Cojinetes II

Cojinetes de Manga
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 uno de los extremos, se usa por razones de economía de construcción; por ejemplo, en algunas bombas pequeñas que se usan solamente para bombear líquidos limpios. El cojinete de manga interior de estas bombas 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 grandes para trabajo pesado, con diámetro de flecha de tales proporciones, que no se consiguen fácilmente cojinetes antifricción. Otra aplicación típica es en bombas 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 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 hasta pague sobreprecio por un diseño especial, con modificaciones de una bomba de línea normal, para sustituir la construcción con baleros por esos cojinetes.

La mayor parte de los cojinetes de manga están lubricados con aceite. Como se deben proporcionar medios adecuados para alimentación de aceite, los cojinetes de flechas verticales y horizontales varían considerablemente.

En aplicaciones de trabajo especialmente pesado, los cojinetes oscilante se ajusta por sí mismo automáticamente a pequeños cambios en la posición angular de la flecha. Este ajuste puede obtenerse proporcionando a la concha del cojinete con un ajuste esférico en la caja del cojinete o - una solución igualmente satisfactoria y una que resulta con un cojinete más corto y una menor separación entre cojinetes- reduciendo la longitud del manguito del cojinete que se apoya en la caja. El segundo método permite que el manguito se columpie ligeramente en su asiento y compense así los cambios de la posición angular de la flecha.

Cojinetes con babbitt
Se usan varios materiales para las mangas del cojinete, pero los cojinetes con babbitt son generalmente preferidos para servicio 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. Para asegura una adherencia perfecta, las conchas se estañan primero y se vacía el babbitt a la temperatura de fusión del estaño.

El cojinete automotriz de "precisión" se ha aplicado mucho últimamente en bombas de alta velocidad. Este cojinete consiste de una concha delgada de acero dividida con un depósito de babbitt igualmente delgado se consigue en gran variedad de tamaños.

Para aumentar la carga en los cojinetes, los de las bombas de alta velocidad se hacen más cortos que los de las unidades convencionales. Además, pueden incluir una construcción llamada construcción "antibatidora de aceite". (La construcción para alta velocidad da por resultado pesos más livianos de rotor que tienden a inducir el batido de aceite si no se toman en cuenta9: 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 que la sostiene en la parte inferior del cojinete y mantiene la vibración en el mínemo.

Raras veces se aplican los cojinetes de manga a las bombas horizontales con un arreglo de impulsor volante, sino más bien en aquellas diseñadas con cojinetes en ambos extremos y para impulsar por medio de un acoplamiento flexible. Para esas bombas, se deben tomar medidas para el empuje en una de las siguientes formas:

1. Un cojinete de manga radial en un extremo y un cojinete combinado radial y de empuje con babbit en el otro extremo.
2. Dos cojinetes de manga con un elemento separado del cojinete de empuje, ya sea del tipo de manga o de antifricción.
3. Cojinetes radiales de manga con bordes de babbitt o caras en loe extremos de los mangos, éstos actuando en combinación con collares en la flecha.

Este tercer tipo de cojinete radial y de empuje combinado es, por supuesto, el diseño más simple. Era bastante popular cuando las bombas centrífugas operaban a velocidades mucho más lentas y soportaban cargas de empuje más bajas de las que tienen ahora. La lubricación era suministrada generalmente por una ligera presión entre el collar de la flecha y el borde con babbitt en la concha del cojinete. Una construcción más refinada, que se usó mucho en el pasado bajo el nombre de "cojinete de empuje de tipo marino", consistía de hasta 3 a 5 collares en la flecha de la bomba; éstos estaban localizados con espacio libre axial en bordes correspondientes con babbitt en la concha del cojinete. (Esta construcción, sin embargo, falló en la compensación del desplazamiento angular de la flecha por desviación).

Para cargas de empuje más pesadas de las que generalmente se tienen, ahora la práctica es aplicar el tipo de cojinete de empuje Kingsbury, o uno similar de la misma clase, que es también apropiado para altas velocidades.

Cojinetes de empuje Kingsbury
Este cojinete se desarrolló 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 centrífugas. 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.

