Ingeniería

Solución de rodamientos para compresores y bombas de vacío

SKF ha introducido en su catálogo una gama mejorada y ampliada de rodamientos Explorer de una hilera de bolas de contacto angular para su uso en aplicaciones como compresores y bombas de tornillo, incluidas bombas de vacío industriales de tornillo. Estos rodamientos contribuyen a aumentar la densidad de potencia, el rendimiento y la eficiencia de la maquinaria, lo que permite un funcionamiento a velocidades más altas y con menor fricción, al mismo tiempo que ofrecen competitividad de costos, y disponibilidad y servicio globales.

Related Articles

Compresor o bomba de vacío típicos basados en la tecnología de doble tornillo.

Con frecuencia se dice que el aire comprimido es la “cuarta fuente de energía”. La confiabilidad y eficiencia en el rendimiento de los sistemas de compresores tiene una importancia decisiva en la mayoría de las instalaciones de fabricación. Un tipo de compresor común en plantas industriales es el de doble tornillo. Además de aire comprimido, un número cada vez mayor de procesos de producción modernos requieren atmósferas con distintos niveles de vacío. Las bombas de vacío –normalmente muy similares a los compresores de aire– son comunes en muchas industrias, entre ellas los sectores de alimentación y bebidas, envasado, óptica, electrónica y semiconductores, y las industrias química, farmacéutica y del vidrio, donde se usan en procesos industriales de revestimiento, como PVD (deposición física de vapor) y CVD (deposición química de vapor). Las bombas de vacío incluso se emplean en experimentos científicos a gran escala, como en los detectores de ondas gravitacionales.

Al igual que los compresores de doble tornillo, las bombas de vacío de tornillo funcionan con dos ejes de tornillo engranados que giran en sentido opuesto. De este modo, aprisionan el gas entre los tornillos y lo transportan al lado de descarga, mientras que en el lado de entrada, el gas se elimina y la presión se reduce al nivel de vacío previsto. Los rodamientos que soportan los rotores de tornillo son componentes decisivos: reciben las cargas creadas por la presión del gas y proporcionan un posicionamiento de eje radial y axial preciso, un criterio clave para la eficiencia de esas máquinas.

En el futuro, en los mercados de compresores y bombas, se esperan velocidades más altas, diseños compactos, un posicionamiento de eje axial aún más preciso y un rendimiento resistente de los rodamientos de apoyo. Una combinación de alta velocidad y cargas bajas puede afectar a los llamados rodamientos de apoyo, que soportan cargas inversas y controlan el juego axial de la disposición de rodamiento y, con ello, el espacio entre ejes y soporte. En las bombas de vacío de tornillo, son decisivas la velocidad, la eficiencia (mediante espacios de sellado ajustados) y una baja generación de calor.

Compresor de tornillo con rodamientos de bolas de contacto angular de 25°.

Diseño mejorado

SKF ya da respuesta a esas nuevas exigencias con la introducción de varias mejoras en el diseño del rodamiento, y el desarrollo de una gama completamente nueva para asegurar que los rodamientos SKF Explorer de una hilera de bolas de contacto angular puedan cumplir las exigencias de rendimiento actuales y futuras. La primera innovación fue una nueva jaula con una geometría significativamente mejorada y un nuevo material de latón, que permite un funcionamiento más rápido con menos fricción.

Además, SKF ha añadido una versión con un ángulo de contacto de 25o a la gama estándar de rodamientos de bolas de contacto angular. Ambos diseños de rodamiento poseen la nueva jaula mejorada. En comparación con la versión de ángulo de contacto de 40o, el menor ángulo de 25° permite que el rodamiento funcione a velocidades más altas, al mismo tiempo que ofrece un mejor rendimiento como rodamiento de apoyo bajo cargas livianas. Y los rodamientos de 25° también proporcionan una capacidad de carga radial más elevada en comparación con los de 40°. Esto es ventajoso cuando la aplicación soporta principalmente cargas radiales y puede usarse, por ejemplo, para reducir el tamaño de la maquinaria. La oferta como diseño estándar de catálogo asegura también una disponibilidad global, con plazos de entrega cortos.

Otra ventaja clave de la serie de 25° es que estos rodamientos son universalmente compatibles con otros de 25° y 40°, lo que significa que pueden emplearse juntos en disposiciones dobles o triples sin necesidad de operaciones de medición.

Se ha añadido una versión con un ángulo de contacto de 25° a la gama estándar de rodamientos de bolas de contacto angular.
Resultado de los cálculos de comparar un ángulo de contacto de 25° con un ángulo de 40°.
Comparación de velocidad límite de rodamientos de una hilera de bolas de contacto angular con jaula mecanizada de latón.
Comparación de temperaturas en rodamientos de una hilera de bolas de contacto angular con jaula mecanizada de latón, lubricados con grasa.

Ejemplo de diseño

Un cliente pidió asesoramiento técnico para validar una propuesta de diseño de una nueva generación de bombas de vacío de tornillo. SKF realizó un análisis integral del sistema de rodamientos, usando el programa de simulación tridimensional SimPro. La simulación destacó algunos riesgos en el rendimiento si se usaban rodamientos de bolas de contacto angular de 40°, como menor vida útil calculada, variaciones elevadas en el ángulo de contacto y mayores pérdidas por fricción. Hay que observar que, a velocidades muy altas, son relevantes las fuerzas centrífugas que actúan sobre las bolas; bajo estas condiciones, un ángulo de contacto más pequeño proporcionará una mejor cinemática.

Las velocidades de las bombas de vacío analizadas eran altas en comparación con las de los compresores de tornillo de tamaño similar, mientras que las cargas de empuje eran ligeramente inferiores. Los análisis mostraron que la mejor opción de diseño era usar una disposición de rodamiento doble que incorporara los nuevos rodamientos SKF Explorer con un ángulo de contacto de 25° y un ligero juego. Los resultados del cálculo presentados en los gráficos de abajo demuestran claramente las diferencias en rendimiento en cuanto a la vida útil calculada y menores pérdidas de potencia.

Se realizó un análisis integral de la dinámica del rodamiento no lineal en el sistema de una bomba de vacío de tornillo utilizando la herramienta de simulación SimPro de SKF.

Aprovechar las últimas mejoras

Con las últimas mejoras en la gama SKF Explorer de rodamientos de una hilera de bolas de contacto angular, los clientes pueden aprovechar un amplio rango de beneficios, como la rentabilidad que ofrece una gama estándar disponible de existencias. En términos de rendimiento, la gama de rodamientos de bolas de contacto angular de 25° puede funcionar a velocidades más elevadas. También da mejor resultado como rodamientos de apoyo bajo cargas livianas. Su mayor capacidad de carga radial también puede utilizarse para reducir el tamaño de las máquinas. El diseño nuevo y mejorado de la jaula mecanizada de latón contribuye a asegurar un funcionamiento más silencioso y menos pérdidas por fricción. Las opciones de diseño son altamente flexibles, con tres clases de juego y tres de precarga. Debido a que ambos rodamientos de 40° y 25° son universalmente compatibles, la logística, el almacenamiento y el montaje en maquinaria son muy sencillos. Todos esos beneficios los refuerza aún más el alcance global de SKF y sus plazos de entrega cortos.