Análise de Quantidade de Graxa Mancal de Rolamento

 

 

ADENDO AO RELATÓRIO DE ATIVIDADES 1 Estágio Supervisionado 

ESTAGIÁRIO : MATEUS BRENER REIS DE SÁ SUPERVISOR : FILIPE BUENO CARVALHO

Adendo ao Relatório Periódico, referente ao período de 14/01/2019 a 18/01/2019, apresentado ao supervisor da indústria SOLVI INSUMOS, como acréscimo a observações feitas no relatório seman semanal al 1. 

TIMÓTEO MINAS GERAIS – BRASIL JANEIRO/2019

 

 

Relatório de Estágio

Sumário 1.  1.  OBSERVAÇÃO CITADA NO RELATÓRIO  RELATÓRIO ...................................................................................... ......................................................................................3 3 2.  2.  3.  3.  4.  4.  5.  5. 

OBJETIVO DO ADENDO................................................................... ADENDO ............................................................................................................... ............................................3 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA................................................................ BIBLIOGRÁFICA ............................................................................................................ ............................................4 4 METODOLOGIA........................................................ METODOLOGIA ........................................................................................................................... ...................................................................6 6 RESULTADOS............................................................ RESULTADOS ............................................................................................................................... ...................................................................7 7

5.1 QUANTIDADE DE GRAXA INICIAL ................................................................... ................................................................................................. ..............................7 5.2 QUANTIDADE QUA NTIDADE DE GRAXA EM RELUBRIFICAÇÃO .......................................................................... .......................................................................... 9 6. CONSLUSÃO ................................................................................................................................10 ................................................................................................................................10 6. REFERÊNCIAS ..............................................................................................................................10 ..............................................................................................................................10  

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Relatório de Estágio

1.  OBSERVAÇÃO CITADA NO RELATÓRIO Excesso de graxa nos mancais: Um dos pontos observados foi o fato de que com menos de 1/4 das facas gastas, o martelo já costuma subir sua amperagem consideravelmente. consideravelmente. Pode ser que o problema não seja necessariamente necessariamente as facas, é sabido que o excesso de graxa (vide figura 6) causa não somente o sobreaquecimento de motores elétricos, mas que também pode proporcionar perda de força pelo eixo rotativo, fazendo com que ocorra perda de energia e requerendo maior potência, causando uma possível elevação da amperagem do martelo. Sem sombra de dúvidas é uma análise interessante de ser feita, visto que ela pode gerar grandes economias de tempo com manutenção com a troca de facas e de operação do martelo.   “

”

Figura: Excesso de graxas circuladas no mancal do Martelo (Britagem)

2.  OBJETIVO O presente adendo visa corroborar a observação feita, acrescentando embasamen embasamento to teórico de bibliografia (SHIGLEY) e de catálogos fornecidos pela própria fabricante do rolamento (NSK) e da graxa (PETRONAS).

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3.  REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Segundo [SHIGLEY, 2011] é necessário compreender a funcionalidade de um lubrificante antes de selecioná-lo. Para isso, precisa-se definir as condições de trabalho do mancal e suas características principais. Há dois tipos de mancais que, normalmente, são lubrificados, o mancal de antifricção e o mancal de deslocamento. O primeiro, refere-se ao tipo de mancal no qual o movimento relativo principal é o rolamento, enquanto no segundo é o deslizamento (como em pistões). Para os mancais de antifricção, que é o caso do mancal utilizado no eixo rotativo do Martelo da planta de britagem, existem 5 tipos de lubrificação: 1  – Hidrodinâmica  – Utilizada para separação metal-metal com alimentação de lubrificante constantemente; 2  – Hidrostática  – Não há movimento das partes em contato, dessa forma a necessidade de relubrificação é muito baixa ou inexistent inexistente; e; 3  –  Contorno  –  Quando a hidrodinâmica atinge um grau de insuficiência e que pequenas camadas do material lubrificante atuam na separação metal-metal; 4 – Filme Sólido – Utilizada para mancais que possuem elevadas temperat temperaturas uras de trabalho; 5 – Elasto-Hidrodinâmic Elasto-Hidrodinâmicaa – Lubrificação para contatos de rolamento, como em engrenagens e em mancais de rolamento. Todos os tipos de lubrificação realizadas com fluidos considerados newtonianos podem ser analisados a partir da perspectiva apresentada pela imagem 1 . A placa “A”, em movimento, pode ser caracterizada como a parede do rolamento, o lubrificante (dividido em camadas da cor rosa) obedecem uma relação de velocidade conforme a tensão de cisalhamento provocado pela placa. Dessa análise há duas observações importantes: 1quanto mais espessa for a camada “h”, maior a quantidade de camadas de lubrificantes que

