Pruebas al límite
Hace poco SKF inauguró oficialmente el Sven Wingquist Test Center, el centro de pruebas de rodamientos más avanzado del mundo. El centro, situado en Schweinfurt, Alemania, posee dos nuevos bancos de pruebas gigantescos, que pueden someter los rodamientos a pruebas extremas. La labor tecnológica preparatoria contribuirá a optimizar el diseño de los rodamientos grandes y permitirá una fabricación más eficiente. Asimismo, los clientes se beneficiarán de soluciones optimizadas.
SKF cuenta con una amplia cartera de software extremadamente potente para el cálculo y la simulación de todo tipo de rodamientos. Entre este software, hay sistemas extraordinariamente complejos, que pueden investigar el comportamiento de los rodamientos en un entorno virtual. Con la herramienta SimPro Expert, por ejemplo, especialistas altamente capacitados pueden calcular la fatiga de los rodamientos en función de la teoría de SKF de vida útil extendida. Dicho software no solo refleja años de investigación y desarrollo, sino también décadas de experiencia operativa. Lo mismo rige en un instrumento aún más potente, denominado BEAST (“Bestia”), que los ingenieros de SKF usan para simular la dinámica detallada del interior del rodamiento. Se trata de un banco de pruebas virtual que, dentro de un rodamiento, realiza estudios de cargas, momentos, etc., prácticamente en cualquier condición de carga.
El software no llega a sustituir la realidad
No obstante, hasta ahora, ni el citado software ni tampoco otros programas de simulación han podido reproducir de una manera auténticamente realista lo que sucede dentro de los rodamientos grandes. La experiencia ha demostrado que algunos ejemplares grandes han sido susceptibles a daños y averías, a pesar de haberse calculado con la máxima meticulosidad, y se les han incorporado márgenes de seguridad adicionales en su diseño y en su fabricación según las normas más estrictas. Por tanto, es obvio que es en las aplicaciones reales donde aparecen fenómenos que no son tenidos plenamente en cuenta por los algoritmos de causa-efecto de los actuales modelos de simulación.
Resumen
Actualmente no hay ningún programa de simulación en el mundo que pueda reproducir de una manera auténticamente realista todos los procesos dinámicos que tienen lugar dentro de los rodamientos grandes. Dos nuevos bancos de pruebas en el supermoderno Sven Wingquist Test Center de Schweinfurt, Alemania, podrán proporcionar información más detallada que contribuya a mejorar los actuales modelos de simulación para hacer cálculos más fieles a la realidad. Además, los conocimientos técnicos adquiridos se incorporarán en el desarrollo de los productos y ayudarán a asegurar que las futuras generaciones de rodamientos grandes alcancen la máxima duración en sus aplicaciones respectivas, con el mínimo peso y fricción posibles. Todo ello puede ahorrar recursos, no solo durante las pruebas y en la producción, sino también en las aplicaciones comerciales de los futuros rodamientos grandes de SKF. El medioambiente y los clientes se beneficiarán por igual.
Descubrir las hasta ahora desconocidas causas raíz de esos daños es una de las razones por las cuales SKF ha invertido alrededor de 40 millones de euros en el Sven Wingquist Test Center, el centro de pruebas de rodamientos grandes más avanzado del mundo, situado en Schweinfurt, Alemania. En los dos edificios gemelos de arquitectura futurista del centro (fig. 1), dos nuevos y enormes bancos de pruebas pueden probar y exigir a los rodamientos grandes hasta sus límites absolutos.
Enormes fuerzas para energía eólica
El mayor de los bancos de pruebas (fig. 2) es el primero del mundo que no solo puede probar individualmente un rodamiento (con un diámetro exterior de hasta 6 m) para energía eólica, sino también el conjunto completo de rodamientos, incluidos los componentes adyacentes del cliente. Este banco gigante tiene unas dimensiones totales de alrededor de 9 x 11 x 8 m, y pesa unas 700 toneladas. Está equipado con nada menos que 64 cilindros dispuestos radial y axialmente que pueden desarrollar varios meganewton de cargas dinámicas.
