Rodamientos resistentes a las grietas WEC para aerogeneradores más duraderos
José Antonio Pastor, Director Comercial Sector Eólico
Temidas pero prevenibles: Cuando un rodamiento de la multiplicadora falla en una fase inicial, en ocasiones se puede atribuir a las WEC (White Etching Cracks o grietas por fatiga bajo la superficie).
El desarrollo de los aerogeneradores, alcanzando cada vez mayor potencia, comporta fuerzas y momentos progresivamente más elevados que, a su vez, someten a los componentes a cada vez mayores cargas. Al mismo tiempo, las paradas y las tareas de mantenimiento ocasionan costes crecientes, sobre todo en los equipos offshore. Por ello, los componentes desempeñan un papel clave. Un fenómeno que influye negativamente en la fiabilidad de los rodamientos, y no sólo en el sector de la energía eólica, son las grietas por fatiga bajo la superficie, en inglés "white etching cracks (WEC)". Las WEC son modificaciones estructurales del material que se forman por debajo de la superficie del rodamiento. Estas modificaciones, sometidas a diferentes cargas exteriores, se convierten en grietas que, sometidas a esfuerzo, se extienden hasta la superficie. Como consecuencia, puede producirse la rotura del anillo interior o exterior y, con ello, el fallo prematuro del rodamiento afectado. Estas grietas se forman tanto en los rodamientos de acero templado como en los de cementación.
De acuerdo con el estado actual de nuestros conocimientos, las causas de la aparición de WEC no son totalmente comprensibles. Sin embargo, existen pruebas científicas según las cuales, los factores adicionales en forma de dinámica, lubricación mixta o factores eléctricos favorecen la formación de WEC. Schaeffler dispone de amplias posibilidades de control para valorar estas influencias y desarrollar sistemas de solución para reducir el riesgo de WEC, habiendo desarrollado procesos de simulación para investigar las causas de las grietas WEC y contando además con una amplia gama de bancos de ensayo de WEC. En éstos, los ingenieros aplican factores adicionales en forma de lubricación, dinámica y factores eléctricos que pueden favorecer la aparición de WEC. Esto les permite validar los métodos de simulación, analizar las causas de origen y desarrollar las medidas adecuadas. Estas medidas pueden incluir un diseño optimizado del rodamiento, la selección de un material resistente a las grietas WEC y un sistema de lubricación mejorado.
Diversas investigaciones previas han establecido que la llamada hipótesis del hidrógeno es la explicación más plausible para el desarrollo de las grietas WEC. Dicha hipótesis sostiene que, en ciertas condiciones, el hidrógeno puede penetrar en el acero. Esto puede comportar cambios en la microestructura del material si se aplican cargas externas. Estos cambios se manifiestan en color blanco, de ahí su denominación "white etching cracks". Las cargas externas adicionales ocasionan tensiones y se convierten en grietas en el material que se pueden extender hasta la superficie y provocar el fallo del rodamiento. Para prevenir la aparición de las WEC, existirían dos métodos básicos. El primero consiste en la reducción de los factores adicionales. Por ejemplo, se puede reducir la lubricación mixta mediante una cantidad de aceite con una viscosidad adaptada con precisión; se pueden reducir las cargas dinámicas causadas por las vibraciones y las vibraciones torsionales sobre los rodamientos o apantallar los campos eléctricos que pueden afectar a dichos rodamientos. Ello requiere la colaboración de todos los socios que fabrican componentes del el tren de potencia de los aerogeneradores.
Por otro lado, podemos prevenir la penetración de hidrógeno en el material del rodamiento aplicando un recubrimiento adecuado.
La tecnología recomendada y probada estadísticamente por Schaeffler para prevenir permanentemente los daños por WEC a largo plazo consiste en tratar los rodamientos con el sistema de recubrimiento Durotect B. Este sistema es un desarrollo perfeccionado de las capas convencionales de pavonado con unas características de superficie mucho más homogéneas que incrementan el rendimiento. Los daños causados por WEC se han producido en menos del 0,01 por ciento de los más de 750.000 rodamientos pavonados producidos por Schaeffler desde 2005 para su uso en las posiciones de rodamiento afectadas por WEC.
Cuando se requiere una mayor capacidad de carga y, al mismo tiempo, una mayor resistencia a las grietas WEC, Schaeffler ofrece rodamientos carbonitrurados fabricados con el material Mancrodur y recubiertos con Durotect B. Durante la carbonitruración, los rodamientos se someten a un proceso de tratamiento térmico especial que enriquece la capa superficial del componente con carbono y nitrógeno. De este modo, los rodamientos cuentan con una mayor dureza de la superficie y una mayor resistencia al desgaste, posibilitando un incremento de la capacidad de carga de hasta un 30 por ciento. Hace unos dos años que se utilizan rodamientos de este tipo en la producción en serie.
En resumidas cuentas, podemos afirmar que el diseño del rodamiento y la selección del material o del lubricante permiten reducir el riesgo de WEC. El diseño optimizado del rodamiento permite reducir la solicitación del mismo, y la adaptación de los sistemas de lubricación y conservación, así como la selección del material óptimo, permiten someter al rodamiento a cargas más elevadas. Gracias a las pruebas realizadas y a las innovadoras tecnologías de Schaeffler, aumentamos la resistencia de los rodamientos a las grietas WEC y a prevenir los fallos prematuros de dichos rodamientos.
Schaeffler ha desarrollado procesos de simulación para investigar las causas de las WEC y ofrece rodamientos especialmente diseñados para prevenir los fallos prematuros: rodamientos de rodillos cilíndricos con recubrimiento Durotec B, rodamientos de rodillos cilíndricos fabricados con Mancrodur y recubiertos con Durotect B, rodamientos de rodillos cilíndricos fabricados con Cronidur 30.
Como resultado de exhaustivas estadísticas en campo Schaeffler recomienda el endurecimiento de los rodamientos en combinación con el recubrimiento de los anillos y los elementos rodantes con Durotect B para conseguir una reducción eficiente y económica de los daños por WEC.
Temidas pero prevenibles: Los cambios en la microestructura del material se manifiestan de color blanco en el acabado del grabado, por lo que dichos daños se denominan "white etching cracks" (literalmente: grietas blancas de grabado).
