Cuando una rueda industrial falla antes de tiempo, muchas veces se busca la causa en la carga, el material o el estado del suelo. Pero hay otro factor que puede cambiar por completo la vida útil de una rueda: la velocidad de trabajo.
Una rueda capaz de soportar 1.000 kg a baja velocidad no necesariamente puede trabajar con esa misma carga a 10 o 16 km/h. De hecho, los propios fabricantes reducen considerablemente la capacidad de carga admisible cuando aumenta la velocidad.
Un ejemplo claro: en determinadas ruedas industriales de poliuretano, una misma referencia puede soportar 1.000 kg a 4 km/h y solo 500 kg a 10 km/h.
¿Por qué ocurre? Porque cuando aumenta la velocidad también aumentan la frecuencia de deformación, la generación de calor, los impactos y las exigencias dinámicas sobre el recubrimiento, el núcleo y los rodamientos.
Por eso, en aplicaciones como AGV, AMR, transportadores, carretillas o sistemas automatizados, la velocidad debería considerarse desde el principio al seleccionar la rueda.
Más velocidad no significa simplemente más vueltas
Puede parecer que una rueda que circula a 10 km/h solo gira más rápido que otra que lo hace a 4 km/h. En realidad, cambia mucho más.
Cada vez que una rueda entra en contacto con el suelo, su banda de rodadura se deforma ligeramente por efecto de la carga. Cuando deja atrás la zona de contacto, recupera su forma.
Este ciclo se repite continuamente. A mayor velocidad, la rueda tiene menos tiempo entre una deformación y la siguiente.
Eso significa:
- Más ciclos de deformación por unidad de tiempo
- Mayor generación de calor interno
- Más exigencia dinámica sobre el material
- Mayor sensibilidad a defectos del suelo
- Más energía en cada impacto
Todo esto puede acelerar el desgaste si la rueda no está diseñada para trabajar en esas condiciones.
El calor es uno de los principales problemas
En ruedas con recubrimientos elastoméricos, como el poliuretano, parte de la energía utilizada para deformar el material se transforma en calor.
A velocidades moderadas este calor puede disiparse. Pero si aumentamos simultáneamente la velocidad, la carga, el tiempo de funcionamiento y la frecuencia de ciclos, la temperatura interna del recubrimiento puede aumentar.
Eso puede afectar al comportamiento del material y reducir su vida útil.
Por esta razón, los fabricantes no consideran únicamente la resistencia estática de una rueda. También evalúan su capacidad de carga dinámica.
En gamas diseñadas para velocidades superiores se utilizan materiales y geometrías capaces de trabajar con mayor exigencia dinámica y menor generación de calor.
Ejemplo: la misma rueda a 4 km/h y a 10 km/h
La diferencia puede verse claramente en tablas técnicas reales.
Tomemos como ejemplo una rueda de poliuretano de 200 mm de diámetro.
En una determinada serie puede presentar:
- Capacidad de carga a 4 km/h: 1.000 kg
- Capacidad de carga a 10 km/h: 500 kg
Es decir, al aumentar la velocidad, la carga admisible puede reducirse aproximadamente a la mitad.
Otro ejemplo en una rueda más blanda:
- 750 kg a 4 km/h
- 300 kg a 10 km/h
Esto demuestra algo importante: la capacidad de carga indicada para una rueda siempre debe interpretarse junto con la velocidad de referencia.
No basta con saber cuánto pesa la máquina.
¿Por qué disminuye tanto la capacidad de carga a mayor velocidad?
Porque una carga estática y una carga dinámica no producen el mismo esfuerzo.
Imaginemos una rueda detenida soportando 800 kg. La zona de contacto se deforma, pero permanece relativamente estable.
Ahora imaginemos esa misma rueda circulando de forma continua. La banda de rodadura se comprime y recupera su forma constantemente.
Además aparecen aceleraciones, frenadas, cambios de dirección, vibraciones, juntas del pavimento, irregularidades e impactos.
Cuanto mayor sea la velocidad, mayor será la energía asociada a muchos de estos fenómenos.
Por eso una rueda que trabaja cómodamente con una determinada carga a velocidad reducida puede sufrir sobrecalentamiento o desgaste prematuro cuando se utiliza mucho más rápido.
