Força, potência e movimento: finalidades das transmissões mecânicas

Os sistemas evoluem e novos materiais e tecnologias são aplicadas, ampliando a vida útil. Para o futuro, destaques são serviços e monitoramento remoto.

Mais do que possibilitar a transferência de força mecânica, transmitindo e deslocando o torque entre os diversos elementos de uma máquina, por meio da rotação entre rolamentos, engrenagens, correias e polias, entre outros componentes, os sistemas de transmissão mecânica permitem que uma máquina atue de maneira eficiente e otimizada, sincronizada, conferindo produtividade a todo o conjunto, além de permitir que o maquinário trabalhe e produza harmoniosamente, sem engasgos, perdas ou prejuízos.

Com referência à sua existência, como multiplicador do torque, de modo a aumentar a força de tração humana ou animal, foi com a Revolução Industrial que a evolução se acentuou e conduziu ao desenvolvimento das transmissões automáticas, originadas dos sistemas de engrenagens planetárias.

Ao longo desse processo, o que não falta é história e tecnologia quando o assunto são as transmissões mecânicas, pois, as engrenagens, por exemplo, têm relação direta com a Lei de Newton.
Como frisa Ronaldo Santana – presidente da Câmara Setorial de Transmissão Mecânica da ABIMAQ (CSTM) e supervisor de vendas da SEW Eurodrive Brasil, multinacional de origem alemã, no Brasil há mais de 40 anos –, “o aumento da produtividade e a redução dos custos caminham lado a lado com o aumento da qualidade. Também agregamos tecnologia nas transmissões mecânicas, com resultados em ganhos de material e melhorias no produto”.

Materiais: evolução contínua

A evolução desses sistemas relaciona-se com o desenvolvimento dos materiais e acompanha a tecnologia e os processos de produção.

A utilização de materiais de alta tecnologia para construção leve, como acontece na indústria aeroespacial, “atinge máquinas de produção, como robôs industriais, máquinas-ferramenta e máquinas guiadas manualmente”, avalia Otavio Bastos Vitória, gerente de Contas da R+W para a América do Sul.

Definindo como “muito amplo o espectro de produtos em que um aumento na velocidade e rigidez ou economia de energia pode ser alcançado por meio de uma redução na massa”, Vitória complementa: “Esses materiais de alta tecnologia e as tecnologias de produção mais recentes são o princípio orientador para novos projetos e desenvolvimentos futuros”.

Fabricante de caixas de transmissão angulares (engrenagens cônicas), redutores, multiplicadores e outros componentes de transmissão mecânica, para fabricantes de máquinas agrícolas e máquinas industriais, a Inpel – como informa seu diretor Comercial, Armando Marcon Jr. – utiliza em sua linha de produção apenas aços ligados com certificação e componentes nacionais, mas mantém-se atenda a estudos de novos materiais para fabricação de engrenagens, que estão ainda em fase “muito inicial, nada havendo em nível comercial”.

Carlos Raphael Rohrig – diretor da Ringfeder Henfel, empresa que resulta da união, em 2015, da Henfel e da Ringfeder Power Transmission GMBH –descreve situação similar para o portfólio de acoplamentos hidrodinâmicos; acoplamentos elásticos HDFB, TNS, TNB e TNM; mancais para Rolamentos; sistemas de frenagem; hidrovariadores; anéis de Fixação e discos de contração. “Não enxergamos grandes mudanças nem a utilização de novos materiais a curto prazo”, afirma. Para ele, o foco maior está – e “continuará sendo” – em processos fabris. Sua previsão é que “a médio prazo é possível que haja desenvolvimento de elementos flexíveis para acoplamentos, uma área de bastante estudo do grupo, assim como do mercado como um todo”.

“Os materiais plásticos têm-se desenvolvido cada vez mais, tomando o lugar de elementos até então fabricados em metal”, reconhece Adauto Luis Marinheiro – diretor Comercial da Aba Correntes, fabricante de rodas dentadas e correntes especiais, além de outros elementos que compõem o conjunto de transmissão mecânica, possuindo grande portfólio de rodas-padrão e diversas outras rodas dentadas em aço carbono e ligas especiais ou em ferro ou aço fundidos, com dentes fresados ou usinados em centros de usinagem nos mais variados diâmetros.

