Análise de falhas de rolamentos: identificação visual de fadiga, brinellagem, fretting e erosão eletroquímica

1. Introdução

Os rolamentos são elementos críticos praticamente de qualquer equipamento industrial nas indústrias de siderúrgica, mecânica e energia da Ucrânia. De acordo com o relatório de auditoria técnica da UNITEC-D GmbH, cerca de 35% das paradas imprevistas de equipamentos rotativos estão relacionadas à falha prematura dos conjuntos de rolamentos. O recurso calculado do rolamento conforme o padrão ISO 281 ($L_{10h}$) raramente é atingido na prática devido a violações das condições de operação, montagem ou lubrificação. A principal tarefa do engenheiro de confiabilidade é não apenas substituir o componente defeituoso, mas determinar exatamente as causas raiz (Root Cause Analysis). O análise visual e microscópica das trilhas de rolamento e dos corpos de rolamento permite identificar os mecanismos de destruição do metal ainda antes que ocorra uma parada catastrófica do equipamento.

2. Princípios Fundamentais

Mecanismo de funcionamento do rolamento baseia-se na transmissão de cargas radiais e axiais através da deformação elástica das superfícies de contato das peças de rolagem e dos anéis. As tensões de contato de Herz nas zonas de contato atingem 1500–2500 MPa para aços de marcas 100Cr6 (SHX15 de acordo com GOST / EN ISO 683-17). Sob a ação de cargas cíclicas, surgem tensões de cisalhamento nas camadas subsuperficiais do metal. Após $10^6 - 10^9$ ciclos, isso leva ao acúmulo de danos por fadiga, formação de microfissuras e posterior desintegração do material (spalling).

A violação das condições de separação de superfícies pela película lubrificante (viscosidade calculada do lubrificante abaixo do mínimo conforme ISO/TR 28168) causa contato metálico, desgaste por atrito, soldagem microscópica e destruição da rede cristalina da camada superficial. Qualquer desvio dos parâmetros calculados de funcionamento altera o estado de tensão-deformação do nó, deixando marcas visuais específicas no metal.

3. Especificações técnicas e padrões

Classificação de falhas, métodos de sua medição e avaliação são regulamentados por padrões internacionais e nacionais, harmonizados na Ucrânia:

• ISO 15243:2017 — Rolamentos. Dicionário, terminologia e classificação de falhas e falhas de rolamentos. Este padrão é básico para a definição das seis principais categorias de falhas.
• ISO 281:2007/Amd 2:2019 — Rolamentos de rolemento. Capacidade de carga dinâmica e vida calculada.
• ISO 10816 / ISO 14819 — Controle vibratório do estado de máquinas industriais.
• DSTU GOST 520:2014 — Rolamentos de rolemento. Condições técnicas gerais.
• DIN 51825 — Lubrificantes de base de materiais plásticos. Classificação e exigências.

4. Escolha e seleção de rolamentos

Escolha correta do rolamento com base na capacidade estática ($C_0$) e dinâmica ($C$) evita sobrecargas. A carga dinâmica equivalente $P$ é calculada pela fórmula:

P = X * F_r + Y * F_a

Onde $F_r$ — carga radial, $F_a$ — carga axial, e $X$ e $Y$ — coeficientes de carga radial e axial respectivamente conforme o catálogo do fabricante.

5. Melhores práticas de montagem e colocação em operação

Aproximadamente 16% das falhas prematuras ocorrem devido a erros durante a instalação. O cumprimento do regulamento de montagem é obrigatório:

• Montagem com folga: Não é permitido transmitir força de aperto através dos corpos rodantes (para evitar brinellagem). A montagem é realizada exclusivamente no anel interno com o uso de aquecedores indutivos (temperatura de aquecimento não superior a +110°C conforme recomendações SKF/FAG) ou por parafusos hidráulicos.
• Pureza do ambiente: Montagem deve ser realizada em condições livres de poeira e umidade. O uso de óleo contaminado causa desgaste abrasivo nas primeiras horas de funcionamento.
• Controle de folgas: A folga radial interna após a montagem é verificada com um paquímetro ou micrômetro de acordo com as normas ISO 5753.

6. Modos de falha e Análise de Causa Raiz (Root Cause Analysis)

Conforme ISO 15243, os defeitos são classificados com base em características visuais. Abaixo está um detalhado descrição de quatro tipos críticos de falhas, que o engenheiro UNITEC-D mais frequentemente encontra nas fábricas ucranianas.

6.1. Laminado automático (Spalling / Fatigue)

Definição: Desgaste da superfície de trabalho do anel ou do corpo rolante, seguido da formação de cavidades (bolhas).

Indicadores visuais: Borda aguda de cavidades, fundo áspero da cavidade, cor cinza opaco na zona de degradação. São observadas microfissuras ao redor.

