MANUTENÇÃO E LUBRIFICAÇÃO DE MANCAIS DE ROLAMENTO

E ROLAMENTOS INDUSTRIAIS

Alyson Prado Wolf

Jean Felipe Machado Rigo

Marlon Barbetto de Souza Universidade Estadual de Maringá

Avenida Colombo, 5790. Jardim Universitário.

87020-900 – Maringá – Paraná

Resumo: Esse estudo pretende descrever os conceitos básicos de manutenção e lubrificação e

a sua aplicação aos mancais e rolamentos como requisito da disciplina de Introdução à

Manutenção e Lubrificação de Equipamentos Mecânicos. Os estudos foram desenvolvidos a

partir de palestras e visitas técnicas efetuadas nas atividades da disciplina, assim como com

consulta a livros de elementos de máquinas e lubrificação, catálogos técnicos de fabricantes

de rolamentos, e livros da área de manutenção. A abordagem foca descrever a manutenção

industrial de mancais e rolamentos de acordo com os parâmetros que devem ser analisados

para sua correta operação no cotidiano industrial.

Palavras-chave: Rolamento, Mancal, Manutenção, Lubrificação.

1. INTRODUÇÃO

Os mancais são dispositivos utilizados para realizar o suporte de eixos, e podem ser de

deslizamento ou rolamento, sendo que o segundo tipo é o foco de nosso estudo. A

manutenção desses componentes é uma ocorrência constante dentro de qualquer indústria,

sendo esses elementos abundantes em máquinas e equipamentos mecânicos, e tendo

especificações de tempo de vida útil e capacidade muito rigorosas. A análise das condições

dos equipamentos para verificar a necessidade de manutenção e a constante lubrificação dos

mesmos assegura um aumento na vida útil desses componentes, o que é de grande

importância, pois evita paradas na produção e diminui os custos industriais.

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. Revisão Conceitual de Mancais e Rolamentos

Mancais e rolamentos são elementos de máquinas amplamente empregados em

dispositivos mecânicos industriais. São atuantes em projetos de pequeno a grande porte, sendo

encontrados em uma grande variedade de dimensões fornecidas pelos fabricantes, e dessa

forma, suportam uma grande faixa de cargas.

Segundo JÚNIOR, mancal é definido como um dispositivo fixo fechado, sobre o qual é

apoiado um eixo. Sua função é comportar um eixo, e existem duas formas principais

empregadas para esse propósito: o mancal de deslizamento, na qual há uma bucha de material

macio entre a base do mancal e o eixo, tratando-se de uma solução para baixas rotações; e o

mancal de rolamento, adequado para maiores rotações. Na figura 1, é mostrado um exemplo

de mancal de deslizamento.

Figura 1. Mancal de deslizamento Fonte: Telecurso 2000. Curso profissionalizante – Elementos de Máquinas: Mancais e Rolamentos, 2000, p. 2.

O rolamento é um elemento utilizado em conjunto com o mancal com o propósito de

causar maiores reduções do atrito de escorregamento com o eixo. São geralmente constituídos

de dois anéis concêntricos, entre os quais existem elementos rolantes que podem ser esferas,

rolos ou agulhas. Na figura 2, são mostradas as principais formas de rolamentos.

Figura 2. Tipos de rolamentos

Fonte: Telecurso 2000. Curso profissionalizante – Elementos de Máquinas: Mancais e Rolamentos, 2000, p. 3

.

O anel externo é fixado no mancal, enquanto o anel interno é fixado no eixo. Na figura 3,

é mostrada uma vista em corte de um rolamento de esferas.

Figura 3. Vista em corte de um rolamento de esferas

Fonte: Wikipedia – Bearing (mechanical), disponível em: http://en.wikipedia.org/wiki/Bearing_(mechanical)

Os rolamentos ainda podem ser classificados de acordo com a carga que suportam,

podendo atuar na direção radial, axial ou misto. Na Figura 4, é mostrado um exemplo de tipo

de rolamento de acordo com a carga suportada.

Figura 4. Tipos de rolamento de acordo com o suporte a cargas Fonte: HowStuffWorks – Tipos de Rolamentos, disponível em: http://ciencia.hsw.uol.com.br/rolamentos3.htm

2.2. Manutenção de Mancais de Rolamento e Rolamentos

Os mancais e rolamentos, assim como qualquer elemento de máquina, estão sujeitos a

desgastes e avarias decorrentes de sua utilização, e, portanto, é necessário um sistema de

manutenção bem elaborado para evitar paradas indesejáveis de equipamentos e crescimento

dos custos industriais.

