Una solución estandarizada para actualizaciones de ventiladores industriales

Los ventiladores y sopladores industriales son una parte fundamental de muchos procesos industriales. Por lo tanto, es esencial que cumplan con las demandas de mayor rendimiento y menor costo total de operación. Los cojinetes y los componentes relacionados son factores importantes para mejorar la productividad del ventilador. Al combinar el conocimiento de áreas clave (rodamientos y soportes, lubricación, sellos y servicio), SKF ofrece ahora una solución estandarizada para actualizar ventiladores.

Las fallas en los rodamientos de los ventiladores industriales son costosas, ya que este equipo suele ser fundamental para el proceso de producción. Una avería puede provocar una parada total de la producción, lo que puede resultar en pérdidas de miles de dólares. Por lo tanto, la extensión de la vida útil de los rodamientos en ventiladores y sopladores industriales es un tema de alta prioridad.

Anteriormente, cada actualización de ventilador se personalizaba para cada aplicación individual. Ahora, sin embargo, los ingenieros de SKF han encontrado una solución completa para actualizar ventiladores industriales, lo que hace posible estandarizar el procedimiento. La actualización está especialmente diseñada para reducir las temperaturas de funcionamiento e incluye cojinetes y carcasas optimizados y un nuevo sistema de lubricación por circulación de aceite. Los efectos de las temperaturas de funcionamiento más bajas son una mayor confiabilidad, menores costos de mantenimiento y una mayor vida útil.

Condiciones exigentes
Las demandas de productividad en la industria a menudo requieren que los ventiladores y sopladores funcionen al máximo. Velocidades de rotación más altas significan temperaturas de funcionamiento más altas. Además, muchos ventiladores se utilizan para evacuar gases calientes, con temperaturas que oscilan entre los 100 y los 600 grados Celsius (212 a 1,112 grados Fahrenheit). Parte de este calor se transfiere a los cojinetes mediante radiación y conducción en el eje del ventilador. El funcionamiento a altas temperaturas puede provocar fallas en los rodamientos, lo que a su vez provoca paradas no planificadas, tiempo de inactividad innecesario y pérdidas de producción.

Las altas temperaturas de funcionamiento también tienen un impacto negativo en la lubricación de los rodamientos, ya que acortan la vida útil del aceite base. La degradación de la lubricación significa un aumento de la fricción en los rodamientos, una lubricación inadecuada y una posible falla de los rodamientos, lo que conduce a un mayor riesgo de paradas no planificadas. Más de un tercio de todas las fallas prematuras de los rodamientos son causadas por problemas de lubricación.

Componentes reductores de temperatura
Se ha desarrollado una solución completa para reducir la temperatura de los rodamientos en aplicaciones de ventiladores industriales gracias al conocimiento combinado de SKF sobre rodamientos y soportes, lubricación, sellos y servicio.

La actualización de un ventilador comienza con una evaluación (un análisis funcional del equipo en el que se evalúan los problemas actuales) y sugiere cómo se debe llevar a cabo la actualización. SKF puede encargarse de todo el proceso, desde la evaluación hasta la instalación de nuevos equipos, asumiendo la plena responsabilidad de la funcionalidad, en caso de que el cliente así lo requiera.

La actualización del ventilador SKF comprende una serie de componentes, cada uno con su propia contribución para reducir las temperaturas de funcionamiento de los rodamientos. Un nuevo sistema de lubricación por circulación de aceite reduce las temperaturas de funcionamiento y la necesidad de mantenimiento, el sistema de rodamientos autoalineables de SKF genera una menor fricción y las carcasas especialmente diseñadas están optimizadas para su uso con lubricación por circulación de aceite. Un sistema de monitoreo de condición también es parte de la oferta total, que brinda una advertencia temprana de posibles fallas en los rodamientos. El valor total de la solución se logra cuando se instala la actualización completa del ventilador, incluidos todos los componentes.

Sistema de lubricación automatizado
La lubricación es una parte esencial del mantenimiento preventivo y puede manejarse de diferentes formas, dependiendo de la aplicación. Algunos métodos comúnmente utilizados son la lubricación con grasa manual, la lubricación con grasa centralizada, la lubricación por baño de aceite y la lubricación por circulación de aceite. Las altas temperaturas de los cojinetes presentes en los ventiladores de gas caliente son a menudo tales que se requiere un sistema de lubricación de aceite en circulación, ya que ni la lubricación con grasa ni la lubricación por baño de aceite son adecuadamente eficientes en estas condiciones. En esta aplicación, el sistema de lubricación es un medio importante para eliminar la energía térmica. Años de experiencia han dado como resultado el desarrollo de una nueva solución estándar para unidades de circulación de aceite para ventiladores industriales (Figura 1).

Figura 1. Unidad de circulación de aceite

La unidad de lubricación por circulación de aceite SKF proporciona aceite limpio y frío a cada rodamiento y es el componente más importante de la solución reductora de temperatura. Los sistemas de lubricación por circulación de aceite son equipos complejos y todos los componentes (Figura 2) son importantes para proporcionar un buen resultado.

