Lubrificação de rolamentos: graxa consistente contra óleo, intervalos de reposição e sistemas automáticos

1. Introdução

Estudos sobre os índices de confiabilidade de equipamentos industriais nas empresas de fabricação mecânica e mineração na Ucrânia mostram que até 36% das falhas prematuras de rolamentos são causadas por problemas no lubrificante. A quantidade insuficiente de material lubrificante, sua degradação, contaminação por partículas estranhas ou o uso de classe de viscosidade inadequada levam ao atrito seco, soldagem microscópica das superfícies de rolamento e embolamento térmico. As condições de operação em combinações metálicas ou fábricas de cimento exigem dos engenheiros mecânicos conhecimentos profundos de tribologia para atingir o índice de confiabilidade objetivo MTBF (Mean Time Between Failures) acima de 50 000 horas.

Especialistas da UNITEC-D GmbH lidam diariamente com tarefas de seleção de componentes e desenvolvimento de regulamentos de manutenção técnica para condições produtivas complexas. Neste artigo técnico, abordaremos as bases físicas para a escolha entre lubrificantes pastosos e óleos líquidos, apresentaremos fórmulas de cálculo para determinação dos intervalos de reposição de acordo com as normas vigentes e analisaremos a eficácia de sistemas de lubrificação automatizados (Centalized Lubrication Systems).

2. Princípios fundamentais da tribologia de rolamentos

A principal finalidade da lubrificação nos rolamentos de rolagem é a criação de uma película de óleo separadora entre os corpos de rolagem (bolas ou rolamentos), as rachas de rolagem dos anéis e o separador. A espessura dessa película é determinada pelo parâmetro de espessura específica da película $\\lambda$:

\\lambda = \frac{h_{min}}{\\sqrt{R_{q1}^2 + R_{q2}^2}}

Onde $h_{min}$ — espessura mínima da película de óleo (µm), e $R_{q1}, R_{q2}$ — rugosidade média quadrática das superfícies de contato (µm). O valor $\\lambda$ define o modo de atrito no nó:

• $\\lambda > 3$: Filme hidrodinâmico completo ou eletrohidrodinâmico (EHD). Não há contato direto de metal, o desgaste é praticamente nulo.
• $1 < \\lambda \\le 3$: Atrito misto. Observa-se contato parcial de microsuperfícies. Requer pacotes de aditivos EP (Extreme Pressure) e AW (Anti-Wear).
• $\\lambda \\le 1$: Limite de atrito. Alto risco de arranhões, deformação plástica e fadiga da superfície (micropitting).

A viscosidade básica do material lubrificante ($\ u_1$) à temperatura de operação é um parâmetro crítico para atingir $\\lambda > 2$. De acordo com ISO 15312, ela é calculada com base no diâmetro médio do rolamento $d_m = (d+D)/2$ e na frequência de rotação $n$. Se a temperatura de operação do rolamento for de +70 °C, e a viscosidade cinemática calculada for de 30 mm²/s, o uso de graxa do grupo NLGI 2 baseada em óleo mineral ISO VG 100 garantirá uma operação estável até $n \\cdot d_m = 300 000$ mm·ob/min.

3. Especificações Técnicas e Normas

Projeto e manutenção de unidades de atrito são regulamentados por um conjunto de padrões internacionais e nacionais. O cumprimento desses padrões garante a segurança na operação e a compatibilidade das peças de reposição fornecidas pela UNITEC-D GmbH:

• ISO 281: Rolamentos de rolemento. Cálculo da capacidade dinâmica de carga e da vida nominal (considerando o fator de resistência à fadiga modificado $a_{ISO}$ para condições de lubrificação).
• DIN 51825: Lubrificantes de consistência do tipo K. Classificação dos lubrificantes por aplicação (por exemplo, KP2K-30 para altas cargas).
• ISO 6743-9: Materiais lubrificantes, óleos industriais e produtos relacionados (classe L). Classificação de sistemas e lubrificantes (grupo X para lubrificantes pastosos).
• DSTU GOST 21150:2009: Graxas de uso geral (requisitos técnicos, harmonizados com as normas europeias).
• IEC 60034-9 / DIN 51818: Classificação de greases consistentes segundo o grau de penetração NLGI (National Lubricating Grease Institute) de 000 até 6.

4. Escolha e cálculo: lubrificante de consistência ou óleo

A escolha entre o lubrificante e o óleo depende da velocidade de rotação ($n$), da carga ($P$), da temperatura de trabalho e das particularidades construtivas do corpo. Abaixo está uma matriz comparativa para a tomada de decisões engenheiras.

Cálculo do intervalo de renovação do lubrificante consistente ($t_{f}$):
Para rolamentos de esferas radiais padrão, a fórmula empírica SKF para determinar o intervalo de renovação (em horas) é a seguinte:

\\log t_f = 6,54 - 2,6 \\cdot \frac{n}{N_{F}} - 0,03 \\cdot d

De:
- $n$ — frequência de rotação nominal (rpm)
- $N_{F}$ — velocidade limite para o lubrificante (rpm)
- $d$ — diâmetro interno do rolamento (mm)

Exemplo: Para o rolamento 6312 ($d = 60$ mm, $D = 130$ mm) com velocidade de operação de 2000 rpm e velocidade limite do lubrificante de 6300 rpm, o intervalo de repor será aproximadamente 3800 horas nas condições normais (temperatura até +70 °C, ausência de vibração).