La velocidad aumenta el efecto de los defectos del suelo
Una junta de pocos milímetros puede parecer insignificante a baja velocidad. Pero el efecto cambia cuando la rueda pasa sobre ella más rápido.
La energía del impacto aumenta y las fuerzas se transmiten a la banda de rodadura, la unión entre recubrimiento y núcleo, los rodamientos, los ejes y la estructura de la máquina.
Por eso el estado del pavimento adquiere todavía más importancia en aplicaciones de alta velocidad.
Una rueda que funciona correctamente sobre un suelo liso puede presentar problemas muy diferentes en pavimentos deteriorados, juntas profundas, raíles, rejillas, cambios de nivel o superficies con virutas y residuos.
La velocidad amplifica muchos de estos problemas.
Velocidad y abrasión no son exactamente lo mismo
También conviene distinguir dos conceptos.
Una rueda puede desgastarse por abrasión, es decir, por pérdida progresiva de material debido al contacto con el suelo. Pero también puede deteriorarse por fatiga térmica o mecánica.
A mayor velocidad aumenta la distancia recorrida en el mismo tiempo, por lo que obviamente también aumenta el número de contactos con el pavimento.
Pero si además la temperatura de trabajo sube, el desgaste puede acelerarse todavía más.
Por eso dos ruedas que recorren la misma distancia total pueden no terminar en el mismo estado si una lo hace lentamente y otra trabaja con cargas elevadas a mucha velocidad y sin descansos.
El uso continuo también importa
No es igual trabajar a 10 km/h durante cinco minutos que hacerlo durante ocho horas.
En el primer caso puede existir tiempo suficiente para disipar el calor acumulado.
En el segundo, la temperatura puede ir aumentando progresivamente hasta alcanzar un régimen térmico mucho más exigente.
Esto es especialmente relevante en:
- AGV
- AMR
- Sistemas de transporte automático
- Líneas de producción
- Transportadores internos
- Aplicaciones logísticas 24/7
En estos sistemas no basta con indicar una velocidad máxima. También interesa conocer el ciclo de trabajo.
Caso práctico: AGV que pasa de 4 a 10 km/h
Imaginemos un vehículo automático utilizado en una planta industrial.
Inicialmente trabaja a 4 km/h con una carga por rueda de 450 kg.
La empresa aumenta posteriormente la velocidad para mejorar la productividad y pasa a 10 km/h, pero mantiene las mismas ruedas, la misma carga, el mismo recorrido y el mismo ciclo de trabajo.
Sobre el papel parece un cambio sencillo.
Sin embargo, la rueda ahora realiza más ciclos de deformación por minuto, recibe impactos más intensos, dispone de menos tiempo para disipar calor y trabaja mucho más cerca de sus límites dinámicos.
Si la ficha técnica de esa rueda establece una capacidad significativamente inferior a 10 km/h, el problema no es que la rueda sea de mala calidad.
Está trabajando fuera de las condiciones para las que fue dimensionada.
¿Puede una rueda aguantar la velocidad y desgastarse igualmente muy rápido?
Sí.
Una rueda puede funcionar sin sufrir una rotura inmediata y, aun así, tener una vida útil mucho menor de la esperada.
Las primeras señales pueden ser:
- Desgaste acelerado de la banda
- Aumento de temperatura
- Deformación
- Grietas
- Desprendimientos
- Ruido
- Vibraciones
- Mayor resistencia a la rodadura
- Daños en los rodamientos
Por eso no debemos considerar únicamente si la rueda “aguanta”.
La pregunta correcta es: ¿puede trabajar durante miles de horas en estas condiciones manteniendo sus propiedades?
El diámetro de la rueda también influye
A una misma velocidad lineal, una rueda pequeña gira más veces por minuto que una rueda grande.
Dos ruedas circulan a 10 km/h. Una tiene 100 mm de diámetro y la otra 250 mm.
La rueda pequeña necesita realizar muchas más revoluciones para recorrer la misma distancia.
Eso significa más ciclos de deformación por unidad de tiempo.
Además, una rueda de mayor diámetro suele superar mejor pequeñas irregularidades del suelo.
Por eso, cuando aumenta la velocidad de una aplicación, el diámetro puede convertirse en una variable importante del diseño.
No significa que la solución sea siempre instalar la rueda más grande posible.
