-metal, mejora el rendimiento, facilita la evacuación de calor y evita la oxidación. Los fluidos hidráulicos también pueden generar fuerzas.

Tipos de Lubricantes

  • Líquidos (Aceites):
    • Vegetales/Animales: Poco usados por su tendencia a oxidarse y generar ácidos.
    • Minerales: Derivados del petróleo.
    • Sintéticos: Creados por síntesis química; poseen mejor índice de viscosidad y resistencia térmica.
  • Sólidos: Grafito, talco, PTFE, bisulfuro de molibdeno. Usados en temperaturas extremas.
  • Pastosos (Grasas): Mezcla de aceite (80%) y espesante. Se caracterizan por su punto de gota y consistencia (grados NLGI).

Características Técnicas

  • Viscosidad: Resistencia a fluir. Varía con la temperatura y presión.
  • Untuosidad: Capacidad de adherencia.
  • Escalas: SAE (automoción), ISO (industrial, de 2 a 1500 cSt).

Aditivos Comunes

Mejoran el índice de viscosidad, son antioxidantes, detergentes (neutralizan ácidos), antidesgaste, antiespumantes y de extrema presión.

Regímenes de Lubricación

  • Lubricación Límite: Capa delgada, hay contacto metal-metal. Ocurre con cargas altas y bajas velocidades.
  • Lubricación Hidrodinámica: Superficies totalmente separadas por una película de aceite.
  • Lubricación Mixta: Situación intermedia.
  • Lubricación Elastohidrodinámica: Típica en elementos rodantes; la presión aumenta la viscosidad y deforma elásticamente la superficie.

Sistemas de Lubricación

Lubricación manual:  Se utilizará cuando no se requiera una gran cantidad de lubricante, ni un engrase continuo. Se emplean engrasadores que son pequeños depósitos donde se coloca una cantidad de lubricante que llega directamente a las zonas que requieren lubricación. Existen varios modelos de engrasadores, entre los que destacamos: el de bola, el de copa , el engrasador tipo Stauffer y los de grasa consistente.

Lubricación Automática: Cuando la lubricación forma continua y precisa, con sistemas automáticos. Ademas con ellos se disminuyen las intervenciones de engrase a realizar en las maquinas. El inconveniente su coste. Dentro de la lubricación automática podríamos diferenciar los sistemas no centralizados.Aportan la lubricación en un solo punto y suelen estar constituido por un cartucho de relleno de lubricante que lo aporta progresivamente según las necesidades. tienen una duración finita.

Los sistemas centralizados son los que proporcionan las mejores condiciones de lubricación. Los más habituales son:

El engrase por baño de aceite:  se suele emplear  en las cajas de velocidades. Consiste en hacer que una de las ruedas quede sumergida parcialmente en el aceite. Algirar va arrastrando el aceite que es comunicado de forma progresiva, a las otras  ruedas que con las que engrana.El engrase mediante bomba: empleando una bomba, se envía al aceite por una serie de conductos o tuberías a las zonas que lo requieran. Una vez realizada su función vuelve a  caer al deposito para ser aspirado de nuevo. Las bombas que se suelen emplear son de engranajes, de paletas o aspirante .Engrase por barboteo: Es el que se producía, por ejemplo en los cigüeñales, aunque se empleo está en desuso. La biela se introduce en un depósito  de aceite, que mantiene su nivel  constante gracias a una bomba, cada vez que el cigüeñal gira una vuelta. De esta forma el cojinete  siempre tendrá una correcta lubricación.Por pulverización: Cuando se emplean herramientas neumáticas, actuadores, etc. , el engrase de estos mecanismos se realiza por pulverización de aceite en el aire a presión. Al inicio de la circulación del aire. Se atomiza cierta cantidad de aceite. De esta forma se logra su suspensión en el aire.