Cojinetes de bolas para bombas centrifugas

Principios básicos
Como el coeficiente de fricción de rodamiento es menor que el de fricción de deslizamiento, no se debe considerar un balero en la misma forma como un cojinete de manga. En el primero, la carga se lleva en un punto de contacto de la bola con la pista, pero el punto de contacto no roza o desliza sobre la pista no se genera calor apreciable. Además, el punto de contacto está cambiando constatemente al rodar las bolas en la pista y la operación es prácticamente sin fricción. En el cojinete de manga hay un rozamiento constante de una superficie sobre otra, y la fricción debe reducirse por medio de un lubricante.

Los baleros operados a una velocidad absolutamente constante, en teoría, no requieren lubricante. Sin embargo, ninguna velocidad puede llamarse absolutamente constante, porque las condiciones que afectan la velocidad siempre varían ligeramente. Por ejemplo, un motor con velocidad de plena carga clasificado a 3510 rpm, puede variar de velocidad en el curso de un minuto de 3505 a 3515 rpm. Cada variación de velocidad tiene el efecto de hacer que las bolas de un cojinete se retrasen o adelanten en la pista, debido a su inercia. Consecuentemente se verifica una ligera acción de deslizamiento, casi inapreciable, pero, sin embargo, existente. Otra condición limitante es que hasta el metal más duro sufre deformaciones pequeñas al recibir carga, perturbando el punto perfecto de contacto y agregando otra ligera acción de deslizamiento. Por esta razón debe darse alguna lubricación a los baleros.
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Tipos de cojinetes de bola para bombas centrifugas

En la actualidad existen una gran cantidad de tipos de cojinetes resistentes a la fricción para bombas centrifugas, es por ello que prácticamente se puede escoger un cojinete de este tipo para cualquier diseño de sistema de bombeo ideado. Por supuesto, la abundancia de modelos de cojinetes podría hacer dudar a un diseñador dando como resultado una escogencia equivocada con consecuencias trágicas para la bomba centrifuga. Como consecuencia de esto, lo más prudente es dejar la selección del cojinete al fabricante de la bomba centrifuga. Obviamente, es el fabricante de la bomba centrifuga quien puede hacer la mejor selección del cojinete para una aplicación en particular.

Los baleros que más se utilizan en bombas centrifugas son (1) los que estan constituidos por una sola hilera y surco profundo, (2) los que disponen de doble hilera y surco profundo, (3) los baleros de doble hilera y oscilante, y (4) los baleros de contacto angular con una o dos hileras. Todos, excepto los cojinetes de doble hilera oscilantes, son capaces de admitir cargas de empuje, inicialmente se usó para resistir sólo el empuje (en combinación con cojinetes de manga con babit), sin embargo su uso ha disminuido gradualmente, hasta el punto de que ahora se usa muy poco en bombas centrifugas.
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Cojinetes de manga para bombas centrifugas

Aunque el cojinete sencillo de chumacera cilíndrica o de manga, ha sido sustituido por los cojinetes antifricción en la mayoría de los diseños, todavía tiene un gran campo de aplicación en el caso de las bombas centrifugas. En uno de los extremos, se usa por razones de economía de construcción; por ejemplo, en algunas bombas centrifugas pequeñas que se usan solamente para bombear líquidos limpios. El cojinete de manga interior de estas bombas centrifugas depende principalmente del líquido bombeando para su lubricación (algunas veces se coloca centrando un sello de agua en el cojinete y se conecta a la descarga de la bomba por la que se introduce el líquido a presión).

En el otro extremo, se usan cojinetes de manga en bombas centrifugas grandes para trabajo pesado, con diámetro de flecha de tales proporciones, que no se consiguen fácilmente cojinetes antifricción. Otra aplicación típica es en bombas centrifugas de varios pasos de alta presión, como las bombas de alimentación de calderas para presiones de 105 kg/cm2 y más altas, que requieren cojinetes de manga debido a una combinación de diámetro de flecha bastante grande y altas velocidades (3600 a 9000 rpm). Otra aplicación más, es en bombas centrifugas de turbina verticales en las que los cojinetes están sujetos al contacto con el agua, una condición que prohibe el uso de cojinetes antifricción. Además, una preferencia personal por los cojinetes de manga, es algunas veces lo bastante marcada para hacer que un comprador de bombas centrifugas hasta pague sobreprecio por un diseño especial, con modificaciones de una bomba de línea normal, para sustituir la construcción con baleros por esos cojinetes.
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Cojinetes con babbitt para bombas centrifugas

Se suelen usar distintos materiales para las mangas del cojinete, pero los cojinetes con babbitt son los que se prefieren cuando el servicio es de trabajo pesado. La manga del cojinete puede consistir de una camisa de babbitt (de 3.175 mm de espesor o más) que está anclada en la concha del cojinete de fierro fundido, por medio de ranuras de cola de pato. Como se requiere una adhesión perfecta, las conchas se estañan primero y se vacía el babbitt a la temperatura de fusión del estaño.

