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Enviado por Heinz P. Bloch para publicação no site da TECEM (www.tecem.com.br) em 07 jan 2016. TP 061

Reavaliando a vida de rolamentos selados lubrificados

Heinz P. Bloch *

Diretrizes para lubrificação de mancais (e rolamentos) existem desde que o primeiro mancal foi projetado e construído. Os proprietários de veículos da antiguidade tinham copos de couro presos aos mancais de rolamento de seus carroças e bigas de guerra. Esses copos estavam cheios de sebo animal e encimada por uma pedra lisa. Esta pedra aplicava a pressão necessária para forçar o sebo ou gordura na folga do mancal da roda. Dispositivos de aplicação de lubrificante similares de ponto único existem hoje, com a diferença que o metal ou plástico tomaram o lugar dos copos de couro. Além disso, em vez de sebo, os usuários agora têm acesso a uma infinidade de formulações diferentes de graxa. E sim, a aplicação da pedra que pressionava o lubrificante saiu de uso há muito tempo. Foi substituída por uma mola ou por pressurização através de um gás inerte.

Figura 1: Intervalos de relubrificação em função do tamanho e da rotação (Ref. 1)

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Rolamentos abertos e selados podem ser lubrificados Enquanto o parágrafo acima pode ser legitimamente chamado de história antiga, práticas de aplicação de graxa mesmo modernas de hoje em dia seguem os precedentes históricos e são influenciados pela percepção estabelecida. Um destes precedentes está representado na Figura 1, que representa uma orientação relubrificação padrão razoável e amplamente utilizada, publicada há décadas atrás (refs. 1 e 2). Essa orientação continua a ser válida no contexto da aplicação a que se destina; ela se relaciona com graxas à base de óleo mineral premium a temperaturas "médias". Os intervalos comuns de lubrificação ( Figura 1) são recomendados como uma função da velocidade (rotação) "n" (rpm) e do furo do rolamento "d" (mm). Como ilustrado aqui, para um rolamento com furo d=80 mm e rotação 1000 rpm, a relubrificação deve se dar após cerca de 12.000 horas de operação. Em aplicações de altas temperaturas, os fabricantes de rolamentos geralmente recomendam fatores de ajuste adequados (refs. 1 e 2). Desde que os fatores de ajuste são multiplicadores percentuais (0,7, 0,8, ou outros números abaixo de 1,0), pode-se mostrar que os rolamentos trabalhando em temperaturas de operação mais elevadas exigirão reabastecimento de graxa mais frequentes. Não deve ser esquecido, que a eficácia da relubrificação é muito facilitada pelo conhecimento do caminho graxa através do rolamento. Por essa razão, os usuários classe mundial (“best in class”) especificam o tipo de rolamento, do mesmo modo que especificam a tensão do motor, a potência, a rotação, o fator de serviço e a classe de isolamento

Antecipação da Vida dos rolamentos que não podem ser lubrificados Mas o que significa não poder fazer o reabastecimento de graxa de tempos em tempos por causa de ser o rolamento provido com selos? Os rolamentos vedados (Figura 2, item 5) são frequentemente chamados de rolamentos lubrificados com vida definida. Para rolamentos selados com graxas à base de óleo mineral, a Figura 1 pode ainda ser consultada para fazer estimativas aproximadas de vida operacional até a falha. Sem reabastecimento de graxa, era geralmente assumido que um rolamento especial teria uma vida igual ao dobro do tempo recomendado entre reabastecimentos. O exemplo a seguir irá ilustrar esta aproximação. Para tal, optamos por usar a figura 1 e assumir diâmetro do furo do rolamento igual a 60mm e rotação de 3600 rpm. Uma linha vertical deverá ser plotada de 3600 rpm (no eixo dos x) até a interseção da curva de 60mm. A partir dela, a linha horizontal desenhada em direção ao eixo dos y. Isso mostrará que a relubrificação é recomendada a cada 4000 horas de operação ou cerca de 2 (duas) vezes por ano.

