Las máquinas rotativas industriales dependen de rodamientos para reducir la fricción, el consumo de energía y la generación de calor, al tiempo que soportan cargas aplicadas cada vez más pesadas a velocidades más altas y con un mayor grado de precisión. Miles de tipos y estilos de rodamientos ofrecen una amplia gama de soluciones adecuadas para aplicaciones en una variedad de industrias.
Sin embargo, algunas condiciones de aplicación presentarán desafíos específicos para los rodamientos, lo que plantea amenazas potenciales para optimizar el rendimiento y la vida útil de los rodamientos. En este contexto, se han desarrollado varios recubrimientos especiales para rodamientos para abordar amenazas específicas y, en el proceso, ayudar a mejorar el rendimiento de los rodamientos y el funcionamiento de la máquina.
La mayoría de los tipos de rodamientos pueden ser recubiertos (por el fabricante) para servir en nuevas aplicaciones o como reemplazos directos en máquinas existentes. En ambos casos, las dimensiones del rodamiento permanecen sin cambios. Dependiendo de la formulación y el propósito, los recubrimientos para rodamientos pueden reducir los efectos nocivos de la vibración, mejorar el rendimiento en condiciones de baja lubricación, ayudar a prevenir el desgaste adhesivo (daños por manchas), mejorar la resistencia a la corrosión y reducir la fricción.
Resistencia al desgaste
Los rodamientos en servicio pueden estar sujetos a desgaste por diversas razones, ya sea debido a malas condiciones de lubricación (asociadas con altas temperaturas y/o bajas viscosidades del lubricante), cambios repentinos de carga o velocidad, vibración estacionaria y/o contaminantes líquidos o particulados. Todo esto puede conducir a una vida útil significativamente más corta de los rodamientos (y de las máquinas) con el tiempo.
Para proporcionar una defensa eficaz contra el desgaste prematuro de los rodamientos y otras condiciones, se puede aplicar un recubrimiento de carbono patentado resistente al desgaste, de solo unas pocas micras de espesor, a las superficies internas de contacto de los rodamientos (elementos rodantes y/o pistas). Las superficies de acero recubiertas conservan la dureza del material subyacente al adoptar la dureza mejorada, las propiedades de fricción reducidas y la resistencia al desgaste mejorada del recubrimiento de carbono, que tiene una apariencia y textura similar al nitruro de silicio (cerámica).
La ejecución más común consiste en recubrir los elementos rodantes de los rodamientos, utilizando las tradicionales orugas de acero. Durante el período de asentamiento, se transferirán pequeñas cantidades de material de revestimiento a las superficies del mostrador. Esta transferencia fortalece la reducción de la fricción y mejora la resistencia al desgaste y al daño por abrasión.
Las aplicaciones típicas de recubrimiento antidesgaste incluyen ventiladores industriales, cajas de engranajes, máquinas de papel y compresores, entre muchas otras. Un recubrimiento de este tipo puede soportar especialmente una variedad de condiciones operativas severas, incluidos rayones causados por manchas, película lubricante insuficiente, cambios repentinos de carga, cargas ligeras, cambios rápidos de velocidad, vibraciones y oscilaciones y altas temperaturas de funcionamiento. Las propiedades únicas del recubrimiento mejoran aún más las capacidades de alta velocidad y ayudan a tolerar condiciones de lubricación deficientes o contaminadas.
Los resultados esperados para el rodamiento recubierto incluyen una mayor confiabilidad, una vida útil más larga y una menor posibilidad de falla prematura debido a la fricción, el desgaste, la tensión superficial y la fatiga.
Aislador de corrientes de Foucault
Cuando una corriente parásita de CA o CC en un motor o generador eléctrico utiliza un rodamiento como camino a tierra, es probable que se produzca erosión eléctrica del rodamiento. Las causas más comunes de corriente eléctrica parásita que conduce a una posible erosión son la asimetría en el circuito magnético de un motor, cables de alimentación sin blindaje y/o convertidores de frecuencia de modulación de ancho de pulso (PWM) de conmutación rápida utilizados en inversores de frecuencia variable (VFD).
Una variedad de rodamientos que integran recubrimientos especiales.
Las corrientes eléctricas parásitas pueden dañar los rodamientos al menos de tres maneras:
Excesiva erosión actual. Cuando la corriente eléctrica pasa a través de un rodamiento de un anillo a otro a través de elementos rodantes, se crea un proceso similar a la soldadura por arco eléctrico, concentrando una alta densidad de corriente en una pequeña superficie de contacto. Como resultado, las temperaturas extremas localizadas provocan la fusión y soldadura del material del rodamiento, lo que crea microcráteres, corrosión y cambios en la estructura granular del acero del rodamiento.
