1. Introdução
A confiabilidade de equipamentos rotativos nas indústrias pesadas da Ucrânia depende diretamente do estado dos rolamentos de rolagem. As condições de operação nas combinações siderúrgicas, minas e beneficiamento de minérios e nas empresas de energia caracterizam-se por altas cargas, poluição e vibrações. A falha prematura dos rolamentos causa paradas de emergência e perdas financeiras significativas.
Conforme a estatística de manutenção técnica, cerca de 34% das falhas prematuras de motores elétricos e reduzidos são causadas por problemas com os rolamentos. A principal meta do engenheiro de confiabilidade é não apenas substituir o componente danificado, mas realizar uma análise precisa da causa raiz (RCA — Root Cause Analysis) utilizando o estudo visual e microscópico das trilhas de rolamento e dos corpos de rolamento. O diagnóstico precoce de defeitos e o cumprimento dos regulamentos de manutenção técnica permitem atingir uma média de tempo médio entre falhas (MTBF) superior a 50 000 horas para ventiladores e bombas industriais pesados.
2. Princípios Fundamentais
A operação do rolamento baseia-se na transformação da força de atrito de deslizamento em atrito de rolamento. As tensões principais surgem nas zonas de contato dos corpos rolantes (esferas ou rolos) com as rãs do anel de rolamento. As tensões de contato segundo o método de Hertz (tensão de contato Hertziana) nestas zonas são um parâmetro crítico e são determinadas pela fórmula:
p_max = (3 * F) / (2 * pi * a * b)
De:F — carga radial ou axial,a, b — semi-eixos da elipse de contato de Hertz.
Em condições normais de operação, os esforços máximos estão concentrados não na própria superfície do metal, mas na profundidade de aproximadamente 0,1–0,4 mm abaixo dela (dependendo do tamanho do rolamento e da carga). Exatamente nesta zona de esforço cortante máximo começam as mudanças microestruturais do material (formação de estruturas escuras de desgaste), que com o tempo levam à formação de fissuras de fadiga, que chegam à superfície. A compreensão dessa mecânica é fundamental para diferenciar defeitos superficiais (montados incorretamente ou danificados externamente) de falhas de fadiga internas.
3. Especificações técnicas e padrões
Análise de falhas de rolamentos é regulamentada por padrões internacionais e nacionais que definem a terminologia, métodos de medição e critérios de aceitação do estado de componentes:
- ISO 15243:2017 — Rolamentos de rolemento. Dicionário. Danos e falhas em rolamentos. Classificação de defeitos em seis grupos principais.
- ISO 281:2007 — Rolamentos de rolemento. Capacidade de carga dinâmica e vida nominal.
- DSTU ISO 10816 / ISO 10816-3 — Controle vibratório do estado das máquinas com medições de vibração em detalhes não considerados.
- DIN 51825 — Materiais lubrificantes. Graxas plásticas K… para rolamentos de rolagem e deslizamento.
- CE / UkrSEPRO — Normas de conformidade de equipamentos industriais e componentes fornecidos para o mercado da Ucrânia.
- Controle das superfícies de montagem: Verifique os ajustes dos eixos (segundo os padrões ISO h5, h6, j6) e dos carcaços (ISO H7, J7) utilizando paquímetros e micrômetros. Desvios de forma (ovalidade, conicidade) não devem exceder 50% do campo de tolerância.
- Métodos de aquecimento: Não é permitido utilizar chamas abertas ou lâmpadas de solda. Utilize aquecedores indutivos com controle de temperatura (não superior a +110 °C para rolamentos padrão com fixação térmica).
- Transmissão de força de montagem: Nunca transmita a força de aperto através dos corpos de rolagem. A força deve ser aplicada exclusivamente ao anel que é montado com folga (montagem por pressão).
- Limpeza da zona de trabalho: Contaminação com pó abrasivo (especialmente em usinas de cimento e GZK) durante a montagem reduz a vida útil do rolamento em 70%.
- Análise de vibração (análise espectral): Detecção das frequências características de defeitos (BPFO — frequência do defeito do anel externo, BPFI — frequência do defeito do anel interno, BSF — corpos rolantes, FTF — separador).
- Método de impulsos de impacto (SPM / Energia de Pico): Eficiente para detectar impactos de alta frequência causados pela fase inicial de desgaste e danos à película lubrificante.
- Termografia: Controle de temperatura dos carcaças dos rolamentos. Aumento brusco da temperatura acima de +80 °C indica problemas com o lubrificante ou sobrecarga.
- Análise de óleo (óleo lubrificante e graxas): Espectroscopia e ferrografia para detecção de produtos de desgaste (partículas de ferro, cobre) e avaliação do grau de degradação da base do óleo.
- ISO 15243:2017. Rolamentos — Vocabulário — Danos e falhas.
- ISO 281:2007. Rolamentos de rolação — Cargas dinâmicas de capacidade e vida nominal.
- Catálogo Geral SKF. Diretrizes de análise de danos e falhas em rolamentos.
- Manual de Manutenção de Rolamentos FAG Industrial. Publicação WL 82 210/2 EA.
- IEEE Std 841-2009. IEEE Padrão para Indústria de Petróleo e Química — Motores de Indução de Gaiola de Siroco de Alta Eficiência para Serviço Pesado.
