Como otimizar o desempenho dos rolamentos

As máquinas rotativas industriais dependem de rolamentos para reduzir o atrito, o consumo de energia e a geração de calor, ao mesmo tempo que suportam cargas aplicadas cada vez mais pesadas em velocidades mais altas e com um maior grau de precisão. Milhares de tipos e estilos de rolamentos oferecem uma ampla gama de soluções adequadas para aplicações em diversos setores.

No entanto, algumas condições de aplicação apresentarão desafios específicos para os rolamentos, representando ameaças potenciais à otimização do desempenho e da vida útil dos rolamentos. Neste contexto, vários revestimentos especiais para rolamentos foram desenvolvidos para enfrentar ameaças específicas e, no processo, ajudar a melhorar o desempenho dos rolamentos e a operação das máquinas.

A maioria dos tipos de rolamentos pode ser revestida (pelo fabricante) para servir em novas aplicações ou como substitutos imediatos em máquinas existentes. Em ambos os casos, as dimensões do rolamento permanecem inalteradas. Dependendo da formulação e da finalidade, os revestimentos de rolamentos podem reduzir os efeitos prejudiciais da vibração, melhorar o desempenho sob condições de baixa lubrificação, ajudar a prevenir o desgaste adesivo (danos por manchas), melhorar a resistência à corrosão e reduzir o atrito.

Resistência ao desgaste

Os rolamentos em serviço podem estar sujeitos a desgaste por vários motivos, seja devido a más condições de lubrificação (associadas a altas temperaturas e/ou baixas viscosidades do lubrificante), mudanças repentinas na carga ou velocidade, vibração estacionária e/ou partículas ou contaminantes líquidos. Tudo isso pode levar a uma vida útil significativamente mais curta dos rolamentos (e das máquinas) ao longo do tempo.

Fornecendo uma defesa eficaz contra o desgaste prematuro do rolamento e outras condições, um revestimento de carbono resistente ao desgaste patenteado, com apenas alguns mícrons de espessura, pode ser aplicado às superfícies de contato internas dos rolamentos (elementos rolantes e/ou pistas). As superfícies de aço revestidas retêm a tenacidade do material subjacente, adotando a dureza aprimorada, as propriedades de atrito reduzidas e a resistência ao desgaste aprimorada do revestimento de carbono, que tem aparência e textura semelhantes às do nitreto de silício (cerâmica).

A execução mais comum envolve o revestimento dos corpos rolantes dos rolamentos, utilizando pistas de aço tradicionais. Durante o período de amaciamento, pequenas quantidades de material de revestimento serão transferidas para as superfícies do balcão. Esta transferência fortalece a redução do atrito e melhora a resistência ao desgaste e aos danos por rebarbação.

As aplicações típicas de revestimento contra desgaste incluem ventiladores industriais, caixas de engrenagens, máquinas de papel e compressores, entre muitos outros. Tal revestimento pode suportar especialmente uma variedade de condições operacionais severas, incluindo riscos de manchas, película de lubrificação insuficiente, mudanças repentinas de carga, cargas leves, mudanças rápidas de velocidade, vibrações e oscilações e alta temperatura operacional. As propriedades exclusivas do revestimento melhoram ainda mais as capacidades de alta velocidade e ajudam a tolerar condições de lubrificação contaminadas e/ou deficientes.

Os resultados esperados para o rolamento revestido incluem maior confiabilidade, maior vida útil e menor chance de falha prematura devido ao atrito, desgaste, tensão superficial e fadiga.

Isolador contra correntes parasitas

Quando uma corrente CA ou CC parasita em um motor ou gerador elétrico usa um rolamento como caminho para o aterramento, provavelmente ocorrerá erosão elétrica do rolamento. As causas mais comuns de corrente elétrica parasita que leva à erosão potencial são assimetria no circuito magnético de um motor, cabos de alimentação não blindados e/ou conversores de frequência de modulação por largura de pulso (PWM) de comutação rápida usados ​​em inversores de frequência variável (VFD).

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Uma variedade de rolamentos que integram revestimentos especiais

Correntes elétricas parasitas podem danificar os rolamentos de pelo menos três maneiras:

Erosão atual excessiva. Quando a corrente elétrica passa através de um rolamento de um anel para outro através de elementos rolantes, cria-se um processo semelhante à soldagem por arco elétrico, concentrando uma alta densidade de corrente em uma pequena superfície de contato. Como resultado, temperaturas extremas localizadas causam derretimento e soldagem do material do rolamento, o que cria microcrateras, corrosão e alterações na estrutura dos grãos do aço do rolamento.

