Schunk Carbon Technology Cojinetes deslizantes de carbón...tecnología del carbón y la cerámica, la simulación ambiental, los sistemas de climatización y la soldadura ultrasónica

Cojinetes deslizantes de carbón

schunk-carbontechnology.com

Schunk Carbon Technology

Índice

COJINETES DESLIZANTES DE CARBÓN

02

Schunk Carbon Technology 03

Campos de aplicación 04

Propiedades características 05

Capacidad de carga 05 Cojinetes deslizantes, funcionamiento en seco 06 Cojinetes deslizantes, funcionamiento con lubricante 07

Materiales de contracara 08

Estructura 09 Diseño de los cojinetes 09 Montaje 10 Prensado 10 Contracción 10 Juego de los cojinetes 10


We are Schunk Carbon Technology

Schunk Carbon Technology es líder mundial en el desarrollo, producción y aplicación de soluciones de cerámica y carbón. Schunk Carbon Technology combina sabiamente la capacidad de innovación y el know-how tecnológico con su orientación al cliente y una extraordinaria oferta de servicios.

Con su cartera tecnológica altamente especializada de carbón mecánico, carbón eléctrico, aplicaciones de alta temperatura

y cerámica técnica, Schunk Carbon Technology ofrece soluciones perfectamente adaptadas para los más diversos sectores

industriales. Nuestra tecnología está presente en millones de vehículos, en electrodomésticos, en la tecnología ferroviaria

y aérea, así como también en la industria química, en los procesos de tratamiento térmico y en las áreas de energía eólica

y solar. También estamos presentes en la técnica médica y en la industria de semiconductores.

La unidad de negocio de carbón mecánico desarrolla y fabrica materiales para anillos obturadores, cojinetes deslizantes y componentes para bombas con grafito y carbón, o con el material SiC. Estos productos se utilizan en la tecnología de sellado, así como en máquinas, módulos e instalaciones de muchos sectores industriales, como por ejemplo en las industrias química, y petroquímica, en la técnica energética, en los sectores farmacéutico y de la alimentación, o en aplicaciones relacionadas con la navegación aérea y marítima.

Una división del Grupo SchunkSchunk Carbon Technology es una división del Grupo Schunk, que opera como consorcio tecnológico global con más de 8500 empleados en 29 países para desarrollar soluciones tecnológicas a medida en los sectores de la tecnología del carbón y la cerámica, la simulación ambiental, los sistemas de climatización y la soldadura ultrasónica.

03

04

Campos de aplicación

Los cojinetes deslizantes de carbón encuentran aplicación en todo tipo de contextos, desde las bombas convencionales de la industria química y petroquímica hasta los sectores alimentario, farmacéutico y cosmético, sin olvidar la industria automovilística, las centrales energéticas y los tratamientos térmicos.


Sus propiedades autolubricantes permiten cubrir una enorme variedad de ámbitos, desde cojinetes deslizantes de funcionamiento en seco hasta cojinetes de alto rendimiento con lubricación hidrodinámica.

La enumeración de ámbitos de aplicación de los cojinetes deslizantes de carbón que se expone a continuación no pretende ser completa. Se trata simplemente de una selección, pues gracias a las características únicas del carbono y el grafito, surgen continuamente nuevas aplicaciones para los cojinetes deslizantes.

Campos de aplicación Material recomendado

Bombas de agua potable FH42Z2

Bombas de recirculación de calefacciónFH42Z2, FH42A, FH82A, FC941

Bombas sumergidas de motores Cojinetes radiales

FH42Z2, FH42A, FH82A

Bombas sumergidas de motores Cojinetes axiales

FH42Z5, FH82Z5, FH82A

Bombas de aumento de presión FH42Z2, FH42A

Bombas de engranajes FH42Y3, FH42A, SiC30

Bombas químicasFH42Z2, FH42Y3, FE45Y3, SiC30

Bombas para aceites portadores de calor FH42A

Bombas para gases líquidosFH42A, FH82A FH71ZH2, FH71A, SiC30

Bombas para centrales energéticas (bombas para refrigerante principal)

FH42(9)Y3

Bombas y aparatos (industria alimentaria)

