Marie-Dominique Pilath presenta un análisis de la causa raíz del daño de los rodamientos en las turbinas eólicasLos síntomas de daños en los rodamientos conocidos como descamación de la estructura blanca (WSF, por sus siglas en inglés), que ocurren en las turbinas eólicas y en otros sistemas de transmisión, generalmente se notan muy temprano, mucho antes del final de la vida útil esperada del rodamiento.Las causas han permanecido desconocidas durante mucho tiempo, pero ahora, el especialista en rodamientos NSK está poniendo a disposición nuevos hallazgos, cuyos resultados han llevado al desarrollo de un nuevo material para rodamientos que ofrece beneficios considerables para la longevidad de las turbinas eólicas.Los componentes de accionamiento de las turbinas eólicas deben cumplir estrictos requisitos en términos de durabilidad y resistencia, y estos requisitos son cada vez más estrictos.Las turbinas en tierra tradicionalmente requieren rodamientos diseñados para durar una vida útil de 175 000 horas, lo que equivale a 20 años.Sin embargo, en el mercado en rápida expansión de los parques eólicos marinos, donde los altos niveles de inversión y el difícil acceso a la ubicación son comunes, se requiere una vida útil de 25 años.Mayor vida útil, mayores cargas dinámicasCon cargas dinámicas extremas que actúan sobre el tren motriz de una turbina eólica, este requisito presenta un verdadero desafío.En los aerogeneradores terrestres, los cojinetes principales soportan cargas de aproximadamente 1 MN.En el mar, sin embargo, debido a las velocidades del viento muy altas, las cargas estáticas y dinámicas aún más fuertes actúan sobre el rotor y, en consecuencia, sobre todo el tren motriz.Al mismo tiempo, el tamaño y el rendimiento de los sistemas en aplicaciones tanto en tierra como en alta mar crece continuamente.NSK actualmente fabrica rodamientos para turbinas de 9,5 MW, que pronto estarán en producción a gran escala.Además, la empresa ahora está desarrollando rodamientos para aerogeneradores marinos con una potencia nominal aún mayor.El mayor rendimiento y la creciente cuota de mercado de las turbinas marinas son factores clave detrás de la creciente demanda de una mayor vida útil de los rodamientos.Como resultado, la tecnología de energía eólica es un área de aplicación ideal para los sistemas de monitoreo de condición en línea, que miden y analizan continuamente las vibraciones en el sistema de transmisión.Si se producen daños en los rodamientos, los componentes defectuosos (anillo interior o exterior, rodillos o jaula) pueden detectarse antes analizando el perfil de medición.Un sistema de monitoreo de condición (CMS) desarrollado por NSK se instaló recientemente en un parque eólico marino en Japón.El papel del CMS es detectar anomalías con suficiente antelación para facilitar las estrategias de mantenimiento predictivo.NSK ve un gran potencial de mercado para soluciones de este tipo.Por muy útil que pueda resultar el control de estado como medida secundaria en áreas de aplicación críticas, el principal objetivo de ingeniería al desarrollar rodamientos para turbinas eólicas sigue siendo, y seguirá siendo, garantizar un alto nivel de fiabilidad.En este sentido, los fabricantes ya han hecho avances considerables.Por ejemplo, un importante contribuyente al progreso ha sido el desarrollo de nuevos materiales y procesos de tratamiento térmico, como el acero especial Super Tough (STF) de NSK.Los rodamientos fabricados con este material duran el doble que los fabricados con acero convencional.De hecho, el aumento del índice de carga relacionado fue confirmado y certificado en diciembre de 2017 por DNV GL.Las características de larga duración de STF se han logrado mediante el uso de una composición química particular y un proceso especial de tratamiento térmico.Los síntomas típicos de daño, como las grietas relacionadas con la vida útil por fatiga en las pistas de rodadura del rodamiento causadas por inclusiones no metálicas en el acero del rodamiento, prácticamente se eliminan en los rodamientos fabricados con STF.Investigando las causas de la descamación de la estructura blancaUn problema que aún afecta a la industria es el tipo de daño conocido como WSF o White Etching Cracks (WEC).En el caso de ambos modos de falla, ciertas áreas del material debajo del camino de rodadura del rodamiento muestran fragilización local.La estructura frágil no puede soportar la carga y, por lo tanto, es el núcleo de las grietas.Eventualmente, estas grietas crecen hasta