Rodamientos de manguito frente a rodamientos de bolas para ventiladores de refrigeración

Introducción: Rodamientos para ventiladores de refrigeración

La elección del rodamiento para los ventiladores de refrigeración es un factor determinante del rendimiento del ventilador, su vida útil y la eficiencia energética general. Los manguitos y las bolas son los dos rodamientos más utilizados en los ventiladores de refrigeración. Es necesario conocer las diferencias entre estos dos tipos de rodamientos para tomar una decisión informada a la hora de elegir un ventilador que se adapte a sus necesidades.

En este blog, profundizaremos en los rodamientos de manguito y los rodamientos de bolas describiendo sus características únicas, ventajas e inconvenientes. También examinaremos su rendimiento en términos de esperanza de vida, niveles de ruido y rentabilidad, entre otros. El objetivo de este artículo es ofrecerle una idea clara de qué tipo de rodamiento es el más adecuado para sus necesidades de refrigeración, ya sea para fines industriales o para nuevas soluciones energéticas.

¿Qué son los rodamientos de manguito?

Un cojinete de manguito, o casquillo, es un tipo de cojinete básico y relativamente barato que se compone de un orificio cilíndrico fabricado con un metal blando o un material polimérico. El eje del ventilador gira dentro de este manguito y el cojinete funciona sobre una fina película de aceite para minimizar la fricción y facilitar la rotación.

Los rodamientos de manguito se utilizan habitualmente en ventiladores de refrigeración por su sencillez, bajo coste y reducido tamaño. Son los más adecuados para aplicaciones de baja velocidad y pequeñas cargas radiales. No obstante, los cojinetes de manguito presentan algunas desventajas, como una vida útil más corta que la de los cojinetes de bolas y un rendimiento deficiente a altas temperaturas.

Ventajas y limitaciones de los rodamientos de manguito en la refrigeración industrial

Ventajas de los rodamientos de manguito en la refrigeración industrial:

Rentabilidad: En comparación con otros tipos, los manguitos son menos caros, por lo que resultan más asequibles para proyectos con presupuestos ajustados.
Diseño y construcción sencillos: El diseño de un manguito cilíndrico es básico, por lo que puede fabricarse e instalarse fácilmente, lo que reduce el coste y la complejidad en general.
Pequeño arranque par de torsión: Los rodamientos de manguito tienen un par de arranque pequeño debido a la fina película de lubricante que utilizan; esto los hace buenos para aplicaciones que implican frecuentes paradas y arranques.
Puede montarse en vertical: El montaje vertical de un cojinete de manguito no requiere ningún soporte adicional, por lo que simplifica el proceso de diseño de los sistemas de refrigeración.

Desventajas del uso de cojinetes de manguito en la refrigeración industrial:

Vida útil limitada: Por término medio, los rodamientos de manguito duran entre 30.000 y 50.000 horas, según una investigación del IEEE (IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 45, n.º 1, 2009), en función de las prácticas de mantenimiento y de las condiciones de funcionamiento; esta duración es inferior a la de otros tipos de rodamientos, por ejemplo, los de bolas.
Naturaleza sensible a la temperatura: Los lubricantes empleados dentro de los sistemas de cojinetes de manguito pueden degradarse a temperaturas más altas, provocando un aumento de la fricción y desgaste; la mayoría de estos lubricantes siguen siendo eficaces hasta unos 158 °F, a partir de los cuales su rendimiento disminuye rápidamente (Machine Design, "Selecting The Right Bearing For Your Application",2018).

Sin embargo, a pesar de que se conocen estas desventajas, los manguitos se siguen utilizando ampliamente en muchas industrias debido principalmente a su simplicidad y bajo coste. Por lo tanto, a la hora de seleccionarlos para su uso en sistemas de refrigeración industrial, hay que tener en cuenta factores como la velocidad, la carga, el rango de temperatura, etc., de modo que se pueda lograr la máxima eficiencia y, al mismo tiempo, garantizar un funcionamiento fiable durante toda la vida útil prevista del sistema.

¿Qué son los rodamientos de bolas?

Un rodamiento de bolas es un tipo de rodamiento más sofisticado y duradero que consiste en una serie de bolas metálicas que ruedan entre dos anillos metálicos concéntricos conocidos como pistas. Suelen estar fabricados con acero o materiales cerámicos de alta calidad y ofrecen un movimiento suave y de baja fricción para el eje del ventilador.

