Danos no Rolamento: Como Evitar as Causas Comuns de Falhas no Rolamento

Resumo

Algumas condições podem causar danos no rolamento e uma falha prematura que comprometa sua vida útil. Quando um rolamento não atinge a sua capacidade máxima de vida útil, uma ou mais destas condições muitas vezes são a razão. Os quatro mais comuns são:

  • Lubrificação Inadequada
  • Contaminação
  • Sobrecarga
  • Manuseio Incorreto e Instalação

Essas condições afetam uma ampla variedade de tipos de rolamentos, incluindo cilíndricos, autocompensadores, de agulhas, cônicos e esferas.

As consequências das falhas nos rolamentos dos equipamentos industriais podem ser significantes, incluindo:

  • Prejuízo para o pessoal da fábrica
  • Eficiência operacional reduzida
  • Custo para reparar ou substituir rolamentos
  • Custo para reparar ou substituir outros componentes como mancais ou eixos que podem ser danificados por rolamentos com defeitos através da vibração ou temperaturas altas
  • Tempo de parada não planejada do equipamento

Para os sistemas de rolamentos atingirem a vida útil máxima, e para evitar consequências graves provenientes dos rolamentos com defeitos, é importante que os gestores da fábrica e os técnicos entendam como monitorar e evitar as condições que danificam os rolamentos.

Lubrificação Inadequada

A grande maioria das falhas ao rolamento pode ser atribuída à lubrificação inadequada, que pode ser classificada em oito categorias básicas: preenchimento excessivo, preenchimento insuficiente, especificação incorreta, mistura ou incompatibilidade, lubrificação incorreta ou intevarlos inapropriados, graxa deteriorada e contaminação.

O fabricante do equipamento e o fornecedor de rolamento podem especificar a quantidade certa de lubrificante, tipo, grau, sistema de fornecimento, ciclo de reabastecimento, viscosidade e aditivos. Os lubrificantes devem ser projetados adequadamente para cada sistema de rolamento com base no histórico, carga, velocidades, sistemas de vedação, condições de serviço e vida útil esperada.

Fabricantes ou distribuidores devem fornecer recomendações detalhadas sobre as condições de armazenamento, prazo de validade máximo, sistemas de entrega, níveis de filtragem e outras precauções. Recomenda-se consultar se quaisquer condições mudaram durante a operação, mesmo aquelas que parecem menos significativas.

Graus diferentes de mistura e marcas de graxa ou óleos podem ser desastrosas. Os lubrificantes devem ser completamente compatíveis para funcionar corretamente com o passar do tempo. Por causa das diferenças químicas significativas na formulação (agentes de espessamento, óleos base, aditivos, etc.), alguns lubrificantes não podem ser misturados com outros.

Antes de trocar um lubrificante, sempre qualifique a compatibilidade com o fornecedor do lubrificante. Em alguns casos, testes especiais podem ser necessários. Se você receber a luz verde para prosseguir, permita o tempo suficiente para remover todo lubrificante antigo do sistema. Também é um bom momento para rever a condição das linhas, conectores, distribuidores, bombas e vedações, e ações corretivas necessárias.

Uma vez que o lubrificante foi selecionado e aplicado, sempre monitore os rolamentos quanto a sinais de falhas. Um método comum é o monitoramento de temperatura periódico ou contínuo. Se os rolamentos estiverem operando em mais do que 180° F graus, esteja ciente de que a vida útil do óleo pode diminuir drasticamente, mesmo com inibidores de oxidação. Altas temperaturas de operação podem ser causadas por alta temperatura ambiente, ou temperatura do processo, ou por condições de operação graves que aumentam o atrito de contato do rolamento. Por outro lado, temperatura ambiente muito baixa também desafia o lubrificante, causando espessamento e potencial fluxo indevido. Verifique com seu fornecedor de rolamento sobre o intervalo aceitável de temperaturas de operação.

Se a lubrificação do rolamento estiver de alguma forma inadequada, o resultado pode levar a danos. As falhas variam muito na aparência. Aqui estão quatro níveis progressivos de falhas:

  • A descoloração é um escurecimento do metal que ocorre quando o contato metal-metal resulta em temperatura de rolamento excessiva. Em particular, procure a descoloração das pistas e rolos. Nos casos leves, a descoloração é a partir do lubrificante manchando a superfície de rolamento. Em casos graves, o metal em si é descolorido pelo calor elevado
  • Arranhões ou descascamento de qualquer tipo ou grau é uma indicação de um grave problema relacionado à lubrificação e requer atenção imediata. Procure cortes de marcas no metal ou descascamento de metal.
  • A marcação localizada é devida à alta temperatura localizada, degradação do filme lubrificante e contato mecânico direto dos componentes. Em rolamentos de rolos cônicos, isto pode se manifestar através da marcação da face maior dos rolos no seu respectivo encosto.
  • O travamento do rolamento pode acontecer quando o alto calor localizado ou desgaste cumulativo produzir alterações na geometria do rolamento original ou folga interna montada. Poderá resultar em inclinação dos rolos, destruição do porta-rolos, transferência de metal, torque aumentado ou perda de energia e dimensionamento de rolamento completo (Figura 1).