Hay que estudiar conjuntamente:
- Espacio disponible
- Carga
- Velocidad
- Par
- Resistencia a la rodadura
- Geometría
- Tipo de aplicación
¿Una rueda más dura soporta mejor la velocidad?
No necesariamente.
Una mayor dureza puede reducir determinadas deformaciones y mejorar la resistencia a la rodadura. Pero la selección no debería basarse únicamente en Shore A.
Un material más duro también puede transmitir más vibraciones, proteger menos el pavimento y absorber peor determinadas irregularidades.
Además, dos poliuretanos con la misma dureza Shore pueden tener comportamientos dinámicos muy distintos.
La formulación química, resiliencia, histéresis, geometría y calidad del material influyen enormemente.
Por eso la dureza es solo uno de los parámetros.
VULKOLLAN® y aplicaciones dinámicas
En aplicaciones con elevada carga dinámica, materiales de poliuretano de altas prestaciones como VULKOLLAN® se utilizan precisamente por su combinación de resistencia al desgaste, capacidad de carga y comportamiento dinámico.
Existen ruedas de VULKOLLAN® diseñadas para aplicaciones en las que se alcanzan velocidades elevadas, siempre respetando las cargas admisibles indicadas para esas condiciones.
Esto resulta especialmente interesante en:
- Ruedas motrices
- Rodillos
- AGV
- Equipos de manutención
- Sistemas automatizados
- Aplicaciones con ciclos intensivos
Sin embargo, utilizar VULKOLLAN® tampoco elimina la necesidad de dimensionar correctamente.
Incluso un material de altas prestaciones puede fallar prematuramente si se combinan demasiada carga, velocidad, temperatura y deformación.
Velocidad, carga y temperatura deben analizarse juntas
Uno de los errores más frecuentes consiste en estudiar cada variable de forma aislada.
Por ejemplo, decir “necesitamos soportar 800 kg” no es suficiente.
También deberíamos saber a qué velocidad trabaja la rueda, durante cuánto tiempo, sobre qué suelo, a qué temperatura ambiente, con qué diámetro y con qué tipo de accionamiento.
Una misma rueda puede ser adecuada para 800 kg a 4 km/h y completamente inadecuada para 800 kg a 12 km/h en funcionamiento continuo.
¿Qué ocurre con los rodamientos?
La banda de rodadura no es el único componente afectado.
A mayor velocidad también aumenta la exigencia sobre rodamientos, lubricación, ejes, alojamientos y temperatura.
Una rueda bien dimensionada necesita que todos estos componentes sean compatibles con el régimen de trabajo.
Por eso en aplicaciones de alta velocidad son habituales soluciones con rodamientos de bolas u otros sistemas diseñados para soportar correctamente el régimen de giro.
La elección del recubrimiento adecuado no soluciona por sí sola una selección incorrecta del rodamiento.
Ruedas industriales
Frenadas y aceleraciones pueden ser más exigentes que la velocidad constante
En muchas aplicaciones automatizadas el problema no está tanto en circular rápido como en hacerlo con continuas aceleraciones y frenadas.
Un AGV puede acelerar, alcanzar su velocidad máxima, frenar, girar y volver a acelerar cientos o miles de veces durante una jornada.
Estos ciclos generan esfuerzos adicionales sobre las ruedas motrices.
En ruedas accionadas también hay que considerar:
- Par transmitido
- Adherencia
- Deslizamiento
- Arranque
- Frenada
Una rueda adecuada para desplazamiento libre puede no ser la solución correcta para una rueda motriz sometida a ciclos intensivos.
El deslizamiento puede destruir una rueda mucho antes
Cuando una rueda gira a una velocidad diferente de la que corresponde al desplazamiento real, se produce deslizamiento.
Puede ocurrir durante aceleraciones bruscas, frenadas, giros, bloqueos o diferencias de velocidad entre ruedas motrices.
En estos casos aparece fricción adicional.
Y la fricción genera calor, abrasión y desgaste localizado.
Una rueda puede sufrir zonas planas o desgaste irregular incluso aunque el material tenga una resistencia a la abrasión excelente.
Por eso aumentar la velocidad de un sistema también puede exigir revisar el control del accionamiento.
Cómo saber si la velocidad está provocando un desgaste prematuro
Hay varias señales que pueden apuntar en esa dirección.