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Figura 2 Figura 2a

Figure 2: Nomenclatura de rolamentos com a terminologia do item 5 – selagem versus blindagem. (Ref. 2) Figura 2a: Nomenclatura de rolamentos – selagem, blindagem e anel de retenção (ref 4) No entanto, pelo fato de os rolamentos com vedação não serem relubrificados, os usuários mais cautelosos invocam uma regra conservativa pela qual se multiplica o intervalo de relubrificação por 2 (dois). No caso, a aplicação da regra recomendaria a substituição do rolamento após 1 (um) ano de operação, uma prática bastante cara. Daí, um usuário mais sofisticado usaria provavelmente rolamentos que permitissem relubrificação e periodicamente lubrificaria esses rolamentos abertos com graxa grau premium (à base de óleo mineral) duas vezes por ano.

Graxas a base de PFPE (perfluoroplieter): Uma opção aperfeiçoada de extensão de vida. Entretanto, outra opçao – graxas a base de PFPE – avançaram ultimamente. Lubrificantes a base de PFPE não são inflamáveis e oferecem extremamente elevada tolerância ao calor e aos produtos químicos. Elas não se oxidam ou formam goma como ocorre com outras graxas, nem podem ser deslocados por água ou vapor de baixa pressão. Além dessas desejáveis características, as graxas PFPE não contêm compostos não voláteis (VOCs) ou compostos clorados. Em particular, essas graxas devem ser exploradas em virtude de sua altamente favorável experiência em grandes fábricas de polpa e papel localizadas no Oeste do Canadá. Antes de utilizar rolamentos selados lubrificados com graxa PFPE na viscosidade adequada, a empresa apresentou um desafio em relação aos seus motores elétricos. Com cerca de 3000 motores na planta, isso estava aumentando a complexidade e os custos do serviço

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com procedimentos de trabalho e planos de lubrificação. As caixas de mancal e rolamentos nessa planta incluíam reservatórios de graxa de fluxo cruzado e do mesmo lado e rolamentos blindados em um dos lados e dos dois lados. Alguns rolamentos com blindagem em um dos lados foram orientados com a blindagem mais longe do reservatório de graxa enquanto outros – mais apropriadamente – tinham a blindagem simples adjacente ao reservatório de graxa. Drenos (relief ports) foram necessários para diversas caixas de mancal de motores relubrificáveis. Mas nem sempre esses drenos foram adequadamente situados ou os plugs desses drenos foram consistentemente removidos antes e reinstalados após a substituição ou complementação da graxa. Sem configurações de rolamento e caixa de mancal bem compreendidos ou uniformemente especificados, rotinas de relubrificação eram susceptíveis às ocorrências ocasionais de excesso ou de falta de graxa. Contaminação da graxa é um fator de risco adicional e a fábrica de papel canadense, ao mesmo tempo, decidiu que deixar os rolamentos como originalmente montados, considerando isso o curso de ação mais prudente. Portanto, a fábrica de celulose e papel tinha escolhido rodar seus motores elétricos sem um processo de relubrificação. Eles sabiam que os motores eléctricos no seu ambiente de fábrica de papel duravam não mais do que 4-6 anos, com mais de 60% das avarias atribuídos a falha de lubrificação dos rolamentos. Quando motores falhassem inesperadamente, a planta, muitas vezes tinha que repará-los “em casa”. Isso, geralmente, requeria o pagamento de horas extras e custos de indisponibilidade. Esses fatores e considerações importantes levaram a fábrica a avançar no sentido do ciclo de vida usando apenas rolamentos selados lubrificados com graxa sempre que um motor elétrico tivesse que sofrer uma intervenção. Mas lubrificação permanente com graxas à base de óleo mineral ainda exigiria relativamente frequentes intervenções planejadas para mudanças nos rolamentos; a vida útil do rolamento antecipado sem re-lubrificação onerava o orçamento de manutenção da planta. Foi nesse ponto que a alternativa PFPE tornou-se muito atrativa e a Figura 3 fornece apoio analítico para a superioridade das graxas a base de PFPE . Deve notar-se que PFPE é o óleo de base na família de produtos isento de óleo mineral. PFPE é o lubrificante real enquanto PTFE é o espessante nessa família de graxa isentas de óleo mineral utitilizadas nos motores elétricos (Ref. 3). O gráfico de Weibull na Figura 3 mostra que a probabilidade de falha de um motor lubrificado com graxa-PFPE otimamente formulada é 20 vezes menor do que aquele lubrificado com graxa premium anti cisalhamento de poli ureia estável. As justificativas do fornecedor de graxa PFPE foi bastante convincente e levou a fábrica de papel a solicitar um teste de vida útil acelerado de rolamento. Os resultados do teste atenderam às expectativas e convenceram o gerente de manutenção da planta a avançar sobre uma proposta de usar apenas rolamentos prélubrificados com PFPE. A partir de então,

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esses seriam instalados nos motores sempre que tivesse que ser atendida em qualquer forma ou de necessidade de substituição por qualquer motivo.