Causa principal: Atingimento do recurso calculado do rolamento ($L_{10h}$), sobrecarga crônica, aperto excessivo da montagem, ou viscosidade insuficiente do material lubrificante (fator EXD-lubrificante $\kappa < 1$).

6.2. Brinelling verdadeiro e falso (Brinelling)

Verdadeiro brinelling: Ocorre sob a ação de cargas estáticas que ultrapassam a tensão de escoamento do material, ou de cargas impactantes durante a parada. Visualmente: depressões na pista de rolagem que repetem exatamente o passo dos corpos de rolagem. No fundo das depressões são visíveis traços de deformação plástica e extrusão do metal.

Corrosão por fretting (Fretting corrosion / Falsos brinelling): Ocorre devido a microvibrações de equipamentos inativos (por exemplo, bombas reserva ou equipamentos durante o transporte ferroviário). Visualmente: formações depressivas com formação de produtos de oxidação (pó vermelho-amaro de óxido de ferro $ ext{Fe}_2 ext{O}_3$, "sedimento sangrento"). O brilho metálico no fundo das depressões é parcialmente mantido, ao contrário do verdadeiro brinelling.

6.3. Fretting (Fretting / Deslizamento axial)

Definição: Ruína das superfícies de montagem devido a mínimos deslocamentos relativos microscópicos dos componentes sob a ação de vibrações.

Indicadores visuais: Aparecem manchas de cor ferrugenta nas superfícies de montagem do eixo ou do corpo, desgaste do material (a folga aumenta), destruição da camada oxidada.

Causa principal: Aperto insuficiente da montagem do rolamento no eixo ou no corpo, folga nas porcas fixadoras, cargas vibracionais em estado não operacional.

6.4. Eletrólise (Eletrólise / Correntes Parasitas)

Definição: Passagem de corrente elétrica através dos elementos internos do rolamento, acompanhada de descargas de arco microscópicas.

Indicadores visuais: Superfície opaca das trilhas de rolamento, intensamente coberta por microcavidades (com diâmetro entre 10 e 100 micrômetros). Em casos avançados, observa-se o efeito "risca" ou "estampagem" (fluting) — sulcos escuros paralelos com passo correspondente ao avanço dos corpos de rolamento. O metal nas zonas das cavidades apresenta sinais de recozimento (transformação martensítica em microvolumes).

Causa principal: Correntes parasitas na estrutura do conjunto devido a soldagem, assimetria do campo magnético do motor elétrico, operação do motor com conversor de frequência (Inverter) sem o uso de rolamentos isolados (por exemplo, com revestimento cerâmico nos anéis de rolamentos híbridos) ou escovas para descarregar o potencial do eixo.

7. Previsão do estado técnico e monitoramento

Para prevenir acidentes súbitos nas fábricas ucranianas são aplicados métodos complexos de diagnóstico:

• Análise de vibração: Medição do espectro de vibração (FFT) e métodos de alta frequência (demodulação, método de pulso de choque - SPM). O aparecimento de harmônicos de frequências de defeitos do anel externo ($BPFO$), anel interno ($BPFI$), elementos rolantes ($BSF$) e separador ($FTF$) indica o desenvolvimento de defeitos locais.
• Análise de óleo/Ferrografia: Determinação da concentração de produtos de desgaste no óleo (espectrometria), a presença de partículas metálicas com tamanho superior a 20 mícrons indica destruição ativa dos trilhos.
• Termometria: Controle de temperatura da carcaça do rolamento. Exceder o limite de +75°C... +95°C (dependendo do tipo de lubrificante) indica problemas de lubrificação ou sobrecarga.

8. Matriz comparativa de defeitos de rolamento

9. Conclusão

A identificação precisa de defeitos em rolamentos é fundamental para reduzir custos de manutenção de equipamentos industriais. Ignorar os primeiros sinais visuais de eletroerosão, desgaste ou descamação por fadiga leva inevitavelmente à destruição catastrófica dos nós. Os engenheiros da UNITEC-D GmbH fornecem rolamentos certificados (de acordo com os padrões de qualidade europeus) e também fornecem suporte especializado na seleção de componentes para empresas industriais ucranianas.

Para selecionar conjuntos de rolamentos, lubrificantes industriais e ferramentas de montagem confiáveis, consulte nosso catálogo eletrônico: Catálogo Eletrônico UNITEC-D.

10. Links

1. ISO 15243:2017. Rolamentos — Vocabulário e classificação de danos e falhas em rolamentos.
2. ISO 281:2007. Rolamentos — classificações de carga dinâmica e vida nominal.
3. Catálogo Geral SKF. Diretrizes para análise de danos e falhas em rolamentos. Publicação 10000 EN.
4. DIN 51825: Graxas lubrificantes K — Classificação e requisitos.
5. GOST 520-2014/DSTU GOST 520:2014. Rolamentos. Condições técnicas gerais.