Erosión por fuga de corriente. Cuando una corriente eléctrica parásita de baja intensidad pasa a través de un rodamiento, la transferencia de energía eléctrica provoca arcos dañinos dentro del rodamiento. Los daños secundarios en los rodamientos pueden aparecer como ranuras (“tabla de lavar”) en las pistas del rodamiento y/o en los elementos rodantes. El acabado superficial de los elementos rodantes puede volverse opaco y de apariencia opaca. La magnitud del daño dependerá del tipo y tamaño del rodamiento, la velocidad eléctrica, la carga del rodamiento, la velocidad y el lubricante.
Degradación del lubricante. Las altas temperaturas de los cojinetes causadas por la corriente eléctrica pueden provocar que los aditivos del lubricante se carbonicen o quemen, lo que provoca un desgaste más rápido de los aditivos. El aumento de temperatura también provoca un rápido envejecimiento y oxidación del lubricante. En el caso de la lubricación con grasa, la grasa se vuelve negra y dura. Esta rápida degradación reduce drásticamente la vida útil de la grasa y, a su vez, la vida útil de los rodamientos debido al desgaste y la fatiga superficial (astillado).
Una vez que comienza el daño del rodamiento debido a la erosión eléctrica, pueden ocurrir mayores niveles de ruido, reducción de la efectividad del lubricante para rodamientos, aumento de calor y vibración excesiva, todo lo cual amenaza con reducir drásticamente el potencial operativo de un rodamiento.
Los rodamientos que sufren daños por erosión eléctrica funcionarán con mayor ruido, vibración, generación de calor y fricción. El lubricante degradado aumentará el desgaste y la tensión superficial del rodamiento y reducirá significativamente el rendimiento y la vida útil del rodamiento.
Una forma de evitar daños causados por corrientes eléctricas parásitas que pasan a través de un rodamiento es introducir un revestimiento aislante en el rodamiento "desde el exterior", como alternativa al uso de materiales para rodamientos con propiedades aislantes, como la cerámica. Esto se puede lograr con una capa protectora especial en el orificio del rodamiento o en la superficie del diámetro exterior.
La fina capa de óxido de aluminio del revestimiento proporciona una función de aislamiento eléctrico al rodamiento para formar una barrera superior contra la formación de arcos y la erosión dañina de las superficies del rodamiento. El recubrimiento lo aplica (por el fabricante) al orificio del rodamiento o al diámetro exterior, según el tamaño del rodamiento, mediante una técnica de pulverización de plasma. Después de la aplicación, el recubrimiento no alterará las dimensiones generales del rodamiento y no requerirá modificaciones en el equipo.
Para agregar valor, los rodamientos con este tipo de recubrimiento protector se tratan además con una resina selladora única para protegerlos de la humedad y el agua que penetran el recubrimiento, lo que potencialmente reduce su efectividad. Esto es particularmente relevante para aplicaciones ubicadas en ambientes operativos húmedos.
Opciones de expansión
El mundo de los recubrimientos especiales para el tratamiento de superficies de rodamientos continúa expandiéndose en respuesta a los desafíos específicos de cada aplicación.
Por ejemplo, el óxido negro aplicado a los anillos y/o elementos rodantes de un rodamiento puede promover una mayor confiabilidad y rendimiento en aplicaciones particularmente pesadas, como las cajas de engranajes industriales. El proceso de tratamiento, que implica una reacción química en la capa superficial del acero del cojinete, se lleva a cabo (por parte del fabricante) en una solución salina acuosa alcalina a temperaturas definidas. Hasta 15 pasos de inmersión diferentes crean una fina capa superficial de color negro oscuro de óxido de hierro FE3O4 que proporciona un rendimiento mejorado para una amplia variedad de tipos y tamaños de rodamientos.
Este tratamiento puede aumentar el tiempo de actividad de las máquinas, mejorando la resistencia a la corrosión y al desgaste adhesivo (obstrucción); rendimiento mejorado en condiciones de lubricación de baja viscosidad; limitar el riesgo de desgaste, microfisuras y fisuras; reducir el daño potencial causado por aditivos de aceite agresivos; y reduciendo los efectos de la fricción y el desgaste.
Como otro ejemplo, un recubrimiento de cromato de zinc para entornos particularmente corrosivos puede servir como alternativa a los rodamientos de acero inoxidable. Las unidades de rodamientos de bolas listas para ensamblar, a menudo sujetas a condiciones altamente corrosivas, son los principales candidatos para este tratamiento de recubrimiento de rodamientos.
Todas estas soluciones demuestran que los recubrimientos especiales pueden ser opciones prácticas y rentables para ayudar a maximizar el rendimiento operativo y la vida útil de los rodamientos, incluso en condiciones adversas. Consultar a un fabricante de rodamientos calificado y con experiencia puede ayudarlo a identificar y elegir el recubrimiento más adecuado para el desafío de su aplicación.