Figura 2. Principio de funcionamiento de las unidades de circulación de aceite

Un tanque grande proporciona suficiente tiempo para que el aceite descanse y desaire. Durante el funcionamiento, también tiene la ventaja de permitir que el aceite se enfríe antes de volver a utilizarlo. El tanque también contiene un calentador que calienta el aceite en el arranque, para mantener la viscosidad adecuada en todo momento. Un cartucho de filtro de alta capacidad elimina las partículas contaminantes del aceite. La unidad de lubricación de aceite también incluye sensores de presión que avisan cuando la presión es demasiado alta y es necesario cambiar los filtros. Si la presión excede un cierto nivel, se abrirá automáticamente una opción de derivación. Una válvula de derivación manual permite el cambio de filtros durante el funcionamiento.

Un problema común en las unidades de lubricación por aceite es el exceso de aceite que circula de regreso al tanque. Normalmente, los sistemas utilizan una válvula de rebose para manejar este problema, pero esto conduce a pérdidas de energía, aumento de la temperatura del aceite, desgaste de los componentes y degradación del aceite. En el sistema SKF, la solución es minimizar la cantidad de aceite excesivo que circula de regreso al tanque optimizando la cantidad de aceite en el sistema. Por lo tanto, se ahorra energía y petróleo, lo que reduce los efectos ambientales. Algunas variantes están disponibles para cada unidad de lubricación de aceite estandarizada. Por ejemplo, un enfriador y una unidad de control para funciones de alarma y monitoreo son opcionales, y se podría usar una bomba de reserva en aplicaciones críticas. Como el aceite se manipula en un sistema cerrado y bien controlado, se minimizan las fugas de lubricante y se reducen los efectos sobre el medio ambiente. Para ventiladores aún más grandes, SKF tiene la solución Flowline, una familia completa de sistemas de circulación de aceite diseñada para cumplir con varios requisitos.

Viscosidad del aceite
La función básica de la lubricación es crear una película de aceite muy fina pero adecuada entre los elementos rodantes, las pistas de rodadura y la (s) jaula (s) para evitar en todo momento el contacto de metal con metal. Es importante que esta película de aceite tenga el espesor adecuado. El espesor está determinado por la temperatura de funcionamiento del rodamiento y la viscosidad del aceite seleccionado. La viscosidad del aceite varía con la temperatura; una temperatura más alta significa una viscosidad de funcionamiento más baja. Por lo tanto, el parámetro más importante al elegir un lubricante es la viscosidad que tiene a la temperatura de funcionamiento del rodamiento.

La eficacia del lubricante está determinada principalmente por el grado de separación superficial entre las superficies de contacto rodantes. Si se va a formar una película de lubricante adecuada, el lubricante debe tener una viscosidad mínima determinada cuando la aplicación haya alcanzado su temperatura de funcionamiento normal. El estado de la película de aceite se describe mediante la relación de viscosidad, k.

k =v / v ₁

donde k =relación de viscosidad

v =viscosidad del lubricante a temperatura de funcionamiento [mm ² / s]

v1 =viscosidad nominal a temperatura de funcionamiento, según el diámetro medio del rodamiento y la velocidad de rotación [mm2 / s].

(Para conocer las pautas de cálculo, utilice el catálogo general de SKF).

Se recomienda un tipo de aceite y una viscosidad que tengan un valor k entre 1 y 4 a la temperatura de funcionamiento del rodamiento. Esto normalmente da como resultado una viscosidad del aceite que varía de 68 a 220 mm ² / s (ISO VG 68 a 220) a una temperatura de referencia de 40 C (104 F). Si el valor k es inferior a 1, las superficies no están completamente separadas y existe el riesgo de contacto de metal con metal. Un valor de k superior a 5 aumentará la fricción en el rodamiento y, en consecuencia, la temperatura de funcionamiento.

Sistemas de rodamientos autoalineables
El sistema de cojinetes de los ventiladores industriales debe adaptarse a la desalineación, las deflexiones del eje y la expansión térmica del eje. En aplicaciones convencionales, se utiliza un sistema de rodamientos autoalineables (Figura 3), que consta de dos rodamientos de bolas autoalineables o dos rodamientos de rodillos esféricos. Este sistema debe diseñarse especialmente para adaptarse a la expansión térmica del eje. Uno de los cojinetes está fijo y el otro no está fijo. El rodamiento libre se mueve axialmente sobre su asiento en la carcasa. Cuando se mueve, genera una fricción considerable, que a su vez induce vibración, fuerzas axiales en el sistema de cojinetes y calor, todo lo cual puede reducir significativamente la vida útil del cojinete.

Figura 3. Este es un sistema de cojinetes autoalineables convencional que comprende dos cojinetes de rodillos esféricos. El cojinete de la derecha está "libre axialmente" en la carcasa.

