Rodamientos sin lubricación: donde el mantenimiento es complejo

En este artículo hablararemos de rodamientos cerámicos 100%: que sean rodamientos cerámicos alta velocidad, rodamientos cerámicos alta temperatura, no importa; la característica principal es que están sin lubricación.

La elección correcta del lubricante o la ejecución de las operaciones de mantenimiento adecuadas son muy difíciles o imposibles; por ejemplo:

• rodamientos con retenes: restablecer la cantidad correcta de lubricante requiere desmontar el rodamiento de la máquina o de la instalación, retirar los retenes, lavar cuidadosamente el
• rodamiento, volver a lubricarlo, montar retenes nuevos y volver a montar el rodamiento en la máquina o en la instalación
• rodamientos utilizados en ambientes agresivos para el lubricante, como por ejemplo las máquinas o las instalaciones del sector alimentario. Los ciclos de saneamiento que deben realizarse periódicamente implican también el uso de lanzas de alta presión. A causa de esta presión, el lubricante presente en el interior de los rodamientos podría ser arrastrado durante la operación o contaminarse con los productos usados para la sanificación
• rodamientos situados en ambientes húmedos o en presencia de vapor: el lubricante puede contaminarse y perder su eficacia en tiempos muy breves
• rodamientos para ambientes de alta o altísima temperatura: para estas condiciones de uso, la oferta de lubricantes puede ser muy reducida y con costes extremadamente elevados

El resultado de situaciones como estas es que los rodamientos no operan en condiciones óptimas, lo que provoca su sustitución prematura. Las operaciones de mantenimiento frecuentes implican paradas de máquina que pueden no ser económicamente aceptables.

• Anillos de óxido de circonio (ZrO2) o nitruro de silicio (Si3N4).
• Cuerpos rodantes de óxido de circonio (ZrO2) o nitruro de silicio (Si3N4).
• Jaula de material plástico PEEK, PTFE (teflón) o PA66 (nylon), obtenida por moldeo o mecanizado (la elección del material depende de las condiciones de funcionamiento del rodamiento).
• Retenes sin contacto en PEEK o PTFE (la elección del material depende de las condiciones de funcionamiento del rodamiento).

Veamos en detalle cuáles son las características de los rodamientos totalmente cerámicos que, frente al problema de la lubricación, los convierten en una solución muy interesante, a veces la única:

1. Dureza

2. Rugosidad

Los elementos rodantes y los anillos de material cerámico tienen una rugosidad más baja que la que se puede obtener con los aceros para rodamientos.

3. Coeficiente de fricción

4. Resistencia a la temperatura

Los materiales cerámicos presentan una resistencia a la temperatura extremadamente elevada. De hecho, el óxido de circonio puede utilizarse hasta 500 °C y el nitruro de silicio hasta 800 °C, mientras que los aceros para rodamientos, salvo tratamientos especiales, pueden utilizarse hasta 150 °C.

5. Resistencia química

El óxido de circonio y el nitruro de silicio son químicamente inertes frente a muchísimas sustancias químicas que son fatales para los rodamientos de acero (ácidos, bases, compuestos orgánicos, agua, niebla salina, etc.).

Estas 5 características producen un efecto muy importante en los rodamientos totalmente cerámicos: la resistencia al desgaste es mejor que la de los aceros.

Veamos por qué.

Consideremos dos rodamientos, uno de acero y otro de material cerámico, de dimensiones iguales y sometidos a la misma carga.

Como se ha mencionado en este artículo sobre la fricción, el desgaste está causado principalmente por dos efectos: la abrasión mecánica y el aumento de la temperatura.

Dado que la abrasión mecánica está ligada a la rugosidad de las superficies en contacto, en los materiales cerámicos este fenómeno tendrá menor relevancia porque la rugosidad es más baja que la que puede obtenerse en los rodamientos de acero.

El aumento de temperatura en el rodamiento cerámico será inferior al del rodamiento de acero. En efecto, dado que los materiales cerámicos presentan una dureza superior a la de los aceros para rodamientos, la superficie de contacto entre el elemento rodante y la pista en el rodamiento totalmente cerámico será menor que la presente en el rodamiento de acero. Una superficie de deslizamiento menor, asociada a un coeficiente de fricción más bajo, da lugar a una menor generación de calor.

En definitiva, el rodamiento cerámico muestra una resistencia al desgaste más elevada que el rodamiento de acero.

Todo esto conduce a un resultado extremadamente importante:

Los rodamientos totalmente cerámicos pueden operar en condiciones de lubricación imposibles para los rodamientos de acero.

Ejemplos de uso de este tipo de rodamientos

Algunos ejemplos de uso pueden ser los siguientes:

• Presencia de altas o altísimas temperaturas: es una situación muy difícil para un rodamiento de acero, no solo por la influencia que la temperatura tiene sobre el propio acero, sino también porque podrían no existir lubricantes adecuados. Un rodamiento totalmente cerámico de llenado completo puede funcionar incluso sin lubricación.
• Máquinas o instalaciones para el sector alimentario: las normativas exigen el uso de lubricantes certificados para uso alimentario. Sin embargo, la tendencia general es eliminar toda fuente de contaminación y, por tanto, utilizar lubricantes “naturales” o eliminar por completo la lubricación. En estas condiciones, el uso de rodamientos de acero se vuelve muy difícil. Por el contrario, los rodamientos totalmente cerámicos pueden lubricarse con agua o utilizarse sin lubricación.
• Aplicaciones de alto vacío: los rodamientos de acero destinados a este sector deben adoptar soluciones de lubricación muy especiales para evitar que el lubricante se gasifique. El rodamiento totalmente cerámico puede funcionar sin lubricación, representando así una solución válida a este problema.