Rodamientos sin contacto para compresores centrífugos

rodamiento para compresores centrífugos

Aunque la idea que les dio origen se remonta a los egipcios cuando éstos movían grandes bloques de piedra sobre rodillos cilíndricos, la primera patente conocida de un producto similar se remonte al año 1794, y que haya quien atribuya al genial Leonardo da Vinci su invención por un dibujo que data de 1497, los rodamientos, o rulemanes –del francés roulment– como solemos llamarlos habitualmente, no sólo se han mantenido a través del tiempo, sino que se han desarrollado y desempeñan hoy un papel crítico en cualquier pieza de maquinaria rotativa. No sólo porque soportan la carga del conjunto de eje giratorio, sino que mitigan también la fricción generada entre las partes móvil y fija.

Los tipos más comunes de rodamientos incluyen a los tradicionales de bolas, de rodillos y a los de rodillos cónicos. Estas alternativas son aceptables para equipos que funcionan a velocidades normales, pero se ven limitados de operar a velocidades muy altas debido al calor por fricción que generan.

Para operar la maquinaria rotativa a 10.000 o más revoluciones por minuto (RPM) y prevenir una falla prematura, se necesita una solución diferente.

¿Qué son los rodamientos sin contacto?

Como su nombre indica, estos dispositivos permiten que el conjunto giratorio sea soportado sin contacto con ninguna otra superficie. Los rodamientos sin contacto ofrecen la mayor eficiencia al eliminar las pérdidas típicas debidas a la fricción entre los elementos rodantes.

Hay dos tipos principales de rodamientos sin contacto:

  • los de fluidos
  • los magnéticos

Los rodamientos de fluidos se descomponen en rodamientos hidrodinámicos e hidrostáticos. En ambos tipos, se utiliza como medio de soporte un fluido tal como aceite, agua o aire.

Los rodamientos de tipo estático utilizan un fluido externamente presurizado por una bomba para soportar el eje. Los cojinetes dinámicos se basan en el conjunto giratorio de alta velocidad para crear una cuña presurizada entre el eje y la superficie de apoyo.

En esta nota, nos centraremos en los rodamientos de fluido del tipo de lámina de aire y en los rodamientos magnéticos. Ambas son alternativas para su empleo en compresores centrífugos de alta velocidad.

Echemos un vistazo a cómo funcionan estos rodamientos y las ventajas que ofrecen.

Rodamientos de lámina de aire

Los rodamientos de lámina funcionan en parte debido a la condición viscosa de los fluidos. El eje es sostenido por un rodamiento que consta de una lámina de metal soportada por un muelle elástico.

A medida que un eje giratorio aumenta en velocidad, las moléculas de aire se adhieren al eje hasta formar un colchón de aire de apoyo. Éste, separa el eje de la lámina y le permite a aquél girar libremente. Es preciso una alta velocidad de giro del eje respecto a la lámina para que se produzca el huelgo de aire, y una vez que el mismo se ha establecido no existirá desgaste alguno.

Los rodamientos de lámina de aire tienen la ventaja de no necesitar una bomba externa o un compresor para presurizar el aire. La principal desventaja es que tienen una capacidad de carga menor que los rodamientos tradicionales del tipo a rodillo. Por esta razón, las máquinas que usan estos rodamientos están limitadas a unos pocos cientos de caballos de fuerza.

Por otra parte, mientras que los rodamientos de aire no tienen contacto durante el funcionamiento normal, si lo tienen durante los períodos de arranque y parada de la máquina cuando no se cuenta con un colchón de aire formado por efecto de la velocidad.

Estos períodos de fricción se alivian a menudo mediante la aplicación de un recubrimiento antiadherente sobre la superficie superior de la lámina, tal como uno de Teflón, pero el recubrimiento eventualmente se desgasta hasta que el rozamiento durante los arranques y paradas es demasiado alto, y los rodamientos comienzan a fallar.

Rodamientos magnéticos

Los rodamientos magnéticos funcionan bajo el principio de la suspensión electromagnética empleando electroimanes para hacer “levitar” al rotor durante el funcionamiento. Al efecto, se inyecta corriente eléctrica a un conjunto de bobinas alrededor del rotor, que como consecuencia atraen al eje simultáneamente hacia cada una de ellas.

La idea es separar al eje de todo contacto y lograr el efecto de levitación. Para que esto suceda y así mantener el balance apropiado con independencia de la carga a la que se someta al eje, se requiere de un análisis y ajuste instantáneo y permanente de la atracción de cada una de esas bobinas. Por tanto, el rodamiento demanda del comando de un controlador electrónico avanzado para su operación.

Los rodamientos magnéticos tienen varias ventajas. En primer lugar, no hay desgaste mecánico ni siquiera durante las operaciones de arranque y parada. Por lo tanto, no hay fatiga de materiales para este tipo de rodamiento. No requieren lubricación, son limpios y no contaminan.

Su desventaja proviene del costo adicional de los conjuntos de bobinas magnéticas y del controlador del rodamiento.

Los soplantes centrífugos, como los de la familia ZB, que utilizan rodamientos sin contacto pueden mostrar un precio inicial mayor, pero son a la vez los que ofrecen la mayor eficiencia y el más rápido retorno a la inversión, en forma de ahorro de energía mediante la eliminación de las pérdidas de rozamiento vs. los rodamientos tradicionales.

vía… http://www.thecompressedairblog.com/types-of-noncontact-bearings-in-turbo-compressors

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