E favorecem desenvolvimento de revestimentos especiais
Onde há movimento, há rolamento. Esse princípio básico é mais complexo do que parece num primeiro momento, pois com a evolução das máquinas, os movimentos se sofisticaram, exigindo contraparte dos rolamentos.
As aplicações convencionais envolvem, entre outras, bombas, redutores, transmissões, ventiladores e exaustores industriais, trituradores, esteiras transportadoras, motores elétricos, veículos fora-de-estrada e rodas de todos os tipos em automóveis, ônibus, trens, aviões, patins, patinetes, laminadores, satélites e indústria aeronáutica, independentemente de estarem na Terra (literalmente) ou no espaço e até em Marte, como é o caso de produtos da Timken, que fabrica rolamentos há 120 anos e fornece os produtos que a Nasa utiliza nas missões de desvendamento dos mistérios do planeta vermelho.
Esse relacionamento com a Nasa data dos anos 1990 e se materializa no desenvolvimento de rolamentos que ajudaram a lançar e orientar o Discovery (1990) e o Hubble (2009), “sendo que as missões desse telescópio continuam em operação, suportando forças intensas e os rigores da órbita da Terra, capturando imagens a com até 15 bilhões de anos-luz de distância” – recorda Wagner Benson, diretor-geral da Timken no Brasil – informando que, em 2021, um novo rover aterrissará em Marte com a missão de procurar sinais de vida microbiana primitiva, e, para ele, os engenheiros da Timken projetaram os rolamentos, da mesma forma que para o atual robô que completou a missão em Marte, o Curiosity, que utilizou rolamentos na descida ao planeta, e para os rovers anteriores, Spirit e Opportunity.
As aplicações convencionais envolvem, bombas, redutores, transmissões, ventiladores e exaustores industriais, trituradores, esteiras transportadoras, motores elétricos, veículos fora-de-estrada e rodas de todos os tipos em automóveis, ônibus, trens, aviões, patins, patinetes, laminadores, satélites e indústria aeronáutica, entre outras
No Curiosity, os rolamentos estão “no cubo central do seu sistema de carrossel, uma vez que ele gira para posicionar recipientes para coleta de amostra e análise de rochas, solo e atmosfera. Além disso, dois rolamentos de 6,35 mm operam a pequena bomba a vácuo, que auxilia o equipamento de análise do rover. No espaço sideral, não há a possibilidade de falha, pois não há ninguém para consertá-la, e a missão inteira poderia fracassar. Em caso de falha, US$ 2,5 bilhões e oito anos de planejamento e desenvolvimento poderiam ter ficado pelo caminho logo após o pouso no planeta vermelho”, alerta Benson.
Retornando à Terra e à vida cotidiana no planeta azul, os projetos podem não ter custos tão elevados, mas a gama de aplicações é extensa e variada, e, em caso de falha, os prejuízos podem ser substanciais. Por isso, as indústrias que atuam no setor investem permanentemente em Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação (P,D&I) de soluções para usos específicos, com materiais diversos, como no caso da indústria alimentícia, onde o aço (material mais usual) é substituído por aço inox ou polímeros, de forma a reduzir a possibilidade de contaminação de alimentos.
Outro exemplo de aplicação especial é citado Alex Mendes de Oliveira – Application Engineering and Project Management da Schaeffler Brasil. Trata-se de uma solução para uma draga de sucção de cortador para o mercado de dragagem e mineração úmida, que exigiu um rolamento que pesa cerca de 4,7 toneladas, tem diâmetro externo de 1.900 milímetros, diâmetro interno de 1.500 milímetros e altura de 600 milímetros.
Materiais e revestimentos
Em temos de materiais, o engenheiro da Schaeffler lembra que para usos diferenciados, em ambientes altamente contaminados e agressivos e em altas temperaturas, as ligas tradicionais, como 100Cr6 ou 100CrMnSi6, podem não atender as solicitações da aplicação, exigindo tratamento térmico do aço, para gerar maior estabilidade térmica e resistência, além de tensões compressivas favoráveis na região externa do componente. Cita, como alternativas, materiais de última geração, como Mancrodur (que apresenta bom desempenho sob atrito e alta resistência à contaminação), Vacrodur (com boa estabilidade térmica e resistência ao desgaste) ou Cronidur (que possui alta resistência à corrosão).
Focada na garantia da excelência e da confiabilidade de rolamentos que operam em condições adversas de contaminação interna, a NSK – nas palavras de Ricardo Oliveira, supervisor de Engenharia de Aplicação Aftermarket da empresa – investe para evitar que esses itens provoquem “altas tensões residuais nas pistas de rolagem dos anéis do rolamento, o que vai culminar em uma falha que denominamos como escamamento de pista (com posterior fratura dos anéis). Por isso, nossa tecnologia com cementação exclusiva (série tf) combate esse problema e, mesmo com alta contaminação, nossa tecnologia propicia maior vida de fadiga do aço”.
Onde há movimento, há rolamento. Esse princípio básico é mais complexo do que parece num primeiro momento, pois com a evolução das máquinas, os movimentos se sofisticaram, exigindo contraparte dos rolamentos.
Outro caminho adotado pela indústria fabricante de rolamentos é o revestimento das peças como em um caso citado pelo diretor-geral da Timken, relativo a fato corriqueiro indústrias pesadas, devido ao contato de aço com aço quando dentro de rolamentos. A solução encontrada envolveu a criação de rolos para rolamentos que fossem “menos semelhantes ao aço do que os anéis”, com inserção de uma camada muito fina — com espessura equivalente a uma fração de um fio de cabelo humano — de uma combinação desenvolvida de cerâmica com um polímero, semelhante a um plástico repleto de pequenas partículas de cerâmica.
