Sustitución de ruedas de poliuretano NDI para equipos portuarios de servicio pesado: un caso de validación en campo.

Los equipos portuarios de alta resistencia imponen exigencias excepcionales a las ruedas de carga. Las grúas de muelle, las grúas pórtico sobre raíles y los vehículos guiados automáticamente (AGV) para contenedores operan bajo cargas elevadas repetidas, arranques y paradas frecuentes, contacto rodante continuo y condiciones costeras exigentes. En este proyecto, el equipo original del cliente utilizaba ruedas de poliuretano NDI importadas a base de Vulkollan®, pero los largos plazos de entrega internacionales y la disponibilidad limitada de repuestos generaron un riesgo de mantenimiento cada vez mayor.

El cliente ya había probado reemplazos convencionales de poliuretano MDI, pero las ruedas de prueba se calentaban, se ablandaban durante el funcionamiento, se desgastaban rápidamente y presentaban desgarros locales y delaminación del poliuretano al metal. Por lo tanto, se le pidió a PEPSEN que desarrollara un Alternativa a la rueda de poliuretano NDI que pudiera validarse comparándola con las ruedas originales en condiciones de funcionamiento reales, en lugar de aceptarla basándose únicamente en los datos del material.

Resumen del proyecto

¿Por qué falló el reemplazo anterior de la rueda de poliuretano?

El cliente no buscaba simplemente una rueda con las mismas dimensiones y dureza. La experiencia previa con reemplazos demostró que, para esta aplicación, simplemente cumplir con las especificaciones estáticas no era suficiente.

La maquinaria portuaria se somete a ciclos de carga repetidos. Cada rotación deforma la banda de rodadura de poliuretano y libera parte de esa energía de deformación en forma de calor. Si el elastómero presenta una histéresis excesiva, la temperatura interna puede seguir aumentando durante un funcionamiento prolongado. El ablandamiento resultante puede acelerar el desgaste, aumentar la deformación y hacer más probable el daño en los bordes.

La adherencia fue otro modo crítico de fallo. Bajo cargas elevadas de las ruedas y torsión repetida, la capa de poliuretano y el núcleo metálico experimentan una tensión de cizallamiento continua. Una preparación inadecuada de la superficie, una selección incorrecta de la imprimación o un control deficiente del proceso pueden provocar que se inicie una separación localizada en la interfaz y que, con el tiempo, se produzca una delaminación visible.

Las ruedas averiadas recogidas en la obra demostraron con exactitud por qué este proyecto debía tratarse como una sustitución de ingeniería en lugar de una simple sustitución de materiales.

Partiendo de las condiciones reales de funcionamiento

Dado que el cliente ya había experimentado varios intentos fallidos de reemplazo, nuestro primer paso fue no recomendar un poliuretano estándar. El equipo de PEPSEN revisó el entorno operativo real y el estado de falla de las ruedas usadas.

• Condiciones de carga continua e intermitente durante la operación portuaria
• Aceleraciones, frenadas y cambios de dirección repetidos
• Temperatura de funcionamiento y acumulación de calor durante ciclos prolongados.
• Carga en los bordes y concentración de tensiones localizadas
• Patrón de desgaste en las ruedas originales y en las previamente reemplazadas.
• Estado de la unión poliuretano-metal después del servicio
• Exposición a la humedad y a las condiciones ambientales costeras.

A partir de esta revisión, definimos el objetivo de reemplazo en torno a cuatro requisitos prácticos: controlar la acumulación dinámica de calor, mantener la resistencia al desgarro y a la fatiga bajo cargas repetidas, mejorar la resistencia a la humedad y al desgaste relacionados con el servicio, y crear una unión estable entre el poliuretano fundido y el núcleo de la rueda de acero.

Este mismo enfoque basado en la aplicación se utiliza para otros ruedas de poliuretano personalizadas donde deben considerarse conjuntamente la carga, la velocidad, la temperatura, la geometría de la banda de rodadura y el diseño del núcleo metálico.

