Temperaturas extremas. Compromiso cero
Los rodamientos son componentes críticos en casi todas las máquinas que pueda imaginar.
Son esenciales para las turbinas eólicas y los vehículos eléctricos, los equipos de fabricación de acero y los humildes electrodomésticos... Y todos esos rodamientos necesitan funcionar de forma fiable, a veces durante años o incluso décadas, sin importar las condiciones a las que estén expuestos.
Eso podría significar entornos extremadamente limpios, donde la higiene es una obligación. O quizás condiciones extremadamente adversas, como las que se dan en minas, canteras y plantas cementeras. Tal vez se trate de entornos húmedos, en los que los rodamientos tienen que lidiar con una afluencia constante de agua u otros líquidos. Pero en este artículo vamos a explorar las temperaturas extremas, en las que los rodamientos tienen que seguir rodando por mucho frío o calor que haga.
Ya se trate del calor abrasador de una planta siderúrgica o de las condiciones gélidas de la exploración ártica, estamos hablando de temperaturas en las que simplemente no se puede confiar en los rodamientos estándar.
Diseñar y fabricar rodamientos que puedan soportar tales extremos térmicos implica años de experiencia, materiales especializados, estrategias de lubricación avanzadas y soluciones de ingeniería innovadoras. Afortunadamente, estas son todas las cosas que NSK puede ofrecer, permitiéndonos ofrecer rendimiento, duración y fiabilidad en todas las temperaturas.
Calor
En NSK clasificamos el calor extremo como todo lo que supere los 120°C, la temperatura de funcionamiento estándar de un rodamiento normal lubricado con grasa.
Obviamente, se trata de una temperatura abrasadora, aunque muchos rodamientos especializados deben soportar temperaturas aún más extremas, en torno a los 400°C cuando se trata de la fabricación de acero, por ejemplo, y potencialmente algunos entornos que pueden alcanzar los 1000°C (muy brevemente) en algunas aplicaciones aeroespaciales (aunque el rodamiento no alcanzará este umbral).
Es importante recordar que, si un rodamiento va a funcionar a estas temperaturas extremas, todos sus aspectos deben ser capaces de soportar el calor.
Esto no sólo se refiere al material del que están hechas las jaulas, los anillos y los elementos rodantes (aunque obviamente es un factor importante), sino también a los sellados, los blindajes y los lubricantes. De hecho, el lubricante suele ser el factor limitante, ya que los lubricantes convencionales fallan a temperaturas superiores a 120 - 150°C.
Una opción en este caso es la grasa Krytox, considerada el estándar de referencia para entornos de alta temperatura, químicamente agresivos o ricos en oxígeno. Krytox ofrece una estabilidad térmica muy superior a 250°C, inercia química y se utiliza a menudo cuando la compatibilidad con el oxígeno es crítica.
Otra opción es utilizar lubricantes sólidos, que actúan formando una capa deslizante entre dos superficies para evitar el desgaste por fricción entre ellas. Esencialmente es un sólido que desempeña exactamente el mismo papel que un líquido o una grasa.
En cuanto a los sellados, NSK utiliza sellados Viton que pueden soportar temperaturas de hasta 200°C de forma continua e incluso hasta 250°C en ráfagas cortas.
Ofrecen una larga vida útil y un alto rendimiento no sólo frente a temperaturas extremas, sino también frente a productos químicos, ya que son muy resistentes a aceites, combustibles, disolventes y ácidos, ofreciendo mucha más protección que los sellados de caucho estándar. Suelen encontrarse en entornos como los motores de automoción, la industria aeroespacial, las plantas químicas y la maquinaria industrial.
En cuanto a la oferta de productos NSK para altas temperaturas, disponemos de opciones desde 150°C (X26) hasta 250°C (X29).
