Cojinete para niños

Enciclopedia para niños

Un cojinete es una pieza muy importante en muchas máquinas, como bicicletas, coches o incluso patinetes. Imagina que tienes una rueda que necesita girar suavemente sobre un eje. El cojinete es el componente que permite que ese eje gire sin problemas y con la menor fricción posible.

Su función principal es permitir el movimiento entre dos partes de una máquina, ya sea giratorio (como una rueda) o lineal (como un cajón), y al mismo tiempo reducir el roce. Algunos cojinetes tienen bolitas o rodillos en su interior para que el movimiento sea aún más fácil; a estos se les llama rodamientos.

Los cojinetes que giran ayudan a que piezas como los ejes se mantengan en su lugar y soporten el peso o las fuerzas que actúan sobre ellos. El tipo más sencillo de cojinete es el de deslizamiento, donde un eje simplemente gira dentro de un agujero. Para que funcione bien, a menudo se usa lubricante, como aceite o grasa, para que las superficies resbalen y no se desgasten. Los rodamientos, en cambio, usan elementos que ruedan, como bolas o cilindros, para evitar que las piezas se froten directamente. Hay muchos tipos de rodamientos, cada uno diseñado para una tarea específica, buscando que sean muy eficientes y duraderos.

Los cojinetes más simples son solo superficies lisas, pero los más complejos, especialmente los rodamientos, son piezas muy precisas que se fabrican con alta tecnología.

¿De dónde viene la palabra "cojinete"?

La palabra "cojinete" es como un diminutivo de "cojín". Se le dio este nombre porque, al igual que un cojín, sirve de apoyo, y además suele ser una pieza pequeña.

Un poco de historia sobre los cojinetes

La idea de usar rodillos para mover objetos pesados es muy antigua, ¡quizás incluso más que la invención de la rueda!

Aunque se dice que los antiguos egipcios usaban troncos como rodillos para mover grandes bloques de piedra, los dibujos de esa época muestran que en realidad usaban trineos y lubricaban el suelo con líquidos para que se deslizaran mejor. Esto sería una forma temprana de cojinete de deslizamiento.

Los vehículos con ruedas que usaban cojinetes sencillos aparecieron hace miles de años, entre el 5000 y el 3000 antes de Cristo.

El primer ejemplo que conocemos de un cojinete con elementos que ruedan es un rodamiento de bolas de madera. Se encontró en los restos de unos barcos romanos antiguos, que datan del año 40 después de Cristo.

Leonardo da Vinci, el famoso inventor, dibujó diseños de cojinetes de bolas para su idea de un helicóptero alrededor del año 1500. Fue el primero en pensar en usar rodamientos en un diseño de aeronave. Más tarde, en el siglo XVII, Galileo Galilei describió un rodamiento de bolas con "jaulas" para separar las bolas y reducir la fricción.

A mediados del siglo XVIII, un relojero británico llamado John Harrison inventó el primer rodamiento de rodillos con jaula que funcionaba de verdad, usándolo en sus cronómetros marinos.

La era industrial y los cojinetes modernos

Antiguo rodamiento de rodillos cónicos de la marca Timken.

Patente original de Wingquist de un rodamiento de bolas capaz de pivotar como una rótula.

La primera patente moderna de un rodamiento de bolas fue para Philip Vaughan en 1794. Su diseño fue muy importante porque las bolas rodaban en una ranura especial. Los cojinetes fueron clave en la Revolución Industrial, haciendo que las nuevas máquinas funcionaran mucho mejor.

Al principio, los cojinetes se hacían de madera y bronce. Hoy en día, se usan muchos materiales, como cerámica, acero, otros metales y plásticos especiales.

Los relojeros usan cojinetes de rubí para reducir la fricción en los relojes, lo que los hace más precisos.

En 1869, Jules Suriray, un mecánico de bicicletas de París, obtuvo la primera patente de un rodamiento de bolas de tipo radial. Poco después, estos rodamientos se usaron en la bicicleta con la que James Moore ganó la primera carrera de bicicletas en carretera.

En 1883, Friedrich Fischer creó un método para fabricar bolas de rodamiento de tamaño y forma perfectos en grandes cantidades. Esto dio origen a una industria de rodamientos independiente.

El diseño moderno de rodamientos de bolas que se autoalinean fue inventado por el ingeniero Sven Wingquist en 1907.

Henry Timken patentó el rodamiento de rodillos cónicos en 1898 y fundó una empresa para producirlos.