Ingeniería de la rueda de poliuretano NDI

Para la rueda de repuesto, PEPSEN utilizó un sistema de poliuretano fundido basado en NDI y ajustó la formulación y el proceso de fabricación al ciclo de trabajo del cliente. El objetivo era reducir la pérdida de energía dinámica manteniendo la resistencia y el rendimiento frente al desgaste necesarios para un contacto de rodadura intenso.

La selección de materiales fue solo una parte de la solución. También optimizamos la preparación del núcleo metálico y el proceso de unión. La superficie de acero se preparó para crear un sustrato de unión uniforme, seguido de procedimientos controlados de imprimación y fundición diseñados para reducir el riesgo de fallas en la interfaz bajo cargas repetidas.

Se revisaron simultáneamente la geometría de la rueda y la calidad de la fundición. Durante la fase inicial de pruebas, aparecieron pequeñas grietas alrededor de un borde sometido a tensión localizada. En lugar de considerar el primer prototipo como la solución definitiva, el equipo ajustó el proceso de fundición y la estructura del producto antes de continuar con la validación en condiciones reales.

Validación en laboratorio antes de la sustitución en campo.

El plan de validación se diseñó por etapas de forma deliberada. Antes de instalar una mayor cantidad, se evaluaron las ruedas de prueba para detectar los modos de fallo más relevantes en esta aplicación.

1. Evaluación de la resistencia de la unión

Se realizaron pruebas de adherencia para comprobar si la interfaz poliuretano-metal podía soportar las tensiones mecánicas previstas durante el funcionamiento. Esto era especialmente importante, ya que la delaminación había sido uno de los fallos que el cliente había experimentado anteriormente.

2. Monitoreo de la acumulación de calor

Se realizó un monitoreo térmico durante el funcionamiento dinámico para observar cómo evolucionaba la temperatura de la rueda bajo deformación repetida. El objetivo no era simplemente registrar una temperatura superficial inicial, sino determinar si el calor seguía acumulándose a medida que avanzaba la prueba.

3. Pruebas de vida útil dinámica

Las ruedas también se sometieron a pruebas en un banco de pruebas dinámico para observar su comportamiento de rodadura, el estado de su superficie y el desgaste progresivo durante ciclos repetidos. Si bien las pruebas de laboratorio no pudieron reproducir completamente todas las condiciones del puerto, ayudaron a evaluar el diseño antes de su instalación en campo.

Pruebas de campo en condiciones reales de operación portuaria

Tras la fase de laboratorio, se instaló un lote piloto para realizar pruebas de campo. El cliente y PEPSEN monitorizaron el estado de las ruedas durante su funcionamiento, en lugar de basarse en una única inspección de aceptación.

Las principales observaciones incluyeron el comportamiento de la temperatura, el desgaste de la banda de rodadura, el estado de los bordes, el agrietamiento y la integridad de la unión entre el poliuretano y el metal. Siempre que fue posible, las ruedas de prueba se compararon con las ruedas originales importadas que funcionaban en las mismas posiciones o en posiciones similares del equipo.

Tras el ajuste de diseño previo, las ruedas de poliuretano NDI optimizadas completaron el período de operación supervisado sin sobrecalentamiento anormal, agrietamiento visible ni delaminación. Su comportamiento de desgaste también fue similar al de la rueda de referencia importada original registrada durante el proyecto.

Este resultado le dio al cliente la confianza suficiente para pasar de una prueba limitada a una sustitución más amplia, en lugar de cambiar todas las ruedas críticas a la vez.

De la validación técnica a un suministro de repuestos más fiable

El resultado de ingeniería era solo una parte del objetivo del cliente. Las ruedas importadas originales funcionaban bien, pero su largo ciclo de adquisición dificultaba la planificación de repuestos. Cuando una rueda crítica fallaba inesperadamente, esperar meses para obtener existencias de repuesto podía generar un riesgo de mantenimiento inaceptable.

Tras la prueba de campo, PEPSEN inició la producción en serie del diseño validado. La fabricación local acortó el ciclo de reposición y redujo la dependencia de la disponibilidad de repuestos en el extranjero. Además, ofreció al cliente una vía técnica directa para futuros ajustes en las dimensiones de la rueda, el diseño del núcleo, la dureza o las condiciones de funcionamiento.