Exemplificando, Marinheiro cita as buchas, “que até pouco tempo eram fabricadas em bronze e hoje já vem sendo substituídos por polímeros. Além do custo ser menor, eles são mais leves e mais resistentes”.

No caso dos rolamentos, a inovação está nos aços de maior pureza para permitir maior capacidade de carga, além de gaiola com aço com maior resistência mecânica e soluções de revestimento de superfície capazes de suportar maiores velocidades. Essa afirmação de Rodrigo Y. Fujimoto, engenheiro de Aplicação da SKF – indústria de rolamentos, vedações, sistemas de lubrificação, condições de monitoração e serviços de inovação – é complementada quando ele diz que a maior contribuição da empresa é na obtenção de novos conhecimentos que possibilitem melhor entendimento da aplicação e que garante obter a solução mais indicada para cada aplicação.

No quesito matérias-primas, a Zara Transmissões Mecânicas utiliza ligas de aço, ligas de bronze etc. nos redutores de velocidade que fabrica para praticamente todos os setores produtivos. O engenheiro Marcello Zara – diretor dessa metalúrgica – enfatiza a realização de tratamento térmico específico para cada parte de uma transmissão, favorecendo melhor desempenho e eficiência.
“Hoje muito se fala de economia de energia aqui no Brasil, e a eficiência de um sistema de transmissão está diretamente ligada ao consumo de energia”, diz Zara, deixando um alerta: “A eficiência deve estar presente também nos trabalhos de reengenharia dos projetos de transmissões”. Com vistas a cumprir esse objetivo, a Zara, além de fabricar sua própria linha de redutores de velocidade, é representante exclusiva da SITI (Società Italiana Trasmissioni Industriali), e da italiana Zambello, especializada em redutores para a indústria de plástico.

Distribuidora exclusiva no Brasil das correias sincronizadoras e planas sem emenda, polias e acessórios produzidos pela Breco, Brecoflex e Esband, a Retenfor – representada por seu engenheiro de aplicações Enio Cesar H. Pereira – destaca uma linha de correias com laminação de carbono nos dentes da correia, que reduz o coeficiente de atrito e oferece flexibilidade para customização, variedade de produtos e materiais que se adaptem ao ambiente de trabalho de cada aplicação e/ou à necessidade do cliente.

Os materiais utilizados e as tecnologias aplicadas na produção dessas correias proporcionam ao produto 75% mais resistência mantendo a mesma largura. Também permitiram otimização da geometria dos dentes da correia, reduzindo o desgaste; uso de cordonéis especiais, que aumentam a rigidez e a resistência à tração, permitindo transmissões mais compactas com o mesmo coeficiente de segurança, reduzindo espaço e massa inercial de custo, descreve Pereira.

No caso da Fundição Mademil – fabricante de componentes para transmissão mecânica e outras finalidades, polias de ferro, de alumínio e com bucha cônica; acoplamentos, aros de alumínio, polias para máquinas e implementos agrícolas –, além dos tradicionais ferro e aço fundidos em diferentes ligas, são utilizados os alumínios coquilhados, fundidos e injetados para as mais variadas aplicações, há opções em aço estampado e em polímeros injetados, que podem ter carga ou não, e se aplicam principalmente a grandes lotes, devido aos elevados custos do ferramental de produção, descreve Ney Milanez, diretor dessa indústria.

Com o uso massivo de novas tecnologias – ressalta Milanez – “tem surgido cada vez mais sistemas de transmissão industriais de elevada dinâmica, que exigem polias leves e ao mesmo tempo resistentes com baixa inércia, além de correias de alto desempenho que se acoplam a tais polias feitas com materiais como aramida e fibra de carbono”.

Como novidade de materiais no âmbito de motorredutores, “as carcaças de alumínio têm como opcional o uso de uma conversão de superfície, que propicia ao equipamento proteção contra corrosão sem a necessidade de pintura do equipamento. Associado a isso, estamos utilizando em conjunto superfícies lisas nos nossos redutores e motores para facilitar a lavagem dos equipamentos, em especial para indústria de alimentos e bebidas”, revela Claudio Luis Cortes Falcão, diretor Executivo da Nord Drivesystems, empresa presente no mercado brasileiro desde 1999 com suporte técnico, estoques local, centro de montagem e atendimento nacional aos clientes com assistência técnica e equipe de vendas.