Los rodamientos de bolas son más eficaces, duraderos y pueden funcionar a velocidades y temperaturas más elevadas que los rodamientos de manguito. También es menos probable que se contaminen o se llenen de polvo, lo que los hace ideales para su uso en condiciones industriales duras.

Ventajas e inconvenientes de los rodamientos de bolas para las necesidades de refrigeración de las nuevas energías

Ventajas de los rodamientos de bolas en la refrigeración industrial:

Mayor vida útil y durabilidad: Los rodamientos de bolas pueden soportar mayores cargas y velocidades, lo que se traduce en un servicio más prolongado en comparación con los rodamientos de manguito. Por ejemplo, la investigación de la Universidad de Michigan muestra que los rodamientos de bolas en condiciones óptimas pueden durar hasta 10 veces más que los cojinetes de manguito (Universidad de Michigan, Departamento de Ingeniería Mecánica, 2018).

Reducción de la fricción y funcionamiento más suave: Las bolas metálicas de los rodamientos de bolas ruedan suavemente. Para minimizar las pérdidas por fricción y el derroche de energía, reducen la fricción, lo que suaviza el proceso de funcionamiento y mejora la eficiencia del ventilador de refrigeración.

Menos ruido, especialmente a altas velocidades: Los rodamientos de bolas producen menos vibraciones y ruido que los rodamientos de manguito. Esto se nota especialmente a velocidades de funcionamiento más elevadas. Las aplicaciones poco ruidosas deberían considerar el uso de rodamientos de bolas.

Dirección de montaje versátil: Tanto si se orientan horizontalmente, verticalmente o en otras posiciones, no afecta a su rendimiento, ya que no necesitan ningún soporte adicional.

Inconvenientes de la utilización de rodamientos de bolas en la refrigeración industrial:

Mayor coste en relación con el rodamiento de manguito: Son más caros que los cojinetes de manguito porque tienen un diseño complejo que requiere materiales de primera calidad para su construcción. A la larga, esto puede influir en el coste total de un sistema de refrigeración.

Arranque ligeramente superior par de torsión: En comparación con los rodamientos de manguito, los rodamientos de bolas pueden requerir un par de arranque ligeramente superior debido a la resistencia inicial entre las bolas y las pistas de rodadura. En situaciones de arranque con cargas duras o a baja temperatura, esto podría ser importante a la hora de seleccionar ventiladores para aplicaciones de refrigeración.

Sin embargo, a pesar de estas desventajas, muchas industrias siguen prefiriendo utilizarlos como sistemas de refrigeración industrial. Entre sus ventajas se incluyen la fiabilidad a largo plazo, la menor necesidad de mantenimiento y la capacidad de soportar altas temperaturas y cargas, entre otras. La selección del tipo adecuado para su aplicación, así como la estrecha colaboración con su proveedor de rodamientos, también le ayudarán a garantizar la elección de un rodamiento del tamaño correcto para su sistema de refrigeración. Estos factores incluyen la velocidad, el rango de temperatura, las condiciones de carga, etc.

Análisis del rendimiento: Cojinete de manguito vs. Rodamiento de bolas

Característica	Cojinete de manguito	Rodamiento de bolas
Vida útil	Vida útil más corta (de 30.000 a 70.000 horas de media)	Mayor vida útil (hasta 10 veces más que los cojinetes de manguito)
Niveles de ruido	Menor nivel de ruido, especialmente a baja velocidad	Mayores niveles de ruido en comparación con los cojinetes de manguito
Par de arranque	Menor par de arranque	Par de arranque ligeramente superior
Temperatura de funcionamiento	Limitado por el lubricante, normalmente hasta 70°C (158°F)	Mayor tolerancia a la temperatura, hasta 120°C (248°F) o más
Coste	Más rentable	Mayor coste inicial
Durabilidad	Menos duradero, más susceptible al desgaste	Más duradero, diseñado para cargas y velocidades más elevadas
Fricción	Mayor fricción debido a la degradación del lubricante con el tiempo	Menor fricción debido al movimiento de rodadura de las bolas metálicas
Orientación de montaje	Adecuado para montaje vertical sin soporte adicional	Orientación de montaje versátil, puede montarse horizontal o verticalmente

Vida útil y durabilidad

Cuando se piensa en la vida de servicio del ventilador o en su durabilidad, los rodamientos de bolas suelen durar más que los cojinetes de manguito. Las bolas y pistas metálicas del interior de los rodamientos de bolas/rodillos están fabricadas para soportar cargas y velocidades más elevadas que los cojinetes de manguito, lo que se traduce en una mayor vida útil del ventilador. Por el contrario, los cojinetes de manguito dependen de una fina película de lubricante que puede deteriorarse con el tiempo, lo que provoca más fuerzas de fricción y un mayor desgaste, afectando así a su rendimiento.