FH42Z2, FH42Y3

Maquinaria de tintorería FH42, FE45Y3

Maquinaria de blanqueado FE45Y3

Equipos industriales de lavado FH42, FH42Z2

Equipos de galvanizado FH42, FE45Y3

Contadores de líquidos FH42Y3, FH42A

Bombas de carburantes FF521, FH42A

Bombas refrigerantes (automóviles) FF521

Campos de aplicación Material recomendado

Hornos industriales de cocción (sector alimentario) FE65

Secadoras de chapas FH42, FH44Z2

Secadoras de yeso y yeso encartonado FH82, FE45Y3, FE65

Hornos de tratamiento de vidrio FE45Y3, FE65

Cadenas de transporte para equipos de horno

FH42

Estructuras de enfriamiento en trenes de laminado

FE45Y3

Ajuste de palas propulsoras de turbocompresores FE45Y3

Válvulas de mariposa FE45Y3

Compresores rotativos de paletas y compresores de aire

FH42Z2

Válvulas de gases de escape FE65

Las piezas indicadas en cada ámbito de aplicación han mostrado su eficiencia en la práctica y pueden entenderse como recomendación. No obstante, en casos concretos las condiciones de aplicación pueden requerir el uso de otro material. Nuestros especialistas en tecnologías de aplicación le asesorarán al respecto.

Funcionamiento en seco Funcionamiento en mojado


Propiedades características

Los materiales de carbono y grafito tienen las siguientes características:

¬ Excelentes propiedades antifricción de deslizamiento en seco, incluso en medios con malas propiedades lubricantes

¬ Bajo coeficiente de fricción en combinación con numerosos materiales de contrarrotación

¬ Excelente resistencia química ¬ Apropiados para aplicaciones de agua potable

y alimentarias

05

Capacidad de cargaPara la estimación de la vida útil se recurre a los llamados valores p*v. La capacidad de carga de los cojinetes deslizantes resulta de la presión de deslizamiento p y la velocidad de deslizamiento v. La presión de deslizamiento p en N/cm² se obtiene de la fuerza de apoyo F y las dimensiones geométricas del cojinete, siendo:

F = fuerza de apoyo (N); d = diámetro (cm); l = longitud (cm).

¬ Resistencia a temperaturas altas y bajas ¬ Elevada conductividad térmica ¬ Excelente comportamiento ante el choque térmico ¬ Extraordinaria resistencia a la deformación ¬ Elevada resistencia a la fatiga ¬ Su solidez es independiente a la temperatura

La velocidad de deslizamiento v en m/s se obtiene de las revoluciones del eje, siendo:

n = revoluciones (mín-1); d = diámetro (m)

p= (d*l)

F

v= d * ∏ * 60n

06


Cojinetes deslizantes de funcionamiento en seco

El desgaste con el funcionamiento en seco aumenta con

la carga, es decir, cuanto mayores sean p o v. Con un

coeficiente de desgaste casi igual, el producto de ambos

valores (p/v) es prácticamente constante, y puede servir

como característica del material.

Como los cojinetes deslizantes de funcionamiento en seco

están sometidos a un cierto desgaste, para calcular las

curvas límite de carga del valor p*v se ha establecido un

valor límite de desgaste de 0,7 µm/h.

Schunk ha realizado amplias series de ensayos en bancos

de pruebas con los cojinetes deslizantes para aplicar estos

diagramas, variando velocidad y presión de deslizamiento.

En los ensayos, se daban las siguientes condiciones límite:

dimensiones del cojinete radial, ø18/12 x 10 mm; material

del eje, acero inoxidable 1.4104; superficie del eje con

rugosidad de Rt ≈ 0,7 µm; funcionamiento con aire a

temperatura ambiente.

En el diagrama p*v 1 se puede consultar la capacidad de

carga de los cojinetes deslizantes de funcionamiento en

seco del material no impregnado FH42 y de los materiales

All-Carbon FH44Y3 y FE45Y3.

Los cojinetes de grafito al carbono, calidad FH42, muy

dura y sólida, tienen menor capacidad de carga en

deslizamiento seco que los otros dos materiales. Debido

a la mayor proporción grafítica del grafito al carbono

FH44Y3, este material presenta una capacidad de carga

claramente mayor con el mismo coeficiente de desgaste.