El principio del cojinete Kingsbury puede describirse como sigue: supóngase que un collar circular se corta en pequeños segmentos y que cada sección está adecuadamente soportada en su lado interior, de modo que pueda columpiarse ligeramente en el punto indicado como el punto de suspensión y, al mismo tiempo, quedarse en su lugar. Cuando la flecha empieza a girar, la película de aceite tiende a ser arrastrada bajo los bordes ligeramente redondeados de las secciones. Al aumentar la velocidad de la flecha, esta tendencia aumenta, asentándose la sección ligeramente, ladeándose a un ángulo mayor, corriendo sobre la película de aceite como un patinador corre al encontrar la resistencia de la superficie de la nieve que queda debajo. A mayor velocidad, mayor es la tendencia a ajustarse al aumento de la película de aceite arrastrando debajo de ella. Los detalles de construcción de un cojinete Kingsbury típico se pueden examinar más detenidamente en el corte del conjunto.

La montadura de empuje de los cojinetes Kingsbury, usada en las bombas horizontales, está arreglada para resistir empuje en ambas direcciones. Algunas veces ambas cargas son aproximadamente iguales; otras veces puede haber un empuje mayor en una dirección y un empuje menor ocasional en la dirección opuesta. En cualquier caso, el cojinete Kingsbury está equipado con zapatas de empuje en cada lado para limitar el movimiento axial del rotor. El número de zapatas de cada lado puede ser igual o no serlo, dependiendo d ela aplicación.

Los cojinetes Kingsbury son capaces de resistir las cargas de empuje de las unidades y las velocidades lineales, muy por encima de las apropiadas para el empuje del collar derecho ordinario, por lo que no hay comparación entre los dos.

Como su costo es relativamente alto, sin embargo, su uso sólo puede justificarse para condiciones extremas de empuje.

Lubricación de los cojinetes de manga
Un cojinete aceitado con anillo se suministra con un anillo de aero suave que corre sobre la flecha de la bomba a través de una ranura cortada en la parte central de la mitad superior de la concha del cojinete. Este anillo gira al rodar la flecha y levanta aceite del depósito de la caja del cojinete. El aceite se separa en la parte superior de la flecha de la bomba, fluye entre el claro del cojinete y la flecha, y se descarga en los extremos del cojinetes. La lubricación por medio de anillos de aceite es totalmente satisfactoria sólo a velocidades de operación relativamente bajas. Una provisión para circulación automática del aceite -y si es necesario para enfriarlo- es un dispositivo esencial de todos los cojinetes de manga para altas velocidades, especialmente de empuje.

En algunos cojinetes la circulación del aceite se ejecuta con una bomba de engrane giratorio de desplazamiento positivo, conectada directamente al extremo exterior de la flecha de la bomba por medio de un acoplamiento flexible. La bomba de aceite lo toma de un depósito colocado ya sea en la caja del cojinete propiamente dicha, o por separado en la placa de la base de la bomba, y 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. Luego derrama por gravedad de éste, al depósito principal en la placa de la base.

La práctica general abastece el cojinete lineal interior de este sistema, con aceite a presión a través de un ramal de la línea de descarga del enfriador de aceite. El aceite del cojinete regresa por gravedad por medio de grandes líneas de retorno al depósito principal. Es esencial proporcionar una caída de presión adecuada desde todos los cojinetes para el aceite no derrame debido a evacuación insatisfactoria.

Existen numerosas alternativas de métodos para abastecer el cojinete con lubricación de alimentación forzada. Por ejemplo, algunos arreglos usan una bomba vertical de aceite movida desde la flecha de la bomba principal por medio de un engrane de gusano. Otros cojinetes emplean el sistema Kinsgsbury de "lubricación adhesiva". En este sistema, el aceite de debajo del cojinete de empuje es arrastrado a un anillo de bronce, llamado el "circulador" o "anillo de bombeo de aceite", que está alrededor del collar. La adhesión del aceite al callar lleva el aceite alrededor de la ranura del anillo. El aceite se mueve con el collar casi por una revolución completa. Entonces se encuentra un dique en la ranura y es empujado por la corriente detrás de él, dentro de un puerto que va a unos espacios entre las dos zapatas más bajas en ambos lados del cojinete de empuje. La rotación de la flecha lo lleva a las otras zapatas y, finalmente, escapa arriba del collar, por dentro de un conducto que lo lleva a un enfriador. Del enfriador regresa al depósito. El aceite circulará igualmente bien con el collar corriendo en el otro sentido. Cuando el collar cambia dirección, la adhesividad del aceite se lleva al circulador consigo a un corto ángulo, hasta que el lóbulo de la parte superior del circulador se encuentra con un tope. En cualquiera de las dos posiciones de "tope" el aceite entra a la ranura del circulador por el puerto apropiado para la dirección de la rotación y se descarga por el puerto intermedio.

