Figura 1: Causas de las fallas de rodamientos1


“La confiabilidad del equipo rotatorio está casi inevitablemente ligada de forma directa a la vida útil del rodamiento, y se estima que las fallas de rodamientos son responsables de casi el 21 por ciento de las fallas de estos equipos”.

-Heinz P. Bloch, P.E., 2011

Investigaciones en el tema de las fallas 1 de rodamientos muestran que poco más de la mitad de ellas son resultado de la contaminación del aceite del rodamiento (Figura 1). Claramente, es esencial asegurar que esto sea minimizado y, si es posible, eliminado para alcanzar la vida óptima del rodamiento necesaria para mejorar la confiabilidad del equipo.

Figura 2: A medida que el equipo rota, la carcasa del rodamiento se calienta y la mezcla aceite/aire que está adentro se calienta, forzando el aire a través del sello

Figura 3: A medida que el equipo se enfría, la mezcla aceite/aire se contrae, chupando aire de la atmosfera a través de sello del rodamiento y hacia adentro de la carcasa

Uno de los contribuyentes importantes a la contaminación del aceite de rodamientos es el proceso de respiración de la carcasa requerido por el equipo rotatorio. Cuando el equipo rota, la carcasa del rodamiento se calienta y la mezcla de aceite/aire que está dentro se expande, y es forzada a salir a través del sello (Figura 2). Se genera un problema cuando el equipo se enfría porque la mezcla de aceite/aire se enfría y se contrae, chupando aire de la atmósfera externa a través del sello del rodamiento de vuelta hacia adentro de la carcasa (Figura 3). Si los sellos del rodamiento van a trabajar efectivamente, deben facilitar este “ciclo de respiración” para extender la vida útil del rodamiento.

Diseño de Laberinto


Figura 4: La fuerza centrífuga crea una micro abertura temporal, la cual expande la mezcla aceite/aire dentro de la carcasa del rodamiento, permitiendo que el equipo respire

Figura 5: Cuando el equipo se detiene, la micro abertura inmediatamente se cierra


Avanzados sellos de laberinto de protección de rodamientos han sido desarrollados y ofrecen protección contra el polvo y contra tanto sólidos como líquidos. Además, estos sellos no entran en contacto durante el funcionamiento, lo cual aborda el problema de los sellos de labios que dependen del contacto con la superficie del eje para formar el sello, lo cual resulta en daños. El diseño de laberinto supera este problema a la vez que previene la contaminación del aceite de rodamiento porque incorpora tecnología patentada de elevación dinámica para proteger contra los problemas de respiración que contribuyen al 52 por ciento de todas las fallas de rodamientos. Esta tecnología utiliza la fuerza centrífuga del equipo rotatorio para abrir una micro abertura temporal. La expansión de la mezcla aceite/aire en la carcasa del rodamiento permite que el equipo respire (Figura 4). Sin embargo, cuando el equipo no está rotando, esta micro abertura está cerrada, asegurando que ningún contaminante ingrese a la carcasa del rodamiento y cause una falla prematura del mismo (Figura 5).

Calificado como IP66 del código de protección de ingreso, un sello protector de rodamiento con diseño de laberinto es capaz de reducir la contaminación por agua en el aceite del rodamiento de una alta del 83 por ciento hasta sólo el 0.0003 por ciento, comparado con sellos de labio 2, aun cuando se los expone a chorros de agua a alta presión. El rango está certificado por ATEX para su uso en entornos explosivos y un número de diseños especiales lo hacen adecuado para un amplio y variado rango de aplicaciones.

También está diseñado con una sección cruzada y longitud del sello más delgadas que en otros dispositivos, lo cual significa que puede ser reacondicionado para usarse en más equipamiento sin tener que llevar a cabo modificaciones. Es más, el diseño le permite estar posicionado de forma distinta sobre el eje, lo cual significa que los ejes ya dañados pueden ser acondicionados con el diseño de laberinto sin reemplazar el eje.

Una investigación de pruebas de vida útil acelerada 3 muestra que con un ciclo de parada-funcionamiento de cuatro veces por día, la expectativa de vida promedio del diseño de laberinto fue de más de 10.5 años. La investigación también muestra que al usar Weibayes, una técnica estadística establecida, la expectativa promedio de vida también estaba por encima de los 10.5 años. Sin embargo, a causa de que tal información estadística sólo puede ser modelada con información de fallas y ya que ningún producto de este tipo ha fallado nunca, los resultados tienen que ser vistos como conservadores.

Figura 6: Contaminación por agua en un digestor continuo antes de que se instale un sello de protección de rodamiento con diseño de laberinto

La Figura 6 muestra el efecto de la contaminación por agua en un digestor continuo que originalmente fue equipado con protección de rodamientos inadecuada. La humedad contenida en la atmósfera fue capaz de penetrar dentro de la carcasa del rodamiento. Esto fue suficiente para destruir los rodamientos. Investigaciones 4,5 independientes muestran que la contaminación por agua en un nivel tan bajo como el 0.002 por ciento (20 ppm) en algunos aceites puede reducir la vida del rodamiento en hasta 48 por ciento. El desafío para los profesionales del mantenimiento y la ingeniería es reducir esta contaminación y proporcionar un método eficaz para sellar el espacio entre la carcasa del rodamiento y el eje del motor.

Conclusión

Un número cada vez mayor de ingenieros están actualizándose con modernos protectores de rodamiento de laberinto porque eliminan la contaminación del aceite de rodamiento de parte del polvo y la humedad. También son fáciles de colocar, evitando el desgaste del eje, y son relativamente baratos. Además, la investigación Weibayes y las pruebas de vida útil acelerada han mostrado que la expectativa de vida promedio está por encima de los 10 años, ofreciendo la oportunidad de extender significativamente la vida de los rodamientos en el equipo rotatorio.

Referencias

1 Bloch, Heinz y Budris, Allan. “Pump User’s Handbook: Life Extension, Third Edition.” Lilburn: Fairmont Press, 2010.
2 Resultados de la Prueba Interna AESSEAL
3 Carmody, C. y Rea, C. “Predicting product life expectancy of the LabTecta bearing protector.” Sealing Technology, Volumen 2014, Número 8: pp. 8-12.
4 Schatzberg, P. y Felsen, I.M. “Effects of water and oxygen during rolling contact lubrication.” Wear, Volumen 12, Número 5, Noviembre 1968: pp. 331-342.
5 Cantley, R. “The Effect of Water in Lubricating Oil on Bearing Fatigue Life.” ASLE Transactions, Volumen 20, Número 3, 1977: pp. 244-248.

Dr. Chris Carmody

Dr. Chris Carmody, PhD, MSc BEng (Honors), is Special Products Manager at AESSEAL®. He has 25 years of experience in the design of mechanical seals. Dr. Carmody started his career as a maintenance engineer in the chemical and process industry before joining AESSEAL® as the company’s first full-time seal designer and development engineer. He is a named inventor on many of the company’s product designs.

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