Para proyectos similares, PEPSEN puede fabricar componentes de poliuretano personalizados A partir de los planos del cliente, muestras desgastadas o requisitos de la aplicación, con una selección de materiales basada en la carga real, la velocidad, el entorno y el modo de fallo.

Lo que demuestra este caso

El éxito en la sustitución de ruedas de servicio pesado rara vez se logra simplemente copiando la dureza y las dimensiones. En este proyecto, el trabajo fundamental consistió en relacionar el comportamiento del material con el mecanismo real de falla: acumulación dinámica de calor, carga de desgarro y fatiga, geometría de la banda de rodadura, unión del núcleo metálico y desgaste a largo plazo en condiciones de uso.

El cliente no aprobó la nueva rueda debido a la ficha técnica del laboratorio. La aprobación se obtuvo tras un proceso por etapas que incluyó análisis de fallos, desarrollo de materiales y procesos, pruebas de laboratorio, instalación piloto, monitorización en campo e iteración del diseño. Este proceso de validación fue lo que transformó una rueda de poliuretano NDI, inicialmente propuesta como sustituto, en una solución práctica como pieza de repuesto para equipos portuarios de alta resistencia.

PREGUNTAS FRECUENTES

¿Por qué se utilizan ruedas de poliuretano NDI en equipos portuarios de alta resistencia?

El poliuretano a base de NDI puede seleccionarse para aplicaciones que requieren una combinación de alta capacidad de carga, baja generación de calor dinámico, resistencia al desgaste, resistencia al desgarro y resistencia a la fatiga. El rendimiento final depende, en última instancia, de la formulación, la dureza, la geometría de la rueda, el diseño del núcleo metálico y el control de fabricación.

¿Por qué puede fallar una rueda de poliuretano MDI estándar en la misma aplicación?

Un poliuretano MDI estándar no es automáticamente inadecuado, pero una formulación diseñada para uso industrial general puede generar demasiado calor o carecer de la resistencia a la fatiga, al desgarro o de la adherencia necesarias para una rueda portuaria sometida a carga continua. El sistema de materiales debe adaptarse al ciclo de trabajo real.

¿Puede una llanta de poliuretano NDI reemplazar a una llanta de Vulkollan®?

Puede desarrollarse como alternativa, pero su reemplazo debe validarse para la aplicación específica. Entre los factores importantes se incluyen la carga de la rueda, la velocidad, la temperatura de funcionamiento, el ciclo de trabajo, las dimensiones, la dureza, el diseño del núcleo metálico y la tasa de desgaste aceptable. PEPSEN recomienda realizar pruebas de prototipos y comparaciones en condiciones reales antes de un reemplazo generalizado en equipos críticos.

¿Qué pruebas se deben realizar antes de aprobar una rueda de poliuretano de alta resistencia?

Las pruebas deben centrarse en los riesgos reales de fallo. Según la aplicación, esto puede incluir la resistencia de la unión poliuretano-metal, la acumulación dinámica de calor, la estabilidad dimensional, el desgaste, la rotura o el comportamiento ante la fatiga, y una prueba de campo controlada en condiciones de funcionamiento representativas.

¿Qué información necesita PEPSEN para evaluar un reemplazo de llanta personalizado?

La información útil incluye un dibujo o muestra, el diámetro y el ancho de la rueda, las dimensiones del núcleo metálico, la dureza y el material actuales, la carga de la rueda, la velocidad de funcionamiento, el ciclo de trabajo, la temperatura de funcionamiento, la exposición ambiental y una descripción o fotografías del modo de fallo actual.

Nota sobre la marca registrada: Vulkollan® es una marca registrada de Covestro. En este caso, las referencias identifican el material original de la llanta del cliente y el estándar de rendimiento utilizado para el proyecto de reemplazo. Las llantas de poliuretano NDI fabricadas de forma independiente por PEPSEN no deben considerarse productos Vulkollan® originales a menos que se indique específicamente.