Inicialmente, los cilindros hidráulicos actúan sobre un disco de acero sobredimensionado (fig. 3) que gira dentro del banco. Este disco gigante de 7 m de diámetro pesa 125 toneladas. Transfiere las fuerzas desarrolladas por los cilindros hidráulicos al ejemplar mediante un adaptador al que está unido el rodamiento sometido a prueba.
El enfoque de utilizar el disco para transferir las fuerzas ejercidas al rodamiento sometido a prueba tiene una ventaja decisiva: las fuerzas que actúan sobre el ejemplar no están limitadas por la estabilidad inherente de un rodamiento que ejerce la carga. En cambio, el sistema formado por los cilindros y el disco puede aplicar cargas por todos los ejes, que, combinadas, son varias veces superiores a las disponibles en las más potentes instalaciones de prueba antes usadas. Además, el nuevo banco de pruebas de SKF alcanza velocidades de giro muy elevadas en comparación con las dimensiones del rodamiento sometido a prueba.
20 años en unas pocas semanas
La excepcional combinación de dinámica, fuerzas máximas, momentos de flexión y velocidades de giro contribuye gradualmente a beneficios económicos cruciales para el cliente. Para asegurar la rentabilidad de una turbina eólica, sus rodamientos muy grandes, una vez instalados, deberían funcionar perfectamente durante 20 años o más. Estos 20 años incluidas todas las cargas concebibles en el transcurso de ese tiempo– se reproducen de manera realista en el nuevo banco de pruebas en un par de semanas mediante un procedimiento acelerado. Así no solo se ahorra mucho tiempo y dinero, sino también energía. Y aún se ahorra más energía mediante un sistema de recuperación del calor: el que se genera en el banco se usa en el edificio del centro de pruebas y en la fábrica vecina de rodamientos grandes. Gracias a esta eficiencia energética, el Ministerio bávaro de economía, medios de comunicación, energía y tecnología ha financiado la instalación de pruebas gigante con alrededor de 1,9 millones de euros.
Fuerzas bajo control
Para asegurar que el banco de pruebas aplique al rodamiento sometido a prueba sus enormes fuerzas con el más alto control, los segmentos inferiores del soporte se han fijado a sus pedestales con unos 200 pernos roscados M80 con una precarga de varios meganewton. Las bases en las que se han insertado estos pernos son parte de un fundamento de 3 000 toneladas que está separado del resto del amplio y espacioso edificio, a fin de evitar cualquier interacción perturbadora con el edificio propiamente dicho.
Teniendo en cuenta la extrema solidez de la subestructura, la labor de precisión en la interfaz entre los pedestales y el soporte es todavía más sorprendente: las superficies de contacto solo tienen una desviación de nivel de unas décimas de milímetro por una distancia de alrededor de 10 m (fig. 4).
Más pequeño, más flexible, más rápido
En comparación, el menor de los dos nuevos bancos de pruebas de SKF (fig. 5) tiene un aspecto menos monumental, aunque también constituye una poderosa herramienta. Su cabezal de prueba de 130 toneladas está provisto de cuatro cilindros axiales y dos radiales, que pueden actuar en una amplia variedad de rodamientos grandes mediante el uso de adaptadores de aro interiores y exteriores. Por ejemplo, los rodamientos sometidos a prueba pueden emplearse para aplicaciones de construcción naval, de minería, y en las industrias de hierro y acero, de pasta y papel, y cementera. Por tanto, se trata de un banco de pruebas extremadamente versátil. A pesar de su flexibilidad, es al mismo tiempo una obra maestra gigante de mecatrónica. El equipo pesa unas 300 toneladas.