El cojinete automotriz debe ser un cojinete de “precisión”. Este tipo de cojinete ha sido utililizado mucho en bombas de alta velocidad. Este cojinete consiste de una concha delgada de acero dividida con un depósito de babbitt igualmente delgado. Una ventaja de este tipo de cojinetes es que se consigue en una gran variedad de tamaños lo que permite utilizarlos en una gran diversidad de bombas centrifugas.

Para aumentar la carga en los cojinetes, los cojinetes de las bombas centrifugas de alta velocidad se hacen más cortos que los de las bombas centrifugas convencionales convencionales. Además, pueden incluir una construcción llamada construcción “antibatidora de aceite”. (La construcción de cojinetes para alta velocidad tiene como ventaja que da como resultado pesos más livianos de rotor que tienden a inducir el batido de aceite si no se toman en cuenta: Se provee una bolsa en la mitad superior del cojinete, en el que se acumula un colchón de aceite a presión durante la operación. Esta presión produce una fuerza hacia abajo en la chumacera de la bomba centrifuga que la sostiene en la parte inferior del cojinete y mantiene la vibración al mínimo.
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Cojinetes de empuje Kingsbury para bombas centrifugas

Este tipo de cojinete fue desarrollado primero para satisfacer la necesidad de un cojinete de pivote para turbinas de eje vertical y se ha aplicado gradualmente a otros aparatos giratorios, como las bombas centrifugas. El principio de operación es sencillo. Un cojinete ordinario cilíndrico o de manga tiene un espacio libre móvil entre la concha y la chumacera. Debido a la relación entre las superficies curvas y la atracción capilar de las partículas de aceite, se efectúa una acción de “bombeo” que jala una película, excepto con cargas excesivas. Para proporcionar un amplio suministro positivo de aceite frío al cojinete, se usa generalmente un dispositivo sencillo de gravedad, aunque la operación a velocidades más altas que da por resultado una tendencia máxima al calentamiento, requiere alguna forma de lubricación de alimentación forzada. En un collar de empuje ordinario, sujeto a altas presiones y velocidades, las superficies paralelas tienden a expulsar, aparentando la película de aceite. El contacto de metal a metal que resulta hace que este tipo de cojinete sea inadecuado para cargas pesadas. Es por ello que es utilizado en ciertas bombas centrifugas.
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Montaje de cojinetes para bombas centrifugas

Montaje y desmontaje de cojinetes antifricción
Como el ajuste entre el carril exterior de un cojinete antifricción y su caja, clasifican como un ajuste de presión, el montaje o desmontaje de un cojinete en su caja ofrece poco problema. Algunos diseños de caja ofrece poco problema. Algunos diseños de cajas hacen imposible, sin embargo, especialmente cuando se desmantela, aplicar la fuerza necesaria para jalar el cojinete fuera de su caja, en otra parte que no sea por las bolas o rodillos. Esa fuerza puede dañar fácilmente el balero.

Es conveniente montar un balero en su flecha, con la fuerza equivalente de un ajuste de prensa. En realidad, el balero de la bomba centrifuga puede apretarse en la flecha o montarse en caliente en ella. Los baleros que se van a montar en caliente se meten un un baño de aceite y se calientan a cerca de 93.3ºC y luego se deslizan a su lugar en la flecha, golpeándose con un tubo ligeramente el carril interior sobre la flecha, si es necesario. Si el balero se aprieta forzándolo en la flecha, es conveniente usar una prensa de mandril. La fuerza debe aplicarse al carril interior con una manga tubular o tubo, un anillo, o pequeñas calzas de igual espesor. Si no se dispone de una prensa de mandril, el balero puede encajarse en la flecha de la bomba centrifuga martillando alternativamente en puntos opuestos en la circunferencia de una manga tubular sostenida contra el carril interior. Se debe tener cuidado para evitar que el balero se incline y se deben usar calibradores de cintas para asegurarse de que está apretado firmemente contra el borde de la flecha de la bomba centrifuga.
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Lubricación de cojinetes para bombas centrifugas

Lubricación de cojinetes resistentes a la fricción para bombas centrifugas
En la planificación de una línea de bombas centrifugas, la selección del lubricante para los cojinetes de las bombas la dictan los requerimientos de la aplicación en la que será utilizada la bomba centrifuga, las consideraciones de costo, y algunas veces las preferencias de un grupo de compradores que encargan la porción más grande de la producción de esa línea.