2.2.1. Tipos de Manutenção

SANTOS afirma que a manutenção industrial pode ser classificada em três tipos

diferentes.

a. Corretiva

É a forma mais conhecida, e consiste no conserto ou substituição do elemento após a

ocorrência de falha. Implica em perda da produção ou em danos consideráveis à máquina,

sendo o método mais dispendioso.

b. Preventiva

Consiste em exercer controle sobre o equipamento de modo a reduzir a probabilidade de

falhas, baseado em intervalos regulares de manutenção. Sua principal dificuldade é a

determinação do intervalo para inspeção do equipamento, que é determinado aleatoriamente,

por experiência ou estatisticamente, sem realizar o estudo da conveniência da manutenção

preventiva.

c. Preditiva

Consiste na programação da parada no momento necessário com foco no equipamento e

no processo produtivo, através de controle contínuo das condições da máquina e de suas

variações com o tempo realizadas por meio de instrumentos de medição. Esse método gera

informações sobre a ocorrência de variações na máquina e seus componentes, tornando sei

funcionamento mais econômico e seguro.

2.2.2. Técnica de Manutenção em Mancais de Rolamentos e Rolamentos

Os dois principais indicadores de problemas com rolamentos são excesso de vibração e

de temperatura. De acordo com SANTOS, são descritas as principais formas de detecção

dessas ocorrências em meio industrial.

a. Vibrações de rolamentos

As duas formas mais simples e menos precisas de detectar vibrações dos rolamentos é a

chave de fenda e o estetoscópio. Com eles, o técnico responsável é capaz de realizar uma

análise qualitativa do ruído do equipamento em operação e analisar a necessidade de

intervenção nesse dispositivo ou não, porém não há nenhum valor numérico que atue como

indicador para prever o estado do dispositivo. Nesse sentido, existem medidores de vibração

que podem detectar com precisão se os níveis de vibração do equipamento são ou não

aceitáveis. A utilização de instrumentos que gerem indicadores numéricos é uma forma

fundamental de monitoração para o emprego de um plano de manutenção preditiva. Em caso

de vibrações excessivas, torna-se necessário realizar um balanceamento do mancal.

b. Balanceamento do mancal

Caso haja um desbalanceamento do mancal, é calculada a massa de contrapeso que deve

ser inserida e sua posição angular.

c. Temperatura elevada

Alta temperatura do rolamento também é um indicador de problemas, como lubrificação

deficiente ou em excesso, presença de sujeiras, excesso de carga, folga interna muito pequena,

início de desgastes, excesso de pressão nos retentores, calor proveniente de fonte externa,

entre outros. A temperatura pode ser determinada por modernos termômetros digitais ou por

giz sensitivo.

d. Ultrassom

O ultrassom é um tipo de ensaio mecânico que pode prever a formação de falhas

mecânicas em mancais e rolamentos em seu estágio inicial, sendo mais eficiente que os

métodos tradicionais de calor e vibração.

2.2.3. Definição da vida-útil de um rolamento

O rolamento possui uma vida-útil, pois a sua utilização acarretará na fadiga do material

que o compõe. Segundo SANTOS, o tempo após o qual surgirá o primeiro sinal de fadiga

depende da quantidade de ciclos de trabalho e da intensidade da carga aplicada no rolamento.

A fadiga ocorre em função de tensões internas cíclicas cujo aparecimento ocorre

imediatamente abaixo da superfície na zona de carga. Com o tempo, essas chegam à

superfície e fragmentos de material são destacados, fenômeno conhecido como

descascamento. Esse fenômeno não indica que o rolamento deixou de ser propício à

utilização, mas sim que a vida-útil do rolamento está chegando perto do seu fim.

2.3. Lubrificação de Mancais de Rolamento e Rolamentos

A principal forma de desgaste de mancais e rolamentos ocorre em virtude do atrito. Os

mancais de deslizamento são aqueles que necessitam de uma maior quantidade de óleo

lubrificantes, em função do grande atrito entre o eixo e a bucha. Os rolamentos necessitam de

uma menor quantidade de lubrificantes em comparação ao mancal de deslizamento, no

entanto uma boa lubrificação ainda é primordial para o bom funcionamento do equipamento e

para uma grande durabilidade da peça.

Conceitos de Lubrificação

A lubrificação é definida como qualquer processo que reduza o atrito entre superfícies em

movimento. É definido como lubrificante qualquer substância utilizada com esse propósito.

Um óleo lubrificante realiza essa tarefa através de um filme (ou película), que inibe o contato

direto entre as duas superfícies, reduzindo o desgaste e a força necessária para colocar o

sistema em movimento, conforme pode ser observado na figura 5.

Figura 5. Exemplo de película de óleo entre duas superfícies metálicas Fonte: SHELL, ano desconhecido, p. 4.

Além de reduzir o atrito, outras funções da lubrificação são: refrigerar ou esfriar, inibindo

superaquecimento do dispositivo; reduz vibrações, que podem causar danos ao equipamento;

proteger contra corrosão e impurezas; além de casos especiais em que atuam como vedante,

na transmissão da força e como isolante.