Figura 1:
Travamento total do rolamento.

Se uma dessas condições forem observadas, consulte um engenheiro de serviço para ajudar a diagnosticar o equipamento, lubrificante e a condição do rolamento e para dar suporte à análise de causa raiz de danos. Na maioria dos casos, os rolamentos precisam ser reparados antes que possam ser reinstalados e colocados em funcionamento novamente.

Contaminação

Partículas estranhas são outra fonte comum de falhas nos rolamentos. Até mesmo quantidades pequenas de partículas estranhas como poeira, sujeira, contaminantes, podem interromper a película de óleo, resultando em dano à superfície do rolamento e reduzir a vida útil de operação. A água é particularmente prejudicial para o lubrificante. Tão pouco quanto 1 por cento de água na graxa ou óleo pode ter um impacto significante na vida útil do rolamento.

Na proteção contra a contaminação, as vedações são essenciais. Em primeiro lugar é importante escolher os retentores adequados. Consulte os fabricantes para garantir uma correspondência adequada entre o retentor e a aplicação. Seu fornecedor precisará entender o desempenho do equipamento, requisitos do conjunto, sistema lubrificante, orientação do eixo e outros fatores relacionados à aplicação. Informações adicionais como o tipo de fabricado, o material que o retentor é construído, e como o retentor é montado são essenciais.

Aqui estão algumas sugestões gerais para a seleção e manutenção dos retentores:

  • Use apenas retentores adequados para as condições de operação do equipamento.
  • Implemente as proteções externas ou procedimentos para evitar o acúmulo de contaminantes ao redor dos retentores.
  • Verifique rotineiramente a condição do retentor de lábio radial quanto a flexibilidade, têmpera ou fissuração e contato do eixo.
  • Procure sinais de vazamento e substitua os retentores danificados assim que possível.
  • Evite a purga de graxa excessiva através dos retentores de lábios. Os lábios do retentor podem perder o contato e a eficácia.
  • Cuidado ao usar água, vapor ou equipamento de spray de ar comprimido para a limpeza externa periódica. Muitos retentores de rotação não são projetados para resistir ao vapor ou impacto direto de sprays de alta pressão. É muito fácil de danificar o retentor e forçar os contaminantes em caso de equipamento limpo.
  • Ao desmontar um equipamento grande, evite levantar as correntes, cabos ou eslingas sujas que podem marcar as superfícies de vedação.
  • Se as superfícies de atrito estiverem desgastadas, as refaça de acordo com as especificações originais de acabamento e diâmetro.

Além disso, reduza a contaminação seguindo as três melhores práticas:

Quando os rolamentos forem removidos para inspeção, lave e seque-os. Após a lavagem e secagem – ou sempre que os rolamentos forem colocados em armazenamento – devem ser revestidos com óleo ou outra proteção e envolto em papel de proteção.

Rotineiramente recolha e teste amostras de óleo ou graxa. O ideal é que você possa ver propriedades consistentes no óleo ou graxa.

Se as partículas sólidas estiverem presentes, determine a fonte
potencial e tome medidas corretivas.

• É melhor não confar em fltros sozinhos para gerenciar a
contaminação. Em ambientes adversos, onde os fltros podem
estar sujeitos a exigências pesadas, os técnicos precisam planejar
cuidadosamente a inspeção regular e/ou substituição dos elementos
do fltro.

Quando partículas estranhas não contaminarem os rolamentos, eles podem causar uma série de falhas. Materiais estranhos fnos no rolamento, por exemplo, podem causar excesso de desgaste abrasivo. Areia, metal fno da retifcação ou usinagem, e metal fno ou pastilha de metal duro das engrenagens desgastarão os elementos rolantes e pistas. O desgaste abrasivo também pode afetar outros elementos do equipamento ou aceleraro desgaste do retentor, desempenho e consequente degradação. Limpeza inicial incorreta de mancais e peças, fltragem inefcaz ou a manutenção de fltro inadequada pode permitir o acúmulo de partículas abrasivas.

