Si bien el caucho de nitrilo butadieno (NBR) ha sido el material dominante para sellos de turbinas eólicas durante décadas, los avances en la formulación, el procesamiento y el diseño de sellos de poliuretano están erosionando rápidamente su posición en la industria. Entre sus propiedades más útiles se encuentran la resistencia al desgaste, la compatibilidad con fluidos, la resistencia al ozono, la resistencia mecánica y la capacidad de mantener todas estas propiedades a bajas temperaturas.
El poliuretano se ha convertido en un material ideal para sellar cojinetes principales/generadores, cojinetes longitudinales y transversales. Sin embargo, la simple sustitución de materiales en una estructura existente a menudo no es suficiente. Los sellos deben diseñarse con poliuretano en mente.
Una forma de evaluar la resistencia al desgaste de los poliuretanos es mediante una prueba de desgaste en tambor estandarizada, como la ASTM D5963. Este método se utiliza habitualmente para evaluar el caucho, pero también se aplica al poliuretano, especialmente al comparar las tasas de desgaste. A continuación, se muestran los valores del índice de desgaste de varios materiales probados por System Seals en Cleveland. Cabe destacar que el NBR y el HNBR tienen un ARI de aproximadamente 1,5, mientras que los poliuretanos tienen un ARI de 4 a 8. Esto representa una mejora de hasta seis veces.
El poliuretano mantiene sus valores de ARI con el tiempo y tras la exposición a diversos fluidos, especialmente fluidos a base de aceite. Una forma de determinarlo es envejecer muestras de desgaste según la norma ASTM D5963 en fluidos a 100 °C durante 90 días (80 °C para fluidos a base de agua) y repetir la prueba cada 30 días. A continuación se muestran resultados típicos, pero se recomienda confirmarlos para cada líquido.
Figura 3. Retención de ARI en NBR y poliuretano resistente a la hidrólisis después del envejecimiento en aceite mineral destilado a 100°C.
Aunque las especificaciones indican compatibilidad con fluidos terminados, las pruebas de envejecimiento acelerado (o años de servicio) deben determinar el rendimiento y la estabilidad a largo plazo de los materiales expuestos a fluidos específicos. System Seals realiza pruebas de compatibilidad de fluidos durante 90 días en lugar de la prueba estándar de 168 horas, ya que System Seals detecta sistemáticamente cambios significativos en las propiedades clave del material después de 168 horas de exposición al fluido.
El poliuretano personalizado presenta una mejor resistencia a los fluidos en comparación con el NBR en los lubricantes más comunes de la industria eólica. A continuación se muestra una tabla de compatibilidad para estos lubricantes populares.
Se sabe que el NBR es susceptible a la ozonólisis, que ocurre cuando las moléculas de ozono rompen los enlaces químicos del NBR insaturado. El agrietamiento por ozono es común cuando el caucho de nitrilo butadieno (NBR) se somete a la más mínima deformación. Una solución es inyectar cera en el NBR, creando una barrera antiozono que lo protege. Desafortunadamente, la cera no altera el enlace químico del NBR. Si el NBR se expone a condiciones ambientales que eliminan la cera, se vuelve susceptible a la degradación. Algunos poliuretanos especiales utilizados en sellos para energía eólica son naturalmente resistentes al ozono.
El módulo elástico, la resistencia y la elongación del poliuretano son de dos a tres veces superiores a los de la mayoría de los NBR. Como resultado, los sellos de poliuretano pueden soportar mayores deformaciones mecánicas y cargas mecánicas.
Un NBR típico tiene un módulo elástico de 10-15 MPa y una resistencia a la tracción de 20 MPa. La mayoría de los poliuretanos tienen un módulo elástico de 45-60 MPa y una resistencia a la tracción de 50-60 MPa. Esto significa que el material es menos duro que el NBR, lo que implica una mejor retención de la forma y una mayor resistencia a las cargas de presión.
En los aerogeneradores, las altas temperaturas no suelen ser un problema. Sin embargo, dependiendo de la ubicación y la altitud, no son infrecuentes temperaturas mínimas de -40 °C. El NBR estándar tiene una temperatura mínima de funcionamiento de -20 °C, y el análisis mecánico dinámico ha demostrado que muchos poliuretanos para energía eólica no se ven afectados por temperaturas de hasta -40 °C.
El poliuretano es la opción ideal para los sellos de energía eólica debido a sus propiedades mecánicas superiores, mejor resistencia al ozono, menor desgaste y temperaturas de funcionamiento más bajas. A continuación, se presentan dos familias de aplicaciones para las que el poliuretano es ideal. La imagen de la izquierda muestra la deformación simulada y las características de contacto de un sello de poliuretano para rodamientos. La imagen de la derecha muestra el sello de remolino System Seals, un sello principal para rodamientos que bombea lubricante continuamente de vuelta al depósito a medida que el rodamiento gira.
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Hora de publicación: 24 de diciembre de 2023