Consideraciones clave para elegir el agua

Sep 05, 2023

Los rodamientos lubricados con agua se utilizan en muchas industrias, incluidas la hidroeléctrica, marina, offshore, bombas, pozos profundos de gran diámetro y petroquímica (donde es imperativo un funcionamiento sin chispas), purificación de agua y saneamiento.

En todos los entornos, todos los rodamientos tienen problemas con el tiempo. Los rodamientos lubricados con agua presentan desafíos específicos para el rodamiento, y el agua abrasiva trae otro nivel de desafíos.

El propósito de cualquier material de rodamiento es actuar como una interfaz de sacrificio entre una unidad fija y un eje giratorio. El material del cojinete no debe poseer demasiada fricción (la fricción estática que debe superarse para permitir el movimiento relativo de los objetos estacionarios en contacto) y ser lo suficientemente rígido para soportar las cargas, pero no tan duro como para rayar el eje giratorio. La selección de rodamientos es fundamental al considerar estas propiedades.

Ya sea que los rodamientos sean de metal, polímero/plástico o un material natural, deben funcionar sin problemas y evitar el mantenimiento entre paradas planificadas. A continuación se presentan consideraciones clave a tener en cuenta al decidir el tipo de rodamiento a utilizar.

Sabiendo que reducir la fricción es el objetivo final, lo ideal es encontrar un material que tenga un esmalte autolubricante para romper la fricción y luego pasar fácilmente a un estado hidrodinámico. Es mejor encontrar materiales que permitan solo el patín y el rodamiento sin rodamientos de bolas internos, rodillos u otras piezas móviles.

Los cojinetes metálicos como el bronce, el latón y el Babbitt tienen el mayor coeficiente de fricción (COF) al arrancar y, por lo general, no se utilizan bajo el agua. Los metales, incluidos los rodamientos de rodillos de acero duro, dependen únicamente de una película fluida de aceite o grasa para funcionar, lo que dificulta su sellado adecuado en un entorno acuático. Una configuración de rodamientos aceitados tiene dos riesgos principales: primero, derramar aceite en el agua y luego, segundo, fallar si solo se produce una intrusión de agua del 2 por ciento.

La química de plásticos y polímeros es un experimento en curso con más de 20 fórmulas. Los materiales plásticos/polímeros generalmente tienen un COF bajo, pero pueden tener “deslizamiento e hinchazón” a largo plazo, lo que puede hacer que los ejes trabajen para superar la creciente fricción operativa o se atasquen por completo. Además, los abrasivos en el agua típica de un río pueden provocar un desgaste excesivo y fallas de estos materiales. La mayoría de los plásticos y polímeros dependen de grandes holguras que permiten un desgaste prematuro y patrones de desgaste en forma de huevo en la parte inferior del rodamiento.

Los materiales naturales palo santo y caucho se introdujeron como materiales de rodamiento adecuados a mediados del siglo XIX y se han utilizado desde entonces. El lignum vitae tiene un COF bajo y el caucho tiene un COF alto, pero ambos superan la fricción cuando hay agua presente. Una propiedad del palo santo es su resina de guaiaco, que crea un esmalte que le permite autolubricarse a medida que se bombea agua al cojinete. Es esta característica la que permite que la madera vitae funcione en pozos profundos a medida que el agua se extrae desde abajo para cubrir el cojinete.

El material del soporte debe tener una alta resistencia a la compresión para evitar la extrusión del material y soportar la carga de los bordes. Una baja resistencia a la compresión puede provocar fluencia y holgura excesiva.

Es deseable una alta resistencia a la fatiga o tenacidad para evitar grietas superficiales en el metal y la hidrólisis en los plásticos, donde el agua rompe los enlaces químicos. La hidrólisis provoca el deterioro del plástico y la introducción de contaminantes. Una característica clave de los materiales naturales caucho y palo santo es su alta elasticidad y dureza, que permite que las impurezas migren y se eliminen en el canal de agua refrigerante. La estructura molecular y la alta densidad del palo santo unido a una estructura celular rodeada de resina de guaiaco le confieren una dureza distintiva. Debido a su dureza, similar a la del aluminio, el palo palo puede lidiar con abrasivos en agua marrón sin filtrar.

