Manutenção

Redutores lubrificados

Uma lubrificação adequada é primordial para aumentar a vida útil e alcançar desempenho satisfatório na operação de redutores de velocidade

Na lubrificação de redutores de velocidade podem ser utilizados óleos lubrificantes de base mineral e produtos sintéticos. Os óleos lubrificantes sintéticos mais comumente utilizados na lubrificação de redutores de velocidade são elaborados à base de PAO (polialfaolefina) e PAG (polialquilenoglicol). Porém, pode ser necessário, conforme o tipo de aplicação, o uso de óleos lubrificantes biodegradáveis ou do tipo “food grade”. Cada óleo lubrificante formulado para engrenagens possui as suas características específicas, como viscosidade cinemática, ponto de fluidez e pacote de aditivos.

Temos que reconhecer que a lubrificação inadequada se encontra entre as causas principais de falhas catastróficas em redutores de velocidade. Entre as causas mais comuns de falhas nestes sistemas relacionadas à lubrificação podemos mencionar: escolha imprópria da viscosidade cinemática; manutenção de nível de óleo lubrificante incorreto; óleo lubrificante inapropriado à aplicação, à condição de serviço ou ao tipo de maquinário, e caixa de engrenagens operando com óleo lubrificante contaminado com água (teor de umidade muito elevado) ou material particulado sólido abrasivo (nível geral de limpeza inadequado).

Em redutores de velocidade ou acionamento por engrenagens haverá atrito entre os componentes móveis em movimento relativo, sendo a função primária do óleo lubrificante minimizar a fricção causada pelos movimentos de deslizamento e rolamento nas engrenagens e

mancais de rolamento, provendo um delgado filme de óleo lubrificante entre os citados elementos de máquina em movimento dinâmico. O filme de óleo lubrificante, denominado filme elasto-hidrodinâmico, separa as superfícies em movimento relativo desses elementos de máquina. Como o contato metal-metal, praticamente, deixa de existir, há uma redução substancial do desgaste (exemplo: fadiga, adesivo). A correta seleção do grau de viscosidade (exemplo: ISO, Agma) é de grande importância para que o sistema mecânico opere com reduzido desgaste.

CARACTERÍSTICAS

DO ÓLEO LUBRIFICANTE

A Viscosidade Cinemática de um óleo lubrificante é a propriedade físico-química que mede a resistência ao escoamento quando sujeito a esforços de cisalhamento e determina a espessura do filme de óleo lubrificante que separará as superfícies metálicas em movimento relativo. Se a Viscosidade Cinemática do óleo lubrificante for insuficiente poderá ocorrer contato metálico entre as superfícies móveis em movimento relativo (engrenagens e mancais de rolamento), desgaste prematuro e potencial avaria catastrófica.

A temperatura de operação é fator muito importante para a escolha do Grau de Viscosidade (exemplo: ISO, Agma) do óleo lubrificante a ser utilizado no redutor de velocidades e deve ser levada em consideração tanto na elaboração do projeto do equipamento, como no uso de trocadores de calor, como na escolha da base do óleo lubrificante, seja mineral, PAO, PAG, em função da resistência termo-oxidativa e do Índice de Viscosidade (IV).

O Índice de Viscosidade (IV) é um fator adimensional que indica a habilidade do óleo lubrificante em resistir à mudança da Viscosidade Cinemática com a mudança da temperatura de operação. Quanto maior for o Índice de Viscosidade (IV), mais ampla será a faixa de temperatura de serviço em que o ativo poderá operar, mantendo adequada a Viscosidade Cinemática para formação de película lubrificante robusta com vistas a manter separadas as superfícies metálicas dos elementos de máquina em movimento dinâmico.