ficará estática (proporcionando a formação de crostas) e quanto maior a velocidade da placa (no caso, do eixo de rotação), maior será a tensão de cisalhamento e elevação da temperatura do mancal.

Figura 1: Comportamento 1: Comportamento do contato mancal/lubrificante

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Por isso, segundo a fabricante dos rolamentos, NSK, utilizados na SOLVI, há 3 quesitos principais para escolha do tipo de lubrificante, sendo eles: (1) Faixa de Temperatura de Trabalho; (2) Rotação do Rolamento; (3) Características do ambiente do mancal. (1)  Faixa de Temperatura de Trabalho: O rolamento utilizado no martelo é codificado como NSK 22315EAE4, rolamento caracterizado por trabalhar com temperaturas de até 200°C. Tal temperatura, apesar de não ter sido medida, não é alcançada, visto que a graxa utilizada neste mancal (PETRONAS TUTELA KP 2K) possui ponto de gota quando atinge 170°C. Portanto, o rolamento está trabalhando dentro da faixa permitida tanto para ele, quanto para a graxa, visto que ela não está perdendo suas características pastosas. Contudo, trabalha idealmente na faixa de 70°C. (2)  Rotação do Rolamento: O limite de rotação é importante visto que a graxa trabalha com limites consideravelmente menores do que o óleo, conforme a tabela 1. (3)  Características do Ambiente do Mancal: Entre lubrificantes de óleos e de graxa, para o ambiente com umidade e muita poeira como da empresa em questão, a graxa se torna ideal para proteção contra depósito de corpos indesejados e infiltração de água. Após análise dos tópicos acima, é possível considerar o uso de graxa como lubrificante adequado, considerando especialmente especialmente o fat fator or (3). Dessa forma, resta esti estimar mar o modelo de cálculo da quantidade de graxa a ser utilizada. Segundo a NSK, “a quantidade de graxa a ser inserida no alojamento difere de acordo com as condições: rotação, configuração, tipo de graxa e ambiente. [...] A quantidade referencial para casos normais [...] é de que o rolamento deverá ser preenchido suficientemente com graxa [...], já com os rolamentos posicionados, preenchendo, aproximadamente, aproximadamente, de 1/2 a 2/3 para rotações abaixo de 50% do limite e de 1/3 a 1/2 para rotações acima de 50% do limite ”. Em suma, não mensura a quantidade de graxa para ser isenta de d e responsabilidades para rolamentos de condições adversas. Contudo, há algumas consultoras que disponibilizam modelos de cálculo que mensuram a quantidade de graxa a partir das dimensões do próprio rolamento. Seguindo o modelo da PENHALVER CONSULTORIA, existem 2 métodos para encontrar tal informação, um generalista (equação 1) e um preciso (equação 2).

    çã   =     0,0 0,011 

(1)

D – Diâmetro externo do rolamento em mm B – Largura da pista do rolamento em mm

    çã   =     % % 

(2)

EL – Espaço Livre no rolamento em cm³ %EL – Porcentagem considerável no espaço livre ρ –  – Densidade da graxa em g/cm³

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A equação 1 pode ser facilmente resolvida a partir do catálogo fornecido pela NSK, enquanto a equação 2 carece da determinação do espaço livre no rolamento (equação 3). Essa equação leva em conta outras informações, como a massa do rolamento, rotação de trabalho e tipo do rolamento.

