Sebbene la gomma nitrile butadiene (NBR) sia da decenni il materiale di tenuta dominante per le turbine eoliche, i progressi nella formulazione, nella lavorazione e nella progettazione delle guarnizioni in poliuretano stanno rapidamente erodendo la posizione dell'NBR nel settore.Risulta che le proprietà più utili includono resistenza all'usura, compatibilità con i fluidi, resistenza all'ozono, resistenza meccanica e capacità di mantenere tutte queste proprietà a basse temperature.
Il poliuretano è diventato un materiale ideale per sigillare i cuscinetti principali/generatori, i cuscinetti longitudinali e trasversali.Tuttavia, la semplice sostituzione dei materiali in una struttura esistente spesso non è sufficiente.Le guarnizioni devono essere progettate pensando al poliuretano.
Un modo per valutare la resistenza all'usura dei poliuretani è attraverso un test di usura del tamburo standardizzato come ASTM D5963.Questo metodo viene generalmente utilizzato per valutare la gomma, ma si applica anche al poliuretano, soprattutto quando si confrontano i tassi di usura.Di seguito sono riportati i valori degli indici di usura per vari materiali testati da System Seals a Cleveland.Si noti che NBR e HNBR hanno un ARI di circa 1,5, mentre i poliuretani hanno un ARI da 4 a 8. Si tratta di un miglioramento fino a sei volte.
Il poliuretano mantiene i suoi valori ARI nel tempo e dopo l'esposizione a vari fluidi, in particolare fluidi a base oleosa.Un modo per determinarlo è invecchiare i campioni di usura ASTM D5963 in fluidi a 100°C per 90 giorni (80°C per fluidi a base di acqua) e ripetere il test ogni 30 giorni.Di seguito sono riportati i risultati tipici, ma si consiglia di confermare per ciascun liquido.
Figura 3. Ritenzione di ARI in NBR e poliuretano resistente all'idrolisi dopo invecchiamento in olio minerale distillato a 100°C.
Sebbene le specifiche indichino la compatibilità con i fluidi finiti, i test di invecchiamento accelerato (o anni di servizio) dovrebbero determinare le prestazioni e la stabilità a lungo termine dei materiali esposti a fluidi specifici.System Seals esegue test sulla compatibilità dei fluidi per 90 giorni anziché il test standard di 168 ore poiché System Seals rileva costantemente cambiamenti significativi nelle proprietà chiave del materiale dopo 168 ore di esposizione al fluido.
Il poliuretano personalizzato presenta una migliore resistenza ai fluidi rispetto all'NBR nei lubrificanti più comuni nel settore dell'energia eolica.Di seguito è riportata una tabella di compatibilità per questi famosi lubrificanti.
È noto che l'NBR è suscettibile all'ozonolisi, ovvero quando le molecole di ozono rompono i legami chimici nell'NBR insaturo.La rottura dell'ozono è comune quando la gomma nitrile butadiene (NBR) è sottoposta anche alla minima deformazione.Una soluzione è iniettare la cera nell'NBR, creando una barriera anti-ozono che protegge l'NBR.Sfortunatamente la cera non modifica il legame chimico dell’NBR.Se l'NBR viene esposto a condizioni ambientali che rimuovono la cera, diventa nuovamente suscettibile al degrado.Alcuni poliuretani speciali utilizzati nelle guarnizioni per l'energia eolica sono naturalmente resistenti all'ozono.
Il modulo elastico, la resistenza e l'allungamento del poliuretano sono da due a tre volte superiori rispetto alla maggior parte degli NBR.Di conseguenza, le guarnizioni in poliuretano sono in grado di sopportare maggiori deformazioni meccaniche e sopportare carichi meccanici più elevati.
Un tipico NBR ha un modulo elastico di 10-15 MPa e una resistenza alla trazione di 20 MPa.La maggior parte dei poliuretani ha un modulo elastico di 45-60 MPa e una resistenza alla trazione di 50-60 MPa.Ciò significa che il materiale è meno duro dell'NBR, il che significa migliore mantenimento della forma e maggiore resistenza ai carichi di pressione.
Nelle turbine eoliche, le alte temperature di solito non sono un problema.Tuttavia, a seconda della posizione e dell'altitudine, non sono rare temperature minime di -40°C.L'NBR standard ha una temperatura operativa minima di -20°C e l'analisi meccanica dinamica ha dimostrato che molti poliuretani per l'energia eolica non sono influenzati da temperature fino a -40°C.
Il poliuretano è una scelta naturale per le tenute per l'energia eolica grazie alle sue proprietà meccaniche superiori, alla migliore resistenza all'ozono, ai tassi di usura inferiori e alle temperature operative più basse.Di seguito sono riportate due famiglie di applicazioni per le quali il poliuretano è particolarmente adatto.L'immagine a sinistra mostra la deformazione simulata e le caratteristiche di contatto di una guarnizione per cuscinetti in poliuretano.L'immagine a destra mostra la guarnizione a vortice System Seals, una guarnizione del cuscinetto principale che pompa continuamente il lubrificante nel serbatoio mentre il cuscinetto ruota.
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Orario di pubblicazione: 24 dicembre 2023