El electrografito FE45Y3 muestra la mayor capacidad de

carga de los tres materiales.

Mediante distintas impregnaciones, por ejemplo, con resina

artificial, se pueden aumentar aún más las capacidades de

carga. Mediante impregnación con antimonio se consigue

un aumento solamente con velocidades de deslizamiento

bajas (< 0,5 m/s). En cambio, las impregnaciones

especiales con sales conllevan claras mejoras, como

muestra el diagrama 2 p*v.

En dicho diagrama p*v, la capacidad de carga del

electrografito FE45Y3 se compara con la del electrografito

FE65 con impregnación de sal.

De los diagramas p*v se puede deducir que el p*v del

producto para cada uno de los materiales es prácticamente

constante durante un amplio intervalo. Para cada material,

se han calculado los siguientes valores:

p*v de FH42 = 11 N/cm²*m/s

p*v de FH44Y3 = 30 N/cm²*m/s

p*v de FE45Y3 = 40 N/cm²*m/s

p*v de FE65 = 190 N/cm²*m/s

Las curvas de límite de carga indicadas en los diagramas p*v

van de 0,2 a 1,5 o 2 m/s. Con velocidades de deslizamiento

de v < 0,2 m/s, la máxima carga válida para v = 0,2 m/s

no debería superarse básicamente. Con velocidades de

deslizamiento de 1,5 o 2 m/s debe contarse con mayor

desgaste, a diferencia de la consideración de p*v = constante.

Las curvas de límite de carga calculadas para cojinetes

radiales de deslizamiento en seco también sirven para los

cojinetes axiales de funcionamiento en seco.

Diagrama 2 p*v: Capacidad de carga de cojinetes de carbón de deslizamiento en seco en dependencia de la velocidad de deslizamiento; comparación FE45Y3/FE65.

140

120

100

80

60

40

20

0,5 1,0 1,5 2,0

FH42

FH44Y3FE45Y3

Carga esp.N/cm²

Velocidad de deslizamientom/s

500

400

300

200

100

0,5 1,0 1,5 2,0

FE65

Carga esp.N/cm²


FE45Y3

Diagrama 1 p*v: Capacidad de carga de cojinetes de carbón de deslizamiento en seco en dependencia de la velocidad de deslizamiento.


07

Cojinetes deslizantes con lubricante

Los sistemas tribológicos con lubricante se pueden describir muy bien mediante curvas de Stribeck. En ellas, la resistencia a la fricción con carga constante resultante se transmite a la velocidad de deslizamiento creciente. Los distintos estados de la fricción se pueden apreciar en la trayectoria de la fricción. Al principio, en el intervalo de adherencia y fricción límite figura la fricción de sólidos, es decir, la fricción seca; sigue el intervalo de tránsito de la fricción mixta; y al final figura, a partir del mínimo de fricción, el punto de liberación, la fricción en líquidos.

En los intervalos de fricción seca y mixta existe fricción de sólidos, y ésta, además del aumento de la fricción, genera también desgaste. Con el uso de cojinetes deslizantes de carbón, la fricción y el desgaste se reducen considerablemente ya en presencia de pequeñas cantidades de líquidos o incluso solo de vapores. Dependiendo de la carga, el medio y la geometría, en los líquidos, a partir de determinada velocidad de deslizamiento, se produce una lubricación hidrodinámica; en ese estado, no se genera ningún desgaste por fricción.

Dado que, los materiales de carbono ya presentan sus ventajas especialmente en los intervalos de fricción límite y mixtos, se ha representado y comparado allí, en un pequeño intervalo de la curva de Stribeck, la capacidad de carga de distintos materiales con la ayuda de un diagrama p*v. Para ello, se ha establecido un desgaste límite de 0,1 µm/h. En general, la capacidad de carga de estos materiales es notablemente más elevada.

Curva de Stribeck y sus intervalos de fricción: 1 Intervalos de adherencia y fricción límite (sólidos/fricción seca) [CM1] | 2 Intervalo mixto | 3 Lubricación hidrodinámica (lubricación con líquidos).

Diagrama p*v 3: Capacidad de carga en función de la velocidad de deslizamiento de cojinetes de carbón en deslizamiento húmedo.

