Aunque el caucho de nitrilo butadieno (NBR) ha sido el material de sellado dominante para turbinas eólicas durante décadas, los avances en la formulación, el procesamiento y el diseño de los sellos de poliuretano están erosionando rápidamente la posición del NBR en la industria.Resulta que las propiedades más útiles incluyen resistencia al desgaste, compatibilidad con fluidos, resistencia al ozono, 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, a menudo no basta con simplemente reemplazar materiales en una estructura existente.Los sellos deben diseñarse teniendo en cuenta el poliuretano.
Una forma de evaluar la resistencia al desgaste de los poliuretanos es mediante una prueba de desgaste de tambor estandarizada como la ASTM D5963.Este método se utiliza normalmente para evaluar el caucho, pero también se aplica al poliuretano, especialmente cuando se comparan tasas de desgaste.A continuación se muestran los valores del índice de desgaste para varios materiales probados por System Seals en Cleveland.Tenga en cuenta que NBR y HNBR tienen un ARI de aproximadamente 1,5, mientras que los poliuretanos tienen un ARI de 4 a 8. Esto es una mejora de hasta seis veces.
El poliuretano mantiene sus valores ARI con el tiempo y después de la exposición a diversos fluidos, especialmente fluidos a base de aceite.Una forma de determinar esto es envejecer muestras de desgaste 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 confirmación 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 prueba la compatibilidad de fluidos durante 90 días en lugar de la prueba estándar de 168 horas porque System Seals detecta consistentemente cambios significativos en las propiedades clave del material después de 168 horas de exposición a fluidos.
El poliuretano personalizado presenta una resistencia a los fluidos mejorada en comparación con el NBR en los lubricantes más comunes en la industria de la energía eólica.A continuación se muestra una tabla de compatibilidad para estos lubricantes populares.
Se sabe que el NBR es susceptible a la ozonólisis, que es cuando las moléculas de ozono rompen los enlaces químicos en el NBR insaturado.El craqueo por ozono es común cuando el caucho de nitrilo butadieno (NBR) se somete incluso a la más mínima deformación.Una solución es inyectar cera en el NBR, creando una barrera antiozono que protege el NBR.Desafortunadamente, la cera no cambia el enlace químico del NBR.Si el NBR se expone a condiciones ambientales que eliminan la cera, vuelve a ser susceptible a la degradación.Algunos poliuretanos especiales utilizados en sellos para energía eólica son naturalmente resistentes al ozono.
El módulo elástico, la resistencia y el alargamiento del poliuretano son dos o tres veces superiores a los de la mayoría de los NBR.Como resultado, las juntas de poliuretano pueden soportar mayores deformaciones mecánicas y soportar cargas mecánicas más elevadas.
Un NBR típico tiene un módulo elástico de 10 a 15 MPa y una resistencia a la tracción de 20 MPa.La mayoría de los poliuretanos tienen un módulo elástico de 45 a 60 MPa y una resistencia a la tracción de 50 a 60 MPa.Esto significa que el material es menos duro que el NBR, lo que significa una mejor retención de la forma y una mayor resistencia a las cargas de presión.
En las turbinas eólicas 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 una opción natural para los sellos de energía eólica debido a sus propiedades mecánicas superiores, mejor resistencia al ozono, menores tasas de desgaste y temperaturas de funcionamiento más bajas.A continuación se presentan dos familias de aplicaciones para las que el poliuretano es muy adecuado.La imagen de la izquierda muestra las características simuladas de deformación y contacto de un sello de rodamiento de poliuretano.La imagen de la derecha muestra el sello de turbulencia System Seals, un sello del cojinete principal que bombea continuamente lubricante de regreso al depósito a medida que el cojinete gira.
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Hora de publicación: 24 de diciembre de 2023