A medida que el mundo hace la transición desde los combustibles fósiles hacia alternativas con cero emisiones de carbono, los rodamientos magnéticos activos están encontrando nuevas aplicaciones en las tecnologías emergentes de la revolución energética. Uno de los campos donde podría haber un crecimiento importante en el futuro es la producción y transporte de hidrógeno.

Aunque la mayor parte del hidrógeno actualmente se obtiene a partir de combustibles fósiles, el gas también puede producirse mediante la electrólisis del agua. Y si la energía utilizada para ese proceso procede de fuentes renovables, el hidrógeno “verde” resultante es una fuente de energía limpia libre de carbono. Comparado con otros vectores energéticos, el hidrógeno ofrece ventajas potenciales en muchas aplicaciones. Gracias a su densidad energética relativamente alta, podría utilizarse como combustible para barcos, aviones y camiones.

Además, la combustión de hidrógeno es una forma limpia de generar las altísimas temperaturas necesarias para la fabricación de acero y otros procesos industriales y químicos. El hidrógeno es un ingrediente clave de los combustibles líquidos sintéticos bajos en carbono que podrían sustituir a las alternativas basadas en combustibles fósiles.

Aunque el gas hidrógeno debe licuarse para su transporte y almacenamiento, los rodamientos magnéticos activos ofrecen las mismas ventajas que en las aplicaciones con hidrocarburos. Las turbomáquinas eficientes y confiables serán un elemento crítico de muchos de los modelos propuestos para la producción de hidrógeno verde, que incluyen granjas solares gigantescas instaladas en lugares desérticos, como Medio Oriente o Australia, e instalaciones de producción situadas cerca de parques eólicos.

Gran potencial de crecimiento

La captura, uso y almacenamiento de carbono (carbon capture, utilization and storage, CCUS) es otro campo en el que el uso de los rodamientos magnéticos puede crecer. Se trata de tecnologías diseñadas para evitar que las emisiones de gases de efecto invernadero lleguen a la atmósfera, al capturar el CO₂ en origen e inmovilizarlo en un lugar de almacenamiento adecuado. Uno de esos lugares serían los pozos de petróleo y gas que han agotado sus reservas. Al igual que el hidrógeno, muchas tecnologías CCUS necesitarán compresores eficientes de gran tamaño.

Los rodamientos magnéticos activos tienen una construcción parecida a la de un motor eléctrico.

Las tecnologías para la obtención de hidrógeno “azul” son otro ámbito que está mostrando un gran dinamismo. Estas tecnologías combinan la producción convencional de hidrógeno con la CCUS. De este modo, se pueden seguir utilizando combustibles fósiles convencionales a la vez que su impacto sobre el cambio climático se mitiga en origen. El sector del hidrógeno azul necesitará una gran cantidad de turbomáquinas eficientes para gestionar los flujos de gas (entrada) y de hidrógeno y CO₂ (salida).

La transición desde los combustibles fósiles convencionales hacia alternativas con emisiones bajas o nulas de carbono supondrá la transformación más significativa del sistema energético mundial del último siglo. Esto exigirá a los productores y consumidores de energía, y a la sociedad en conjunto, una serie de cambios radicales. Y también harán falta máquinas giratorias limpias y eficientes. Los rodamientos magnéticos activos ofrecen a los fabricantes de equipos una solución probada, confiable y robusta para algunos de los desafíos técnicos clave que se plantean actualmente.

Los compresores de gas submarinos son una parte vital pero oculta del sistema energético global actual, ya que permiten aumentar la producción de gas en los pozos submarinos existentes. Instaladas en el lecho marino bajo cientos de metros de agua, estas potentes máquinas impulsan el gas natural extraído de los pozos marinos por los gasoductos que lo llevan hasta las instalaciones receptoras en tierra. Con pocas oportunidades para inspecciones, mantenimiento o reparaciones, deben funcionar las 24 horas del día, los 365 días del año.

Muchos pozos submarinos empiezan a agotarse porque pierden presión. El uso de rodamientos magnéticos activos en las plataformas y en las aplicaciones submarinas disminuye el impacto medioambiental tanto desde el punto de vista de la construcción como de la explotación. Y el gas adicional extraído facilitará una transición más ordenada hacia energías más verdes.

Los equipos que trabajan en estas condiciones tan extremas necesitan una ingeniería altamente especializada. Los rodamientos son uno de los elementos más críticos en el diseño de los compresores submarinos. Los fabricantes necesitan un rodamiento capaz de soportar grandes cargas y velocidades elevadas, una vida útil de varias décadas y que, una vez instalado, no precise ajustes ni lubricación.