Esto garantiza que las dimensiones del rodamiento permanezcan constantes durante los períodos de cambio de temperatura.

El material del rodamiento debe ser lo suficientemente elástico como para permitir que el rodamiento vuelva a su forma original al aliviarse la tensión que puede causar distorsión temporal, desalineación y sobrecarga. Muchos ejes no son perfectos. Esto le da al eje un efecto de leva que puede causar un martilleo en el rodamiento, lo que hace que la memoria sea una característica importante.

La conformabilidad es importante cuando los ejes están rayados o picados. Los cojinetes metálicos tienen poca o ninguna capacidad para adaptarse y los plásticos pueden manchar, derretir o frotar el material sobre el eje. El lignum vitae y el caucho se adaptarán a las imperfecciones en lugar de desgastarse o derretirse.

A diferencia de los Babbitt, que dependen del metal del cojinete para atrapar las impurezas, los cojinetes lubricados con agua deben resistir la incrustación de materiales extraños para que puedan ser eliminados. A temperaturas de funcionamiento, la resina de guaiaco del palo santo crea un vidriado que lo hace casi impermeable a la incrustación de materiales extraños.

Desde el principio, seleccione materiales que no generen corrosión galvánica debido al empleo de metales diferentes entre el muñón y el rodamiento. Si es posible, seleccione un rodamiento no conductor ya que evitan por completo la electrólisis.

Considere el entorno en el que se utilizará el rodamiento. Los rodamientos deben tolerar fácilmente todo, desde agua marrón hasta agua de océano e incluso entornos severos, ya sean ácidos o alcalinos, y ser completamente resistentes a la corrosión.

La disponibilidad de rodamientos se ha vuelto difícil considerando que muchos se fabrican en el extranjero, lo que hace que la "entrega justo a tiempo" sea más desafiante. La selección de rodamientos debe considerar si un rodamiento estará donde se necesita y cuando se necesita.

A la luz de las regulaciones actuales de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA), los requisitos 61 de la Fundación Nacional de Saneamiento (NSF) y las preocupaciones generales sobre toxicidad, la conciencia ambiental debe ser parte de la selección de rodamientos. Los cojinetes metálicos requieren acuerdos de minería, refinación y reciclaje. Los plásticos/polímeros requieren extracción de petróleo, refinación y productos químicos tóxicos en su fabricación y, como resultado, estos materiales requieren más consideraciones para su eliminación. La principal ventaja de los materiales naturales, el caucho y el palo santo, es el beneficio de ser renovables. Lignum vitae está listo tal cual para mecanizado y uso inmediato y no presenta problemas de eliminación. La savia de látex debe procesarse para convertirse en caucho, y existen consideraciones de eliminación con el caucho.

Al seleccionar un rodamiento, es importante no considerar sólo el coste inicial. El costo total de uso incluye ajustes periódicos y reemplazos anticipados. Hacer un reemplazo puede ser una tarea grande y probablemente incluya preparativos importantes para acceder al rodamiento y la mano de obra para retirarlo y cambiarlo. Existen costos de reemplazo tanto para interrupciones planificadas como no planificadas, por lo que el historial de reparación y mantenimiento junto con la longevidad y la confiabilidad son consideraciones importantes al analizar el costo total. Cuando ocurren interrupciones no planificadas, existe el gasto adicional de la pérdida de ingresos. Todas estas consideraciones deben tomarse en conjunto para evaluar adecuadamente el valor real de un rodamiento. La selección de rodamientos es fundamental y no podría ser más cierta que cuando se considera el costo total de uso. Con una selección adecuada, los rodamientos lubricados con agua pueden durar décadas, proporcionando un funcionamiento limpio y sin aceite en todo, desde bombas hasta portaaviones.

Gene Metzger se encarga de las ventas de Lignum Vitae Norteamérica. Metzger tiene una licenciatura en ingeniería de la Universidad de Alabama y un MBA en finanzas de la Universidad de Pensilvania. Para obtener más información, visite www.lignum-vitae.com.