Una selección óptima de los rodamientos mejora la vida útil y el rendimiento del compresor.

El uso de compresoresde tornillo en aplicaciones de gas natural ha aumentado a un ritmo constante durante la última década y continúa creciendo. Esto se debe principalmente a la baja presión del gas extraído de muchos yacimientos antiguos, que impiden instalar y operar compresores recíprocos de forma rentable. Hoy en día, los compresores de tornillo se utilizan en aplicaciones de gas con y sin contenido de azufre (H₂S), instalándose en la boca del pozo para extraer el gas e incrementar la presión para que éste recorra los gaseoductos.

A medida que aumenta el uso de compresores de tornillo, también se incrementa el interés por un componente fundamental en ellos: los rodamientos. Desempeñan una función decisiva en el rendimiento del compresor, aunque los problemas que éstos experimenten perjudicarán la fiabilidad del mismo. En el peor de los casos, pueden provocar una avería grave, interrumpiendo la producción de gas. Los pozos y estaciones de depuración de gases suelen hallarse en zonas alejadas, de difícil acceso, lo que hace que las reparaciones sean difíciles y costosas. Aunque a veces se dispone de compresores de repuesto, éstos deben recibir un mantenimiento para evitar posibles problemas durante la puesta en marcha.

Por tanto, los profesionales y operarios de la industria del gas, conscientes de la importancia de la fiabilidad, deberían evitar los fallos de los rodamientos antes de que se presenten. Un importante primer paso en este sentido es familiarizarse con los aspectos básicos de su funcionamiento en compresores de tornillo, y aprender a elegir la disposición, el tipo y los materiales de rodamientos adecuados para esta aplicación.

 

Los compresoreshelicoidales dobles, poseen dos rotores que giran engranados en sentidos opuestos dentro de la carcasa del compresor. En el lado de aspiración, el gas entra en una cavidad generada entre la pared de la carcasa y los dos rotores, cuyo tamaño se reduce a medida que los rotores giran, con lo que el gas se comprime y finalmente se expulsa. Los compresores utilizados en los yacimientos de gas normalmente funcionan con un motor de gas bien de transmisión directa o a través de un reductor.

En los compresores de tornillo la función de los rodamientos es proporcionar un posicionamiento radial y axial preciso de los rotores del compresor, y soportar adecuadamente las cargas de los rotores. Los rodamientos se usan en los extremos de aspiración y descarga; su tipo y características varían dependiendo de los requisitos de carga y la aplicación.

Normalmente, hay dos roda­mientos de rodillos cilíndricos en el extremo de aspiración, cada uno soportando uno de los rotores del compresor. En el extremo de descarga se usa una segunda pareja de rodamientos de rodillos cilíndricos. Algunos compresores usan cojinetes lisos para el apoyo radial. El extremo de descarga va provisto de dos o más rodamientos axiales, normalmente rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular, o rodamientos de bolas con cuatro puntos de contacto (rodamientos QJ). Estos rodamientos soportan cargas puramente axiales.

La temperatura aumenta a medida que se comprime el gas. Inyectando aceite en la cavidad de compresión, se lubrican los tornillos, se obturan los puntos susceptibles a fugas y el gas se enfría. El mismo aceite lubrica y evacua el calor de los rodamientos después de ser expulsado con el gas comprimido y de separarse en un colector.

 

Los operariosdeben ser cons-cientes del riesgo que supone inyectar demasiado aceite en los compresores de tornillo. El gas natural contiene una mezcla de gases, a menudo está saturado de vapor de agua, y a veces contiene también ácido sulfhídrico y otros ácidos. Si se inyecta demasiado aceite, se puede provocar un enfriamiento excesivo, que ocasione la condensación de agua y ácidos. Los condensados se mezclarán con el aceite, perjudicando la lubricación, y causando la corrosión, que puede provocar el fallo del rodamiento.

El aceite utilizado debe tener la viscosidad apropiada, y no contener aditivos que emulsionen el agua. Por regla general, los aceites utilizados para los cárteres de motores no son adecuados para los compresores. Periódicamente deberían tomarse muestras del aceite, analizándose para comprobar la degradación, viscosidad y el contenido de agua.

El gas natural también contiene partículas sólidas que pueden dañar los rodamientos y otros componentes. Para evitar estos daños, los compresores deberían tener filtros de aceite eficientes.

 

El gas naturalque contiene ácido sulfhídrico o azufre (H₂S) constituye un reto especialmente difícil. El acero templado y los materiales que contienen tensiones residuales son susceptibles a agrietamientos por tensiones residuales y el efecto de dicho ácido. Es un fenómeno que se presenta a bajas tensiones. Además, el ácido sulfhídrico puede mezclarse con agua y formar ácido sulfúrico (H₂SO₄), que produce corrosión.

Las jaulas de los rodamientos deberán estar fabricadas de ma-teriales libres de tensiones, para evitar dichos agrietamientos. Las compañías explotadoras de pozos de gas deben considerar cuida-dosamente los materiales de las jaulas a la hora de elegir los roda-mientos para sus compresores.

