Los ingenieros de SKF han diseñado una solución completa para mejorar los ventiladores industriales. Su enfoque se centra en reducir la temperatura de funcionamiento para conseguir mayor fiabilidad, una vida de servicio más larga, menos costes de mantenimiento y menor impacto medioambiental.

Tecnología

Los ventiladores y soplantes son equipos decisivos en muchos procesos industriales. Por ello, es esencial que cumplan las demandas de alto rendimiento y bajo coste operativo. Los rodamientos y componentes afines son importantes para mejorar la productividad de los ventiladores. Combinando conocimientos de áreas clave –rodamientos y soportes, lubricación, obturaciones y servicios– SKF ofrece una solución estandarizada para mejorarlos.

Las averías de los rodamientos de ventiladores industriales son caras, debido a que estos equipos suelen ser decisivos para la producción. Una avería puede interrumpir totalmente la producción, generando pérdidas de miles de euros. En consecuencia, prolongar la vida útil de los rodamientos de ventiladores industriales es una cuestión prioritaria.

Antes, una mejora de ventiladores se personalizaba para cada aplicación. Ahora, los ingenieros de SKF han creado una solución completa para estandarizar el procedimiento. La mejora se ha diseñado para reducir la temperatura de funcionamiento, e incluye rodamientos y soportes optimizados, y un nuevo sistema de lubricación por circulación de aceite. Los efectos de la menor temperatura de funcionamiento son más fiabilidad, menos costes de mantenimiento y vida útil prolongada.

Condiciones exigentes
Los requisitos de productividad de la industria exigen aprovechar las prestaciones de los ventiladores y soplantes hasta el límite. Mayores velocidades de giro conllevan una mayor temperatura de funcionamiento. Además, muchos ventiladores se usan para evacuar gases calientes, con temperaturas de 100 a 600 °C. Parte de este calor se transfiere a los rodamientos a través de radiación y de conducción en el eje del ventilador. El funcionamiento a temperaturas altas puede ocasionar la avería de los rodamientos, lo cual a su vez provoca paradas no planificadas, tiempo improductivo y pérdidas de producción.

Una temperatura de funcionamiento alta también tiene un efecto negativo en la lubricación de los rodamientos, ya que reduce la vida útil del aceite. La degradación del lubricante comporta mayor fricción en los rodamientos, lubricación inadecuada, y su posible avería, lo cual conlleva un mayor riesgo de paradas no planificadas. Los problemas de lubricación provocan más de una tercera parte de las averías prematuras de los rodamientos.

Componentes que reducen la temperatura
Gracias a los conocimientos combinados de SKF sobre rodamientos, soportes, lubricación, obturaciones y servicios, se ha desarrollado una solución completa para reducir la temperatura de los rodamientos en ventiladores industriales.

La mejora de un ventilador comienza con una evaluación –un análisis funcional del equipo, en el cual se determinan los problemas existentes– seguida de una sugerencia de cómo realizar la mejora. SKF se hace cargo de todo el proceso, desde la evaluación hasta la instalación del nuevo equipo, asumiendo plena responsabilidad de la funcionalidad si el cliente lo exigiera.

Las mejoras de ventiladores de SKF abarcan varios componentes, aportando cada uno su propia contribución al descenso de la temperatura de los rodamientos. Un nuevo sistema de lubricación por circulación de aceite reduce las temperaturas de funcionamiento y la necesidad de mantenimiento, el sistema de rodamientos autoalineable de SKF genera menos fricción y se usan soportes diseñados expresamente, optimizados para usarse con lubricación por circulación de aceite. También forma parte de la oferta total un sistema de monitorización de la condición, que proporciona avisos de posibles fallos en los rodamientos. Todo el valor de la mejora se alcanza cuando se instala por completo.

