INTRODUÇÃO.
  Máquinas elétricas girantes são compostas basicamente de três componentes principais: Rotor, Estator e Mancais. O estator gera o campo magnético que induz o rotor a girar. O mancal é o responsável por garantir o espaçamento correto entre o rotor e o estator.
 
  Apesar desta aparente simplicidade, as máquinas elétricas girantes operam em uma grande diversidade de posições de montagem, cargas, velocidades e temperaturas de trabalho. Isto se reflete em diferentes tipos de lubrificação e mancais.
  Uma correta lubrificação é necessária para prevenir falhas prematuras e em alguns casos maximizar a vida do mancal além das expectativas calculadas. Falhas de mancais são consideradas as maiores responsáveis das falhas observadas em motores elétricos, ocorrendo em 41% dos casos relatados.
  Os tipos de mancais mais comuns em máquinas elétricas, e que serão abordados ao longo deste artigo, são mancais hidrodinâmicos e mancais de rolamentos.
 

MANCAIS HIDRODINÂMICOS
  Num mancal hidrodinâmico o eixo flutua em um filme de óleo lubrificante, não havendo contato metal-metal. Este filme é formado pela rotação do eixo ao arrastar as moléculas de óleo ao seu redor. Em alguns casos extremos de carga ou de temperatura, o óleo é bombeado para garantir a formação do filme.

  Estes mancais são utilizados em aplicações mais específicas, como turbinas, máquinas industriais de grande porte e em equipamentos com regimes de trabalho contínuo e altas cargas.

  A escolha do fluido lubrificante de mancais hidrodinâmicos é uma tarefa complexa, que leva em consideração a velocidade, carga, temperatura e regime de trabalho, entre outras.  A principal característica a ser levada em conta é a viscosidade do fluido, de modo a garantir a formação do filme lubrificante e seu índice de viscosidade.

O índice de viscosidade é um indicativo da variação da viscosidade devido à temperatura.

  Os óleos lubrificantes, tanto minerais quanto sintéticos, diminuem a viscosidade com o aumento da temperatura e o inverso ocorre com a diminuição da temperatura. Óleos sintéticos são menos sensíveis a variação de temperatura, pois possuem um IV mais alto que os minerais.

  Um IV mais alto é preferível, uma vez que a viscosidade se modificará menos durante a operação. Assim, existe uma preferência para uso de óleos sintético nos mancais hidrodinâmicos. Estes fluidos também devem ter aditivos cotra corrosão e oxidação.

  Óleos com aditivos extrema-pressão não devem ser utilizados devido à existência de componentes sólidos que podem danificar o metal patente. Aditivos a base de zinco também devem ser evitados, pois podem reagir com o metal utilizado no mancal.

MANCAIS DE ROLAMENTOS

  Mancais de rolamentos são amplamente utilizados em máquinas elétricas girantes, pois apresentam algumas vantagens em relação aos mancais hidrodinâmicos:

- Componentes padronizados.

- Menor perda por atrito no funcionamento.

- Menor desgaste em equipamentos com partidas e paradas constantes.

 A principal desvantagem dos mancais de rolamento é o limite de vida útil devido à fadiga em equipamentos de alto regime de trabalho.

 Os principais tipos de rolamentos utilizados em máquinas elétricas girantes são apresentados abaixo. São escolhidos conforme o tipo, carga e regime de trabalho de cada equipamento.

 
  Tipos de rolamentos mais utilizados pelos fabricantes; da esquerda para direita, de cima para baixo: rolamento rígido de esferas, rolamento de esferas de contato angular, rolamento de rolos cilíndricos, rolamentos axiais autocompensadores de rolos, rolamentos autocompensadores de rolos, rolamento de rolos cônicos

LUBRIFICAÇÃO DE MANCAIS DE ROLAMENTOS
  Os mancais de rolamentos também requerem que exista um filme lubrificante completo ao redor dos elementos rolantes, para atingir a máxima eficiência e vida útil.