Una vez que se supere este límite, se deberá echar un vistazo a nuestra gama Spacea, especialmente diseñada para entornos extremos. Como parte de esta serie, nuestros rodamientos YS y SJ utilizan lubricante sólido de disulfuro de molibdeno (MoS2) para poder soportar temperaturas de hasta 350°C y 400°C, respectivamente. Estos lubricantes sólidos permiten el funcionamiento en entornos en los que la grasa convencional se evapora o se descompone.
Frío
Los rodamientos para temperaturas extremadamente frías son en realidad menos comunes que sus homólogos para ambientes extremadamente calientes.
Esto se debe en gran medida a que el frío extremo es mucho menos frecuente que el calor extremo en casi todos los procesos industriales. Sin embargo, esto no significa que no exista demanda alguna. De hecho, en algunos sectores, como la exploración espacial, la medicina, la exploración ártica y la criogenia son absolutamente vitales.
Los retos que plantea el frío extremo suelen ser los inversos de los que plantea el calor extremo. En los primeros, los lubricantes fallan porque los aceites y las grasas se espesan o se congelan. Los componentes metálicos se encogen (en lugar de dilatarse), lo que puede modificar las holguras internas. Algunos rodamientos pueden volverse rígidos o perezosos, lo que significa que les cuesta empezar a girar cuando hace frío.
Las soluciones incluyen el uso de lubricantes especializados para bajas temperaturas o alternativas sólidas (como en el caso de los rodamientos para calor extremo), la adopción de aceros especializados o cerámicas como el nitruro de silicio y el ajuste de las holguras internas para tener en cuenta la contracción del material. Algunos rodamientos están incluso equipados con jaulas flexibles que pueden moverse con los cambios térmicos.
Un ejemplo destacado de la oferta de NSK para ambientes fríos son nuestros rodamientos autolubricados de bolas de ranura profunda para bombas sumergibles en instalaciones criogénicas.
Estos rodamientos de acero inoxidable, con jaulas de fluoroplástico autolubricante, son adoptados cada vez más por los principales fabricantes.
Estas bombas pueden tener que bombear de forma continua o intermitente, y a temperaturas de hasta -200°C. El rodamiento doble del eje de la bomba es un elemento de diseño absolutamente crítico y debe ser resistente a la corrosión. No puede utilizarse ningún tipo de lubricación aparte del propio medio que circula alrededor del rodamiento.
Por ello, NSK ha desarrollado una serie de rodamientos de bolas de ranura profunda específicos para estas condiciones de funcionamiento excepcionales, con una serie de características de diseño clave que los diferencian de los rodamientos para bombas convencionales. Estos rodamientos suelen estar fabricados de aceros AISI 440C o aceros inoxidables martensíticos similares, que ofrecen tanto resistencia a la corrosión como resistencia mecánica a temperaturas criogénicas.
Una jaula estable que ocupa todo el volumen interior del rodamiento sirve de guía para los elementos rodantes (también de acero inoxidable), mientras que el material de la jaula, un fluoroplástico autolubricante, asegura un funcionamiento con un bajo índice de fricción del rodamiento sin necesidad de lubricación externa. Además, el fluoroplástico de alto rendimiento es extremadamente resistente al desgaste y ofrece buenas propiedades a baja temperatura con velocidades de hasta 3.600 rpm. La jaula está formada por dos piezas, con las mitades unidas por remaches de acero inoxidable.
Estos rodamientos de bolas de ranura profunda ofrecen una vida útil significativamente más prolongada que otros rodamientos para este tipo de aplicaciones, como los que tienen una jaula fabricada con resina fenólica dura. Por supuesto, los rodamientos también son adecuados para bombas que se utilizan en la manipulación de gases criogénicos como por ejemplo el nitrógeno.
Naturalmente, a medida que siga creciendo la demanda de rodamientos para ambientes fríos, seguiremos innovando, al igual que hemos hecho con los rodamientos para calor extremo, así que se deben esperar más avances en este ámbito en los próximos años.
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