Componentes: necessidades e tendências

Os sistemas de transmissão mecânica contam com vários componentes interligados e interdependentes. Um destes conjuntos é eixo, bucha, rolamento e mancal. Nesse conjunto, a bucha fixa o rolamento no eixo, e ela interfere fortemente para que o rolamento possa atingir a plenitude de sua vida útil e o perfeito trabalho nas máquinas e equipamentos em que são montados.
Como explica Warley A Grotta Jr., diretor da BGL – empresa 100% brasileira que fabrica buchas para rolamentos de acordo com normas nacionais e internacionais, desenvolvendo material com sua própria tecnologia – cita resistência à tração, precisão dimensional e correta montagem como principais características para buchas para rolamentos. A empresa – informa Grotta – disponibiliza gratuitamente instruções detalhadas para a fase de montagem em vídeo e passo a passo por escrito, assim como recomendações das melhores práticas na manutenção.

Para o diretor Comercial da Aba Correntes – que, na atividade de correntes, é distribuidora autorizada da japonesa Tsubaki e possui linha própria de correntes-padrões ou especiais, seguindo amostra ou desenho, desde que, há dois anos, adquiriu a Sailor Correntes, com mais de 50 anos de tradição – o primordial é “utilizar componentes de qualidade em todo o sistema. A maior tendência no mercado atual seria uma conscientização de que quando você precisa ter confiabilidade no processo todos os sistemas da máquina precisam estar alinhados. E não é diferente com o sistema de transmissão mecânica”.

Concordando com essa posição, o diretor da BGL afirma: “A qualidade dos componentes da transmissão mecânica, sem dúvida, é que fará com que se alcance os níveis máximos de produtividade do equipamento nos quais forem montados, afinal, desde a fase de projeto da máquina ou equipamento e depois ao longo da utilização, a transmissão mecânica é monitorada e merece especial atenção inclusive durante a manutenção preventiva e preditiva”.

A gama de produtos da SKF é extremamente ampla e engloba desde componentes para redutores; até transmissão de potência, motor com o redutor e com o equipamento movido. Especificamente com relação à construção de redutores (ou mesmo amplificadores), Fujimoto prevê “redução do tamanho atendendo a mesma potência e possibilitando maiores velocidades. Para tal, precisamos de rolamentos com maior capacidade de carga e que suportem maiores velocidades além de vedações com menor atrito e com alta capacidade de proteção contra contaminação”.

As tendências apontadas pelo diretor da Ringfeder Henfel envolvem a substituição de chavetas por anéis de fixação, bem como a utilização de componentes bipartidos no sistema de acionamento. Outro ponto de relevância é a necessidade do mercado para com a confiabilidade do produto vendido bem como com a possibilidade de avaliar a performance dos sistemas on-time.

Já Armando Marcon Jr. alinha três tendências entre as principais: “O uso de transmissões com engrenagens de dentes helicoidais, que proporcionam maior capacidade em torque e potência e menos ruído comuns em enfrentamento com engrenagens de dentes retos; o uso de redutores com pares de engrenagens, que são mais eficientes que redutores de coroa e sem-fim; e a substituição de transmissões por correia e/ou corrente, em alguns casos, por transmissão por engrenagens, que também são mais eficientes e geram muito menos manutenção”.

Fornecedora de serviço completo do setor de transmissão mecânica, além de motorredutor padrão, a Nord oferece conceitos e soluções específicas de aplicações para requisitos especiais, como drives de economia de energia ou sistemas integrados com inversores de frequência. O investimento em pesquisa levou ao desenvolvimento da caixa de engrenagem única.

Na construção desse equipamento, a empresa – afiança Falcão – “aumentou a rigidez de torção estrutural das caixas. Este foi um divisor de águas na tecnologia de redutores e motorredutores propiciando uma estrutura menor e mais resistente e com menor chance de desalinhamentos e por consequência aumentando a vida do equipamento”.

Como tendência, o diretor Executivo da Nord Drivesystems, reportando-se à busca de agilidade pelas linhas de produção na troca dos equipamentos, cita “padronizações de eixos e sistemas de desmontagem através de disco de contração e buchas. No caso da Nord Drivesystems o sistema desenvolvido evita o travamento do eixo da máquina no eixo oco do redutor e garante montagem e desmontagem em questão de minutos”.