 ∗106  =4 ∗  ∗ (2  2 ∗ 10−9)  78

(3)

G – Massa do rolamento em kg d – Diâmetro interno do rolamento em mm

Já a incógnita %EL é determinada pelo fator de rotação (equação 4), sendo esse determinado pelo tipo de rolamento e sua rotação de trabalho, conforme indicado na figura 2.

f – fator de rolamento

+       çãçã =   2 

(4)

n – rotação de trabalho do rolamento

Figura 2: tabela 2: tabela de valores do fator de rolamento

4.  METODOLOGIA Antes de iniciar os cálculos, foi necessário buscar as especificações tanto do martelo quanto do rolamento e da graxa utilizada no mancal. A máquina, que não possui documentação armazenada de suas especificações, teve sua rotação de trabalho estimada, com base em moinhos semelhantes, em 1760 RPM. Já a graxa PETRONAS TUTELA TUTELA KP 2K teve sua densidade e temperatura de trabalho retirados diretamente do catálogo fornecido pelo fabricante, assim como as informações do rolamento NSK 22315EAE4 22 315EAE4 (tabela 1).

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Tabela 1: Catálogo 1: Catálogo NSK (pág A-105)

5.  RESULTADOS 5.1 Quantidade de graxa inicial As especificações e equações foram preparados em um algoritmo de excel, de modo que ficasse fácil a comparação entre os modelos de cálculo simples e mais preciso. A diferença entre o valor encontrado no modelo complexo foi de aproximadamente 50% a menos graxa do que o estimado pelo modelo simples, conforme indicado na tabela 2. Dados de Entrada Rolamento Código de série Diâmetro (D) - mm Diâmetro (d) - mm Largura (B) - mm Massa (m) - kg Fator do Rolamento Rotação (n) - rpm Fator de Rotação

NSK 22315EAE4 160 75 55 5,26 0,6 1760 16486800

Fórmula mais simples Quantidade de graxa - g 440 Relubrificação - g 220

Graxa Código de série Densidade ( ) - g/cm³ Espaço Livre do Rolamento (cm³) % Espaço Considerado



TUTELA KP 2K 1 674,4630572 674 ,4630572 0,3

Fórmula mais complexa Quantidade de graxa - g 202,3389172 Relubrificação - g 101,1694586

Tabela 2: valores 2: valores encontrados para aplicação inicial de graxa

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Relatório de Estágio

Vale ressaltar que essa quantidade de graxa inicial é aquela que deve ser colocada dentro do mancal a partir da bucha ou rasgo, conforme a figura 3. A superfície do rolamento também deve ser preenchida com graxa em quantidade suficiente para cobrir a superfície, conforme indicado na figura 4.

Figura 3: Exemplo 3: Exemplo de adição de graxa no espaço livre do rolamento (mancal fechado)

Figura 4: Exemplo de quantidade de graxa utilizada na superfície do rolamento (mancal aberto)

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5.2 Quantidade de graxa em relubrificação Os mancais que trabalham em ambientes não controlados precisam de precisam de renovações de lubrificantes periódicas. A fabricante NSK indica que as relubrificações utilizem 50% da quantidade de lubrificante utilizado na aplicação inicial em um período determinado pela rotação de trabalho do rolamento (vide gráfico 1).

Gráfico 1: Relação 1: Relação de período para relubrificação e rotação de trabalho (FONTE: Catálogo Geral nsk A-107)

Por conseguinte, pode-se afirmar que a relubrificação do mancal selecionada seja a cada 3000 horas de trabalho, aproximadamente. Contudo, há 2 considerações: 1- a cada 10°C acima de 70°C na temperatura de operação, reduz-se o tempo pela metade. Além disso, existe também um fator de correção, que multiplica esse tempo considerando a carga radial aplicada no mancal (P) e a capacidade de carga básica (C) do rolamento, indicado pela tabela 3. Para valores de P/C acima de 0.16, deve-se consultar a fabricante para mais informações.  P/C Fator de carga