Una opción atractiva

Para muchos de los principales productores mundiales de equipos offshore, la solución preferida para estas aplicaciones es la tecnología de rodamientos magnéticos activos de SKF. Los rodamientos magnéticos activos tienen una construcción parecida a la de un motor eléctrico. El soporte del rodamiento incorpora un estátor con múltiples bobinas de cobre a través de las cuales pasa una corriente eléctrica, que crea un campo magnético. Este campo atrae a los componentes del rotor fijados al eje de la máquina, y lo aleja del contacto con el soporte.

Cuando gira el eje, una tecnología patentada de detección de posición sigue su recorrido de forma precisa y un sistema de procesamiento de señales de alta velocidad regula continuamente la corriente que fluye hacia las bobinas del estátor. De este modo, el eje flota dentro del rodamiento, con un juego que varía entre 0,15 mm y 0,5 mm, según la aplicación.

Al no haber contacto entre las piezas giratorias y fijas del rodamiento, los rodamientos magnéticos no sufren desgaste mecánico y no necesitan aceite lubricante. Con una vida útil teórica libre de mantenimiento de más de 30 años, los rodamientos magnéticos activos de SKF se utilizan en aplicaciones submarinas desde 2015. Algunas turbomáquinas construidas en la década del ochenta todavía utilizan los rodamientos magnéticos originales.

Limpios y robustos, sin lubricante

Además de su larga vida útil, los rodamientos magnéticos activos ofrecen muchas otras ventajas. Como no requieren lubricación, no hay riesgo de que se produzcan fugas de lubricante que puedan contaminar los fluidos del proceso o el medioambiente. Además, los rodamientos magnéticos activos pueden funcionar a temperaturas muy bajas o muy altas, sin necesidad de complejos sis‍temas de calefacción o refrigeración para proteger el lubricante.

Esto puede suponer ahorros importantes de energía. En el caso de un turbomanorreductor de 6 MW utilizado en un proceso petroquímico, los rodamientos convencionales consumen entre 50 y 100 kW de energía para hacer funcionar los calentadores, los sistemas de refrigeración y las bombas de lubricante. Desde que el fabricante instaló turbomanorreductores equipados con rodamientos magnéticos activos de SKF, la nueva solución presenta una pérdida de potencia que es, al menos, 10 veces menor que los rodamientos con película de aceite.

El sistema de control activo de un rodamiento magnético también puede compensar automáticamente las cargas del proceso o los desequilibrios de la máquina, ya que los datos recopilados por el controlador actúan como sistema de monitoreo de condición integrado. De este modo, los operadores disponen de una información valiosa sobre las vibraciones que pueden utilizar para diagnosticar problemas o predecir posibles fallas.

Actualmente, los rodamientos magnéticos activos se utilizan en muchos sectores diferentes. Son ideales en cualquier aplicación en la que prima un funcionamiento limpio y silencioso, y una confiabilidad duradera. Entre las aplicaciones habituales para los rodamientos de menor tamaño, se incluyen las bombas de vacío de micromoléculas de alto rendimiento para la fabricación de semiconductores, las aplicaciones con enfriadores y los selectores de neutrones.

Gran potencial en el sector energético

En el caso de los rodamientos magnéticos activos de mayor tamaño, el sector energético se ha convertido en el mercado más importante en los últimos 10 años. Gran parte del crecimiento de la demanda ha sido impulsado por la evolución del mercado de petróleo y gas, especialmente con la explotación de reservas submarinas de gas en aguas más profundas y lugares cada vez más remotos.

La tecnología de rodamientos magnéticos también se utiliza en una serie de aplicaciones energéticas en tierra. El gas natural licuado (GNL) ha transformado los mercados energéticos en los últimos años; los buques que transportan GNL forman un eslabón vital entre los productores y los clientes en mercados alejados que no pueden recibir el gas a través de gasoductos. Actualmente, los rodamientos magnéticos activos se utilizan de forma generalizada para eliminar la quema de gas residual y para optimizar el transporte de GNL, con sistemas avanzados de evaporación equipados con motores eléctricos de alta velocidad sobre rodamientos magnéticos. Estos motores de SKF giran con velocidades máximas de 60 000 r. p. m. y potencias máximas de 1 MW. Los rodamientos magnéticos también se incorporan a los turbomanorreductores utilizados para mejorar la eficiencia energética y maximizar la productividad en aplicaciones con hidrocarburos y en otras fases del tratamiento del gas, por ejemplo, en la producción de hidrógeno, separadores de aire y aplicaciones petroquímicas.