Este banco de pruebas desarrolla fuerzas superiores a seis meganewton (aproximadamente igual que uno de los motores del cohete lunar Saturno V) y llega a velocidades de giro de más de 200 r. p. m. Al combinar esas cargas y velocidades, incluso este “David” de los dos nuevos bancos de pruebas sigue sin rival en el mundo entero. Con sus excepcionales facultades, puede revelar capacidades significativas de ahorro de energía y material en la producción de rodamientos grandes. Este es uno de los motivos por los que el banco de pruebas se incluyó en el Programa de innovación medioambiental del Ministerio federal alemán del medioambiente, conservación de la naturaleza, construcción y seguridad nuclear, y recibió una financiación de 1,6 millones de euros.
Lubricación en el límite
El menor banco de pruebas del centro posee otra característica poco corriente: está provisto de equipos de lubricación especial de Sistemas de lubricación SKF (fig. 6). Por lo general, las soluciones de la empresa aseguran que los rodamientos en diversas aplicaciones reciban un suministro óptimo de la cantidad correcta de lubricante en el momento correcto. No obstante, el sistema construido especialmente para el centro de pruebas es capaz de hacer exactamente lo contrario: al realizar las pruebas, puede llevar al rodamiento a sus límites operativos en términos de lubricación deficiente. Los resultados pueden proporcionar hallazgos importantes para una posterior mejora de la robustez de los rodamientos grandes.
La instalación, de unos 6 m de ancho y 1,6 m de profundidad, alberga 3 000 litros de aceite lubricante y pesa 7,2 toneladas en total. Básicamente, se trata de una transferencia de tecnología de la industria de la pasta y papel, pero expertos en sistemas de lubricación de SKF la han modificado considerablemente en concordancia con los requisitos específicos del centro de pruebas. También es digno destacar el excepcional diseño óptico del equipo, y su poco común sistema de protección contra el ruido.
Temperatura crucial
Para exponer el rodamiento sometido a prueba no solamente a condiciones de carga extremas, sino también a condiciones de lubricación también extremas, SKF ha diseñado un sistema para temperaturas de aceite de alrededor del doble de las usadas en soluciones convencionales. Por ello, el rango de temperaturas disponible puede emplearse para crear tensiones tribológicas enormes sobre el rodamiento sometido a prueba.
Para evitar daños en el propio sistema de lubricación durante una “prueba candente” con el rodamiento, se ha instalado un sistema de refrigeración basado en intercambiadores de calor.
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El Ministerio bávaro de economía, medios de comunicación, energía y tecnología ha otorgado una financiación de 1,9 millones de euros al banco de pruebas más grande. Por otro lado, el segundo banco, de menor tamaño, se incluyó en el Programa de innovación medioambiental del Ministerio federal alemán del medioambiente, conservación de la naturaleza, construcción y seguridad nuclear, y recibió una financiación de 1,6 millones de euros.
Mediciones de precisión
Desde la estación de suministro, el aceite lubricante se bombea al rodamiento sometido a prueba mediante una docena de conductos. Una consola de distribución interconectada permite una medición precisa del aceite por conducto y punto de lubricación. Por consiguiente, el personal de pruebas puede también crear las condiciones de lubricación más difíciles bajo una gran variedad de cargas. Asimismo, la dosificación variable, en combinación con los múltiples puntos de lubricación, permite examinar en un grado extremadamente localizado la distribución del aceite o el flujo interno dentro del rodamiento sometido a prueba. Para este fin, el adaptador que soporta el rodamiento va provisto de un arsenal entero de sensores complementarios, que no solo detectan las temperaturas locales y sus tendencias, sino también vibraciones, cargas y posiciones de componentes fundamentales. En última instancia, los expertos de SKF pueden averiguar exactamente qué efectos dinámicos tienen lugar en el rodamiento, dónde se producen y en qué condiciones.
En estos momentos, los ingenieros de SKF hacen todo lo posible para asegurar que la labor preparatoria de prueba cumpla las expectativas extremadamente altas que se han generado en cuanto a la revelación de secretos ocultos en los rodamientos grandes. Actualmente ellos trabajan en la validación del equipo gigante y la calibración de la sensible tecnología de medición.