1000

800

600

400

200

0,5 1,0 1,5 2,0

FH42Z2

Carga esp.N/cm²


FH42A

Fricción

Velocidad de deslizamiento

1 2 3


08

Materiales de contracara

En principio, existen numerosos materiales apropiados como pares de fricción. Incluso pueden utilizarse como contracara materiales relativamente blandos, dependiendo de la carga y el material de carbono.

Han mostrado sus buenas propiedades, incluso bajo gran carga, los aceros cromados (13-17 % Cr). La causa de que los materiales de contracara duros sean más apropiados es, entre otras, que, con el aumento de la dureza, se facilita la formación de la película de transmisión de grafito (pátina) en la superficie de la contraparte. Se recomienda, especialmente con grandes cargas, una dureza de HRc ≥ 40. Los mejores resultados de deslizamiento se consiguen con una rugosidad del material de contracara de Rt ≤ 1 µm. Unas rugosidades mayores, de hasta Rt≈ 2 µm, causan aumento del desgaste en la fase de arranque. Se recomiendan ejes de pulido fino; son poco apropiados los ejes laminados. Se recomienda evitar el uso de clases de aceros inoxidables no endurecibles con níquel como material de contracara si se pueden usar materiales más apropiados. De lo contrario, especialmente en el deslizamiento seco, con lubricación líquida insuficiente o con líquidos muy sucios, pueden aparecer estrías no deseadas.

Materiales adecuados como contracara: ¬ Acero cromado ¬ Acero cromado fundido ¬ Acero nitrurado ¬ Fundición gris ¬ Materiales con cromado duro ¬ Acero no aleado ¬ Carburo de silicio ¬ Metal duro ¬ Cerámica sinterizada (Al2O3)

Materiales de uso limitado como contracara: ¬ Acero cromado con níquel ¬ Hierro austenítico fundido¬ Metal no ferroso

Materiales no adecuados como contracara:¬ Aluminio ¬ Aleaciones de aluminio

Cojinete axial

Cojinete deslizante con camisa metálica

09


Construcción

Diseño de los cojinetes

Por norma general, los cojinetes deslizantes Schunk se fabrican de conformidad con las necesidades y los deseos de nuestros clientes. Asimismo, para los cojinetes radiales y los cojinetes con collar de materiales de carbono se puede consultar la norma DIN 1850, hoja 4 ("Casquillos de carbono artificial").

Además de una construcción apropiada para cerámica, de-ben observarse algunas directrices geométricas generales. En el caso de los cojinetes radiales cilíndricos sencillos, se pueden utilizar como valores orientativos las siguientes proporciones:

Los cojinetes lubricados también se pueden realizar con ranuras espirales o longitudinales para asegurar el suministro de lubricante en la cavidad del cojinete y bombear el medio por dicha hendidura. En los cojinetes axiales, debe comprobarse en cada caso si sería más conveniente producir las ranuras de lubricante en la contraparte. Generalmente, en este caso también son posibles prácticamente todas las geometrías de ranuras.

En los cojinetes con collar, deben mantenerse las siguientes dimensiones:

I= d1 hasta d2

Imáx= 2 x d2

S= 0,1 hasta 0,2 x d1

Smín= 3 mm

Especialmente en los cojinetes prensados o contraídos (ver capítulo "Construcción") es fundamental no desviarse de esta directriz, en referencia a un posible collar o saliente.

Ø IT 8

f x 45°d 2 d 1

f x 45°

1

s

s

u

S

b

u=<1/2 s

b=<1/2 s


10

Construcción

En la construcción de los cojinetes deslizantes, debe tenerse en cuenta el coeficiente de dilatación térmica de los materiales de carbono y grafito, que es más bajo que el de los metales y plásticos.La cerámica de carbono tampoco debe someterse a tensión, y a ser posible, debe evitarse su utilización sin soportes estructurales. Para atender a estas dos peculiaridades, los cojinetes deslizantes pueden embutirse en camisas metálicas mediante prensado o contracción. Es fundamental atenerse a la directriz relativa a las proporciones, especialmente en el prensado o la contracción de cojinetes con collar. En caso contrario, pueden producirse picos de tensión en el material debido a la parte sobresaliente no encapsulada, pudiendo producirse rápidamente el fallo del material. Tras el encapsulado, el material de carbono está bajo presión de compresión, lo que representa la carga óptima, protegiendo por tanto apropiadamente el cojinete.