El sistema de rodamientos autoalineables de SKF (Figura 4) soluciona este problema. Incorpora un rodamiento autoalineable en la posición fija y un rodamiento de rodillos toroidales CARB en la posición libre. El rodamiento CARB es un rodamiento radial autoalineable con un aro interior que se mueve independientemente del aro exterior, similar a un rodamiento de rodillos cilíndricos. El sistema de cojinetes total acomoda la desalineación y la deflexión del eje, mientras que el cojinete CARB acomoda el alargamiento del eje dentro del cojinete, virtualmente sin fricción y sin inducir cargas axiales internas.

Figura 4. Este es un sistema de rodamientos autoalineables SKF que comprende un rodamiento de rodillos esféricos y un rodamiento de rodillos toroidales CARB. El rodamiento CARB admite el alargamiento del eje dentro del rodamiento, prácticamente sin fricción.

Dado que no hay cargas axiales internas inducidas, la solución trabaja con menor fricción, manteniendo bajas las temperaturas de operación. El sistema de rodamientos autoalineables de SKF también funciona con niveles reducidos de vibración y ruido y permite diseños más seguros y optimizados. Esto, a su vez, conduce a intervalos de relubricación prolongados y una vida útil prolongada de los rodamientos.

En un sistema de rodamientos autoalineables SKF que consta de un rodamiento de rodillos a rótula y un rodamiento CARB, ambos rodamientos pertenecen a la clase de rendimiento SKF Explorer. Los rodamientos SKF Explorer proporcionan una mejora sustancial en los parámetros operativos clave, lo que aumenta la vida útil de los rodamientos.

Figura 5. Esta es una comparación de los sistemas de rodamientos autoalineables en un gran ventilador industrial. A la izquierda:diseño convencional con dos rodamientos de rodillos esféricos 22244 CC / C3W33. Tenga en cuenta los altos niveles de vibración, los picos intermitentes y el aumento de la temperatura de funcionamiento. A la derecha:el sistema de rodamientos autoalineables SKF equipado con un rodamiento CARB C2244 / C3 en la posición libre. Tenga en cuenta los bajos niveles de vibración, la falta de picos intermitentes y la temperatura de funcionamiento más baja

Alojamiento de cojinetes
La variedad de carcasas estándar de SKF incorpora diseños que abordan específicamente los problemas de temperatura. Los más adecuados para ventiladores industriales son los soportes estándar SKF SONL con soporte de pie (Figura 6) y los soportes estándar SKF SAF con soporte de soporte. Son adecuados para aplicaciones de alta velocidad y alta temperatura.

Figura 6. Este es un esquema principal de una carcasa de cojinete SONL equipada para lubricación por circulación de aceite que incorpora un cojinete CARB.

La carcasa del SONL tiene un depósito profundo que contiene un gran volumen de aceite, lo que proporciona una forma eficiente de eliminar la energía térmica. La carcasa SONL es adecuada tanto para la lubricación por baño de aceite como para la lubricación con aceite en circulación y tiene un sello de aceite bien probado y especialmente diseñado para evitar fugas.

Los cojinetes SAF están disponibles en variantes estándar para lubricación con aceite circulante. Estos están diseñados con grandes orificios de drenaje para proporcionar una mayor capacidad de flujo de aceite y un efecto de enfriamiento optimizado. Cuando se usa con un sistema de lubricación de aceite, los bloques de soporte SAF deben estar equipados con un sello de aceite de contacto LER para evitar fugas.

Las carcasas de soporte SNL, modificadas para lubricación con aceite, son otra buena alternativa, con sus sellos de aceite de alto rendimiento y capacidad de transferencia de calor.
El uso de uno de estos soportes de rodamientos SKF con el sistema de rodamientos autoalineables SKF reduce drásticamente las temperaturas de funcionamiento de los rodamientos.

Conclusión
Los cojinetes de los ventiladores situados en entornos de alta temperatura a menudo funcionan al límite. Gracias al conocimiento especializado en una serie de áreas clave, SKF puede ofrecer una solución completa para actualizar ventiladores industriales. Los resultados (mayor confiabilidad, mayor vida útil de los rodamientos, mayor vida útil del lubricante y menor mantenimiento) son obviamente beneficiosos desde una perspectiva comercial, pero también son importantes para la sostenibilidad.

Resumen
Los ventiladores son componentes cruciales en muchos sistemas y aplicaciones y, a menudo, son los caballos de batalla en muchas industrias. A medida que crecen los requisitos de productividad, aumentan las demandas de rendimiento y confiabilidad. SKF, con su profundo conocimiento de los sistemas de rodamientos, ha desarrollado una solución estandarizada para actualizaciones de ventiladores. Esta solución, que aporta la experiencia del Grupo en cojinetes y carcasas, lubricación, sellos y servicio, significa que las actualizaciones de los ventiladores pueden proporcionar un mejor funcionamiento, una mayor vida útil de los cojinetes, una mayor vida útil del lubricante y menores costos de mantenimiento.

Acerca de los autores:
Hans Lindh es el líder empresarial de ventiladores industriales, División Industrial, en SKF en Suecia, y Emma de Laval es especialista en comunicación técnica en el Grupo SKF en Suecia. Para obtener más información, visite www.skf.com. Además, consulte Evolution, la revista de negocios y tecnología de SKF, en http://evolution.skf.com.