4. Guia de escolha e seleção
Escolha correta do rolamento e dos componentes associados baseia-se no cálculo da carga equivalente e da vida nominal conforme o padrão ISO 281.. Na tabela abaixo estão listados os critérios de escolha e os parâmetros permitidos para condições industriais.
| Parâmetro | Condições padrão | Condições pesadas (Metalurgia/Mineração) | Modo de operação a alta temperatura |
|---|---|---|---|
| Temperatura máxima (T) | Até +90 °C | Até +120 °C | Até +250 °C (estabilização S1/S2) |
| Viscosidade do óleo (ISO VG a 40 °C) | ISO VG 46 - 68 | ISO VG 150 - 320 | Pastas/óleos de alta temperatura especiais |
| Máximo jogo radial | CN (Normal) | C3 ou C4 | C4 ou vão especial |
| Classe de precisão (ISO 492) | P0 (Normal) | P6 ou P5 | P5 |
| Recursos de cálculo (L10h) | 20 000 horas | 50 000 horas | 15 000 horas |
5. Melhores práticas de montagem e colocação em operação
Aproximadamente 16% das falhas prematuras são causadas por erros durante a montagem. Os engenheiros de montagem nas empresas da Ucrânia devem seguir as seguintes regras:
6. Modos de falha e análise das causas raiz (RCA)
Conforme ISO 15243, os principais defeitos possuem características visuais e microscópicas claras:
6.1. Vírus (Spalling / Fatigue Flaking)
Indicadores visuais: Rebaixamentos superficiais e cavidades nas vias de rolagem ou nos corpos de rolagem, que se formam devido ao desgaste do material sob a ação de tensões de contato cíclicas.
Causa raiz: Esgotamento do recurso de fadiga do material (atingimento do recurso calculado L10), ou fadiga prematura devido a sobrecarga, viscosidade inadequada do lubrificante (coeficiente de encapsulamento kappa < 1) ou contaminação por partículas.
6.2. Brinelling (Brinelling)
Indicadores visuais: Envergaduras nas vias de rolagem, posicionadas com um passo que corresponde exatamente à distância entre os corpos de rolagem. Pode ser verdadeiro (mecânico) ou falso (vibração).
Causa raiz: O brinelling verdadeiro surge de cargas impactantes ou sobrecargas estáticas que ultrapassam a limite de escoamento do material (por exemplo, golpes de martelo durante a montagem). O brinelling falso (desgaste verdadeiro por vibração) surge em equipamentos fixos sob a ação de vibração externa de equipamentos vizinhos, quando a película lubrificante é destruída.
6.3. Fretting Corrosão (Corrosão por Fretting)
Indicadores visuais: Produtos de desgaste vermelho-alaranjado ou pretos (óxido de ferro) nas superfícies de montagem (diâmetro interno do anel e eixo, ou diâmetro externo e carcaça), acompanhados de microcrateras locais.
Causa raiz: Deslocamento microscópico entre as superfícies conectadas (fluência do anel) devido a uma montagem muito fraca ou presença de vibrações na conexão.
6.4. Erosão Elétrica (Electrical Erosion)
Indicadores visuais: Microrganismos (pinturas) cobrem densamente as trilhas de rolamento e os corpos de rolamento, frequentemente formando uma superfície cinza opaca ou um padrão característico "ondulado" (bridagem). Em casos graves, o metal é evaporado em microdoses.
Causa raiz: Passagem de corrente elétrica pelo rolamento (freqüentemente devido a conversores de frequência (VFD) através de correntes capacitivas do eixo). Para prevenir isso, são utilizados rolamentos híbridos (esferas cerâmicas) ou rolamentos isolados (com revestimento óxido no anel).
7. Manutenção técnica prevista e monitoramento do estado
Para prevenir falhas de emergência em instalações industriais aplicam-se monitoramentos complexos:
8. Matriz comparativa de tipos de danos
| Tipo de defeito | Aparência externa | Principal causa | Método de prevenção |
|---|---|---|---|
| Vicrashuvannya (Spalling) | Cavacos, desbaste de metal | Desgaste do material, sobrecarga, má lubrificação | Cálculo de vida útil com base em ISO 281, controle da viscosidade do óleo |
| Briquetagem Real | Avanço dos corpos rolantes | Transmissões estáticas ou dinâmicas, impactos durante a montagem | Cumprimento das regras de montagem, exclusão de cargas impactantes |
| Corrosão por fretamento | Manchas de ferrugem, poeira vermelha na sede | Montagem folgada, movimentos micrométricos no eixo | Correção de folgas de montagem (aumento de aperto) |
| Erosão Elétrica | Microcristais, ondulação (brije) | Correntes flutuantes, correntes não filtradas de inversores | Uso de rolamentos híbridos ou isolados |
9. Conclusão
Um análise detalhada de falhas de rolamentos é uma prática fundamental para aumentar a eficiência da produção industrial na Ucrânia. Abordagem sistemática para identificação de defeitos — desde a detecção das primeiras indicações de vibração até o análise microscópica de superfícies — permite evitar falhas repetidas e otimizar os custos de manutenção técnica.
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