Prensado Para el prensado en frío de cojinetes deslizantes de carbón se recomienda un ajuste con apriete de H7/s6. Según el material de la carcasa, se puede aplicar para temperaturas de hasta 120 °C. Un bisel o chaflán en la carcasa de entre 15 y 30° facilita claramente el proceso de encapsulado. En caso de grandes solapamientos, los cojinetes deslizantes de carbono no deben comprimirse en frío, ya que en el encapsulado puede producirse desprendimiento del material.

Contracción La contracción directa en la envoltura o camisas metálicas se ha revelado como el mejor tipo de fijación para los cojinetes de carbón sometidos a elevadas cargas mecánicas o para temperaturas de aplicación superiores a 120 °C. Los ajustes por compresión dependen de los respectivos coeficientes de dilatación térmica y la posterior temperatura de trabajo. Generalmente, se aplica la norma ISO 286-2 para solapamientos hasta H7/zb8. Para la contracción, Schunk calienta las carcasas metálicas en un horno hasta que los casquillos fríos de los cojinetes se pueden introducir sin aplicar fuerza adicionalmente en el orificio de alojamiento. Dependiendo de la proporción del grosor de las paredes y de los módulos de elasticidad, se estrecha el alojamiento del casquillo debido al sobredimensionamiento del ajuste por compresión y aumenta el diámetro exterior de la carcasa.

Si se necesitan tolerancias estrechas en la pieza acabada, tras la contracción hay que realizar un mecanizado posterior. El casquillo del cojinete se puede mecanizar hasta grosores de pared muy pequeños que no serían posibles sin el soporte de la carcasa.

Juego de los cojinetes

También al determinar el juego de los cojinetes deben tomarse en consideración los distintos coeficientes de dilatación térmica. Si se escoge un juego demasiado estrecho, pueden atascarse los ejes con la temperatura de trabajo. Por lo tanto, debe distinguirse entre el juego en frío a temperatura ambiente y el juego en caliente a temperatura de trabajo.

En el caso de los cojinetes deslizantes de carbón comprimidos sometidos a suficiente tensión, no es necesario distinguir entre el juego en frío y en caliente. El casquillo del cojinete, con el calentamiento, se expandirá aproximadamente conforme al coeficiente de dilatación térmica de la carcasa metálica. Para el juego de los cojinetes a temperatura de trabajo, recomendamos, en deslizamiento seco, del 0,3 % al 0,5 % del diámetro del eje, mientras que en los cojinetes lubricados, del 0,1 % y 0,3 % del diámetro del eje.

Juego en frío a temperatura ambiente = juego en caliente a temperatura de trabajo +∆deje – ∆dcojinete

De forma aproximada:∆deje – ∆dcojinete = (α eje – α cojinete) * d * ∆T

Siendo: α eje = coeficiente de dilatación por temperatura del eje α cojinete = coeficiente de dilatación por temperatura del

cojinete deslizante∆T= diferencia de temperatura (temperatura de trabajo –

temperatura ambiente) en Kd= diámetro nominal de la cavidad del cojinete

Temperatura ambiente Temperatura de trabajo

Cojinete

Jueg

o

Eje

ø de

je

ø dc

ojin

ete

ø de

je

ø dc

ojin

ete

Jueg

o

Schunk Ibérica, S.A.

C/ Horcajo, 6 - P.I. Las Arenas

ES-28320 Pinto - Madrid ¬ España

Tel. +34 913 940 900

[email protected]

schunk-carbontechnology.com

35

.38

s/2

01

9

Todos los datos indicados están sujetos a modificaciones técnicas. Los textos e ilustraciones están sujetos a derechos de autor.El uso del contenido solo está permitido previo consentimiento por escrito de Schunk GmbH.

Documents

Schunk Carbon Technology Cojinetes deslizantes de carbón...tecnología del carbón y la cerámica, la simulación ambiental, los sistemas de climatización y la soldadura ultrasónica