As partículas de metal se movimentando no rolamento podem causar microfssuras e abrasões nos elementos rolantes e pistas. Aparas de metal ou grandes partículas de sujeira remanescentes depois da operação de usinagem, devido a mancais limpos inadequadamente, podem iniciar o dano e provocar fadiga precoce. As causas de contaminação geram desgaste das engrenagens, chavetas, retentores, embreagens, freios, juntas, mancais não limpos adequadamente, ou componentes desgastados. Essas partículas de metal se movimentam através da lubrifcação, e também do rolamento e eventualmente podem ferir as superfícies. Metal levantando pode agir como condutor de tensão de superfície causando lascas prematuras e vida útil reduzida.

Sulcos são causados por desgaste excessivo através de partículas de metal. Esses contaminantes fxam-se no porta-rolos e podem causar sulcos nos elementos rolantes (Figura 2). Essa condição resulta em geometria de contato inadequada no rolamento e pode reduzir a vida útil de operação.

Figura 2:
Sulcos

Oxidação ou corrosão é um dos mais graves problemas encontrados nos rolamentos (Figura 3). O acabamento da superfície das pistas e elementos rolantes os tornam suscetíveis aos danos por corrosão através da umidade ou contato direto com água se não for adequadamente protegido. A oxidação é frequentemente causada por alterações de temperatura no alojamento do rolamento ou condições de armazenamento inadequadas. Equipamento deixado inativo por períodos signifcantes podem estar suscetíveis a esse tipo de dano, que é insidioso e pode se propagar rapidamente em falhas.

Figura 3:
Corrosão etchingor.

Sobrecarga

Quando os rolamentos são obrigados a operar além dos limites de projeto nominal em termos de carga, velocidade ou temperatura, isso é chamado de sobrecarga. Quanto maior a sobrecarga, maior a diminuição na vida útil do rolamento. Os componentes adjacentes também podem ser afetados. Em casos extremos, fratura dos componentes nos rolamentos podem ocorrer.Enquanto a sobrecarga pode resultar da operação incorreta, ela também pode resultar de uma incompatibilidade entre o rolamento e a aplicação. Ao selecionar o projeto do rolamento adequado para a aplicação, o fabricante do equipamento e fabricante de rolamentos irão considerar a temperatura operacional, a variação da temperatura, o tipo e o grau de contaminação potencial, velocidade de operação e aceleração, vibração e muito mais.Os sinais de aviso de sobrecarga incluem ruído ou vibração, temperatura operacional aumentando, lascas metálicas no lubrificante e filtros e diminuição do desempenho do sistema.Uma indicação de sobrecarga é o descascamento da superfície relacionado à fadiga microfissuras ou descamações de materiais de rolamento (Figura 4).

Figura 4:
Sobrecarga

As lascas ocorrem principalmente nas pistas e os elementos rolantes do rolamento. Outras indicações de sobrecarga são:

•   Fratura do rolo (Figura 5)

•   Descascamento

•   Fratura da sub-superfície do anel externo

•   Linhas de amassamento ou evidência de deformação plástica nas bordas do rolo e contatos de pista de rolamento. Essas linhas rígidas aparecem em preto e podem ser sentidas com uma ferramenta encravada ou afiada.

• Deformação de metal próximo ao flange de encosto.

Figura 5:
Fratura do rolo

Se você observar qualquer um desses sinais de danos devido à sobrecarga, os rolamentos devem ser reparados ou substituídos, ou você correrá o risco de danos maiores e consequências mais graves.

Manuseio Incorreto e Instalação

Os técnicos devem ter certeza de empregar métodos adequados e ferramentas ao manusear e instalar os rolamentos. Os rolamentos são componentes altamente projetados e até mesmo a uma pequena superfície amassada ou entalhes podem prejudicar o desempenho e a confiabilidade.Até que os rolamentos estejam prontos para instalação, mantenha-os armazenados na embalagem original que contém proteção anticorrosiva. Muitos casos de falhas prematuras do rolamento podem ser rastreadas até as práticas de armazenamento inadequado. Sempre use ferramentas limpas em um ambiente limpo. E não limpe o óleo protetivo do rolamento. Um erro comum é enxugar o óleo protetivo aplicado pelo fabricante de rolamentos e remoção da embalagem de proteção. Se, por qualquer motivo, o rolamento tiver de ser retirado da embalagem original, tenha cuidado ao aplicar o óleo protetivo e garanta que as peças estejam bem embaladas. Os engenheiros de serviços do fabricante do rolamento podem ajudar com as melhores práticas.A manutenção de registro também é importante. Mantenha um registo de todas as atividades de manutenção, assinalando a data, equipamento modelo e número de série, o conjunto do rolamento e o número de série (se aplicável), e fabricante. Inclua comentários sobre o reparo do mancal ou eixo e outros componentes que foram substituídos.

