Manutenção Industrial - Mancais

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Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul Faculdade de Engenharia Engenharia de Controle e Automação

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TRABALHO DE AVALIAÇÃO EM GRUPO

MANUTENÇÃO INDUSTRIAL

Prof. Edir dos Santos Alves

NOMES: Sulivan Grassi Geyer

  Enrique Choynowski Melgarejo

Porto Alegre, 25 de junho de 2013.

Introdução

        

Mancais são elementos de máquinas que permitem movimento relativo orientado entre outros dois elementos, durante a transmissão de força entre os mesmos. Geralmente as cargas são transmitidas para uma árvore, que necessita de um par de mancais para se manter estável com suas cargas aplicadas e ao mesmo tempo permitir que a mesma gire livremente.

Os mancais podem ser classificados em dois tipos básicos:

• Mancais de rolamento
• Mancais de Deslizamento

Os mancais anti-fricção ou de rolamento, vulgarmente conhecidos como rolamentos, compõem-se de quatro partes, a saber: um anel interno, elementos rolamentos e espaçadores. As três primeiras partes são feitas de aço extremamente duro, com acabamento espelhado, enquanto os espaçadores são de metal mais mole para não danificar os elementos rolantes.

De acordo com o tipo de elementos rolantes, podem os mancais de rolamentos ser classificados em:

• Mancais de esferas;
• Mancais de rolos cilíndricos;
• Mancais de rolos cônicos;
• Mancais de agulhas (quando o diâmetro dos rolos cilíndricos é muito pequeno em relação ao comprimento).

Os mancais de rolamentos são fabricados dentro de tolerâncias rigorosas, quando em serviço, os elementos rolantes e as pistas se deformam e a deformação produz calor, que, somando ao calor gerado pelo atrito, deve ser dissipado, em parte, pelo lubrificante.

A lubrificação dos mancais é extremamente importante para a vida útil dos rolamentos, o óleo contido na graxa forma uma película protetora separando e evitando o contato entre as partes girantes, protegendo contra desgaste e corrosão. Além da função de lubrificação dos rolamentos, a graxa executa uma vedação impedindo a entrada de contaminantes como o pó, minérios e água nos mancais. A presença de contaminantes nos mancais prejudica severamente os rolamentos reduzindo sua vida útil. Dessa forma, é muito importante que a periodicidade e quantidade de graxa sejam seguidas, além de cuidados básicos no momento da lubrificação como, por exemplo, limpar o bico das graxeiras antes de lubrificar.

Em resumo, as principais funções de um lubrificante para rolamentos são reduzir o atrito de deslizamento entre os elementos rolantes e separados, proteger as superfícies contra a ferrugem ou corrosão, dissipar o calor gerado e também completar a vedação do conjunto, a fim de evitar a penetração de qualquer impureza.

Estas funções são mais bem exercidas por um óleo especialmente tratado, mas atualmente já é difundido o uso da graxa, que se revela menos eficiente apenas no que diz respeito á refrigeração, por outro lado, é mais eficiente que o óleo, no que se refere á vedação.

Além dos problemas relacionados à falta de lubrificação, o excesso de graxa nos mancais também pode gerar problemas, pois a lubrificação excessiva poderá ocasionar superaquecimento e com isto reduzir a vida útil do rolamento. A presença de altas temperaturas nos mancais faz com que a graxa se liquefaça e escorra do mancal, logo excesso é tão prejudicial quanto à falta.

Neste trabalho abordaremos o tema da lubrificação de mancais, simulando a seleção de um rolamento de esferas para uma determinada aplicação, bem como seleção da graxa mais adequada, cálculo de tempo de re-lubrificação, evidenciando com números a sua importância no mantimento da vida útil do mancal.

        Foram utilizados para elaboração deste trabalho catálogos eletrônicos via web. Para mancais de rolamento do fabricante SKF, através do endereço eletrônico http://www.skf.com/br/knowledge-centre/engineering-tools/skflubeselectforskfgreases.html e para mancal de deslizamento do fabricante IGUS, através do site .

Atividade Proposta

        Fazer livremente a seleção de rolamentos rígidos com uma carreira de esferas (pelo menos três pares de mancais), com diâmetro mínimo do anel interno de 30 mm, para que os mesmos tenham uma vida mínima de 5.800 horas de operação e operem com rotações diferentes do anel interno (a ser definida pelo aluno), com valor máximo limitado em 4.000 RPM. Para cada um dos pares de mancais a serem especificados, deve:

• Estimar um valor de carga (estabelecer uma margem de segurança) e a melhor dimensão do rolamento.
• Determinar o intervalo de troca do lubrificante para uso de graxa e a sua quantidade.
• Especifique as frequências que caracterizam falhas nos componentes do rolamento (anéis interno e externo e elementos rolantes). Sugira uma forma de vigilância para uma dessas falhas fornecendo um alarme para uma tendência de falha.
• Determinar qual a % de redução da vida rolamento, conforme carga estimada se a mesma aumentar em 20%, 30% e 40%.
• Substituir um dos mancais de rolamento (com as mesmas características de operação especificada) por um mancal de deslizamento, preferencialmente sem relubrificação e especificar o intervalo de troca. Para essa alteração comentar as principais diferenças tanto em operação como as características técnicas mais relevantes que viabilizam o emprego.

Premissas de projeto

• Temperatura ambiente: de -10° C a 35° C
• Temperatura nominal de operação: 73° C
• Temperatura mínima de operação: 65° C
• Temperatura máxima de operação: 80° C
• Máxima Rotação: 4000 RPM
• Vida Mínima de operação: 5800 horas
• Diâmetro mínimo do anel interno: 30 mm.
• Ciclo de Operação 08h/dia
• Ambiente de baixa Contaminação
• Aplicação sem carga de Choque

A vida característica em horas de operação de um rolamento é determinada pela equação.

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Onde isolando a carga, obtemos:

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        Utilizando a equação acima, variando a rotação de operação, obtemos os seguintes valores de carga máxima de operação em cada rotação, objetivando manter a vida característica de operação do rolamento em 5800hs.

Propriedades das Graxas

        Em uma determinada condição de operação, é necessário o emprego de uma graxa com propriedades tais, que permitam uma lubrificação satisfatória.