Los rodamientos de bolas pueden durar diez veces más que los rodamientos de manguito, como demuestra un estudio realizado en la Universidad de Michigan en condiciones ideales (Fuente: Universidad de Michigan, Departamento de Ingeniería Mecánica, 2018).

Niveles de ruido y eficiencia operativa

Hay que tener en cuenta los niveles de ruido que emiten los ventiladores antes de seleccionar cualquier tipo de rodamiento, especialmente los diseñados para aplicaciones específicas. En comparación con los rodamientos de bolas, los rodamientos de manguito tienen menos ruido, sobre todo a bajas revoluciones por minuto, principalmente porque hay un enlace continuo y suave entre el eje y la superficie.

Sin embargo, los rodamientos de bolas proporcionan una mayor eficacia operativa, especialmente cuando giran a altas velocidades. El movimiento de rodadura de las bolas metálicas en estos dispositivos reduce la fricción, lo que mejora el rendimiento del soplante y, por tanto, ahorra energía.

Rodamientos del ventilador de refrigeración

Par de arranque

Esta fuerza se denomina par de arranque y suele variar de un tipo de ventilador a otro. En este caso, sin embargo, los rodamientos de manguito tienen ventaja sobre los rodamientos de bolas, ya que tienen pares de arranque más bajos. La presencia de una pequeña cantidad de lubricante en ellos ayuda a conseguir esta condición, lo que los hace adecuados para sistemas de aplicación frecuente de arranque-parada.

Por el contrario, la resistencia inicial entre pistas y bolas hace que los rodamientos de bolas tengan un par de arranque más elevado. Este factor también puede ser relevante cuando existe una carga al iniciar el giro o cuando la temperatura del aire está cerca del punto de congelación.

Temperatura de funcionamiento

Esto significa que ventiladores o sopladores de refrigeración deben funcionar dentro de ciertos límites de temperatura; de lo contrario, no se conseguirán las prestaciones deseadas debido a los diferentes comportamientos que presentan ambos tipos, es decir, se comportan de forma diferente cuando están sometidos a calor. Los rodamientos de manguito suelen tener un rango de temperaturas inferior al de los rodamientos de bolas. Los rodamientos de bolas fabricados con bolas y pistas metálicas o cerámicas pueden soportar temperaturas de hasta 120 °C (248 °F), dependiendo de los materiales.

Por otra parte, los cojinetes de manguito sólo pueden llegar tan alto como el lubricante empleado, ya que la mayoría de los lubricantes utilizados en ellos funcionan eficazmente hasta los 70 °C, mientras que por encima de este punto empiezan a degradarse hasta que ya no pueden lubricar.

Relación coste-eficacia

La decisión entre rodamientos de manguito y de bolas suele tener en cuenta la rentabilidad, sobre todo en función de los requisitos específicos de la aplicación. Los diseños y costes asociados a los ventiladores con cojinetes de bolas son más complicados que los de los ventiladores con cojinetes de manguito, lo que encarece su adquisición.

No obstante, es esencial tener en cuenta los costes globales que supondría cada tipo de rodamiento con el paso del tiempo. En otras palabras, aunque pueda parecer que los rodamientos de bolas son mucho más caros inicialmente, su mayor vida útil, unida a una mayor eficiencia, podría significar una reducción de los gastos de mantenimiento y sustitución al final, lo que añadiría valor al servicio al cliente.

Varias recomendaciones específicas para cada aplicación

Buenas prácticas para los sistemas de refrigeración industrial

La única forma de conseguirlo es tener en cuenta los requisitos particulares de su aplicación a la hora de diseñar un sistema de refrigeración industrial para maquinaria o soplantes. Para aplicaciones de baja velocidad y cargas ligeras, los cojinetes de manguito fabricados con diversos materiales pueden ser rentables y suficientemente fiables. Sin embargo, los rodamientos de bolas suelen ser más adecuados para entornos de alta velocidad, alta temperatura o polvo. Esto se debe a que proporcionan más precisión y resistencia.