Hoy en día, los rodamientos de bolas y rodillos se usan en muchísimas cosas: desde los taladros de dentista que giran muy rápido, hasta los vehículos espaciales como el Mars Rover, las ruedas de los coches, las bicicletas y las máquinas de medición de alta precisión.

¿Qué tipos de cojinetes existen?

Animación de un rodamiento de bolas. El anillo interior gira y el anillo exterior permanece quieto.

Hay muchos tipos de cojinetes, con diferentes formas, materiales y formas de funcionar. El más común es el cojinete de deslizamiento, que usa superficies en contacto, a menudo con aceite o grafito para lubricar.

Sin embargo, para algunas aplicaciones, un tipo de cojinete específico puede mejorar mucho el rendimiento de una máquina.

Aquí te mostramos algunos tipos comunes de cojinetes:

Cojinete de deslizamiento: Un eje gira dentro de un agujero. Puede ser un simple buje o una pieza más compleja.
Rodamiento: Usa elementos que ruedan (bolas o rodillos) entre las partes para evitar el roce.
- Rodamiento de bolas: Los elementos que ruedan son esféricos.
- Rodamientos de rodillos: Los elementos que ruedan son cilíndricos, cónicos o esféricos.
Cojinete de rubí: Un cojinete de deslizamiento donde una de las superficies es de un material muy duro como el zafiro para reducir el desgaste.
Cojinete de fluido: No hay contacto directo entre las partes. La carga es soportada por una capa de líquido o gas (como en un cojinete de aire).
Cojinete magnético: La carga es soportada por un campo magnético.
Cojinete de flexión: El movimiento se logra doblando una parte del material.

¿Qué movimientos permiten los cojinetes?

Los cojinetes permiten diferentes tipos de movimiento:

Giro radial: Como el eje de una turbina.
Movimiento lineal: Como el de un cajón que se abre y cierra.
Giro esférico: Como el de una rótula.
Movimiento de bisagra: Como el de una puerta o una articulación como el codo.

¿Cómo reducen la fricción?

Reducir la fricción en los cojinetes es muy importante para que funcionen bien, duren más y no se calienten. Un cojinete puede reducir la fricción de varias maneras:

Por su forma: Usando bolas o rodillos que ruedan en lugar de deslizarse.
Por el material: Usando materiales que son naturalmente resbaladizos, como algunos plásticos.
Por fluidos: Usando una capa de líquido (lubricante) o gas a presión para que las partes no se toquen.
Por campos: Usando campos magnéticos para mantener las piezas separadas.
Por presión de aire: Usando aire a presión para evitar el contacto.

A veces, se combinan varios de estos sistemas en un mismo cojinete.

¿Qué cargas soportan los cojinetes?

Los cojinetes se diseñan para soportar diferentes tipos de fuerzas:

Radiales: Fuerzas que empujan hacia el centro del eje.
Axiales: Fuerzas que empujan a lo largo del eje.
De flexión: Fuerzas que intentan doblar el eje.

¿A qué velocidades pueden funcionar?

Cada tipo de cojinete tiene un límite de velocidad. Los cojinetes de deslizamiento suelen ser para velocidades más bajas, mientras que los de elementos rodantes, fluidos y magnéticos pueden alcanzar velocidades mucho mayores.

¿Qué es la holgura o juego?

La holgura es el pequeño espacio que hay dentro de un cojinete. Por ejemplo, si un eje de 10 mm está en un agujero de 12 mm, hay una holgura de 2 mm. Esta holgura varía según el uso. Una rueda de carretilla puede tener más holgura que una pieza de una máquina de precisión, que necesita ser muy exacta.

¿Qué es la rigidez?

La rigidez de un cojinete se refiere a cuánto se deforma cuando se le aplica una carga. Por ejemplo, las bolas de un rodamiento se aplanan un poco bajo presión. Los cojinetes de fluido suelen ser más rígidos que los de elementos rodantes cuando están bien cargados.

¿Cuánto duran los cojinetes?

La vida útil de un cojinete depende de muchos factores: la carga que soporta, la temperatura, el mantenimiento, la lubricación, la limpieza y cómo se instala.

Cojinetes de fluido y magnéticos: Pueden durar muchísimo tiempo, casi para siempre, si se mantienen bien. Algunos han funcionado sin parar desde principios del siglo XX.
Cojinetes de elementos rodantes: Su vida útil se ve afectada por la carga, la temperatura, el lubricante y la limpieza. Se calcula una "vida L10", que es el tiempo en el que el 90% de los rodamientos de un tipo dado seguirán funcionando.
Cojinetes de deslizamiento: Algunos materiales duran más que otros. Los lubricantes ayudan a crear una capa que separa las piezas y reduce el desgaste.
Cojinetes de flexión: Duran mucho si el material es adecuado y no se somete a demasiada tensión.

