O aumento da demanda para melhorar a confiabilidade em todo o setor significa que os engenheiros precisam considerar todos os componentes de seus equipamentos.Os sistemas de rolamentos são peças críticas em uma máquina e sua falha pode ter consequências catastróficas e dispendiosas.O projeto do rolamento tem um grande impacto na confiabilidade, especialmente em condições operacionais extremas, incluindo temperaturas altas ou baixas, vácuo e atmosferas corrosivas.Este artigo descreve as considerações a serem tomadas ao especificar rolamentos para ambientes desafiadores, para que os engenheiros possam garantir alta confiabilidade e excelente desempenho de longa vida útil de seus equipamentos.

Um sistema de rolamentos compreende muitos elementos, incluindo esferas, anéis, gaiolas e lubrificação, por exemplo.Os rolamentos padrão normalmente não resistem aos rigores de ambientes agressivos e, portanto, é necessário ter uma consideração especial para as peças individuais.Os elementos mais importantes são lubrificação, materiais e tratamento térmico especial ou revestimentos e, observando cada fator, os rolamentos podem ser melhor configurados para a aplicação.

Operando em alta temperatura

Aplicações de alta temperatura, como aquelas usadas em sistemas de atuação na indústria aeroespacial, podem apresentar desafios para rolamentos padrão.Além disso, as temperaturas estão subindo nos equipamentos à medida que as unidades se tornam cada vez menores e aumentam a densidade de potência, e isso representa um problema para o rolamento médio.

Lubrificação

A lubrificação é uma consideração importante aqui.Óleos e graxas têm temperaturas máximas de operação, quando começam a se degradar e evaporar rapidamente, levando à falha do rolamento.As graxas padrão geralmente são limitadas a uma temperatura máxima de cerca de 120°C e algumas graxas convencionais de alta temperatura são capazes de resistir a temperaturas de até 180°C.

No entanto, para aplicações que exigem temperaturas ainda mais altas, graxas lubrificantes fluoradas especiais estão disponíveis e temperaturas acima de 250°C são atingíveis.Onde a lubrificação líquida não é possível, a lubrificação sólida é uma opção que permite uma operação confiável de baixa velocidade em temperaturas ainda mais altas.Neste caso, dissulfeto de molibdênio (MOS2), dissulfeto de tungstênio (WS2), grafite ou Politetrafluoretileno (PTFE) são recomendados como lubrificantes sólidos, pois podem tolerar temperaturas muito altas por longos períodos de tempo.

Materiais

Quando se trata de temperaturas superiores a 300°C, são necessários materiais especiais para anéis e esferas.O AISI M50 é um aço de alta temperatura normalmente recomendado, pois apresenta alta resistência ao desgaste e à fadiga em altas temperaturas.O BG42 é outro aço de alta temperatura que possui boa dureza a quente a 300°C e é comumente especificado por apresentar altos níveis de resistência à corrosão e também menos suscetível à fadiga e desgaste em temperaturas extremas.

Gaiolas de alta temperatura também são necessárias e podem ser fornecidas em materiais poliméricos especiais, incluindo PTFE, Poliimida, Poliamida-imida (PAI) e Poliéter-éter-cetona (PEEK).Para sistemas lubrificados a óleo de alta temperatura, as gaiolas de rolamentos também podem ser fabricadas em bronze, latão ou aço prateado.

Revestimentos e tratamento térmico

Revestimentos avançados e tratamentos de superfície podem ser aplicados aos rolamentos para combater o atrito, prevenir a corrosão e reduzir o desgaste, melhorando assim o desempenho do rolamento em altas temperaturas.Por exemplo, gaiolas de aço podem ser revestidas com prata para melhorar o desempenho e a confiabilidade.No caso de falha/falta de lubrificante, o revestimento prateado atua como um lubrificante sólido, permitindo que o rolamento continue funcionando por um curto período de tempo ou em uma situação de emergência.

Confiabilidade em baixa temperatura

No outro extremo da escala, baixas temperaturas podem ser problemáticas para rolamentos padrão.

Lubrificação

Em aplicações de baixa temperatura, por exemplo, aplicações de bombeamento criogênico com temperaturas na região de -190°C, as lubrificações a óleo tornam-se cerosas, resultando em falha do rolamento.Lubrificação sólida como MOS2 ou WS2 são ideais para melhorar a confiabilidade.Além disso, nessas aplicações, o fluido bombeado pode atuar como lubrificante, de modo que os rolamentos precisam ser especialmente configurados para operar nessas baixas temperaturas usando materiais que funcionam bem com o fluido.