Esses registros podem ser essenciais ao estabelecer tendências no desempenho dos rolamentos, definindo intervalos de operação e planejamento de manutenção futura. Os registros são também a base para a solução de problemas de desempenho do equipamento e danos à análise do rolamento.

Tome cuidado para evitar danos aos componentes do rolamento especialmente os porta-rolos utilizando dispositivos apropriados e métodos durante o manuseio e através do processo de instalação (Figura 6). Note que os porta-rolos são geralmente feitos de aço macio, bronze ou latão e podem ser facilmente danificados por manuseio incorreto ou instalação, resultando em problemas prematuros de desempenho no rolamento.

Figura 6:
Use dispositivos adequados e métodos durante o manuseio e instalação

Ao manusear as pistas externas fora dos mancais ou cubos de roda, o manuseio descuidado pode resultar em rebarbas ou essaltos nas pistas externas. Se uma ferramenta fresar a superfície de assento do mancal, deixará áreas levantadas em torno da fresa. Se estes pontos não forem retrabalhados (raspados) antes da pista externa ser reinstalada, esse ponto poderá transferir calor através da pista externa e causará um ressalto correspondente no diâmetro dentro da pista externa. Isso aumenta a tensão de contato e pode resultar em diminuição de vida útil de fadiga, lascas localizadas ou, em condições extremas, fratura do componente. O efeito imediato dos sulcos e arranhões profundos podem incluir a aspereza, a vibração e o ruído no rolamento.

Abaixo estão tipos específicos de falhas que podem ser causados por manuseio, instalação ou remoção inadequados. Cada um pode ser muito grave. Se você descobrir este tipo de falhas, substitua ou repare o componente e identifique a causa raiz.

• Amassado no anel externo
• Encosto do anel interno fraturado
• Encosto quebrado na parte externa da pista
• Riscos espaçados na pista
• Amassado ou depressão nas pistas de rolamento (efeito Brinell)

A instalação do rolamento começa com atenção com a montagem, alinhamento e configuração do rolamento. Para a montagem do rolamento, as recomendações do fabricante devem ser seguidas para garantir o desempenho adequado do rolamento.

O alinhamento adequado durante a instalação é importante porque um rolamento desalinhado diminui a vida útil se a capacidade de rolamento é excedida. A redução da vida útil de operação dependerá do grau de desalinhamento. Se o desalinhamento for excessivo, a distribuição de carga dentro do rolamento não será distribuída ao longo dos elementos rolantes e pistas conforme pretendido, e será concentrado em apenas uma parte dos rolos ou esferas e pistas, potencialmente resultante em uma fadiga precoce do metal. Superfícies contíguas, assentos e ressaltos, e raios de concordância correspondentes são dimensionados para suporte apropriado e transmissão de forças. Estes devem estar dentro de limites especificados pelo fabricante de rolamentos.

O ajuste do rolamento inclui correta atribuição de folga radial interna (RIC) livre e montada, folga axial ou, em alguns equipamentos, pré-carga axial. A folga incorreta pode resultar em uma variedade de condições que incluem aumento do torque, estresse, dano no porta-rolos ou superaquecimento.

Conclusão

Falhas no rolamento em uma maior escala é menos comum hoje em dia graças às melhorias no projeto do equipamento, e treinamento dos fabricantes e usuários do equipamento original. Além disso, os operadores estão cada vez mais diligentes no manuseio do rolamento, monitoramento e manutenção do equipamento, lubrificação e vedações.

Ainda que a necessidade de compreender as principais causas de falhas no rolamento e como evitá-las não seja menos urgente, tome cuidado ao lubrificar adequadamente, ao manter a proteção contra contaminação, evite a sobrecarga e instale corretamente os rolamentos. Ao fazê-lo, você pode proteger esses componentes industriais essenciais de falhas, aumentar o tempo de atividade, prolongar o tempo de vida útil e aumentar a saúde financeira da sua operação.

Russell Folger é diretor de engenharia móvel; Jerry Rhodes é gerente geral de engenharia de indústrias de processo e qualidade eólica; e Davi Novak é diretor de engenharia de serviço global na The Timken Company.