Sistema de lubricación automatizado
La lubricación es una parte esencial del mantenimiento preventivo, y puede llevarse a cabo de diferentes maneras, según la aplicación. Son métodos comunes la lubricación manual con grasa, la centralizada con grasa, el baño de aceite, y la lubricación por circulación de aceite. Las temperaturas en los ventiladores de aire caliente son tan altas que exigen un sistema de lubricación por circulación de aceite, puesto que ni la lubricación con grasa ni el baño de aceite proporcionan una eficiencia apropiada bajo esas condiciones. En esta aplicación, el sistema de lubricación es un medio importante para evacuar la energía térmica. Años de experiencia dan como resultado el desarrollo de una solución estándar de unidad de circulación de aceite para ventiladores industriales (fig. 1).

La unidad de lubricación por circulación de aceite de SKF suministra aceite frío y limpio a cada rodamiento, y es el componente más importante del sistema de reducción de temperatura. Estos tipos de unidades son equipos complejos, y todos sus componentes (fig. 2) son importantes para conseguir un buen resultado.

Un depósito grande hace que el aceite tenga tiempo suficiente para desairearse y enfriarse antes de volverse a utilizar. También contiene un calentador que aumenta la temperatura del aceite al arrancar, para mantener siempre la viscosidad apropiada. Un cartucho de filtro de alta capacidad elimina la contaminación del aceite. La unidad de lubricación también posee sensores que emiten una advertencia si la presión fuera excesiva y los filtros tuvieran que cambiarse. Si la presión excede cierto nivel, se abre automáticamente un sistema de derivación. Una válvula de derivación manual permite cambiar los filtros durante el funcionamiento.

Un problema común de las unidades de lubricación es que regresa una cantidad excesiva de aceite al depósito. Para solucionarlo, se suele utilizar una válvula de descarga, pero ello provoca pérdidas de energía, aumento de temperatura del aceite y su degradación, además del desgaste de componentes. En el sistema de SKF, se reduce al mínimo el exceso de aceite que regresa al depósito, optimizando el volumen de lubricante en el sistema. Así, se ahorra energía y aceite, reduciendo el impacto medioambiental. Hay algunas variantes para cada unidad de lubricación de aceite estandarizada; p. ej., se puede disponer de un refrigerador y de una unidad de control de las funciones de alarma y de monitorización, y en aplicaciones críticas puede usarse una bomba en espera. Debido a que el aceite circula por un circuito cerrado y controlado, las fugas se minimizan y se reducen los efectos en el medio ambiente. Para ventiladores aún mayores, SKF ofrece la solución Flowline (véase Evolution, núm. 4–2007), una familia completa de sistemas de circulación de aceite para varias necesidades.

Viscosidad del aceite
La función básica de la lubricación es crear una película de aceite muy fina entre los elementos rodantes, los caminos de rodadura y la(s) jaula(s), a fin de evitar el contacto metálico. Esta película debe tener el espesor apropiado. Dicho espesor lo determina la temperatura de funcionamiento del rodamiento y la viscosidad del aceite. La viscosidad del aceite varía con la temperatura; mayor temperatura significa menor viscosidad operativa. Por tanto, el parámetro más importante al elegir un lubricante es su viscosidad a la temperatura de funcionamiento del rodamiento.

La eficiencia de un lubricante se determina principalmente por el grado de separación que mantiene entre las superficies de contacto de rodadura. Para que se forme una película adecuada, el lubricante debe tener una viscosidad mínima cuando la aplicación alcanza su temperatura de funcionamiento normal. El estado de la película de aceite se describe mediante la relación de viscosidad, k,
k = v/ v1
donde
k = relación de viscosidad
v = viscosidad real de funcionamiento del lubricante, [mm2/s]
v1 = viscosidad nominal, dependiendo del diámetro medio del rodamiento y e la velocidad de giro, [mm2/s].
(Para las directrices de cálculo, consulte el Catálogo General de SKF.)