Outra importante propriedade físico-química de óleos lubrificantes a serem utilizados em redutores de velocidade é o Ponto de Fluidez. O Ponto de Fluidez é a menor temperatura na qual um óleo lubrificante submetido a um processo de resfriamento, ainda, fluirá. Óleos lubrificantes operando a temperaturas inferiores às do Ponto de Fluidez gelificarão, e para que um óleo lubrificante possa, ainda, propiciar lubrificação adequada o seu Ponto de Fluidez deve ser, recomendavelmente, 12ºC inferior à temperatura mínima ambiente esperada.

Óleos lubrificantes utilizados em redutores de velocidade devem ter Grau de Viscosidade ISO VG segundo a temperatura de serviço a qual o óleo lubrificante utilizado no redutor de velocidades irá operar, de forma que uma película lubrificante robusta seja mantida com vistas a se manter separadas ou com mínimo contato às superfícies metálicas em movimento relativo. Na norma técnica ISO 3448:1992 os Graus de Viscosidade são denominados por números que designam o ponto médio da Viscosidade Cinemática do óleo lubrificante à temperatura de 40ºC em mm²/s ou cSt.

O óleo lubrificante deverá ser apto a manter filme elasto-hidrodinâmico quando sujeito a esforços criados pela aplicação. Se a Viscosidade Cinemática for insuficiente, a película lubrificante não será adequadamente robusta e haverá contato metal-metal, desgaste prematuro e possível avaria catastrófica. Quanto mais elevada for a temperatura de serviço do óleo lubrificante no redutor de velocidades, maior deverá ser o Grau de Viscosidade necessário para uma adequada lubrificação.

O adequado nível de óleo lubrificante deve ser mantido em redutores de velocidade para uma longa vida útil em serviço e máximo desempenho em operação. Se o redutor de velocidades operar com nível insuficiente de óleo lubrificante, poderá ocorrer desgaste prematuro das engrenagens ou falhas catastróficas dos mancais de rolamento em função de deficiência na película de óleo lubrificante entre as superfícies móveis em movimento relativo.

Excesso de óleo lubrificante em redutores de velocidade levará a agitação excessiva, entranhamento de ar, formação de espuma e elevação da temperatura de serviço (sobreaquecimento), visto que a mistura de ar e óleo lubrificante (espuma) tem diminuída capacidade de dissipar calor. Geralmente, para se obter uma leitura mais precisa do nível de óleo lubrificante em redutores de velocidade recomenda-se que a verificação de nível seja realizada com o maquinário em estado de inatividade e após tempo suficiente para que a temperatura do óleo lubrificante se normalize com a temperatura ambiente.

Para redutores de velocidade novos, sugere-se que sejam operados sob cargas normais por aproximadamente duas semanas. Este é o chamado período de

Fotos Arquivo

Detalhe do nível de óleo de um sistema (dir.) e sistemas redutores de velocidade com pouca lubrificação e sinais de desgastes ocasionados por atrito entre as peças metálicas

Desgaste e filme lubrificante elasto-hidrodinâmico

“amaciamento”, em que diminutas partículas metálicas são removidas das superfícies metálicas em movimento relativo para uma melhor acomodação das partes móveis (engrenagens). Após o período de “amaciamento” de duas semanas, o óleo lubrificante deve ser drenado para remoção das partículas metálicas desprendidas e, se possível, o redutor de velocidades deve passar por um processo de “flushing” para remoção o mais completa possível das partículas metálicas depositadas ao fundo do reservatório de óleo lubrificante. O bujão de dreno deve, também, passar por processo de limpeza antes de ser instalado novamente, e se houver filtro de óleo lubrificante é recomendável a sua substituição.

DESGASTES POR MICROPITTING

À medida que os redutores de velocidade entram em operação o óleo lubrificante começa a se deteriorar devido ao fenômeno da termo-oxidação com decorrente formação de borra, verniz e acidificação do óleo lubrificante.

O desgaste por micropitting é um tipo de falha por fadiga que ocorre nos flancos de dentes temperados de engrenagens severamente carregadas, caracterizando-se por crateras e poros extremamente pequenos na superfície dos flancos dos dentes. O desgaste por micropitting tem aparência acinzentada, causando perda de material e mudança na forma do perfil dos flancos dos dentes, o que pode levar à formação de pittings e avarias catastróficas dos dentes das engrenagens.

