Lubricantes para Cojinetes Hidrodinámicos:
Grandes Máquinas y Turbinas
El cojinete hidrodinámico (chumacera o sleeve bearing) es el corazón de las turbinas de vapor, compresores centrífugos de gran tamaño y laminadoras. A diferencia de un rodamiento de rodillos, opera mediante una película de aceite continua que separa completamente el eje del casquillo. La selección de aceite incorrecta o la limpieza insuficiente elimina esta película y provoca el contacto metal-metal, con consecuencias catastróficas.
Principio del cojinete hidrodinámico y el número de Sommerfeld
El cojinete hidrodinámico funciona según el principio de la cuña de aceite: cuando el eje gira, arrastra el aceite viscoso hacia la zona convergente del intersticio, generando una presión hidrodinámica que levanta el eje. Esta película tiene un espesor de 5–50 µm a velocidad de operación. El número de Sommerfeld (S) describe el equilibrio entre la carga, la velocidad, la geometría y la viscosidad del aceite.
Viscosidad: la variable clave
La viscosidad del aceite a la temperatura de operación determina la capacidad de carga de la película. Si la viscosidad cae (T alta, aceite degradado), la película adelgaza y el metal puede contactar. Si la viscosidad es excesiva (T baja, arranque), el calentamiento es mayor.
Temperatura de operación
La temperatura del aceite en el cojinete debe mantenerse entre 50°C y 70°C. Por encima de 80°C: la viscosidad disminuye peligrosamente. Por encima de 90°C: el aceite se degrada rápidamente. Por debajo de 40°C: arranque con película insuficiente.
Limpieza del aceite (ISO 4406)
Las partículas de 5–50 µm (del mismo orden de magnitud que la película de aceite) son las más perjudiciales para los cojinetes hidrodinámicos. Una partícula de 20 µm en una película de 15 µm provoca contacto. Objetivo: ISO 4406 ≤16/14/11.
Agua en el aceite
El agua reduce drásticamente la capacidad de la película hidrodinámica. A concentraciones de 500 ppm, la vida del cojinete puede reducirse un 50%. A 2.000 ppm (0,2%), el aceite emulsificado puede perder la capacidad de soportar carga.
Selección de aceite por aplicación
| Aplicación | ISO VG | Norma / Tipo | T operación aceite | Nota |
|---|---|---|---|---|
| Turbina de vapor (3.000–3.600 rpm) | VG 32–46 | ISO 8068-1 Tipo TGA/TGB | 60–75°C | También sistema servo-hidráulico regulación |
| Turbina de gas industrial | VG 32–46 | ISO 8068-1 Tipo TGC/TGD | 65–80°C | Mayor T operación que turbina vapor |
| Compresor centrífugo de proceso | VG 32–68 | ISO 8068-1 o API 614 | 55–70°C | API 614 para compresores de proceso en refinería |
| Laminadora en caliente (siderurgia) | VG 68–150 | ISO 6743-4 Tipo HM | 70–90°C | Alta carga: mayor viscosidad necesaria |
| Molino de bolas (minería/cemento) | VG 100–220 | CLP o ISO 6743-4 HM EP | 60–80°C | Gran diámetro, baja velocidad: alta viscosidad |
| Ventilador de tiro inducido (central) | VG 46–68 | ISO 8068-1 Tipo TGA | 50–65°C | Similar a turbina; condiciones menos severas |
| Compresor de tornillo (accionamiento) | VG 46–68 | CLP PAO o aceite compresor | 60–80°C | Cojinetes de rodillo en muchos modelos, no hidrodinámicos |
Panel de análisis de aceite para cojinetes hidrodinámicos
| Parámetro | Método | Límite alerta | Acción |
|---|---|---|---|
| Viscosidad cinemática 40°C | ASTM D445 | ±10% del nominal | Investigar causa (dilución, degradación) |
| ISO 4406 (partículas) | ISO 11171 | >16/14/11 | Filtración de emergencia, buscar fuente |
| Contenido en agua | Karl Fischer D6304 | >200 ppm | Purga de agua, revisión enfriadores |
| RPVOT residual | ASTM D2272 | <25% del aceite nuevo | Programar cambio de aceite |
| MPC (varnish potential) | ASTM D7843 | ΔE >20 | Filtros de adsorción, análisis mensual |
| Hierro ICP (Fe) | ASTM D5185 | >15 ppm | Revisar desgaste del cojinete/eje |
| Temperatura cojinete | Sensor continuo | >80°C (alerta), >90°C (paro) | Investigar reducción de caudal de aceite |
| Número ácido (TAN) | ASTM D664 | >0,3 mgKOH/g sobre nuevo | Cambio de aceite o adición de antioxidante |
Preguntas frecuentes
¿Por qué la viscosidad del aceite es más crítica en cojinetes hidrodinámicos que en rodamientos de rodillos?
En un cojinete hidrodinámico, toda la capacidad de carga depende de la película de aceite de 5–50 µm de espesor. Si la viscosidad cae por debajo del mínimo necesario (debido a alta temperatura, dilución o degradación), el eje toca el casquillo y el desgaste es inmediato y catastrófico. En un rodamiento de rodillos, el lubricante trabaja principalmente en régimen elastohidrodinámico con una película de 0,1–1 µm que puede sostenerse con menor viscosidad. La viscosidad correcta a la temperatura de operación es literalmente la diferencia entre operación y fallo en cojinetes hidrodinámicos.
¿Qué ocurre durante el arranque de una máquina con cojinetes hidrodinámicos?
Durante el arranque en frío, cuando la velocidad del eje es baja, la película hidrodinámica no puede soportar la carga del eje y se produce contacto metal-metal (régimen de lubricación mixta). Este período transitorio de 2–30 segundos genera el mayor desgaste de toda la vida del cojinete. Para mitigarlo: el sistema de pre-lube debe arrancar antes que la máquina, el aceite debe estar a temperatura mínima (calentadores de depósito), y el aceite debe contener aditivos de extrema presión para proteger durante el arranque.
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