Se recomienda un tipo de aceite y viscosidad con un valor k entre 1 y 4 a la temperatura de funcionamiento del rodamiento. Normalmente esto resulta en una viscosidad de 68 a 220 mm2/s (ISO VG 68 a 220) a una temperatura de referencia de 40 °C. Si el valor k es inferior a 1, las superficies no están separadas y existe riesgo de contacto metálico. Un valor k superior a 5 incrementará la fricción del rodamiento y la temperatura de funcionamiento.

Sistemas de rodamientos autoalineables
En los ventiladores industriales el sistema de rodamientos tiene que admitir desalineaciones, flexiones de eje y la dilatación térmica del eje. En aplicaciones convencionales se usa un sistema de rodamientos autoalineable (fig. 3), compuesto por dos rodamientos de bolas a rótula o dos rodamientos de rodillos a rótula. Este sistema se ha de diseñar especialmente para admitir la dilatación térmica del eje. Uno de los rodamientos es «fijo» y el otro «libre». El libre se desplaza axialmente en su asiento en el soporte. Cuando se mueve genera una fricción considerable, que produce vibraciones, fuerzas axiales en el sistema de rodamientos y calor, reduciendo todo ello la vida útil de los rodamientos.

El sistema de rodamientos autoalineable de SKF (fig. 4) soluciona este problema. Incorpora un rodamiento autoalineable en la posición fija, y un rodamiento CARB en la posición libre. El CARB es un rodamiento radial autoalineable con un aro interior que se mueve independientemente del aro exterior, de modo similar a un rodamiento de rodillos. El sistema de rodamientos admite desalineaciones y la flexión del eje, mientras el CARB admite los cambios de longitud del eje dentro del rodamiento, casi sin fricción y sin inducir cargas axiales internas.

Al carecer de cargas axiales inducidas, esta solución trabaja con menos fricción, manteniendo una temperatura de funcionamiento baja. El sistema de rodamientos autoalineable de SKF también funciona con niveles bajos de vibración y ruidos, y posibilita usar diseños optimizados y más seguros. Ello, a su vez, permite prolongar los intervalos de lubricación y aumenta la vida útil de los rodamientos.

En un sistema de rodamientos autoalineable SKF formado por un rodamiento de rodillos a rótula y un rodamiento CARB, ambos forman parte de la clase de rendimiento SKF Explorer. Esto proporciona una mejora sustancial de los parámetros de funcionamiento clave, que incrementa la vida útil del rodamiento.

Soportes de los rodamientos
La gama de soportes estándar de SKF incorpora diseños concebidos para abordar los problemas de temperatura. Los más apropiados para ventiladores industriales son los soportes de pie estándar SONL (fig. 6), y los soportes de pie estándar SAF. Son apropiados para aplicaciones de alta velocidad y temperatura.

El soporte SONL tiene un depósito profundo que aloja un gran volumen de aceite, constituyendo un medio eficaz para disipar la energía térmica. Es apropiado tanto para baño de aceite como para circulación de aceite, e incorpora una obturación diseñada para evitar fugas.

Los soportes SAF existen en variantes estándar para lubricación por circulación de aceite. Están diseñados con grandes orificios de drenaje para permitir mayor flujo y una refrigeración optimizada. Cuando se usan junto con un sistema de lubricación con aceite, los soportes SAF deben tener una obturación de aceite de contacto LER para evitar fugas.

Los soportes SNL, modificados para la lubricación con aceite, son otra buena alternativa gracias a sus obturaciones de aceite de altas prestaciones y a su capacidad de transferir el calor.

El uso de uno de estos soportes junto con el sistema de rodamientos autoalineable de SKF reduce drásticamente la temperatura de funcionamiento de los rodamientos.

Conclusión
Los rodamientos de ventiladores situados en entornos con altas temperaturas suelen funcionar al límite. Gracias a sus conocimientos en áreas clave, SKF ofrece una solución para mejorar ventiladores industriales. Los resultados –mayor fiabilidad, mayor vida útil de los rodamientos, mayor vida útil del lubricante y menos mantenimiento–, además de ser más ventajosos desde una perspectiva de negocio, también son importantes para la sostenibilidad.