Batizado de ES302, esse produto – garante Benson – “era duro e resistente ao desgaste como uma broca de perfuração e, ao mesmo tempo, escorregadio e antiaderente como sua frigideira preferida”. As características dessa solução inovadora também possibilitaram sua aplicação nos setores aeroespacial, fábricas de papel, mineradoras, empresas de gás e petróleo, no agronegócio, principalmente em grandes máquinas agrícolas, como tratores e colheitadeiras, entre outros. Na energia eólica, por exemplo, favoreceu a substituição dos rolamentos das turbinas eólicas por conjuntos de rolamentos autocompensadores de rolo (SRB) resistentes ao desgaste.
Entre os principais aspectos que representam um papel importante na seleção do tipo de rolamento estão as cargas e as direções nas quais são aplicadas e a rotação ou velocidade de trabalho.
A evolução do uso do revestimento desenvolvimento pela Timken permite sua adição em qualquer rolamento produzido pela empresa sem a necessidade de redesenho do produto, sempre que há necessidade de ampliação da vida útil do rolamento em ambientes agressivos ou com más condições de lubrificação. “Hoje, pesquisadores da empresa, em parceria com centros de excelência em todo o mundo, estão buscando maneiras de reduzir os custos dos revestimentos e de tornar revestimentos especiais mais acessíveis para uma variedade mais ampla de aplicações de clientes. Atualmente, revestimentos podem ser caros com relação ao custo dos rolamentos, especialmente no caso de rolamentos automotivos ou industriais usados em grande volume”, informa Benson.
Seleção
A ampla gama de produtos pode ser um complicador na seleção do rolamento. Apenas a Schaeffler lista mais de 40.000 rolamentos capazes de atender todos os setores da indústria. “Nos catálogos estão descritas uma infinidade de tipos de rolamentos, dos quais o designer pode escolher o que melhor se adapte às suas necessidades”, resume Alex Oliveira.
Como o rolamento contribui para que “os equipamentos deem o máximo de sua capacidade, sem comprometer o processo e dando o lucro esperado”, ressalta o supervisor de Engenharia de Aplicação da NSK, devido à variedade de aplicações e às diferentes influências da condição de montagem, na opinião dos entrevistados, não é possível definir regras gerais para a seleção do tipo de rolamento, exigindo que vários critérios relacionados às características da aplicação sejam ponderados.
Entre os principais aspectos que representam um papel importante na seleção do tipo de rolamento estão as cargas e as direções nas quais são aplicadas e a rotação ou velocidade de trabalho. A essas, somam-se outras variáveis consideradas pelas empresas que desenvolvem projetos das máquinas e que influenciam diretamente na escolha de rolamentos: temperatura operacional, meios de lubrificação dos rolamentos, ajustes de eixo e alojamento, balanceamento dinâmico, desalinhamento máximo do eixo; espaço disponível para a montagem do rolamento, rigidez do sistema, entre outros.
Rolamento e Indústria 4.0
Muitas das empresas fabricantes de rolamentos aplicam a suas plantas fabris os conceitos preconizados pela Indústria 4.0, mas há também necessidade de adequar a aplicação desses itens aos princípios básicos da manufatura avançada, como sistemas digitais inteligentes e conectados.
Nesse patamar encontra-se a Schaeffer, que, de acordo com Alex Oliveira, “está desenvolvendo produtos, competências mecatrônicas, monitoramento de condições e serviços digitais, com o objetivo de ampliar a gama de produtos principalmente no setor de mecatrônica, passo a passo, combinado com serviços baseados em nuvem digital. O que já vem impactando no uso e na aplicação de rolamentos é a possibilidade do monitoramento de condições de operação dos sistemas (Schaeffler Smartcheck), quando é possível identificar, através de sensores (acelerômetros, termopares e outros), mudanças no comportamento na operação, identificando precocemente anomalias em componentes, podendo assim estimar a evolução dos desgastes até a falha do componente”.
“A comunicação entre sensores e hardwares mostra em tempo real a saúde das máquinas e consequentemente dos rolamentos. Com isso, ganha-se confiabilidade e otimiza-se a manutenção, promovendo considerável redução de custos”.
Ricardo Oliveira, supervisor de Engenharia de Aplicação Aftermarket da NSK
A solução dessa empresa permite o monitoramento remoto, com emissão de alarmes pré-programados, reduzindo as paradas indesejadas de equipamentos, aumentando sua disponibilidade, através da programação das paradas de acordo com o cronograma de manutenção garantindo assim maior produtividade.
Enxergando apenas ganhos na aplicação de rolamentos aos conceitos da manufatura avançada, Ricardo Oliveira frisa que “a Indústria 4.0, através da Internet das Coisas (IoT), auxilia – e muito – as equipes de Manutenção Preditiva dos mais diversos segmentos industriais. A comunicação entre sensores e hardwares mostra em tempo real a saúde das máquinas e consequentemente dos rolamentos. Com isso, ganha-se confiabilidade e otimiza-se a manutenção, promovendo considerável redução de custos. Assim, as grandes empresas podem pensar em inovação tecnológica, investindo em seus colaboradores e processos industriais”.