A formação do desgaste por micropitting tem variadas influências, como estresse causado por contato cíclico, rugosidade da superfície, geometria dos flancos dos dentes, modo de lubrificação e condições de operação da caixa de engrenagens.

O modo de lubrificação e as condições de operação da caixa de engrenagens são os fatores que mais influenciam na formação do desgaste por micropitting. Nos modernos redutores de velocidade, as engrenagens são altamente carregadas e trabalham em condição de lubrificação mista, na qual os flancos dos dentes combinantes não são completamente separados pelo filme de óleo lubrificante. Nesta situação, são os aditivos do óleo lubrificante que protegem as superfícies dos flancos dos dentes contra o desgaste por micropitting.

O teste que avalia se o óleo lubrificante para engrenagens proporciona proteção aos flancos dos dentes contra o desgaste por micropitting é o Micropitting Test FVA 54/7, cujo Load Stage (estágio de carga) deve ser igual ou maior que LS 10.

OEMs de redutores ou multiplicadores de velocidade planetários, de eixos paralelos e de eixos ortogonais utilizados nas severas operações de acionamento de mancais de moenda de destilarias de álcool, de moinhos rotativos de bolas em mineradoras, de fornos rotativos em cimenteiras, turbinas eólicas etc., passaram a demandar o uso de óleos lubrificantes para engrenagens com aditivação protetiva contra o desgaste por micropitting (Micropitting Test FVA 54/7, cujo Load Stage (estágio de carga) deve ser igual ou maior que LS 10).

MONITORAMENTO E MANUTENÇÃO

Os compostos ácidos, subprodutos do processo de termo-oxidação, podem atacar os chamados “metais amarelos”, tais como coroas de bronze em redutores de velocidade do tipo parafuso sem-fim/coroa e gaiolas de bronze em mancais de rolamento.

A formação de borra e verniz, também proveniente do processo de termo-oxidação, pode impedir a lubrificação efetiva das superfícies metálicas em movimento relativo, como engrenagens e mancais de rolamento, e também obstruir filtros de óleo lubrificante e interferir no filme elasto-hidrodinâmico de óleo lubrificante, permitindo o contato metal-metal entre as superfícies móveis.

Redutores de velocidade, como outros tipos de maquinários, necessitam ter programas de manutenção preventiva, preditiva ou proativa no que diz respeito ao intervalo de serviço da carga de óleo lubrificante.

Caso a criticidade (confiabilidade e disponibilidade) do redutor de velocidades justifique, pode-se implantar programa de monitoramento da condição de serviço do óleo lubrificante em uso. Porém, caso não se justifique monitorar a condição de serviço do óleo lubrificante e se opte por intervalos fixos de serviço, deve-se levar em conta a condição de operação, como por exemplo carga, ambiente úmido ou poeirento, rotação de entrada do pinhão, temperatura de serviço e tipo de óleo lubrificante a ser utilizado (mineral, PAO, PAG etc.).

Em condições normais de operação, utilizando-se de óleo lubrificante de base mineral e não havendo monitoramento da condição de serviço do óleo lubrificante, pode-se adotar um intervalo de serviço de 2.500 horas de operação para o óleo lubrificante. Se as condições de operação forem muito severas, como em ambiente úmido ou com material abrasivo sólido em suspensão, e não havendo filtro dessecante e para material particulado sólido abrasivo no respiradouro, sugere-se avaliar a substituição da carga de óleo lubrificante com mais frequência

que a sugerida.

Em redutores de velocidade com engrenagens de dentes helicoidais ou com engrenagens de dentes retos o intervalo de serviço do óleo lubrificante pode ser estendido com o uso de produtos sintéticos (exemplo: polialfaolefina - PAO ou polialquilenoglicol - PAG).

