Se acelera el desarrollo de rodamientos para aplicaciones en alta mar
Con el aumento de la capacidad de generación de las turbinas eólicas en alta mar, crecen las exigencias que deben soportar los rodamientos del eje principal. Por ello, para garantizar su durabilidad, estos rodamientos deben poder someterse a pruebas rigurosas antes de su instalación en alta mar.
Las pruebas se llevaron a cabo en el prestigioso Centro de pruebas Sven Wingquist (Sven Wingquist Test Centre, SWTC), en Schweinfurt, Alemania. Esta instalación galardonada ha sido diseñada específicamente para probar rodamientos de gran tamaño y para asegurar su adecuación a los requisitos del sector.
Un banco de pruebas potente
La instalación SWTC está diseñada para reproducir todas las cargas concebibles que pueda experimentar un rodamiento a lo largo de varios años de uso, condensadas en unas pocas semanas. Este programa de pruebas acelerado ahorra tiempo, dinero y energía.
Régimen de pruebas
Antes del MSTR, la falta de bancos de pruebas adecuados para estos rodamientos de gran tamaño, así como las dificultades propias de las pruebas, limitaban el alcance de estas últimas. El MSTR, en cambio, puede ejecutar un abanico de pruebas que pueden durar minutos, semanas o meses, y puede medir la temperatura en múltiples posiciones; la carga de entrada, la velocidad y el momento del banco de pruebas; el par de fricción del rodamiento; la vibración del rodamiento y de la configuración de prueba; la cinemática de los rodillos; y las deformaciones de la estructura del banco de pruebas.
En el MSTR, el rodamiento de prueba se aceleró hasta 30 r. p. m. Actualmente, este hito marca el límite de la capacidad del banco de pruebas. Las velocidades de giro más elevadas aumentan directamente el número de rodaduras en el rodamiento y, de este modo, ayudan a cumplir los requisitos de una prueba de resistencia en un tiempo mucho más corto, lo que influye a su vez en el costo y la duración del régimen de pruebas. La capacidad de producir velocidades extremas tiene una importancia fundamental para los componentes del rodamiento (por ejemplo, los segmentos de la jaula). Debido a la mayor velocidad de giro, aumentan significativamente las fuerzas basadas en la inercia y los impactos de los rodillos contra las pestañas y las jaulas. El conjunto de rodillos, que gira a la mitad de la velocidad del rodamiento, tiene una masa de 1,6 toneladas, equivalente a la de un automóvil de tamaño medio. Para acelerar de 0 a 30 r. p. m., el MSTR es capaz de aplicar 880 kW. A modo de guía, el rotor típico de una turbina eólica grande gira a una velocidad entre 5 y 20 r. p. m.; alcanzar una velocidad de giro más elevada permite reducir la duración de las pruebas y, asimismo, realizarlas en condiciones extremas.
La campaña actual de pruebas finalizará a finales de 2020, y está previsto que las pruebas incluyan el cambio del rodamiento de prueba por otro con una geometría interna diferente. Se están preparando campañas de pruebas para el año 2021 y posteriores destinadas a optimizar el uso del MSTR.
Camino hacia el futuro
Hasta ahora, las pruebas han permitido comparar datos recopilados en distintas condiciones de funcionamiento simuladas.
“Estamos muy satisfechos con los datos que hemos obtenido”, reconoce Engbers. “Tenemos aún muchas expectativas puestas en las próximas campañas de pruebas. Es fundamental probar los rodamientos en estas condiciones límite para poder desarrollar turbinas resistentes, sobre todo cuando empiecen a desplegarse turbinas con capacidades de generación de 15 MW o más”.
Además del Nautilus, en los cuatro bancos de pruebas del SWTC se probarán otros tipos de rodamientos, incluidos, entre otros, rodamientos de rodillos cilíndricos de gran tamaño e hileras múltiples, rodamientos de una hilera de rodillos cónicos, rodamientos de rodillos a rótula y rodamientos CARB.
Los rodamientos SKF Nautilus
El SKF Nautilus es un gigante en el mundo de los rodamientos. Mide hasta 4 metros de diámetro exterior y pesa hasta 14 toneladas. Se utiliza como rodamiento del eje principal en turbinas eólicas en alta mar con potencias nominales de 8 MW. Su función es soportar el peso del rotor y las palas, y acomodar las fuerzas del viento que actúan sobre el rotor.
El SKF Nautilus es un rodamiento de dos hileras de rodillos cónicos en una disposición espalda con espalda (también llamada disposición en O). Al hacer el mismo trabajo que dos rodamientos individuales, permite conseguir diseños más compactos para la unidad de transmisión. Además, en el caso de precisar disposiciones especiales de rodamientos, puede integrarse en la multiplicadora, aunque su función seguirá siendo la de rodamiento del eje principal.
La vida útil prevista del rodamiento SKF Nautilus es de más de 20 años. Por eso, es vital poder probarlo a fondo antes de su instalación.