Consideraciones clave para elegir el agua

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

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

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

Ya sea que los cojinetes sean de metal, polímero/plástico o un material natural, deben funcionar sin problemas y evitar el mantenimiento entre interrupciones planificadas. Aquí hay consideraciones clave a tener en cuenta al decidir el tipo de rodamiento a utilizar.

Sabiendo que la reducción de 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 corredor y el cojinete en sí sin cojinetes de bolas internos, rodillos u otras partes móviles.

Los cojinetes de metal como el bronce, el latón y el metal antifricción tienen el coeficiente de fricción (COF) más alto en el arranque y, por lo general, no se emplean bajo el agua. Los metales, incluidos los cojinetes 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 rodamiento aceitado tiene dos riesgos principales: primero, derramar aceite en el agua y, luego, fallar si solo se produce una intrusión de agua del 2 por ciento.

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

Los materiales naturales lignum vitae y caucho se introdujeron como material de soporte adecuado a mediados del siglo XIX y se han utilizado desde entonces. Lignum vitae tiene un COF bajo y el caucho tiene un COF alto, pero ambos superan la fricción estática cuando hay agua presente. Una propiedad del lignum vitae es su resina de guayaco que crea un glaseado que le permite autolubricarse a medida que se bombea agua al rodamiento. Es esta característica la que permite que el guayacán opere en pozos profundos a medida que se extrae agua desde abajo para cubrir el rodamiento.

El material del cojinete debe tener una alta resistencia a la compresión para evitar la extrusión del material y soportar la carga del borde. La baja resistencia a la compresión puede causar cedencia y juego excesivo.

Es deseable una alta resistencia a la fatiga o tenacidad para evitar grietas en la superficie del metal y la hidrólisis en los plásticos, donde el agua rompe los enlaces químicos. La hidrólisis conduce al deterioro del plástico ya la introducción de contaminantes. Una característica clave de los materiales naturales caucho y lignum vitae 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 lignum vitae unido a una estructura celular rodeada de resina de guaiacum le otorga una dureza distintiva. Debido a su dureza, que es similar al aluminio, el lignum vitae puede lidiar con abrasivos en agua marrón sin filtrar.

Esto asegura que las dimensiones del rodamiento permanecerán constantes durante los períodos de cambio de temperatura.

El material del cojinete debe ser lo suficientemente elástico para permitir que el cojinete vuelva a su forma original al liberarse de 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 cojinete, lo que hace que la memoria sea una característica importante.

La conformabilidad es importante cuando los ejes están rayados o picados. Los cojinetes de metal tienen poca o ninguna capacidad para adaptarse y los plásticos pueden manchar, derretir o frotar 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 eliminarse. A las temperaturas de funcionamiento, la resina de guaiacum en el lignum vitae crea un glaseado que lo hace casi impermeable a la incrustación de materiales extraños.

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

Tenga en cuenta el entorno en el que se utilizará el rodamiento. Los rodamientos deben tolerar fácilmente todo, desde agua marrón hasta agua de mar 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 cuando se necesita.

A la luz de las regulaciones actuales de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA), los requisitos de la Fundación Nacional de Saneamiento (NSF) 61 y las preocupaciones generales sobre toxicidad, la conciencia ambiental debe ser parte de la selección de rodamientos. Los cojinetes de metal requieren arreglos 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, caucho y lignum vitae, es el beneficio de ser renovable. Lignum vitae está listo tal como está para el mecanizado y el uso inmediato y no tiene problemas de eliminación. Los jugos de látex deben procesarse para convertirse en caucho, y existen consideraciones de eliminación con el caucho.

Al seleccionar un rodamiento, es importante no solo considerar el costo 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 quitarlo y cambiarlo. Los costos de reemplazo existen tanto para las interrupciones planificadas como para las 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 verdadero valor de un rodamiento. La selección de rodamientos es fundamental y no podría ser más cierto que cuando se considera el costo total de uso. Con la selección adecuada, los cojinetes lubricados con agua pueden durar décadas, proporcionando un funcionamiento limpio y sin aceite en todo, desde bombas hasta portaaviones.

Gene Metzger está en ventas para Lignum Vitae North America. Metzger tiene una licenciatura en ingeniería de la Universidad de Alabama y una maestría en finanzas de la Universidad de Pensilvania. Para obtener más información, visite www.lignum-vitae.com.