la pista de rodadura y finalmente falla el rodamiento.Es típico que este tipo de daño aparezca relativamente temprano;poco tiempo después de que el sistema se haya puesto en servicio.Después de realizar un grabado picral, estas entidades muestran una apariencia blanca y, por lo tanto, se denominan estructuras blancas.Pruebas intensivas en el departamento de I+D de NSK han podido replicar el daño y dar algunas hipótesis sobre su origen.Varias pruebas de fatiga por contacto rodante han demostrado que las estructuras blancas son causadas por la penetración de hidrógeno.Es muy probable que esta penetración de hidrógeno se vea afectada por varios factores y su combinación, incluido el deslizamiento axial o circunferencial entre los rodillos y las pistas de rodadura, la electricidad y ciertos tipos de lubricación.Posteriormente, el hidrógeno penetra en la pista de rodadura y forma las típicas estructuras de grabado blanco que conducen a la formación de grietas y, finalmente, a la formación de escamas.Estas grietas pueden tener varios milímetros de largo y extenderse desde el interior hacia la superficie.Las pruebas destructivas de rodamientos usados ​​que no mostraron signos visibles de daños en la superficie demostraron que aquí pueden incluso haber áreas de grabado blanco.Cuando se examina el daño con más detalle, se puede observar que bajo la influencia del hidrógeno, la microestructura martensítica original se degrada en una ferrita quebradiza de grano muy fino.Este mecanismo puede explicarse mediante la teoría de la plasticidad localizada mejorada con hidrógeno (HELP).Una de sus características es que la plasticidad solo se produce localmente y que la fatiga global del rodamiento es leve, por lo que no se trata de uno de los tipos clásicos de daño por fatiga que se originan tampoco por debajo del camino de rodadura (por la inclusión de partículas no metálicas) o en la pista de rodadura (debido a una contaminación severa).Comparación de rodamientos nuevos y usadosEntonces, ¿de dónde viene el hidrógeno?Al comparar rodamientos nuevos y usados, el equipo central de investigación de NSK determinó que el hidrógeno solo se forma mientras los rodamientos están en funcionamiento.Es probable (al menos este es el supuesto inicial) que el hidrógeno provenga de las cadenas hidrocarbonadas de los lubricantes y sus aditivos.Esta teoría se comprobó después de que los síntomas de daño típicos de las estructuras blancas pudieran reproducirse en el laboratorio con ciertos tipos de aceites y grasas.La industria automotriz informó daños similares en la década de 1990, lo que respalda aún más la teoría.Aquí, los cojinetes de los tensores de correa y los alternadores fallaron prematuramente, pero cambiar la grasa y el material de la correa resolvió el problema.Sin embargo, aún no se ha determinado la influencia de la electricidad (flujo de corriente) en este modo de falla.Nuevas aleaciones, tratamiento térmico específicoNSK ha desarrollado nuevas aleaciones que ofrecen mejores resultados durante las pruebas de fatiga por contacto rodante.En las pruebas con carga de hidrógeno, la composición química optimizada condujo a un aumento de cinco veces en la resistencia WSF en comparación con los aceros para rodamientos convencionales.También se logra una mejora significativa mediante el tratamiento térmico optimizado.En este caso, la tensión residual debajo de los caminos de rodadura se puede aumentar mediante carbonitruración en lugar de endurecimiento total.Aunque esta medida no evita la formación de estructuras blancas, se desarrollan significativamente menos grietas a partir de estas estructuras y se extienden a la superficie más lentamente.Un nuevo material para rodamientos En base a estos hallazgos, NSK introdujo un nuevo material para rodamientos llamado AWS-TF (AWS significa "estructura anti-blanca"), que combina la composición química optimizada con un tratamiento térmico optimizado.Las pruebas han demostrado que, si bien los rodamientos fabricados con AWS-TF no eliminan por completo el riesgo de WEC, la demora antes de que aparezca el daño es siete veces mayor en comparación con los aceros para rodamientos convencionales.Las pruebas de campo iniciales en sitios de instalación críticos están actualmente en curso y parecen confirmar estos resultados de prueba.Marie-Dominique Pilath está con NSK EuropaPara recibir nuestro NewsBrief semanal gratuito, ingrese su dirección de correo electrónico a continuación:© 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