O que saber sobre resfriamento/aquecimento de engrenagens

Para se ter uma ideia básica, pense na engrenagem de uma caixa de câmbio como uma roda de pás na água. Quanto mais a roda de pás estiver imersa na água e quanto mais rápido ela girar, mais água ela se moverá. O ato de empurrar a água (ou óleo, no nosso caso) para o lado gera calor, que é comumente chamado de agitação.

Dentro da engrenagem, o calor da agitação é agravado pelo calor gerado pelo atrito em cada malha da engrenagem. As malhas de engrenagens helicoidais geralmente têm uma eficiência de cerca de 99%. O 1% restante da perda de energia ocorre principalmente na forma de som e calor. Além disso, os rolamentos também perdem uma pequena quantidade de energia com o calor, devido tanto à trepidação quanto ao atrito. O contato na vedação labial também cria calor de fricção. Quando combinado (juntamente com fatores de aplicação externos), a transmissão fica naturalmente quente.
Na melhor das hipóteses, o calor excessivo encurtará a vida útil do óleo. Na pior das hipóteses, o calor pode danificar componentes e causar falha prematura da transmissão. Portanto, é fundamental escolher um redutor com a classificação térmica correta para sua aplicação.

O que procurar em uma avaliação térmica de um redutor

Quando os engenheiros atribuem uma classificação térmica a uma transmissão, algumas suposições são feitas sobre as condições operacionais. É importante compreender essas suposições e como elas contribuem para a avaliação térmica do acionamento da engrenagem.

Tiro de engrenagem industrial

Temperatura ambiente de operação

É importante considerar os fatores ambientais circundantes ao selecionar uma transmissão de engrenagem. Qual é a temperatura ambiente máxima de operação para um longo período de uso? Uma engrenagem para um projeto externo no deserto precisará se adaptar a uma temperatura ambiente mais alta do que uma engrenagem no frio norte do Canadá.

Altitude de aplicação

A sua transmissão está no topo de uma linha a 15.000 pés? Quando uma engrenagem é usada em grandes altitudes, sua capacidade natural de dissipar calor é reduzida devido ao ar mais rarefeito.

Velocidade do ar ambiente

Também é importante considerar a velocidade do ar ambiente. Uma transmissão em uma área confinada, como um espaço de fábrica, pode ficar mais quente do que uma transmissão em ambientes externos. Em uma esteira transportadora externa, sua caixa de engrenagens pode se beneficiar de campos de vento naturais (se presentes) para resfriar o acionamento.

Ciclo de trabalho

Outro fator a considerar é o ciclo de trabalho da unidade. Em outras palavras, quanto tempo dura a viagem? Se um conversor funcionar continuamente, o ciclo de trabalho é de 100%. Por outro lado, se você ligar a unidade apenas em incrementos de dez minutos, a probabilidade de superaquecimento (ou superaquecimento) será bastante reduzida. Geralmente, caixas de velocidades maiores beneficiam de ciclos de trabalho mais curtos do que caixas de velocidades mais pequenas. Leva muito mais tempo para uma engrenagem maior atingir uma temperatura estável.

Posição de montagem

A orientação e localização da engrenagem também podem afetar os requisitos de classificação térmica. Dependendo da localização da unidade, o óleo pode estar localizado de forma diferente dentro da unidade. A localização da unidade também pode afetar o seu funcionamento.

Compreendendo a classificação térmica

Como você pode ver, há vários fatores a serem considerados ao observar a classificação térmica de uma engrenagem. Cada unidade tem duas classificações diferentes:

  • Avaliação mecânica ou capacidade de transmitir energia mecânica.
  • A classificação térmica, ou seja, quanta energia pode ser transmitida continuamente através do inversor sem superaquecimento.

Ambas as avaliações são extremamente importantes. Se a capacidade da engrenagem de dissipar energia térmica for insuficiente, a unidade superaquecerá, causando sérios danos e falhas. A maioria das classificações térmicas do catálogo do fabricante são definidas com base nas seguintes condições assumidas (embora possam variar de acordo com o fabricante e a linha de produtos):

  • A temperatura ambiente é de 68°F (20°C).
  • A altitude está entre o nível do mar e 2.460 pés.
  • A velocidade do ar ambiente está entre 1,6 pés por segundo e 4,6 pés por segundo (típico de uma grande sala interna).
  • O ciclo de trabalho é contínuo.
  • A orientação é montada no chão com eixos no mesmo plano horizontal.