También existen prácticas recomendadas que deben observarse durante la instalación, el mantenimiento y la lubricación. Éstas le ayudarán a mantener los más altos niveles de rendimiento y durabilidad de sus ventiladores de refrigeración, independientemente del tipo de rodamiento que elija. Esto se aplica a diferentes industrias, ya que cada una tiene sus propios retos y exigencias peculiares.

Optimizar la refrigeración de las nuevas energías con los rodamientos adecuados

En las nuevas aplicaciones energéticas, como las turbinas eólicas y los paneles solares, la elección del rodamiento puede influir considerablemente en el funcionamiento de los sistemas de refrigeración de estas máquinas. En estos casos, se suelen utilizar rodamientos de bolas como elementos del motor, ya que pueden soportar temperaturas y cargas precisas a altas velocidades mejor que cualquier otro rodamiento.

No obstante, es fundamental que consulte a su proveedor sobre qué rodamiento de bolas se adaptará a su aplicación específica, junto con las variaciones de tamaño. Debe tener en cuenta factores como el tamaño del ventilador, la velocidad y las condiciones ambientales, entre otros, para obtener un rendimiento óptimo y una larga vida útil. Los materiales utilizados en la fabricación de estos rodamientos dependen de sus aplicaciones correspondientes, lo que implica que varias industrias podrían utilizar estas piezas.

Aplicaciones de los ventiladores de refrigeración

Ampliación del espectro de rodamientos para ventiladores de refrigeración: Presentamos los cojinetes de fluido

Los cojinetes de fluido, también denominados cojinetes fluidodinámicos (FDB), integran principios de los cojinetes de manguito y de bolas. Utilizan un sistema de lubricación autorregulado, normalmente con una fina película de aceite o grasa intermedia. Esto separa con precisión el eje giratorio de las partes fijas, minimizando así la fricción y el desgaste.

Ventajas de los rodamientos fluidodinámicos

Excelente reducción del ruido: Los cojinetes de fricción son famosos por sus excelentes propiedades de amortiguación del ruido. En este caso, una fina película de lubricante, como la grasa, actúa como un eficaz amortiguador del ruido. Esto hace que sean mucho menos ruidosos que los rodamientos de manguito. Por ejemplo, los cojinetes de fluido funcionan bien en entornos sensibles al ruido, como ordenadores domésticos, oficinas o bibliotecas, que exigen bajos niveles de ruido.

Longevidad y durabilidad: El sistema de autolubricación utilizado en los cojinetes de fluido los hace muy duraderos y resistentes. Como resultado, el desgaste disminuye gracias a este sistema. Además, la deflexión se minimiza mediante una separación exacta del eje giratorio de la sección inmóvil, lo que garantiza un rendimiento constante durante largos periodos. De este modo, se garantiza una vida útil más larga y, por tanto, menores costes de mantenimiento.

Mejor arrastre: Las bajas pérdidas por fricción de los cojinetes de fluido mejoran la eficiencia energética y, por tanto, reducen el consumo de energía. Las pérdidas de energía se reducen reduciendo las holguras entre los ejes y la superficie del rotor mediante una fina película de lubricante . Esto es especialmente importante para las aplicaciones en las que se busca el ahorro de energía.

Gama más amplia de temperaturas de funcionamiento: Los cojinetes de fluido pueden utilizarse en diversos rangos de temperatura, incluidas las temperaturas de funcionamiento más elevadas, lo que significa que pueden encontrarse en entornos extremadamente fríos a calientes. Gracias a su sistema de lubricación autorregulado, se mantienen estables en amplios intervalos de temperatura, por lo que son fiables incluso en condiciones difíciles.

Conclusión

El rendimiento, la fiabilidad y la rentabilidad optimizados sólo pueden mantenerse eligiendo el tipo de rodamiento adecuado para su ventilador de refrigeración. Tanto los rodamientos de manguito como los rodamientos de bolas tienen sus puntos fuertes y débiles, en función de los requisitos específicos de la aplicación.

Comprender las diferencias entre los cojinetes de manguito y los cojinetes de bolas, así como la tecnología emergente en torno a los cojinetes fluidodinámicos, puede ayudarle a tomar una decisión informada que mantendrá su sistema de refrigeración funcionando sin problemas durante años.

A la hora de diseñar refrigeradores industriales u optimizar otros nuevos basados en la energía, es importante que colabore estrechamente con su proveedor de rodamientos, teniendo en cuenta factores como la velocidad, la temperatura, la capacidad de carga, las condiciones ambientales, etc., con el fin de elegir el mejor tipo de rodamiento para los requisitos específicos.

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