No caso das correias, segundo Pereira, o mercado caminha para produtos com larguras menores e alternativas de passos que permitam transmissão de torques maiores com pesos e dimensões menores; enquanto nos rolamentos a repotencialização é defendida pela SKF como técnica capaz de levar esses componentes a serem utilizados por toda a sua vida útil, evitando o descarte prematuro após uma manutenção preventiva. “Esta repotencialização resulta em uma redução de consumo tanto do aço quanto de insumos como energia e água, além de custo otimizado, para a manutenção dos equipamentos”, descreve Fujimoto.

A personalização de componentes também é crescente. Entre as empresas que se dedicam a isso, está a alemã R+W Antriebselemente GmbH, empresa presente no mercado brasileiro há mais de 20 anos – e nos demais países sul-americanos há cerca de uma década – via parceria e baseada em rede de distribuidores que importa diretamente da Alemanha sob responsabilidade de um gerente de Contas local.

Monitoramento e sensorização

Monitoramento é ponto destacado pelos entrevistados, assim como a qualidade dos sistemas de transmissão mecânica é diretamente potencializada pelos conceitos e práticas da indústria 4.0, tornando possível, “através de sensores de monitoramento, acompanhar de modo on-line, a operação e as tendências para se obter o máximo de disponibilidade dos equipamentos“, comenta o diretor da BGL.

“Temos observado crescimento significativo de empresas optando por monitorar as máquinas de seu parque fabril. Estes monitoramentos permitem que nossos clientes aumentem a disponibilidade de uso de suas máquinas com consequente aumento de produção, aliando ainda baixo risco de dano em seus equipamentos”, constata o presidente da CSTM, citando a inclusão de sensores de vibração, de temperatura, entre outros. Ainda complementa: “A evolução da eletrônica e o investimento em desenvolvimentos constantes e sofisticados aumentam o volume de tecnologia embarcada no produto, favorecidos pela redução de custo de sensores e demais itens”.

Sensores em produtos de transmissão de potência já são realidade no mercado brasileiro e têm grande potencial ainda a ser gerado, afirma Rohrig, mas essa inserção “ainda está longe de seu pico ao tratar-se de componentes mais singelos, por exemplo. É nítido que as grandes indústrias aplicarão a tecnologia durante os próximos anos “.
Confirmando essa prática, Grotta Jr. lembra que, apesar de ser “uma porta que está aberta, aparentemente poucas empresas se deram conta das grandes possibilidades para se melhorar a confiabilidade de máquinas e equipamentos com esses itens”.

“A conscientização dos fabricantes de máquinas de começar a investir num monitoramento mais preciso e confiável é de fundamental importância para que a indústria brasileira comece a ter um papel de destaque, não visando somente ao mercado interno, mas pensando em expandir sua área de atuação para fora do País”, destaca Marinheiro, reconhecendo que, “países considerados emergentes, similares ao Brasil já estão passos à frente, como o México, a Índia e a África do Sul, além dos países do continente asiático”.

“Esta já é uma realidade para muitos equipamentos, pois o mercado percebeu que para aumentar a confiabilidade dos equipamentos devem ser monitorados. Contudo, para que o monitoramento seja efetivo, é muito importante a eficiência do diagnóstico”, confirma o engenheiro de aplicação da SKF, lembrando o objetivo, já perceptível, de melhorar o diagnóstico da condição dos equipamentos.
Corroborando que os sistemas de transmissão estão cada vez mais conectados a sistemas elétricos de fornecimento de potência, Milanez cita exemplos como mobilidade elétrica; elevadores com sistemas gearless na construção civil, substituindo totalmente os redutores e apenas usando polias necessárias para a suspensão e contrapeso dos elevadores.

Monitorar ruídos, monitorar vibrações e aquecimento são atividades elencadas pelo diretor da Zara como cuidados básicos com um redutor de velocidade e somam-se a trocar e a usar o óleo conforme especificação do fabricante, assim como proceder à instalação e à fixação correta do redutor de velocidade, definida por um engenheiro competente.