Por ejemplo, la aplicación de bombas centrifugas verticales de foso lleno de circulación a condensadores dicta la selección de agua, a lubricación con grasa o aceite. Si se usa grasa o aceite en esas bombas y el lubricante escurriera al sistema de bombeo, la operación del condensador estaría seriamente afectada porque los tubos se cubrirían con el lubricante.

La mayoría de las bombas centrifugas para servicio de refinería se surten actualmente con cojinetes lubricados con aceite, por la insistencia de los ingenieros de las refinerías en esta característica. En el campo de la marina, por otro lado, la preferencia es por cojinetes lubricados con grasa. Para velocidad muy alta de operación de la bomba (5000 rpm y más), se ha encontrado que es más satisfactoria la lubricación con aceite.
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Lubricación de los cojinetes de manga para bombas centrifugas

Los cojinetes aceitados con anillo se proveen con un anillo de acero suave que corre sobre la flecha de la bomba centrifuga a través de una ranura cortada en la parte central de la mitad superior de la concha del cojinete. Este anillo gira cuando rueda la flecha levantando aceite del depósito de la caja del cojinete. El aceite se separa en la parte superior de la flecha de la bomba centrifuga, fluyendo entre el claro del cojinete y la flecha, y entonces se descarga en los extremos del cojinetes. Este tipo de lubricación por medio de los anillos de aceite tiene un alto rendimiento por lo que es totalmente satisfactoria pero sólo a velocidades de operación que sean relativamente bajas. En los casos en los que la bomba centrifuga deba funcionar a alta velocidad se debe proveer un dispositivo para la circulación automática del aceite e inclusive para servir de sitema de enfriamento en caso de que sea necesario. Todos los cojinetes de manga para altas velocidades deben disponer de este dispositivo, especialmente en el caso de que sea de empuje.

En ciertos cojinetes la circulación del aceite se consigue gracias a una bomba centrifuga de engrane giratorio de desplazamiento positivo, la cual se conecta directamente al extremo exterior de la flecha de la bomba centrifuga gracias a un acoplamiento flexible. La bomba centrifuga de aceite, toma este aceite de un depósito que se encuentra colocado ya sea en la caja del cojinete propiamente dicha, o por separado en la placa de la base de la bomba centrifuga Luego, lo descarga a presión a través del enfriador de aceite. Del enfriador, el aceite fluye en parte al cojinete de empuje exterior, de donde fluye al interior del depósito localizado en la mitad inferior de la caja del cojinete. Posteriormente derrama por gravedad de éste, al depósito principal en la placa de la base.
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Relubricación de cojinetes para bombas centrifugas

Periodos de relubricación
No es recomendable programar periodo fijo para arreglar o renovar el lubricante en un cojinete antifricción para bomba centrifuga, sino mejor seguir el periodo especificado establecido por el fabricante de la bomba centrifuga. El intervalo de tiempo para la lubricación con grasa, puede determinarse por la combinación del tamaño del balero y la velocidad de rotación.

Un balero grande lubricado con grasa, operando a alta velocidad, puede requerir grasa adicional cada dos meses o menos si se opera continuamente; una combinación más normal podría durar sin relubricación por cuatro a seis meses; mientras que un balero pequeño a baja velocidad de rotación, o uno que tenga poco servicio, podría necesitar relubricación sólo una vez al año o cada dos años, realmente sólo para compensar la posible descomposición de la propia grasa. Los baleros lubricados con aceite generalmente se surten con medidores de aceite, y el nivel de aceite apropiado debe reponerse si es que éste indica una pérdida de aceite por alguna razón. Se puede considerar normal la reposición anual del aceite en una bomba centrifuga.
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Mantenimiento de cojinetes para bombas centrifugas

Mantenimiento de cojinetes resistentes a la fricción para bombas centrifugas
Siempre que se apliquen y lubriquen apropiadamente los cojinetes resistentes a la fricción en las bombas centrifugas, estos tendrán una larga vida y además estarán excepcionalmente libres de dificultades. Aún si la lubricación es la adecuada podría ocurrir alguna falla a causa de lo siguiente:

(1) Uso de un tipo o tamaño indebido para una aplicación determinada
(2) montaje defectuoso debido a mano de obra inexperta en la fabricación o mantemiento
(3) diseño defectuoso de la montadura
(4) lubricante o práctica de lubricación inadecuados
(5) entrada de agua, mugre o arenisca dentro del cojinete
(6) daño mecánico a las bolas, rodillo o carriles.

Los diseñadores de bombas centrifugas basan su selección del tipo de cojinetes, en tamaño y lubricación para adaptarse al campo o campos de servicio para los que se usará la línea de bombas centrifugas. Si ocurriese una equivocación durante el diseño de la bomba centrifuga y se escogiese un tipo de cojinete inapropiado, la falla recurrente en la aplicación será precisamente en los cojinetes que solo podrán perdurar por cortos periodos de tiempo.
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