En este artículo hablararemos de rodamientos de bolas fabricados con materiales cerámicos aislados eléctricamente y amagnéticos; más en detalle, descubrirremos cómo este tipo de rodamiento, una vez más, puede revelarse como una solución eficaz. Los rodamientos totalmente cerámicos pueden ser una solución extremadamente eficaz en todas aquellas situaciones en las que sea necesario proteger el rodamiento de campos magnéticos o de corrientes eléctricas parásitas.
Las corrientes eléctricas parásitas pueden ser muy peligrosas para un rodamiento fabricado en acero debido al llamado efecto punta, es decir, aquel fenómeno físico por el cual, en un material eléctricamente conductor, el campo eléctrico se intensifica en las zonas de mayor curvatura. El aumento del campo eléctrico puede llevar a la formación de una descarga eléctrica o, incluso, a una verdadera y propia corriente eléctrica dentro de la zona de contacto entre el cuerpo rodante y la pista. El efecto de estas descargas en el acero con el que están fabricados los rodamientos puede ser extremadamente negativo, porque provoca fenómenos de erosión que, en poco tiempo, pueden comprometer la funcionalidad del rodamiento y, por tanto, causar intervenciones de mantenimiento extraordinario y tiempos de parada de máquina costosos.
Las corrientes parásitas tienen, además, un efecto negativo también sobre los lubricantes utilizados en los rodamientos. Al causar, pues, oxidaciones y deterioro de las características químicas, reducen aún más la duración del rodamiento con incremento de los costes de mantenimiento.
Las situaciones más comunes en las que pueden verificarse corrientes eléctricas parásitas son las siguientes:
1. Motores de tracción ferroviaria, motores eléctricos o generadores eléctricos
En los ejes y en los motores de tracción de los vehículos ferroviarios, en los motores de corriente continua o alterna y en los generadores eléctricos, puede ocurrir que las corrientes eléctricas que circulan o que se generan en su interior no sean o no puedan ser efectivamente contenidas y, por tanto, también atraviesen los rodamientos del propio motor.
2. Operaciones de soldadura por arco
En la soldadura por arco, el proceso de unión de dos láminas metálicas se realiza mediante la creación de un arco eléctrico. Si en los equipos involucrados en la operación de soldadura están presentes rodamientos, podría ocurrir que corrientes eléctricas causadas por el arco de soldadura atraviesen los rodamientos.
3. Campos magnéticos
Por un principio físico de la electrodinámica, en un conductor sujeto a campos magnéticos variables se generan corrientes eléctricas. Dado que el acero utilizado en los rodamientos es un conductor, en un rodamiento inmerso en un campo magnético se pueden crear corrientes eléctricas.
Las soluciones hasta ahora adoptadas para evitar los efectos de las corrientes parásitas en los rodamientos son, fundamentalmente, de dos tipos: aislamiento eléctrico externo al rodamiento o adopción de rodamientos eléctricamente aislados. Veamos más detalladamente las dos soluciones.
- Aislamiento eléctrico externo al rodamiento
En estos casos no se trabaja sobre el rodamiento, sino sobre la estructura que lo contiene, y la protección puede realizarse, por ejemplo, aislando el eje o el alojamiento o, donde sea posible, creando una conexión eléctrica altamente conductora entre la parte móvil y la parte fija del equipo o de la máquina. Es una solución caracterizada por costes elevados y por dificultades de realización a veces insuperables.
- Rodamientos aislados eléctricamente
En estos rodamientos las superficies externas se protegen mediante un doble tratamiento: a un primer revestimiento de óxido de aluminio mediante plasma spray sigue una resina para protegerlo de la humedad. El doble tratamiento es necesario porque la capa de óxido de aluminio resultante del plasma spray es porosa. En presencia de humedad (tanto durante el almacenamiento como durante el uso), agua o vapor (eléctricamente conductores) podrían acumularse en las porosidades creando puentes de conducción eléctrica y, por tanto, haciendo ineficaz el revestimiento de óxido de aluminio. La resina, por el contrario, rellenando las porosidades con un material higroscópico y eléctricamente aislante, elimina este efecto. Un aspecto potencialmente negativo de este tipo de rodamientos está ligado a la naturaleza de aislante térmico del óxido de aluminio. La capa protectora, en efecto, puede convertirse en una barrera para la disipación del calor generado en el contacto entre los cuerpos rodantes y las pistas, causando un desgaste más rápido del rodamiento mismo.
El uso de rodamientos en material cerámico puede representar una alternativa válida y más eficaz a los rodamientos indicados anteriormente.
Son posibles dos configuraciones:
- Rodamientos híbridos: anillos en acero para rodamientos y cuerpos rodantes en cerámica
- Rodamientos totalmente cerámicos: anillos y cuerpos rodantes realizados en material cerámico
En ambos casos, el aislamiento eléctrico está determinado por el uso de cuerpos rodantes cerámicos que no permiten el paso de las corrientes parásitas entre el anillo interno y el externo del rodamiento.
La elección de adoptar la versión híbrida o la versión totalmente cerámica está ligada a aspectos funcionales y económicos:
- La capacidad de carga de un rodamiento híbrido es inferior a la del análogo rodamiento en acero.
- La capacidad de carga de un rodamiento totalmente cerámico es al menos igual a la del análogo rodamiento en acero y, por tanto, superior a la del análogo rodamiento híbrido.
- La velocidad máxima de un rodamiento híbrido es 20% más elevada que la del análogo rodamiento en acero.
- La velocidad máxima de un rodamiento totalmente cerámico puede ser 20-30% más elevada que la velocidad máxima del análogo rodamiento híbrido.
- La lubricación en un rodamiento totalmente cerámico es menos importante que la lubricación en un rodamiento híbrido.
- La temperatura alcanzada por un rodamiento totalmente cerámico es inferior a la alcanzada por el análogo rodamiento híbrido en igualdad de condiciones.
- El rodamiento totalmente cerámico es químicamente inerte, mientras que el rodamiento híbrido tiene su punto débil en los anillos en acero (y, por ello, sujeto a fenómenos de corrosión).
- El rodamiento totalmente cerámico puede ser empleado en ambientes con temperaturas mucho más elevadas respecto a las soportables por el rodamiento híbrido.
- El rodamiento totalmente cerámico es completamente amagnético.
En cualquier caso, el rodamiento cerámico, y en particular el rodamiento totalmente cerámico, puede representar una elección ganadora, permitiendo mejorar las prestaciones de la máquina en la que se instala y reduciendo la frecuencia de las operaciones de mantenimiento, con un consecuente ventaja económica.
