Protección contra daños causados por el paso de la corriente eléctrica.
Steyr, Austria, marzo de 2015.Los rodamientos con aislamiento eléctrico cuentan con un aislamiento eléctrico integrado en el rodamiento, que brinda protección confiable contra el paso de corriente y la corrosión eléctrica. Las aplicaciones típicas son motores eléctricos, generadores y otras máquinas eléctricas. El fabricante austriaco NKE Austria GmbH ofrece rodamientos con aislamiento eléctrico en varias versiones. En este artículo, Klaus Grissenberger, ingeniero de aplicaciones de NKE, explica las causas del paso de la corriente eléctrica a través de rodamientos, síntomas de daños y contramedidas, propiedades y procesos de producción de rodamientos con aislamiento eléctrico.
Rodamiento rígido de bolas NKE SQ77E con aislamiento en el aro interior.
Una diferencia en el potencial eléctrico entre el anillo exterior y el interior de un rodamiento puede conducir a una corriente eléctrica dañina que daña permanentemente las pistas de rodadura del rodamiento y perjudica sus características de funcionamiento. Un flujo de corriente produce una descarga eléctrica en la zona de contacto entre los elementos rodantes y el anillo interior o exterior. Esto, a su vez, provoca la fusión local de las superficies. El resultado: picaduras, transferencia de material y daño microestructural local por estrés térmico. Al menos una capa muy delgada de la superficie erosionada se vuelve a endurecer, lo que la hace extremadamente dura y propensa a agrietarse. Este proceso se llama corrosión eléctrica y, a menudo, afecta los rodamientos en aplicaciones electromecánicas, como generadores y motores eléctricos, pero también en máquinas que funcionan con motores eléctricos, como bombas y cajas de engranajes. Además, la descarga eléctrica hace que el lubricante sea inútil. El aceite base y los aditivos contenidos en el lubricante se oxidan, dando como resultado el color negro característico del lubricante. El envejecimiento prematuro perjudica permanentemente la capacidad del lubricante para formar una capa de separación entre las superficies metálicas. Las superficies funcionales dañadas del rodamiento y la pérdida de la acción de lubricación dan como resultado una pérdida rápida de la funcionalidad del rodamiento.
Posibles causas de paso indeseable de corriente eléctrica a través de rodamientos
Fig. 1a
Fig. 1b
El paso actual ha dado lugar a una formación de cráteres / flautas en la pista de rodadura del anillo interior (Fig. 1a) y la superficie lateral de los elementos rodantes (Fig. 1b) de un rodamiento de rodillos cilíndricos.
Se conocen las principales razones de la descarga actual. Las asimetrías en el flujo magnético de una máquina eléctrica dan lugar a un voltaje de baja frecuencia entre el eje y la carcasa, lo que resulta en un flujo de corriente a través de los rodamientos. Tal paso de corriente también puede resultar del uso de cables eléctricos asimétricos sin blindaje si la conexión a tierra de la máquina no es efectiva. Otra causa es el uso de convertidores de frecuencia: el principio de funcionamiento de muchos convertidores de frecuencia se basa en la modulación de ancho de pulso (PWM) y genera un voltaje de modo común de alta frecuencia, que también produce un paso de corriente a través de los rodamientos. Por último, la carga electrostática del eje y la carcasa seguida de la descarga a través de los rodamientos también es una posible causa.
Síntomas de daño y posibles contramedidas.
Los signos típicos de corrosión eléctrica incluyen pistas grises y empañadas en las pistas de rodadura y en las superficies de los elementos rodantes. Los cráteres de fusión (Figs. 1a y 1b) o estrías también son perceptibles, principalmente en las superficies de las pistas de rodadura. El daño debido a la descarga de corriente generalmente se manifiesta en un mayor ruido de funcionamiento.
Para evitar daños de este tipo, es aconsejable aislar el asiento del rodamiento en la carcasa o en el eje. Sin embargo, esto implica medidas de diseño adicionales de las partes circundantes. Una solución simple y económica en este caso es utilizar rodamientos con aislamiento eléctrico de NKE. Dado que las dimensiones clave y los datos de rendimiento de los rodamientos aislados son idénticos a los de los modelos no aislados correspondientes, no se requieren cambios en el diseño general.
Rodamientos con aislamiento eléctrico: propiedades y aplicación
Los rodamientos con aislamiento eléctrico de NKE, designados con el sufijo SQ77, están provistos de una capa de aislamiento cerámico de óxido. En la tabla se ofrece una descripción general de las diversas variantes de diseño de la capa de aislamiento. Los rodamientos con aislamiento eléctrico de NKE ofrecen exactamente las mismas dimensiones exteriores y características técnicas que los tipos sin aislamiento correspondientes.
Las ventajas más importantes de estos rodamientos son una mayor fiabilidad de funcionamiento, que está garantizada por una protección óptima contra la corrosión eléctrica. Los rodamientos con aislamiento eléctrico son menos costosos que, por ejemplo, aplicar aislamiento a los alojamientos o ejes. Son intercambiables con los rodamientos convencionales porque tienen las mismas dimensiones clave y características técnicas. También ofrecen un riesgo reducido de daños y, por lo tanto, una vida útil más larga que los rodamientos convencionales cuando se usan en máquinas eléctricas. Cuando los rodamientos con aislamiento eléctrico se manejan adecuadamente, no hay riesgo de dañar el revestimiento.
