Soluciones de sellado para rodamientos industriales

Para funcionar correctamente y durar, los cojinetes deben protegerse de la pérdida de lubricación y la contaminación externa. Sin embargo, los sellos de aceite de contacto tradicionales pueden dañar gravemente el equipo. Este enigma se puede resolver mediante el uso de aisladores sin contacto que protejan tanto los cojinetes como el equipo en el que están instalados.

Se siguen utilizando retenes de aceite, aunque normalmente se necesitan al menos dos y, a veces, tres de estos retenes para ofrecer el mismo nivel de rendimiento que un aislador de cojinete único.

Los aisladores de rodamientos presentaban originalmente componentes metálicos con vías simples para el sellado dinámico y juntas tóricas para el sellado estático del eje y la carcasa del orificio. Desde entonces, han evolucionado hasta convertirse en dispositivos de alta ingeniería con tolerancias estrechas y vías complejas con cambios bruscos de dirección.

Entre las condiciones que conducen a fallas en los rodamientos se encuentran el lavado del equipo, sellos de anillo excluidor de laberinto (LER) inadecuados y ataque químico. Estos se pueden prevenir con aisladores de cojinetes estándar.

Aunque comúnmente se asume que el tamaño y la temperatura son información suficiente para una solución de sellado efectiva, también se deben conocer la aplicación en sí, el medio, la presión, la velocidad y cualquier característica especial requerida. Las hojas de datos de la solicitud deben completarse y enviarse a los ingenieros de aplicaciones y productos para su revisión y garantizar que se haya proporcionado toda la información relevante.

Construcción de aislador de cojinetes

Los estándares de la industria limitan aún más la elección de aisladores de rodamientos viables. Por ejemplo, el Instituto Estadounidense del Petróleo especifica materiales que no produzcan chispas para aisladores de rodamientos que se utilizarán en las industrias del petróleo, química de servicio pesado y gas.

Este requisito también ha sido adoptado por otras industrias, por lo que el bronce es el material de elección para aisladores de cojinetes. Si no se requiere una construcción de metal, se pueden usar mezclas de PTFE para hacer aisladores de cojinetes resistentes a químicos adecuados para su uso en aplicaciones farmacéuticas y otras.

Los aisladores de cojinetes estándar generalmente están equipados con juntas tóricas, que si se especifican incorrectamente serán el primer componente en fallar bajo ataque químico y temperaturas extremas. Dependiendo de la aplicación, se pueden especificar FKM, AFLAS o silicona encapsulados en PTFE, en lugar de las juntas tóricas marrones estándar de FKM.

Los aisladores de cojinetes duran hasta siete veces más que los sellos de aceite tradicionales, proporcionando retención de lubricante y exclusión de contaminantes. Además, ahora también pueden proporcionar sellado eléctrico. El par y la potencia de los motores eléctricos de inducción controlados por variadores de frecuencia (VFD) con modulación de ancho de pulso (PMW) se pueden ajustar para que funcionen a un 40% menos de rpm para obtener importantes ahorros de energía.

Los motores de inducción no controlados operan en un esquema de potencia de onda sinusoidal trifásica, en el que la frecuencia, fase y amplitud de la potencia de entrada suman cero para un circuito balanceado. Cuando se utilizan VFD, la energía se suministra en pulsos controlados llamados voltaje de onda cuadrada o de seis pasos.

Estos pulsos crean voltaje de modo común (CMV) de acoplamiento capacitivo en el eje, que sigue el camino de menor resistencia a tierra, generalmente a través de los cojinetes. La película de aceite no proporciona suficiente aislamiento para evitar que este voltaje excesivo y desequilibrado forme un arco desde las pistas internas hacia las externas del rodamiento. Este arco actúa como soldadura por puntos, y las picaduras del mecanizado por descarga eléctrica (EDM) dan como resultado daños por estrías y una eventual falla del rodamiento. Este daño produce un ruido agudo cuando los elementos del rodamiento ruedan sobre las pistas estriadas.

Conexión a tierra del eje

Para eliminar este daño, se han agregado escobillas conductoras a los aisladores de cojinetes tradicionales para evitar que el voltaje pase a través de los cojinetes. Al proporcionar un camino de incluso menos resistencia que los cojinetes, esto permite que el exceso de voltaje viaje de manera segura a tierra.

Las escobillas disipan cualquier CMV del eje, lo que evita que se produzca EDM. Se puede proporcionar un sellado dinámico adicional en el extremo no impulsor de un motor mediante la instalación de un aislador de cojinete tradicional. Para motores grandes de alta potencia, se recomiendan cojinetes aislados para forzar la tensión parásita a través de las escobillas conductoras.

Los rodamientos también deben protegerse de la entrada de contaminación externa. Industrias como la minería, la generación de energía y la producción de metales primarios someten a los equipos a condiciones difíciles. En estos entornos, los aisladores de rodamientos duran hasta tres años, en comparación con solo de tres a seis meses para un sello de labio de contacto típico.

Filtros para contaminación externa

Para aplicaciones particularmente sucias, como pulverizadores de carbón y vagones mineros, se están integrando filtros de aire en aisladores de cojinetes. Estos filtros, que constan de espuma de celda cerrada, evitan que la contaminación ingrese a las vías del sello. La espuma duradera se inserta en una ranura en el aislador, dirigiendo la contaminación a un puerto de drenaje.

Los sellos de aceite divididos se han utilizado durante mucho tiempo para eliminar la necesidad de desmantelar el equipo para la instalación. Los aisladores de cojinetes también están disponibles en diseños divididos con algunas restricciones, que incluyen aisladores no metálicos, inundados e híbridos que no se pueden dividir debido a su material de construcción o requisitos de aplicación.

Aplicaciones inundadas

Las aplicaciones donde el nivel de lubricación está por encima del puerto de drenaje excluyen el uso de aisladores de cojinetes tradicionales, donde el lubricante viajará a través de las vías del laberinto y tendrá fugas.

También tendrán fugas si se usan con sistemas de lubricación forzada sin ventilación, que crean diferenciales de presión en las vías. Las vías no retienen la presión, ni positiva ni negativa, por lo que estos diferenciales de presión harán que el lubricante se filtre a través del laberinto como lo haría en condiciones de inundación.

Este problema se ha resuelto con el desarrollo de un sello híbrido con capacidades más allá de las de los aisladores tradicionales. Estos sellos para aplicaciones inundadas pueden sumergirse completamente, reteniendo tanta presión como la mayoría de los sellos de aceite de uso general.

La diversidad de aplicaciones de sellado industrial exige combinarlas con aisladores de rodamientos de forma individual, recopilando y teniendo en cuenta todos los datos relevantes. Esto requiere la debida diligencia, pero la recompensa es una solución óptima para proteger los rodamientos y extender la vida útil de la maquinaria y el equipo de la planta.

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Patrick Rhodes es ingeniero de aplicaciones en Garlock Sealing Technologies, Palmyra, NY.