  Com o objetivo de atingir uma lubrificação completa, é importante controlar o parâmetro conhecido como fator kappa(κ). O fator kappa é importante para determinar se a viscosidade do óleo está dentro de uma faixa ideal para seu funcionamento. Seu valor deve estar entre 1 e 4. Estando abaixo de 1, a viscosidade do lubrificante é muito baixa e não conseguirá manter a película mínima. Acima de 4, a viscosidade maior fará com que ocorra mais dificuldades para movimentar o rolamento, gerando sobreaquecimento.

  É determinado pela fórmula abaixo: 

Onde:

V: viscosidade cinemática do lubrificante na temperatura de operação;

V1: mínima viscosidade do lubrificante requerida.

  A mínima viscosidade do lubrificante requerida é uma função do diâmetro médio do rolamento dm = 0,5(d+D), e da rotação do mancal.
 
  Neste exemplo a linha vermelha representa um rolamento de esferas 6352M (dm = 400mm) com rotação de 500 rpm. A viscosidade mínima requerida (v1) é de 11 cSt.
 Para determinar a viscosidade do lubrificante à temperatura de operação, utiliza-se o diagrama seguinte:

  A linha vermelha horizontal índica a viscosidade mínima requerida (calculada como 11cSt no diagrama anterior), ao levarmos até a temperatura de operação de 70°C, veremos que o óleo mais próximo para cima tem viscosidade de 32.
  Assim, o fator kappa ficara ligeiramente maior que 1, dentro do escopo considerado correto. Estes limites do fator kappa é valido tanto para lubrificação com óleo ou graxa.

SELEÇÃO DE LUBRIFICANTES PARA MANCAIS DE ROLAMENTOS
  Os fabricantes de máquinas elétricas girantes escolhem o lubrificante considerando o desempenho do mancal, custos, manutenção, sistema de selamento, aspectos ambientais e a exigência do cliente.

  Geralmente a lubrificação a graxa é preferida devido a alguns benefícios: menor custo da construção do mancal, menor risco de vazamento, melhor proteção contra corrosão, melhor selamento sem contato. A principal limitação do uso de graxa é a rotação do mancal e sua capacidade menor de resfriamento.

  A seleção da graxa para máquinas elétricas é baseada nos requisitos gerais de desempenho, análise de formulação e vasta validação experimental. Também é levado em conta o tipo de óleo base, consistência, espessante e aditivos presentes.

  Nunca se deve misturar graxas diferente no mancal e nem alterar a mesma sem uma análise prévia por um especialista, uma vez que cada lubrificante tem suas particularidades e sua aplicação incorreta pode levar a redução da vida útil e aumento da temperatura no mancal.

  Caso você tenha dúvidas sobre qual lubrificante aplicar em suas máquinas elétricas, a Telub disponibiliza uma equipe especializada indicar o óleo ou graxa mais apropriado para suas aplicações.

  A lubrificação à óleo é preferida em aplicações de máquinas de grande porte ou de altas rotações, que precisam de um sistema de resfriamento auxiliar com circulação de óleo externa e filtragem de partículas; auxiliando na retirada de contaminantes e fornecendo óleo frio diretamente para o rolamento.

  As desvantagens da lubrificação a óleo são o potencial risco de vazamento e o aumento de perdas causadas pelo cisalhamento do fluido dentro do reservatório do mancal.

  Alguns tipos de rolamento, como axiais autocompensadores de rolos, é preferível a lubrificação por óleo, pois sua construção possibilita um efeito de bombeamento através dos elementos rolantes, aumentando a capacidade de troca térmica e lubrificação.

CONCLUSÃO
  As condições de lubrificação contribuem diretamente na performance do mancal em seus aspectos mais importantes, como a vida total, temperatura de operação, vibração e desgaste. A correta lubrificação do mancal é responsável pela confiabilidade da máquina elétrica girante. Neste artigo abordamos as principais características para garantir um bom rendimento das máquinas e algumas das boas práticas para sua manutenção.

  A Telub é distribuidora exclusiva da Brugarolas no Brasil e dispomos de uma equipe técnica especializada para ajudar sua empresa a definir os melhores lubrificantes para suas máquinas elétricas girantes.