Incorporar a cultura da indústria 4.0 nas propostas de soluções é alternativa indicada por pelo engenheiro de Aplicação da SKF, pois, “os componentes do redutor (como engrenagens, rolamentos e vedações) podem ser monitorados e quando bem diagnosticados, podem ser substituídos antes de uma falha catastrófica, reduzindo os custos de parada de equipamentos. Além disso, em condições observadas como adversas para o equipamento observado neste monitoramento, permite-se que se atue sobre as condições operacionais para que se elimine a possibilidade de potencial falha. Para atender essas necessidades e otimizar a velocidade e a qualidade das informações para a correta decisão, a empresa tem trabalhado com inteligência artificial”.

O monitoramento de condições e a manutenção preditiva são essenciais para evitar de forma eficaz as interrupções dispendiosas e o tempo de inatividade da produção, assegura Vitória, ao declarar que “construtores de máquinas em todo o mundo estão investindo em novas tecnologias para minimizar o tempo de inatividade. Ele é, portanto, incluído em novos ambientes, como também na hora de realizar a atualização das máquinas”.

O futuro está na indústria 4.0

A indústria 4.0 – reconhece o diretor da Ringfeder Henfel – contribui e contribuirá cada vez mais com previsibilidade de falhas e adaptações ágeis às mudanças não planejadas na produção, a manutenção prescritiva resolverá uma boa parte das falhas aleatórias. Juntando isto ao fato de que aproximadamente 80% das falhas de equipamentos ocorrem mesmo possuindo-se um plano de manutenção prescritiva, aainda “acompanharemos grandes mudanças inclusive na maneira que as marcas serão avaliadas”.

Com o surgimento da indústria 4.0 – preconiza Milanez – “será possível a execução de peças únicas por demanda usando-se sistemas de impressão 3D. O estágio atual destas tecnologias ainda não proporciona custos competitivos para grandes quantidades para a indústria de componentes de transmissão, além do que os equipamentos de impressão 3D para este propósito ainda são de elevado custo. Porém a medida que a tecnologia avança e as escalas de produção usando novas tecnologias aumentam, os custos tendem a diminuir bastante, o que irá viabilizar os investimentos nestes novos processos e materiais”.

Para Milanez, “do ponto de vista dos fabricantes de sistemas de transmissão, a indústria 4.0 tornará as máquinas e os operadores mais integrados, com controle em tempo real do processo produtivo, melhorando a qualidade e produtividade, tornando as fábricas mais inteligentes e capazes de se adequarem às variações nas demandas e à possibilidade de customizar um determinado componente para atender a um cliente específico. Além disto, possibilitará por meio da internet a integração entre fornecedores e clientes”.

“Neste sentido, a Mademil desenvolveu uma ferramenta que está sendo implementada para auxiliar os clientes no projeto. Eles inserem os requisitos do projeto de uma determinada transmissão, e a ferramenta baseada em nuvem fornece uma ou mais alternativas de solução; seleciona todos os componentes a serem usados; leva em consideração o cliente, a sua localização geográfica, o volume de compras; calcula automaticamente os preços, levando em conta os aspectos logísticos e tributários distintos para cada Estado”, exemplifica o diretor desta indústria, divulgando como implementação futura “a determinação do prazo de entrega, entre outras funções que poderão ser incorporadas”.

Marcello Zara cita a presença crescente de automação – e, consequentemente, de princípios da indústria 4.0 – nas transmissões mecânicas dentro das linhas de produção de diversos setores produtivos. Para ele, as linhas automáticas são cada vez mais presentes, por agilizar o processo e retirar da mão de obra humana atividades repetitivas. Monitoradas por computadores, é através de sensores “que essas linhas de produção conseguem ser precisas em vários aspectos. Os sensores também contribuem para as manutenções preventivas, captando informações reais no ato do trabalho e informações de desgaste do sistema de transmissão, por exemplo”, resume.

Os sistemas em rede – como detalhado pelo gerente de Contas da R+W para a América do Sul – incluem automaticamente “todos os fatores relevantes, como necessidades, períodos de reequipamento, logística ou disponibilidade de pessoal nesses cálculos. Isso permitirá que a disponibilidade da planta seja elevada ao máximo no futuro”.

O monitoramento remoto, que já é passível de ser realizado, mas ainda tem custo impeditivo, também é mencionado por Santana: “Atualmente já existe tecnologia com sensores fazendo leitura de dados nos equipamentos. Estes são enviados para uma central remota, onde é feito o monitoramento completo do componente e da máquina”.