Erosão de vazamento de corrente. Quando uma corrente elétrica parasita de baixa intensidade passa através de um rolamento, a transferência de energia elétrica causa arcos prejudiciais dentro do rolamento. Danos secundários nos rolamentos podem aparecer como ranhuras (“washboard”) nas pistas dos rolamentos e/ou nos elementos rolantes. O acabamento superficial dos elementos rolantes pode ficar fosco e com aparência fosca. A extensão dos danos dependerá do tipo de rolamento, tamanho do rolamento, velocidade elétrica, carga do rolamento, velocidade e lubrificante.

Degradação do lubrificante. As altas temperaturas dos rolamentos causadas pela corrente elétrica podem fazer com que os aditivos de um lubrificante carbonizem ou queimem, resultando em desgaste mais rápido dos aditivos. O aumento da temperatura também provoca rápido envelhecimento e oxidação do lubrificante. No caso de lubrificação com graxa, a graxa fica preta e dura. Essa rápida quebra reduz drasticamente a vida útil da graxa e, por sua vez, a vida útil dos rolamentos devido ao desgaste e à fadiga superficial (lascamento).

Uma vez iniciados os danos ao rolamento devido à erosão elétrica, podem ocorrer aumento dos níveis de ruído, redução da eficácia do lubrificante do rolamento, aumento do calor e vibração excessiva, todos ameaçando reduzir drasticamente o potencial operacional de um rolamento.

Os rolamentos que sofrem danos por erosão elétrica operarão com maior ruído, vibração, geração de calor e fricção. O lubrificante degradado aumentará o desgaste e a tensão superficial no rolamento e reduzirá significativamente o desempenho e a vida útil do rolamento.

Uma maneira de evitar danos causados ​​por correntes elétricas parasitas que passam através de um rolamento é introduzir um revestimento isolante no rolamento “do lado de fora”, como alternativa ao uso de materiais de rolamento com propriedades isolantes, como a cerâmica. Isto pode ser conseguido com um revestimento protetor especial no furo do rolamento ou na superfície do diâmetro externo.

A fina camada de óxido de alumínio do revestimento fornece uma função de isolamento elétrico ao rolamento para formar uma barreira superior contra arcos e erosão prejudicial das superfícies do rolamento. O revestimento é aplicado (pelo fabricante) no furo do rolamento ou no diâmetro externo, dependendo do tamanho do rolamento, usando uma técnica de spray de plasma. Após a aplicação, o revestimento não alterará as dimensões gerais do rolamento e não exigirá modificações no equipamento.

Para agregar valor, os rolamentos com esse tipo de revestimento protetor são ainda tratados com uma resina de vedação exclusiva para protegê-los da penetração de umidade e água no revestimento, reduzindo potencialmente sua eficácia. Isto é particularmente relevante para aplicações localizadas em ambientes operacionais úmidos.

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Opções de expansão

O mundo dos revestimentos especiais para tratamento de superfícies de rolamentos continua a se expandir em resposta aos desafios específicos de cada aplicação.

Por exemplo, o óxido preto aplicado aos anéis e/ou elementos rolantes de um rolamento pode promover maior confiabilidade e desempenho em aplicações particularmente pesadas, como caixas de engrenagens industriais. O processo de tratamento, que envolve uma reação química na camada superficial do aço do rolamento, é realizado (pelo fabricante) em solução salina aquosa alcalina a temperaturas definidas. Até 15 etapas de imersão diferentes criam uma camada superficial fina e preta escura de óxido de ferro FE3O4 que oferece melhor desempenho para uma ampla variedade de tipos e tamanhos de rolamentos.

Este tratamento pode aumentar o tempo de atividade das máquinas, melhorando a resistência à corrosão e ao desgaste adesivo (obstruções); melhor desempenho sob condições de lubrificação de baixa viscosidade; limitar o risco de desgaste, microfissuras e fissuras; reduzir danos potenciais causados ​​por aditivos de óleo agressivos; e reduzindo os efeitos do atrito e do desgaste.

Como outro exemplo, um revestimento de cromato de zinco para ambientes particularmente corrosivos pode servir como alternativa aos rolamentos de aço inoxidável. Unidades de rolamentos de esferas prontas para montagem, frequentemente sujeitas a condições altamente corrosivas, são as principais candidatas para esse tratamento de revestimento de rolamentos.

Todas essas soluções demonstram que os revestimentos especiais podem ser opções práticas e econômicas para ajudar a maximizar o desempenho operacional e a vida útil dos rolamentos, mesmo sob condições adversas. Consultar um fabricante de rolamentos qualificado e experiente pode ajudá-lo a identificar e escolher o revestimento mais adequado para o seu desafio de aplicação.

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