Materiais

Um material que pode ser usado para melhorar a vida útil à fadiga e a resistência ao desgaste de um rolamento é o SV30® – um aço martensítico endurecido, com alto teor de nitrogênio e resistente à corrosão.As bolas de cerâmica também são recomendadas, pois oferecem desempenho superior.As propriedades mecânicas inerentes do material significam que eles proporcionam uma operação excelente em condições de lubrificação ruins, e é muito mais adequado para operar de forma confiável em baixas temperaturas.

O material da gaiola também deve ser escolhido para ser o mais resistente ao desgaste possível e boas opções aqui incluem PEEK, policlorotrifluoroetileno (PCTFE) e plásticos PAI.

Tratamento térmico

Os anéis devem ser especialmente tratados termicamente para melhorar a estabilidade dimensional em baixas temperaturas.

Projeto interno

Outra consideração para trabalhar em baixas temperaturas é o design interno do rolamento.Os rolamentos são projetados com um nível de folga radial, mas à medida que a temperatura diminui, os componentes do rolamento sofrem contração térmica e, portanto, a quantidade de folga radial é reduzida.Se o nível de folga radial for reduzido a zero durante a operação, isso resultará em falha do rolamento.Os rolamentos destinados a aplicações de baixa temperatura devem ser projetados com mais folga radial em temperatura ambiente para permitir um nível aceitável de folga radial operacional em baixas temperaturas.

Lidar com a pressão do vácuo

Em ambientes de vácuo ultra-alto, como aqueles presentes na fabricação de eletrônicos, semicondutores e LCDs, a pressão pode ser inferior a 10-7mbar.Os rolamentos de ultra-alto vácuo são normalmente usados ​​em equipamentos de atuação dentro do ambiente de fabricação.Outra aplicação típica de vácuo são as bombas turbomoleculares (TMP) que geram o vácuo para ambientes de fabricação.Nesta última aplicação, os rolamentos são frequentemente obrigados a trabalhar em alta velocidade.

Lubrificação

A lubrificação nessas condições é fundamental.Em vácuos tão altos, as graxas de lubrificação padrão evaporam e também liberam gases, e a falta de lubrificação eficaz pode resultar em falha do rolamento.Lubrificação especial, portanto, precisa ser usada.Para ambientes de alto vácuo (até aproximadamente 10-7 mbar), as graxas PFPE podem ser usadas, pois têm uma resistência muito maior à evaporação.Para ambientes de vácuo ultra-alto (10-9mbar e abaixo), lubrificantes e revestimentos sólidos precisam ser usados.

Para ambientes de vácuo médio (cerca de 10-2mbar), com projeto cuidadoso e seleção de graxa especial para vácuo, sistemas de rolamentos que proporcionam longa vida útil de mais de 40.000 horas (aproximadamente 5 anos) de uso contínuo e operam em altas velocidades, podem ser alcançou.

Resistência à corrosão

Os rolamentos destinados ao uso em um ambiente corrosivo precisam ser especialmente configurados, pois podem ser expostos a ácidos, álcalis e água salgada, entre outros produtos químicos corrosivos.

Materiais

Os materiais são uma consideração vital para ambientes corrosivos.Os aços de rolamento padrão corroem facilmente, levando à falha precoce do rolamento.Neste caso, o material do anel SV30 com esferas cerâmicas deve ser considerado, pois são altamente resistentes à corrosão.De fato, estudos mostraram que o material SV30 pode durar muitas vezes mais do que outros aços resistentes à corrosão em um ambiente de névoa salina.Em testes de pulverização de sal controlados, o aço SV30 mostra apenas leves sinais de corrosão após 1.000 horas de teste de pulverização de sal (consulte o gráfico 1) e a alta resistência à corrosão do SV30 é claramente vista nos anéis de teste.Materiais de esferas cerâmicas especiais, como Zircônia e Carbeto de Silício, também podem ser usados ​​para aumentar ainda mais a resistência de um rolamento a substâncias corrosivas.

Obtendo mais da lubrificação de mídia

O ambiente desafiador final são as aplicações em que a mídia atua como lubrificante, por exemplo, refrigerantes, água ou fluidos hidráulicos.Em todas essas aplicações, o material é a consideração mais importante, e os rolamentos híbridos cerâmicos SV30 costumam fornecer a solução mais prática e confiável.

Conclusão

Ambientes extremos apresentam muitos desafios operacionais aos rolamentos padrão, fazendo com que falhem prematuramente.Nessas aplicações, os rolamentos devem ser cuidadosamente configurados para que sejam adequados à finalidade e ofereçam excelente desempenho de longa duração.Para garantir a alta confiabilidade dos rolamentos, atenção especial deve ser dada à lubrificação, materiais, revestimentos de superfície e tratamento térmico.