5. Recomendações práticas de montagem e colocação em serviço

Preenchimento inicial incorreto do rolamento com graxa frequentemente é a causa de falhas já nos primeiros semanas de operação. Cumpra as seguintes normas técnicas:

1. Volume de enchimento do corpo: O rolamento deve ser encharcado com graxa entre 30-50% do espaço livre no corpo. O superenchimento (acima de 70%) causa uma mistura intensa da graxa, aumento brusco das perdas hidráulicas, aquecimento e ejeção da graxa através do selo.
2. Compatibilidade de lubrificantes: É estritamente proibido misturar lubrificantes de diferentes tipos de selantes. Por exemplo, a mistura de complexo de lítio com sulfonato de cálcio ou bentonito pode levar à destruição da estrutura do lubrificante (diluição e vazamento) devido à incompatibilidade dos bases sabonosas. Consulte os manuais técnicos dos fabricantes antes da reposição.
3. Pureza durante a montagem: Mantenha os materiais lubrificantes em cartuchos herméticos ou embalagens de saco. Utilize seringas e bombas destinadas exclusivamente ao tipo específico de lubrificante, para evitar a contaminação cruzada com partículas abrasivas.

6. Tipos típicos de falhas e análise de causas raiz (RCA)

Análise de falhas realizada nas laboratórios UNITEC-D permite identificar três cenários principais de degradação de rolamentos através de problemas com a lubrificação:

• Envelhecimento térmico (carbonização): O lubrificante perde a base de óleo, transformando-se em uma massa densa, similar a resina ou negra sólida. A causa é o excedente da temperatura de trabalho limite (por exemplo, acima de +120 °C para lubrificantes de lítio padrão) ou operação prolongada em regime de altas cargas sem resfriamento.
• Brinellagem e falsa brinellagem (False Brinell): Aparecimento de furos nas vias de rolamento na forma de marcas deixadas por esferas ou rolos devido à vibração de equipamentos inativos (por exemplo, bombas reserva). A película de lubrificante é expelida pela vibração, causando desgaste microscópico. Solução — uso de aditivos anti-desgaste EP e rotação periódica do eixo.
• Desgaste abrasivo (Contaminação por Partículas): Entrada de poeira, escória ou lama tecnológica através de selos desgastados. O lubrificante atua como pasta de ajuste, raspando os corpos de rolagem e aumentando o jogo radial do rolamento.

7. Manutenção Proativa e Monitoramento do Estado

Para prevenir paradas imprevistas em nós críticos (ventiladores principais, trituradores, extrusores) a indústria moderna aplica complexos métodos de monitoramento:

• Análise de vibração (High-Frequency Acceleration / SPM - Método de Pulso de Choque): O método de pulsos de choque permite detectar danos na película de óleo e o início de microfissuras superficiais antes que o nível geral de vibração aumente. O aumento do índice dBm indica atrito seco.
• Emissão Acústica e Termografia: Medição sem contato da temperatura do corpo do rolamento utilizando pirômetros infravermelhos e termovisores revela picos locais de aquecimento que indicam falta ou excesso de lubrificante.
• Análise Tribológica do Óleo (Monitoramento da Condição do Óleo): Para sistemas de lubrificação líquida é realizado o análise espectrométrica de desgaste (determinação da concentração de Fe, Cu, Cr em ppm) e determinação da queda de viscosidade acima de 10% do valor inicial de acordo com ISO 3104.

8. Matriz de comparação de sistemas modernos de lubrificação

Para otimização dos custos de manutenção de grandes empresas é aconselhável migrar da injeção manual para sistemas automatizados. Comparação dos principais variantes está apresentada abaixo:

9. Conclusão

A escolha correta do material lubrificante e o cumprimento dos regulamentos de reposição garantem o funcionamento sem interrupções do equipamento industrial. Os engenheiros da UNITEC-D GmbH estão prontos para oferecer suporte especializado na seleção de rolamentos, óleos de alta temperatura e componentes de sistemas de lubrificação automática que atendem aos rigorosos padrões europeus de qualidade.

Conheça nosso completo catálogo de componentes e rolamentos industriais no catálogo eletrônico UNITEC-D.

10. Referência

• ISO 281: Rolamentos — Cargas dinâmicas de projeto e vida de projeto. Organização Internacional de Normalização.
• DIN 51825: Lubrantes — Graxas K — Especificação de graxas para rolamentos e mancais planos.
• Catálogo Geral SKF: Diretrizes para Lubrificação e Manutenção de Rolamentos, Publicação 10000 EN.
• ISO 15312: Rolamentos — Classificação térmica de velocidade — Cálculo e coeficientes.
• IEV (Vocabulário Eletrotécnico Internacional) - IEC 60050: Tribologia Industrial e Terminologia de Manutenção.