La gama principal de rodamientos con aislamiento eléctrico consiste en rodamientos de rodillos cilíndricos y rodamientos rígidos de bolas, pero todos los demás tipos de rodamientos también pueden aislarse eléctricamente. Las áreas de aplicación incluyen motores de tracción de vehículos ferroviarios, motores eléctricos y generadores, particularmente en combinación con convertidores de frecuencia de conmutación rápida.
Proceso de producción y principio de funcionamiento de los rodamientos con aislamiento eléctrico.
Para los rodamientos con aislamiento eléctrico de NKE, la capa aislante se aplica al anillo exterior (SQ77 o SQ77C - Fig. 2a) o al anillo interior (SQ77E o SQ77H - Fig. 2b) mediante pulverización de plasma, una tecnología de película delgada. Durante la pulverización de plasma, se crea un arco eléctrico entre dos electrodos con un suministro de gas adecuado. El chorro de plasma sirve como medio portador para aplicar el polvo de óxido de aluminio (Al2O3) al anillo exterior o interior a alta velocidad. Para obtener una protección óptima, la capa de óxido también cubre las caras laterales de los anillos rociados. En el siguiente paso del proceso, la capa se sella para evitar cualquier penetración de humedad.
Fig. 2a Fig. 2b
Las figs. 2a y 2b: para los rodamientos con aislamiento eléctrico de NKE, la capa aislante se aplica al anillo exterior (SQ77 o SQ77C - Fig. 2a) o al anillo interior (SQ77E o SQ77H - Fig. 2b) mediante pulverización de plasma, un Tecnología cinematográfica.
El efecto físico de la capa de aislamiento depende de la frecuencia del voltaje que causa las corrientes dañinas en los rodamientos. En el caso de voltaje de CC, el rodamiento aislado tiene resistencia óhmica. Cuanto mayor es esta resistencia, menor es la corriente eléctrica. El valor de resistencia de los rodamientos aislados es superior a 50 MΩ, lo que limita la corriente eléctrica a un nivel que no puede dañar el rodamiento.
En el caso del voltaje de CA, la naturaleza capacitiva del rodamiento aislado es ventajosa. El rodamiento se comporta aproximadamente de la misma manera que un circuito paralelo que consiste en una resistencia y un condensador con una resistencia dependiente de la frecuencia, llamada impedancia. La impedancia determina la magnitud de la corriente alterna que fluye a través del rodamiento para valores dados de voltaje y frecuencia. Aquí también, la impedancia debe ser lo más alta posible para reducir la corriente a un nivel que sea incapaz de dañar el rodamiento.
Para lograr valores de alta impedancia, la resistencia de la capa aislante debe ser alta y su capacitancia debe ser baja. Esto se puede lograr haciendo que la capa aislante sea lo más gruesa posible y reduciendo el área total de la superficie de aislamiento. Cuando se transfiere a los cojinetes, esto significa que esta capa se debe aplicar preferiblemente al orificio del anillo interior. Sin embargo, el recubrimiento generalmente se aplica al diámetro exterior por razones de costo y debido a las limitaciones del proceso de fabricación. En la mayoría de los casos, esto aún resulta en una protección más que adecuada contra daños por corrosión eléctrica. Otra propiedad importante del recubrimiento es su resistencia dieléctrica. Dependiendo de su versión, los rodamientos de NKE tienen una resistencia dieléctrica de al menos 1000 V o 2000 V.
Autor:
Klaus Grissenberger, ingeniero de aplicaciones, NKE Austria GmbH.
Mesa:
Descripción general de las variantes de diseño de los rodamientos NKE con aislamiento eléctrico:
| Sufijos NKE | SQ77 (estándar) | SQ77C | SQ77E | SQ77H |
| Aislamiento en | anillo exterior | anillo interior | ||
| Cortocircuito | GG gt; 1000 V | GG gt; 2000 V | GG gt; 1000 V | GG gt; 2000 V |
| Tipos de rodamientos | Rodamientos rígidos de bolas, rodamientos de rodillos cilíndricos (más tipos consultar) | |||
| Tamaños de rodamientos | Diámetro exterior D 90 ≤ D ≤ 500 (para hasta D=1000 mm consultar) | Rodamientos estrechos o de una hilera Diámetro del agujero d 75 ≤ d ≤ 150 Relación límite diámetro del agujero d al ancho Bd> 3 ∙ B | ||
| Rodamientos anchos o de doble hilera Diámetro del agujero d 150< d="" ≤=""> Rango de ancho 20<><> | ||||
Información de la empresa:
NKE Austria GmbH es un fabricante de rodamientos con sede en Steyr, Austria. La empresa con unos 140 empleados fue fundada en 1996 por un grupo de altos funcionarios de la antigua empresa Steyr Wälzlager. NKE produce rodamientos estándar y especiales para todas las aplicaciones industriales. La ingeniería, el desarrollo de productos, la producción y el procesamiento final de componentes, el ensamblaje modular, el aseguramiento de la calidad, la logística, las ventas y el marketing se centralizan en la sede de NKE en Steyr, Austria. La fábrica en Steyr cuenta con la certificación ISO 9001: 2008, ISO 14001: 2004 y OHSAS 18001. Su amplia gama de rodamientos estándar está disponible en stock o en plazos de producción cortos. NKE también ofrece productos y soluciones a medida. Además del desarrollo de productos y la ingeniería de aplicaciones, NKE ofrece una gama completa de servicios técnicos, de consultoría, documentación y capacitación. Los productos de NKE se distribuyen a través de 15 oficinas de representación internacional y más de 240 puntos de distribución en 60 países.