La rueda se calienta excesivamente
Especialmente después de períodos prolongados de trabajo.
La vida útil cae después de aumentar la velocidad de la máquina
Si no se ha modificado ninguna otra variable, es una pista evidente.
El desgaste aparece antes en recorridos largos o turnos intensivos
Puede existir acumulación térmica.
El problema es mayor en ruedas motrices
Las aceleraciones y frenadas pueden estar contribuyendo.
El desgaste aumenta en zonas con juntas o irregularidades
La mayor velocidad está aumentando la energía de los impactos.
La capacidad indicada en catálogo es inferior para la velocidad real
Este punto debería comprobarse siempre.
Qué revisar antes de aumentar la velocidad de una máquina
Si queremos aumentar la productividad de un equipo pasando, por ejemplo, de 4 a 8 o 10 km/h, conviene revisar antes:
- Capacidad de carga de la rueda a la nueva velocidad
- Diámetro
- Tipo de poliuretano o material
- Dureza
- Espesor de la banda
- Temperatura prevista
- Ciclo de trabajo
- Estado del pavimento
- Rodamientos
- Aceleraciones y frenadas
- Función motriz o libre de cada rueda
No debería suponerse que una rueda seleccionada para una aplicación lenta seguirá siendo adecuada simplemente porque no cambia el peso transportado.
¿Cuándo interesa aumentar el diámetro?
Puede ser una solución interesante cuando aumenta la velocidad, existen irregularidades en el suelo, queremos reducir revoluciones por minuto o buscamos menor resistencia a la rodadura.
Pero hay que comprobar si el diámetro mayor afecta a:
- Altura de la máquina
- Relaciones de transmisión
- Par del motor
- Espacio disponible
- Geometría del vehículo
En maquinaria industrial, cambiar el diámetro de una rueda puede modificar bastante más que la propia rueda.
¿Cuándo conviene cambiar de material?
Si el aumento de velocidad provoca problemas térmicos o dinámicos, puede ser necesario utilizar un material con mejores prestaciones.
Por ejemplo, pasar de un poliuretano estándar a una formulación diseñada para alta capacidad dinámica, menor histéresis, menor generación de calor y mayor resistencia al desgaste puede aumentar significativamente la vida útil.
Materiales como VULKOLLAN® y otros poliuretanos técnicos se utilizan precisamente en aplicaciones donde carga y velocidad hacen insuficientes soluciones más convencionales.
Una rueda adecuada puede aumentar la productividad sin reducir su vida útil
Aumentar la velocidad de una máquina no tiene por qué significar necesariamente sustituir las ruedas con mayor frecuencia.
El problema aparece cuando se aumenta la velocidad sin volver a dimensionar la aplicación.
Si seleccionamos correctamente el material, el diámetro, la geometría, la carga, los rodamientos y las condiciones de trabajo, es posible trabajar a velocidades superiores manteniendo una vida útil elevada.
La capacidad de carga no debería leerse sin mirar la velocidad
La capacidad de carga de una rueda industrial es probablemente la conclusión más importante.
Cuando una ficha técnica indica una capacidad de 1.000 kg, hay que comprobar bajo qué condiciones se ha obtenido ese valor.
Una rueda puede tener 1.000 kg de capacidad a 4 km/h y 500 kg a 10 km/h.
Ambas cifras son correctas. La diferencia está en la aplicación.
Por eso, para seleccionar una rueda industrial correctamente, necesitamos conocer al menos:
- Carga real
- Velocidad máxima
- Velocidad habitual
- Horas de funcionamiento
- Ciclo de trabajo
- Tipo de suelo
- Temperatura
- Diámetro disponible
- Tipo de accionamiento
En Slind Parts trabajamos con ruedas y rodillos industriales Räder-Vogel para aplicaciones de alta exigencia, incluyendo soluciones en VULKOLLAN® y otros poliuretanos técnicos.
Si una aplicación está sufriendo desgaste prematuro o se quiere aumentar la velocidad de funcionamiento, analizar únicamente el peso transportado puede llevar a seleccionar la misma rueda y repetir el problema.
La velocidad cambia las condiciones dinámicas de trabajo.
Y, cuando la rueda es una pieza crítica del sistema, dimensionarla para la velocidad real de la aplicación puede marcar la diferencia entre un componente que dura meses y otro que trabaja durante años.