algunas veces el sistema de lubricación de alimentación forzada abastece también de aceite a los cojinetes del impulsor, aunque este arreglo está generalmente restringido a los impulsores de motor eléctrico. Un sistema típico que combina lubricación a la bomba y al impulsor. Si las bombas están movidas por turbinas de vapor o por medio de engranes, es costumbres hacer que la turbina o el engrane abastezcan de aceite a los cojinetes de la bomba. Esos arreglos requieren una similitud de las características del aceite lubricante y de las temperaturas de operación establecidas por los fabricantes de cada una de las partes del equipo.

El uso de anillos de aceite para los cojinetes de manga lineales, normalmente abastecidos con aceite a presión, es opcional y no siempre se justifica. Su función es básicamente la de suministrar aceite al cojinete al iniciar la operación de la bomba, supuestamente antes de que el sistema de alimentación forzada tenga tiempo para hacerlo. Se debe recordar que generalmente se retienen suficiente aceite en los cojinetes para satisfacer sus necesidades antes de que se efectúe la alimentación forzada que lo abastece.

Si la retención normal de aceite en el cojinete o el uso de anillos de aceite no constituyen una protección adecuada, se recurre a bombas de aceite auxiliares. Pueden ser bombas de engrane operadas a mano que se deben usar a intervalos programados, cuando la bomba permanece inactiva. La operación semanal o cada dos semanas de esta bomba auxiliar, por lo general, es suficiente para evitar que el aceite se escurra completamente de los cojinetes o líneas de aceite.

Los sistemas de lubricación más complicados comprenden una bomba de aceite auxiliar movida por motor eléctrico, que se arranca antes de que la bomba principal empiece a operar los controles arrancadores del motor están interconectados de tal manera que el motor principal no puede arrancarse hasta que la presión de aceite en el sistema alcanza un valor predeterminado. Tan pronto como la bomba de aceite movida con la flecha de la bomba principal alcanza a desarrollar suficiente presión, la bomba auxiliar se desconecta por medio de un interruptor de presión. Un segundo interruptor de presión vuelve a arrancar automáticamente la bomba auxiliar, al fallar la bomba regular, para mantener la presión deseada.

Mantenimiento de los cojinetes de manga
Generalmente se recomienda que el espacio libre entre la flecha y los manguitos no debe ordinariamente permitirse que exceda 150% de la holgura original antes de que se renueve. Si la hogura diametral no se da en el instructivo, se puede aproximar sobre la base de permitir 0.001 cm por cada centímetro de diámetro.

Cuando se inspeccionan los cojinetes, es muy importante examinar la condición de la flecha en las chumaceras. Igualmente deberán examinarse los manguitos para si no hay picaduras que son una señal definida de corrientes eléctricas nómadas. Si se descubren marcas de picaduras se deben disponer medios para eliminar las corrientes nómadas o se debe aislar la caja del cojinete o el pedestal.

Para renovar los espacios muertos se pueden reponer los cojinetes o volverse a rellenar con bannitt. Aunque frecuentemente se tienen en existencia manguitos de repuesto, la cuadrilla de mantenimiento puede encontrarse con el problema de una flecha dañada. Esa flecha debe rebajarse y pulirse y entonces no serán adecuados los manguitos de repuesto. Los cojinetes pueden rellenarse con babbitt, vaciándolos después de que el babbitt, vaciándolos después de que el babbitt original se ha taladrado o se ha fundido sacándolo de la concha. Se deberá usar una flecha de medida más pequeña para el molde de fundición cuando se vacía y el nuevo cojinete luego rectificado al tamaño para reducir al mínimo el raspado. Se debe tener cuidado para restaurar la ranura de aceite en su localización apropiada para permitir la lubricación correcta.

Los cojinetes de empuje Kingsbury y se deberán reacondicionar con mucho cuidado y siguiendo exactamente las instrucciones del fabricante. Es, por lo general, la práctica más segura reponer las partes gastadas de la existencia de refacciones.