Óleos lubrificantes sintéticos, como polialfaolefina - PAO ou polialquilenoglicol – PAG, devem ser utilizados, preferencialmente, quando a temperatura ambiente for extremamente baixa ou em temperatura de operação muito elevada. Benefício adicional do uso de óleos lubrificantes sintéticos é a tendência em se reduzir a temperatura geral de operação do redutor de velocidades.

Para uso em redutores de velocidade do tipo parafuso sem-fim/coroa o uso de óleos lubrificantes sintéticos à base de polialquilenoglicol (PAG) é extremamente efetivo na redução do atrito por deslizamento e na extensão do intervalo de serviço da carga de óleo lubrificante.

O uso de aditivos fósforo-sulfurosos como agentes de Extrema-Pressão (EP) são extremamente eficientes na redução do atrito. Contrarrecuos ou freios internos utilizados em redutores de velocidade e que dependem da fricção para a adequada operação não devem, preferencialmente, utilizar óleos lubrificantes com aditivação de Extrema-Pressão (EP). O OEM deve ser contatado se houver necessidade premente do uso de óleos lubrificantes com aditivação de Extrema-Pressão (EP) em contrarrecuos ou freios internos em redutores de velocidade.

Além de causar a diminuição da vida útil em serviço, excessivas temperaturas de operação podem causar contaminação dos óleos lubrificantes insolúveis com borra e verniz. Temperaturas da superfície externa de carcaça de redutores de velocidade sob elevados esforços de operação podem atingir até 93ºC. Uma vez que o redutor de velocidade é retirado de operação e a sua temperatura de serviço começa a diminuir, inicia-se um processo de condensação de água e ingestão de material particulado sólido abrasivo para o seu interior, que pode ser substancial se o ambiente tiver elevada umidade relativa e for muito contaminado por poeira em suspensão, sendo recomendável o uso de filtro dessecante e para material particulado sólido abrasivo no respiradouro.

A contaminação do óleo lubrificante por água e material particulado sólido abrasivo pode levar a uma falha catastrófica precoce das engrenagens e dos mancais de rolamento do redutor de velocidades. A água condensada desloca a película lubrificante e a substitui por uma película não lubrificante extremamente débil que não pode separar eficientemente as superfícies metálicas em movimento dinâmico das engrenagens

Compostos ácidos do óleo podem atacar “metais amarelos”

Fotos Arquivo

Os sistemas de redução de velocidade e transmissões possuem inúmeras engrenagens que, se não forem adequadamente lubrificadas, comprometem todo o conjunto

Exemplo de caixa sem lubrificação e dos mancais de rolamento.

A menos que sejam utilizados filtros dessecantes e para material particulado sólido abrasivo em respiradouros pode ser necessária, dependendo da umidade relativa do ar ambiente e da concentração de poeira em suspensão, a substituição da carga de óleo lubrificante a cada seis meses de operação, sob pena de desgaste precoce das superfícies metálicas em movimento relativo.

Por se selecionar adequadamente o óleo lubrificante a ser utilizado e por se implementar boas práticas de monitoramento da condição de serviço por meio de análises físico-químicas do óleo lubrificante em uso é possível determinar, com elevado grau de confiabilidade, os intervalos de serviço da carga de óleo lubrificante em redutores de velocidade e pode-se ter uma boa visão da condição de operação do maquinário. Substituir-se a carga de óleo lubrificante antes do término de sua vida útil em serviço significa desperdício de recursos e elevação dos custos de manutenção. Postergar o uso do óleo lubrificante além da sua vida útil em serviço pode levar ao desgaste prematuro e a avarias catastróficas.

É importante lembrar-nos que a seleção adequada do óleo lubrificante e o estabelecimento de uma rotina de práticas de manutenção preditiva e manutenção proativa resultarão em menor indisponibilidade e maior produtividade de redutores de velocidade. .M

Marcos Lobo, Qu4ttuor Consultoria