Las jaulas de poliamida, que están fabricadas de un polímero reforzado con fibra de vidrio y moldeado por inyección, constituyen una solución posible. Han demostrado funcionar satisfactoriamente en aplicaciones de gas con contenido de ácido sulfhídrico hasta temperaturas de 70 °C (158°F). Sin embargo, temperaturas más altas pueden provocar el envejecimiento prematuro de la poliamida. Ahora existe una nueva solución, con jaulas fabricadas de PEEK, un material polimérico con una mayor resistencia a las altas temperaturas y al envejecimiento. El PEEK también ofrece un menor nivel de desgaste, por lo que es apropiado como material para las jaulas en aplicaciones de rodamientos con una lubricación escasa.

Tradicionalmente, la industria del gas natural se ha abstenido de utilizar el latón y otros materiales «amarillos» en compresores y gaseoductos a causa de su potencial agrietamiento por tensiones y por el ácido sulfhídrico. Sin embargo, el latón sin tensiones residuales no está expuesto a dicho agrietamiento. Las jaulas mecanizadas de latón hechas de tubos moldeados por centrifugación están libres de tensiones residuales. Se fabrican una gran variedad de rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular, rodamientos de bolas con cuatro puntos de contacto, y rodamientos de rodillos cilíndricos con este tipo de jaula. Aunque desde mediados de 1980, contrariamente a la práctica de la industria, varios fabricantes de compresores de tornillo han utilizado con éxito rodamientos con jaulas de latón en sus compresores para gas natural con ácido sulfhídrico .

Las jaulas embutidas de chapa de latón no son aptas para los compresores de gas con un alto contenido de ácido sulfhídrico, puesto que la operación de embutición deja tensiones residuales en el material.

 

Los usuariosde compresores suelen pedir jaulas mecanizadas de acero. Aunque el acero mecanizado no se agrieta por tensiones, existe un gran riesgo de roce metálico entre los alvéolos de la jaula y los elementos rodantes, especialmente con una lubricación escasa. Disponiendo de PEEK y jaulas mecanizadas de latón libres de tensiones, ya no hay motivos para usar las jaulas mecanizadas de acero.

Mejora de materiales y revestimientos de los rodamientos. Para que los rodamientos funcionen de modo fiable, deben estar fabricados con acero templado. Sin embargo, el ácido sulfhídrico puede dañar los componentes de este material.

SKF ha investigado el uso de revestimientos especiales para proteger el acero de los rodamientos en aplicaciones de gas natural con un alto contenido de ácido sulfhídrico. En el Centro de Investigación y Desarrollo de SKF en Holanda, los expertos de SKF han identificado propiedades críticas para los materiales del revestimiento. En primer lugar, la dureza del revestimiento debe adherirse con seguridad al acero del rodamiento y resistir el desconchado bajo carga. En segundo lugar, el revestimiento debe adherirse con seguridad al acero del rodamiento y resistir el desconchado bajo carga. Y, finalmente, no debe ser poroso, para que el ácido sulfhídrico no se filtre por el revestimiento. Aunque todavía no esté muy extendido el uso de rodamientos con el recubrimiento SKF NoWear en los compresores de tornillo, éstos pueden ofrecer una solución para aplicaciones difíciles.

Otra solución aún más prometedora es el uso de una nueva calidad de aceros inoxidables de alta resistencia, sobre todo al agrietamiento antes citado. SKF está desarrollando y probando estos aceros, habiéndose obtenido unos resultados muy prometedores en pruebas prácticas realizadas en compresores de gas con contenido de ácido sulfhídrico. En estos nuevos rodamientos, las bolas y los rodillos son cerámicos.

 

El revestimientoNoWear de SKF proporciona una fricción muy baja, protección contra las adherencias y menor desgaste. Sin embargo no es lo suficientemente denso como para impedir la filtración del ácido sulfhídrico. Los rodamientos revestidos con NoWear constituyen una solución en aplicaciones difíciles que funcionen con una lubricación escasa o cargas bajas.

Los rodamientos de la clase SKF Explorer se fabrican con un acero de mayor calidad y reciben un tratamiento térmico más sofisticado. En aplicaciones de compresores de tornillo exigentes, los rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular SKF Explorer –fabricados como estándar para apareamiento universal–, y los rodamientos de bolas con cuatro puntos de contacto, así como los de rodillos cilíndricos, ofrecen una vida de servicio más larga que los rodamientos convencionales.

Una vez seleccionados y montados, los rodamientos deberían monitorizarse. Los dispositivos de monitorización portátiles para una monitorización periódica, o los instalados permanentemente para una supervisión online pueden proporcionar datos sobre tendencias y detectar los daños prematuros, permitiendo que los operarios de los yacimientos de gas programen el mantenimiento y las reparaciones durante las paradas planificadas.