Más potencia, más eficiencia: cómo los rodamientos de rodillos cónicos están transformando la industria eólica

Como gerenta de crecimiento estratégico en energía eólica, el trabajo de Marlé Fernandes es mantener a Timken a la vanguardia de la transición mundial hacia las energías renovables.

Timken es una empresa impulsada por la ingeniería que se nutre de la innovación, y las tendencias apuntan a una creciente necesidad de rodamientos de rodillos cónicos (TRB, tapered roller bearings) en las turbinas eólicas, una tecnología que los ingenieros de Timken llevan perfeccionando más de un siglo.

Fernandes dedica su tiempo a evaluar las macrotendencias del mercado y se asegura de que los ingenieros de Timken cuenten con los recursos y la tecnología necesarios para ayudar a los clientes que fabrican y operan turbinas eólicas a liderar en un sector extremadamente competitivo.

Un sector en constante crecimiento y evolución

Las macrotendencias no son difíciles de identificar. “La energía eólica está creciendo. Somos optimistas”, dice Fernandes. “Las energías renovables están cobrando gran impulso, y la eólica es un gran pilar entre ellas”. Los actores corporativos están impulsando nuevos objetivos ambientales, sociales y de gobierno (ESG, Environmental Social and Governance) y de responsabilidad social corporativa (CSR, Corporate Social Responsibility) y confían en las fuentes de energía renovable para ayudar a alcanzarlos.

El tamaño físico de las turbinas eólicas también está creciendo porque cuanto más grande es la turbina, más eficiente es su producción de energía. “Todos están ansiosos por lanzar la siguiente turbina más grande”, asegura Fernandes. “Mientras trabajamos en una, se está presentando otra. Es un mercado muy dinámico”.

Esas enormes turbinas, en definitiva, deben demostrar su enorme confiabilidad”, continúa. “Las energías renovables tienen que producir electricidad a un valor asequible para competir con los demás sistemas, por lo que la confiabilidad y el costo son clave”.

Los límites de los rodamientos de rodillos esféricos en la posición del eje principal

La industria de la energía eólica comercial actual comenzó a despegar en Europa en la década de 1990, cuando un paquete de rodamiento de rodillos esféricos (SRB, spherical roller bearing) de hilera doble ocupaba la posición del eje principal en la mayoría de las turbinas. Los diseñadores previeron una gran desalineación de los rodamientos durante las ráfagas de viento y los vendavales, y los SRB son eficaces en la desalineación.

A mediados de la década de 2000, las turbinas alcanzaban una capacidad de varios megavatios, pero la disposición en el eje principal del SRB presentaba un alto índice de fallos.

“Los ingenieros de Timken lo analizaron y concluyeron que, en realidad, los SRB tienen un buen desempeño para la desalineación, pero no para la carga axial”, explica Fernandes. “Una fuerte carga axial en un SRB puede dañar el rodamiento y provocar una transferencia de carga no deseada al siguiente componente (en este caso, la caja de engranajes), una carga para la que no está diseñado”.

Timken ayudó a los clientes del mercado de posventa a extender la vida útil de la turbina al cubrir los SRB del eje principal con el recubrimiento cerámico resistente al desgaste ES302 de la empresa. Los ingenieros de Timken, además, se han forjado una excelente reputación por colocar rodamientos de rodillos cónicos y cilíndricos confiables en las cajas de engranajes de las turbinas.

También diseñaron el rodamiento de rodillos cónicos de doble hilera interior (TDI) para aplicaciones eólicas, que brindó una solución inmediata para muchos SRB del eje principal.

“Algunos fabricantes de equipos originales aún instalan turbinas nuevas con rodamientos ultra grandes de entre cuatro y seis metros”, señala Fernandes, “pero esos diseños tienen sus problemas. En primer lugar, no son soluciones escalables. Con esos rodamientos ultra grandes, se enfrentan directamente al problema de la capacidad de fabricación industrial. No hay muchas aplicaciones en el mundo que necesiten un anillo de seis metros de diámetro”.

El futuro 2TS

A medida que crecía el tamaño de las turbinas, los diseñadores de equipos originales descubrieron que podían reducir aún más el tamaño de los rodamientos aumentando la distancia entre las dos hileras de rodamientos con el liderazgo de Timken. En lugar de instalar un único rodamiento de hilera doble, comenzaron a modificar el diseño para instalar dos rodamientos de hilera única, separados entre sí, lo que hizo que el sistema fuera más rígido y capaz de soportar mayores cargas. Ahora, a medida que las turbinas aumentan de tamaño, los rodamientos y los componentes auxiliares pueden mantener un tamaño razonable y ser eficientes en términos de costos.

Debido a que los fabricantes de rodamientos diseñan los dos rodamientos de hilera única de forma independiente, pueden determinar exactamente lo que la aplicación necesita en cada punto de carga. “El diseño de dos rodamientos nos ayuda a cubrir mucho más terreno en términos de confiabilidad. Un TRB es una mejor solución porque se puede gestionar y diseñar en el ángulo correcto para manipular la carga axial y radial”, explica Fernandes.

Timken creó un negocio próspero al servicio de la industria de la energía eólica, no solo con rodamientos, sino también con acoplamientos y sistemas de lubricación automática. “Nuestra participación en el mercado de las cajas de engranajes demuestra que la industria confía en nosotros”, afirma.

Con un creciente interés en los TRB, en particular en los dos rodamientos simples cónicos (2TS) en las posiciones del eje principal de las turbinas, Fernandes espera que la reputación de Timken por su experiencia en energía eólica se fortalezca durante la próxima década.

“Tenemos una posición de liderazgo de larga data en rodamientos de rodillos cónicos”, señala Fernandes. “También tenemos una perspectiva única, con una amplia visión de diferentes aplicaciones, diferentes posiciones en la caja de engranajes y diferentes líneas de productos de transmisión de potencia. Este conocimiento nos ayuda a comprender las aplicaciones de la energía eólica de manera innata para poder seguir impulsando la innovación en las energías renovables”, concluye.

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Los diseñadores de turbinas eólicas acuden a Timken para obtener soluciones técnicas en todo el tren de transmisión. Lea cómo las capacidades de la empresa en materia de acoplamientos y otros componentes de transmisión de potencia ayudan a que la energía eólica sea más viable desde el punto de vista técnico y económico.

Published: 2022/03/17