A veces, un cojinete no necesita durar mucho. Por ejemplo, los de una bomba de oxígeno de un motor de cohete solo necesitan funcionar unas pocas horas.

Los cojinetes de materiales compuestos pueden durar hasta 30 años sin mantenimiento.

Factores que afectan la vida útil

Muchos factores externos pueden afectar la vida de un cojinete, como la forma en que se instala, la temperatura, la suciedad del ambiente, la limpieza del lubricante o incluso las corrientes eléctricas.

¿Cómo se montan los cojinetes?

Los cojinetes se montan de varias maneras, a menudo con un "ajuste de interferencia". Esto significa que el cojinete se inserta a presión en un agujero o en un eje, de modo que queda muy ajustado.

Mantenimiento y lubricación

Muchos cojinetes necesitan mantenimiento regular para no fallar, pero otros, como los de polímero, fluidos o magnéticos, casi no lo necesitan. También hay rodamientos "sellados de por vida" que no requieren mantenimiento porque tienen un sello que los protege de la suciedad y mantiene la grasa dentro.

Los cojinetes que no están sellados suelen tener un punto para añadir grasa o aceite periódicamente. Antes, era muy común engrasar las máquinas a mano, pero hoy en día, muchas máquinas de fábrica tienen sistemas de lubricación automáticos. Una bomba central envía aceite o grasa a todos los puntos necesarios.

En los motores de coches, el aceite se bombea continuamente para lubricar los cojinetes y otras partes.

Mantener los cojinetes limpios y bien lubricados alarga mucho su vida. Sin embargo, en algunos lugares, como en las cintas transportadoras de una trituradora de rocas, es difícil mantenerlos limpios porque siempre están expuestos a partículas. En esos casos, se lubrican con mucha frecuencia para que la grasa nueva empuje la sucia.

Detección de problemas en rodamientos

Los rodamientos son muy importantes en la industria, por lo que es crucial detectar si tienen algún problema. Los elementos que ruedan pueden desgastarse y causar fallos. Los fallos en los rodamientos pueden crear vibraciones que se pueden medir para saber si algo anda mal. Es como escuchar el "pulso" de la máquina para ver si está sana.

¿Cómo se mantiene el lubricante?

Algunos cojinetes usan grasa espesa. Esta grasa se mantiene en su lugar con sellos de plástico, cuero o goma para que no se escape.

Engrasador de anillo

Algunos cojinetes se lubrican con un anillo de metal que gira libremente sobre el eje. Este anillo cuelga en una cámara con aceite. Cuando el cojinete gira, el anillo sube el aceite y lo deposita en el eje para lubricarlo.

Lubricación por salpicadura

En algunas máquinas, hay un recipiente con lubricante en la parte inferior. Las piezas que giran o se mueven, como los engranajes o las bielas, salpican el aceite por todo el interior de la máquina para lubricar.

Lubricación a presión

Para máquinas muy rápidas o potentes, se necesita un suministro constante de lubricante. Una bomba envía el lubricante a presión a los cojinetes y otras superficies. El exceso de lubricante se recoge, se filtra y se puede reutilizar. Esto es común en motores grandes y turbocompresores.

Cojinetes compuestos

Los cojinetes compuestos tienen un revestimiento especial de un material llamado PTFE (politetrafluoroetileno) que se autolubrica, y una base de metal. El PTFE reduce la fricción, y el metal hace que el cojinete sea muy resistente y ligero.

Tipos de cojinetes en resumen

Aquí tienes una tabla que resume los tipos de cojinetes, su fricción, rigidez, velocidad y vida útil:

