Cómo dimensionar un rodillo: carga, flecha, coeficiente de fricción y vida del rodamiento

El dimensionamiento correcto de un rodillo transportador es una de las decisiones más críticas en el diseño de sistemas logísticos e industriales. Un cálculo inadecuado puede provocar deformaciones, desgaste prematuro de rodamientos, vibraciones o fallos estructurales, afectando la eficiencia y la seguridad de toda la línea.

En este artículo, repasamos qué datos necesitas, cómo realizar los cálculos esenciales y cómo evitar los errores más comunes al dimensionar un rodillo.

Datos mínimos que necesitas

Antes de aplicar cualquier fórmula, es imprescindible recopilar los datos básicos de diseño. Estos parámetros determinan la geometría del rodillo, su resistencia y la vida útil esperada:

• Carga transportada (Q) → Peso total del producto sobre el rodillo, expresado en kg o N.
• Longitud del rodillo (L) → Distancia entre apoyos o ancho útil del transportador.
• Velocidad de transporte (v) → Habitualmente entre 0,1 y 2 m/s según aplicación.
• Separación entre ejes (P) → Distancia entre rodillos consecutivos.
• Tipo de rodamiento y diámetro del eje (d) → Según carga dinámica y velocidad.
• Condiciones ambientales → Temperatura, humedad, presencia de polvo o agentes corrosivos.
• Coeficiente de fricción (μ) → Depende del tipo de rodillo (acero, PVC, aluminio) y del material del producto transportado.

Con estos datos, el ingeniero puede estimar la flecha admisible, el par resistente y la vida útil del rodamiento, tres variables clave para la selección final.

Cálculos esenciales

El cálculo estructural de un rodillo puede simplificarse mediante aproximaciones estándar que garantizan seguridad y durabilidad sin necesidad de software avanzado.

Cálculo de la flecha (δ)

δ = (5 × q × L^4) / (384 × E × I)

Donde:

• q = carga uniformemente repartida (N/m)
• E = módulo elástico del material (por ejemplo, 210 GPa para acero)
• I = momento de inercia del tubo

La flecha máxima admisible determina la deformación que el rodillo puede soportar sin comprometer la operación. Se calcula mediante:

• L = longitud del rodillo (m)

Cálculo del par resistente (M)

M = μ × Q × R

El par resistente permite dimensionar el motor y verificar la capacidad del rodamiento frente a la carga tangencial

Donde:

• R = radio del rodillo
• Q = carga total o peso sobre el rodillo (en Newtons, N).
• μ = coeficiente de fricción

Cálculo de la vida del rodamiento (L10)

L10 = (C / P)^p × 10^6 revoluciones

Donde:

• C = capacidad de carga dinámica del rodamiento (N)
• P = carga equivalente aplicada (N)
• p = 3 para rodamientos de bolas, 10/3 para rodillos cilíndricos.

La vida nominal del rodamiento se calcula para asegurar que su funcionamiento sea superior a 20.000 horas efectivas.

Tablas orientativas

Tipo de aplicación	Carga por rodillo (Kg)	Material del tubo	Diámetro exterior (mm)	Espesor típico (mm)	Flecha admisible (mm/m)
Paquetería ligera	20-40	Acero cincado	40-50	1,5	1,5
Picking e-commerce	40-80	Acero/PVC	50-63	2,0	1,2
Cajas industriales	80-150	Acero	63-80	2,5	1,0
Paletizado	150-300	Acero reforzado	80-100	3,0	0,8
Entorno húmedo o alimentario	30-100	Acero inoxidable	50-63	1,5-2	1,5

Estas tablas permiten una preselección rápida antes de realizar un cálculo detallado, evitando sobredimensionar o infrautilizar los componentes.

Ejemplo en 3 pasos (del dato al rodillo elegido)

Supongamos una línea de transporte para cajas de 25 kg cada una, con rodillos separados 100 mm y una longitud de 500 mm por rodillo.

1) Entradas

• Carga sobre cada rodillo: 25 × (0,1 / 0,5) = 5 kg ≈ 49 N
• Material: acero (E = 210 GPa)
• Dimensiones: Diámetro exterior 50 mm, espesor 2 mm
• Coeficiente de fricción μ = 0,03

2) Cálculo de flecha / par / vida útil

• Momento de inercia: I = (π / 64) · (0,05^4 − 0,046^4) = 4,2 × 10^−9 m^4

• Deflexión: δ = (5 × 98 × 0,5^4) / (384 × 210 × 10^9 × 4,2 × 10^−9) ≈ 0,3 mm (≤ 1 mm/m)

• Par resistente: M = 0,03 × 49 × 0,025 = 0,037 N·m

• Vida útil del rodamiento: para un rodamiento 6201 con C = 9.500 N → L10 ≈ 200.000 h (seguridad suficiente para la aplicación).

3) Selección final (con margen)

Se selecciona un rodillo de Ø50×2 mm con rodamientos 6201, resultando en:

• Flecha menor a 0,5 mm
• Carga de trabajo: 6 kg por rodillo
• Margen de seguridad: 20 %

Errores típicos y cómo evitarlos

Subestimar la flecha admisible
Ignorar la deformación puede generar vibraciones o ruido. Siempre verifica que δ ≤ L/500.

Ignorar impactos dinámicos
Las cargas puntuales, como dejar caer el producto, pueden multiplicar la tensión real por 2 o por 3. Aplica un factor de servicio (fs) entre 1,2 y 1,5.

Elegir un coeficiente de fricción (μ) no realista
Los valores de catálogo son teóricos. Medir in situ con el material transportado garantiza precisión.

No considerar la vida útil del rodamiento
Elegir solo por carga estática es insuficiente. La velocidad y la frecuencia de arranques reducen drásticamente la vida útil real.

No revisar el paralelismo entre rodillos
Un pequeño desalineamiento provoca esfuerzos transversales en los rodamientos, acelerando su desgaste.