Figure 3: Vida de rolamentos plotadas para 3 diferentes tipos de graxas (Ref. 3)

Resultados e economia

Sete anos mais tarde, a fábrica tinha convertido com êxito rolamentos para graxas à base de PFPE em mais de 100 motores. Eles também tinham estocado mais de 150 rolamentos selados lubrificados com graxa PFPE e planejado instalar esses rolamentos quando houvesse falha dos rolamentos antigos nos motores. A partir do momento que os lubrificantes PFPE foram aplicados, a usina não tem tido uma falha imprevista de rolamento, nem tiveram que substituir qualquer dos motores elétricos que utilizam esta graxa. Em cima dos sucessos de confiabilidade, o uso de graxa PFPE graxa tem ajudado a fornecer uma solução simples, com menos mão de obra. Para essa planta, ficou claramente provada a opção mais rentável e sete anos de acompanhamento mostraram a fábrica ter quase dobrado a vida de seus motores elétricos. O componente de trabalho de relubrificação periódica não existe mais e cada evento de substituição do motor evitado economiza para a planta pelo menos US $ 4.000. Para essa fábrica de papel canadense, qualquer programa de manutenção que requer lubrificação periódica teria significado mais mão de obra e custos indiretos adicionais.

A fábrica de papel foi provavelmente correta em desconsiderar os academicamente (justificados) menores perdas por atrito incrementais. Todos os rolamentos consumem

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energia e – concebivelmente -- maior perda atribuível às graxas a base de PFPE pode ser explicada. Se eles podem até ser medidas, as perdas mais elevadas seriam simplesmente devidas ao fato de ter a graxa a base de PFPE uma densidade um pouco maior do que aquela normalmente encontrada nas graxas tradicionais utilizadas em motores elétricos. Como dito e como demonstrado para esse caso, as graxas baseadas em PFPE podem ser utilizadas para melhorar a produtividade e evitar a falhas em fabricas de papel e celulose para atingir níveis mais elevados. Além de serem fortemente apoiadas pelos usuários finais, as graxas PFPE são recomendados por muitos dos principais fabricantes de rolamentos para lubrificação longa vida de motores elétricos. A um custo médio de substituição de US $ 4.000 por motor, muitos usuários têm se juntado à fábrica de papel canadense por verem os resultados favoráveis crescerem muito rapidamente. Pode ser demonstrado que as graxas PFPE são uma escolha ideal para a lubrificação de longa vida dos rolamentos em aplicações severas. Usando essas graxas em rolamentos lubrificados selados, serão praticamente eliminadas falhas do rolamento atribuíveis a erros na aplicação do lubrificante. Para rolamentos prélubrificados em PFPE será também eliminada a componente de custo de trabalho para lubrificação periódica dos rolamentos. Referencias 1. SKF Bearing Maintenance Handbook, (1996) Publication 4100/I E 2. SKF General Catalogue, (2003) Publication 5000 E 3. Bench Test Data, DuPont ™ Krytox® Lubricants, Data Sheet K-23698-4 4. NSK (http://www.nsk.com.br)

Heinz P. Bloch reside em Westminster, Colorado. Sua carreira professional se iniciou em 1962 e inclui serviços de longo prazo com a Esso Química como especialista em máquinas para os Estados Unidos. É autor de cerca de 600 publicações dentre as quais 19 livros sobre gerenciamento de máquinas, análise de falhas, prevenção de falhas, compressores, turbinas à vapor, bombas, lubrificação por névoa de óleo e práticas de lubrificação industrial. Possui grau BS e MS em engenharia mecânica e ASME Life Fellow e mantem registro como profissional de engenharia em New Jersey e no Texas.