Tipo	Descripción	Fricción	Rigidez^†	Velocidad	Vida útil	Notas
Cojinete de deslizamiento	Superficies que se tocan, usualmente con lubricante.	Depende de los materiales y la construcción; algunos plásticos tienen baja fricción.	Buena, pero puede haber algo de holgura.	Baja a muy alta.	Baja a muy alta, según la aplicación y lubricación.	Muy usado, puede tener fricción alta al inicio.
Rodamiento	Usa bolas o rodillos para reducir el roce.	Baja (pero los sellos y la grasa pueden aumentar la fricción).	Buena, pero suele haber algo de holgura.	Moderada a alta (a veces necesita enfriamiento).	Moderada a alta (depende de la lubricación y el mantenimiento).	Usado para cargas mayores que los cojinetes de deslizamiento, con menos fricción.
Cojinete de rubí	Rodillos descentrados en asientos.	Baja.	Baja debido a la flexión.	Baja.	Adecuada (requiere mantenimiento).	Usado en trabajos de baja carga y alta precisión, como relojes.
Cojinete de fluido	Un fluido se fuerza entre dos caras y las mantiene separadas.	Cero fricción a velocidad cero, baja en movimiento.	Muy alta.	Muy alta (limitada por el sellado).	Casi infinita en algunas aplicaciones.	Puede fallar por suciedad. No necesita mantenimiento continuo. Soporta cargas grandes con baja fricción.
Cojinete magnético	Las caras se mantienen separadas por imanes.	Cero fricción a velocidad cero, pero necesita energía para levitar.	Baja.	Sin límite práctico.	Indefinida. No necesita mantenimiento.	Los activos necesitan mucha energía.
Cojinete de flexión	El material se dobla para permitir el movimiento.	Muy baja.	Baja.	Muy alta.	Muy alta o baja según el material y la tensión. No necesita mantenimiento.	Movimiento limitado, sin vibraciones, muy suave.
Cojinete compuesto	Cojinete de deslizamiento con revestimiento de PTFE y base de metal.	El PTFE y los rellenos ajustan la fricción.	Buena, según la base de metal.	Baja a muy alta.	Muy alta; el PTFE y los rellenos aseguran resistencia al desgaste.	Muy usado, controla la fricción y reduce el deslizamiento.

^†La rigidez es cuánto cambia la forma del cojinete cuando se le aplica una carga, y es diferente de la fricción.

Palabras clave de los cojinetes

Aquí tienes algunos términos importantes relacionados con los cojinetes:

Tipos de cojinete
Español			Inglés
Cojinete			Bearing
Antifricción (de Rodadura, Rodamiento)			Antifriction (Rolling contact, Rolling element, Rolling)
	de Bolas (Balinera*)		Ball
		de ranura profunda (de Conrad**)	Deep groove (Conrad)
		de ranura poco profunda	Shallow groove
	de Rodillo		Roller
		Cilíndrico	Cylindrical
		de Barril	Barrel
		Cónico	Tapered
		de Aguja	Needle
de Deslizamiento (Chumacera*)			Plain
Magnético			Magnetic
(*) Nombre que se le da en Honduras
(**) En honor a Robert Conrad

Partes de un rodamiento
Español		Inglés
Anillo exterior		Outer ring (Outer race)
	Pista o surco de rodadura del anillo exterior	Outer ring raceway
	Hombro
	Cara
Anillo interior		Inner ring (Inner race)
	Pista o surco de rodadura del anillo interior	Inner ring raceway
	Hombro
	Cara
Separador		Separator (Retainer, Cage)
Sello, junta		Seal
Carcasa		Shield

Dimensiones de un rodamiento
Español		Inglés
Anchura		Width
Diámetro exterior		Outside diameter
Diámetro interior		Bore
Holgura interna		Internal clearance
	Radial	Radial
	Axial	Axial
Cojinete		Bearing
Axial		Axial
Radial		Radial
	De fila única	Single row
	De fila doble	Double row
	Autoalineante	Self aligning
De contacto angular		Angular contact

Nomenclatura
Símbolo	Nombre	Valor*	Unidad
$u_b$	BUQUE: Velocidad		nudo
$\eta_m$	MOTOR: Rendimiento
$N_m$	MOTOR: Potencia		cv
$(N_{ef})_m$	MOTOR: Potencia efectiva		cv
$\eta_h$	HÉLICE: Rendimiento
$F_h$	HÉLICE: Fuerza ejercida		kg_f
$p_c$	COJINETE: Presión específica que soporta		kg_f cm²
$S_c$	COJINETE: Superficie		cm²
$f_1$	Factor de conversión 1	76	(kg/cm²) / cv
$f_2$	Factor de conversión 2	0.514444	(m/s) / nudo
(*) Valor hispanoamericano, para valor de España, cambiar punto (.) por coma (,).

Galería de imágenes

Árbol de un motor de barco con dos cojinetes deslizantes radiales.
Rodamiento de bolas, un tipo de cojinete que emplea elementos rodantes.
Rodamiento de rodillos cónicos.
Dibujo de Leonardo da Vinci (1452-1519) titulado Estudio de un cojinete de bolas.
Cojinete de deslizamiento radial, por partes:
el cilindro claro es donde se sitúa el árbol,
la tapa negra desmontable para la lubricación (fricción mixta).

Véase también

En inglés: Bearing (mechanical) Facts for Kids

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