Ao observar a classificação térmica, você precisará ajustá-la com base em sua aplicação. Se as condições térmicas locais diferirem das condições assumidas acima, você precisará levar isso em consideração na sua decisão. Muitos fatores de ajuste estão listados no catálogo, ou seu representante Rexnord pode ajudá-lo a considerar os ajustes de aplicação necessários para sua situação.

Opções para resfriar o redutor

Para muitas aplicações, você pode precisar de mais do que a Mãe Natureza para resfriar sua transmissão. Felizmente, existem várias opções para reduzir a temperatura operacional. Ao comparar as classificações térmicas de várias unidades, você verá classificações que levam em consideração o resfriamento com ventilador, resfriamento a água e sem resfriamento.

Se voltarmos um pouco no tempo, aprenderemos que a geração de calor a partir de engrenagens só tem sido uma consideração importante na indústria desde por volta da década de 1990. Antes disso, as engrenagens eram mais macias e maiores para transmitir potência mecânica e, portanto, as caixas de câmbio eram construídas maiores para acomodá-las. Caixas de engrenagens maiores geralmente tinham área de superfície suficiente para dissipar o calor naturalmente.

Com o uso tradicional de engrenagens endurecidas, a potência mecânica foi transferida para um pacote menor. À medida que a área da superfície da caixa continua a diminuir, a capacidade de dissipar o calor também aumenta. Pense nisso como uma xícara de café quente: se você tiver uma xícara muito estreita, soprar por cima ainda demorará muito para esfriar. Se você derramar o café em uma tigela ou panela rasa, terá uma área de superfície muito maior que esfria mais rápido.

Ventilador de eixoVentiladores de eixo

Em muitos componentes de acionamento existem ventiladores conectados ao eixo. Esses ventiladores funcionam de forma simples e eficaz. Um ventilador é acoplado ao eixo em alta velocidade, conforme o motor gira o eixo, o ventilador também gira. O ventilador sopra ar sobre a unidade, resfriando-a durante a operação (e melhorando a produção de calor da unidade).

A desvantagem do resfriamento do ventilador do eixo é que ele é eficaz apenas até certo ponto. O ventilador só é capaz de soprar uma determinada quantidade de ar para diminuir a temperatura. A sua eficácia também está ligada à velocidade do motor, pelo que as caixas de velocidades com velocidades de entrada mais baixas não serão tão beneficiadas.

Resfriamento a água

Outra opção para resfriar a caixa de engrenagens é adicionar tubos dentro da engrenagem e bombear água através dos tubos. À medida que o óleo aquece, a água fria dentro dos tubos retira o calor do cárter. Embora esta seja uma solução muito eficaz, requer um planeamento cuidadoso para garantir o acesso constante à água fria e evitar a corrosão dos tubos, entre outras coisas. Quaisquer vazamentos nas mangueiras podem contaminar rapidamente o óleo da engrenagem com água.

Resfriamento óleo-água

Outra opção para resfriar uma caixa de engrenagens é usar um trocador de calor externo de casco e tubo. Esta opção de resfriamento óleo-água oferece benefícios semelhantes ao resfriamento direto a água, sem a necessidade de fazer correr água diretamente pela caixa de engrenagens.

A desvantagem deste método de resfriamento é que você precisa garantir acesso constante à água fria, semelhante ao resfriamento direto com água. Você também precisa fazer o óleo passar por uma bomba até o trocador de calor externo, o que significa adicionar uma bomba à transmissão. A bomba requer o uso de um motor separado, o que cria outro ponto onde a transmissão pode falhar. Também é necessário fornecer eletricidade ao motor da bomba, muitas vezes com uma tensão diferente da tensão do motor da engrenagem principal.

Dependendo da aplicação, da acessibilidade à água e de fatores térmicos externos, qualquer uma dessas soluções de resfriamento de engrenagens pode ser eficaz. O objetivo é sempre encontrar a solução de refrigeração mais eficiente, com o menor número de pontos de falha e que exija o mínimo de manutenção.

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