O que é rolamento de ar
Rolamento é um conceito com o qual a maioria das pessoas está familiarizada. O rolamento, comumente usado, é provavelmente o mais reconhecível. É um componente crucial dos equipamentos mecânicos modernos. Mas o que exatamente é um rolamento pneumático?
A ideia de usar gás como lubrificante foi proposta pela primeira vez pelo francês GA Ian em 1854. Somente em 1896 foi introduzido o primeiro rolamento pneumático.
Um rolamento pneumático é um tipo de rolamento deslizante que utiliza gás como lubrificante. O gás mais comum utilizado para este fim é o ar, mas outros gases como nitrogênio, argônio, hidrogênio, hélio ou dióxido de carbono podem ser usados conforme necessário. O gás é frequentemente usado como lubrificante em compressores, expansores e circuladores.
Um rolamento pneumático opera usando a pressão de uma película de ar para suportar a carga entre as superfícies deslizantes do rolamento. Durante a operação, as superfícies deslizantes são completamente separadas por uma película de ar. Os mancais pneumáticos pertencem à categoria dos mancais deslizantes fluidos e utilizam lubrificação fluida, tendo o ar como meio lubrificante.
De acordo com o mecanismo de formação do filme de ar sob pressão, os rolamentos pneumáticos são categorizados em dois tipos: rolamentos aerodinâmicos e rolamentos aerostáticos.
A película de ar sob pressão nos mancais aerodinâmicos é gerada pelo movimento do par deslizante, que puxa o ar para a área de convergência entre as superfícies. Isso resulta em uma película de ar em formato de cunha, conforme ilustrado na Figura 1. Os rolamentos aerodinâmicos são chamados de “rolamentos autoatuantes” porque não requerem suprimento de ar externo.
Em contraste, a película de ar sob pressão nos rolamentos aerostáticos é criada pela introdução de ar comprimido de uma fonte externa na superfície do par deslizante através de um restritor, como mostrado na Figura 2. É importante observar que os rolamentos aerostáticos requerem uma fonte de ar externa limpa.
Fig. 1 princípio de funcionamento do rolamento aerodinâmico
Fig. 2 princípio de funcionamento do rolamento aerostático
Características do rolamento de ar
① Baixo atrito
O gás tem uma viscosidade muito mais baixa em comparação com os líquidos, sendo a viscosidade do ar apenas um quinto da do óleo mecânico nº 10 à temperatura ambiente. O atrito de um rolamento é diretamente proporcional à sua viscosidade, tornando o atrito de um rolamento a gás menor do que o de um rolamento lubrificado com líquido.
② Ampla faixa de velocidade
Os rolamentos a gás têm baixo atrito e geram pouco calor, mesmo em altas velocidades de até 50.000 RPM, com aumento de temperatura de apenas 20 a 30 graus Celsius. Os rolamentos aerostáticos também podem ser usados em velocidades muito baixas ou mesmo em velocidade zero.
③ Ampla faixa de temperatura
O gás pode permanecer gasoso em uma ampla faixa de temperaturas e sua viscosidade não é relativamente afetada pelas mudanças de temperatura. Por exemplo, quando a temperatura aumenta de 20 para 100 graus Celsius, a viscosidade do ar aumenta apenas 23%. Como resultado, os rolamentos a gás podem ser usados em uma faixa de temperatura de -265 a 1.650 graus Celsius.
④ Baixa capacidade de carga
A capacidade de carga dos rolamentos hidrodinâmicos é diretamente proporcional à sua viscosidade. A capacidade de carga de um mancal hidrodinâmico a gás é apenas alguns milésimos daquela de um mancal hidrodinâmico líquido do mesmo tamanho. A compressibilidade do gás também limita a capacidade de carga de um mancal hidrodinâmico a gás, com uma carga máxima típica por unidade de área projetada de 0,36 MPa.
⑤ Alta precisão de usinagem
Para aumentar a capacidade de suporte de carga e a rigidez da película de gás dos rolamentos a gás, geralmente é usada uma folga menor (menos de 0,015 mm) em comparação com rolamentos lubrificados com líquido. Isto requer uma melhoria correspondente na precisão dos componentes.
Aplicação de rolamento de ar
Os rolamentos pneumáticos são um novo tipo de rolamento que depende da energia potencial aeroelástica para suporte. Ao contrário dos rolamentos tradicionais, os rolamentos pneumáticos utilizam ar como único lubrificante e são ideais para aplicações onde não é permitida poluição.
Nos rolamentos pneumáticos, o rolamento de esferas tradicional é substituído por uma almofada de ar. Um exemplo bem conhecido de rolamentos aéreos em ação são os hovercrafts. Enormes ventiladores sopram ar sob o hovercraft, que é impedido de escapar por uma “saia” de borracha elástica. A alta pressão do ar resultante suporta o peso do casco, fazendo com que o hovercraft flutue na almofada de ar.
Os rolamentos a gás têm sido cada vez mais utilizados e estudados desde a década de 1950. Hoje, eles são usados em uma variedade de aplicações, incluindo máquinas têxteis, máquinas de cabos, máquinas-ferramentas de instrumentos, giroscópios, centrífugas de alta velocidade, brocas dentárias, refrigeradores de baixa temperatura, expansores de hidrogênio e circuladores de gás de alta temperatura.