Segundo NORTON, existem quatro tipos básicos de lubrificantes, que são: líquidos, que

podem ser subdivididos em minerais, sintéticos ou mistos, considerando que sua principal

propriedade a ser avaliada é a sua viscosidade, mas também possui outras características

relativas à sua aplicação que variam de acordo com os aditivos com os quais são fabricados;

sólidos, como o grafite, que são geralmente empregados em aplicações de elevada

temperatura; graxas, que são utilizadas quando é importante reter o lubrificante no local de

aplicação e não há outra forma de desempenhar essa tarefa; e gases, que são utilizados com

esse propósito apenas em aplicações específicas.

A viscosidade de um óleo pode ser definida como a resistência deste a uma tensão de

cisalhamento. Basicamente, um óleo de baixa viscosidade gera um filme fino, sendo

insuficiente para evitar o contato das duas superfícies satisfatoriamente. Por outro lado, um

óleo de viscosidade acima da recomendada para o equipamento pode gerar um atrito maior,

causando superaquecimento, além de não possuir a fluidez necessária para ser distribuído por

todo equipamento na taxa recomendada. Assim, sempre deve ser adotado um óleo conforme

as recomendações do fabricante do equipamento. Quando for necessário selecionar um

lubrificante, o principal aspecto a ser analisado é a viscosidade e a sua variação com a

temperatura (indicada pelo índice de viscosidade), embora para cada aplicação haja aspectos

específicos a serem analisados, como tipo do equipamento, ambiente, corrosão, entre outros.

Tipos de lubrificação

De acordo com SKF ROLAMENTOS, existem cinco formas principais de lubrificação:

- Hidrodinâmica: Separa as superfícies de carregamento de carga do mancal por um filme

relativamente espesso de lubrificante, a fim de prevenir o contato metal-metal. Este tipo de

lubrificação não depende da introdução do lubrificante por pressão, mas requer a existência de

um suprimento adequado constantemente. A lubrificação hidrodinâmica também é conhecida

como lubrificação de filme completo ou fluida;

- Hidrostática: Usa o ar ou água como lubrificante, introduzido na área de suporte de

carga, a uma pressão alta o suficiente que possa separar as superfícies com um filme

relativamente espesso de lubrificante. Então ao contrário da hidrodinâmica, esse tipo de

lubrificação não requer movimento entre uma superfície e outra. Essa lubrificação deve ser

considerada no projeto de mancais em que as velocidades são pequenas ou zero e a resistência

friccional deve ser a mínima absoluta;

- Elastoidrodinâmica: O lubrificante é introduzido entre duas superfícies que estão em

contato rolante, tais como engrenagens acopladores e mancais de rolamento;

- Contorno: A diminuição da viscosidade do lubrificante se deve, a uma queda na

velocidade móvel, uma diminuição de lubrificante enviado ao mancal, aumento na carga do

mancal ou na temperatura do lubrificante. Contribuindo para uma diminuição da espessura do

filme de lubrificante caracterizando a lubrificação de contorno, pois as maiores impurezas

estão separadas por uma fina camada de lubrificante.

- Filme sólido: Quando mancais têm que ser operados a temperaturas muito elevadas, um

lubrificante de filme sólido, como o grafite ou o dissulfeto de molibdênio, deve ser utilizado,

pois os óleos minerais ordinários não são 100% indicados para este caso.

As superfícies de contato em mancais de rolamento apresentam um movimento relativo

que é igualmente rolante e deslizante. Se a velocidade relativa das superfícies é alta o

suficiente, então a ação lubrificante é hidrodinâmica.

2.4. Lubrificação de mancais e rolamentos

O uso de graxa ou óleo lubrificante no rolamento ou mancal depende da sua aplicação,

conforme se mostra no Quadro 1.

Quadro 1 – Emprego de graxa ou óleo lubrificante em rolamentos e mancais

Usos da graxa Usos do óleo

Baixas temperaturas Altas temperaturas

Baixas velocidades Altas velocidades

Proteção incomum

requerida devido à

entrada de material

estranho

Vedações herméticas

são empregadas

prontamente

Busca por recintos

simples de mancal

Tipo de mancal não

apropriado para

lubrificação por graxa

Busca por operação

ininterrupta por longos

períodos sem

monitoramento

Mancal lubrificado

por supridor central

também usado para

outras peças da

máquina Fonte: SHIGLEY, 2005.

Os rolamentos devem ser lubrificados para evitar que se produza contato metálico entre

os elementos rolantes. A temperatura de funcionamento mais favorável para um rolamento se

obtém quando se usa o mínimo de lubrificante necessário para garantir a lubrificação de

confiança. Esta quantidade de lubrificante depende das funções que o mesmo exerça.

Os mancais de rolamento são fornecidos normalmente acompanhados de sua vedação.

Para a escolha do tipo de vedação são levados em conta os seguintes fatores: o tipo de

contaminante, o método de lubrificação, temperatura de trabalho e desalinhamento do eixo.

Os rolamentos podem ser lubrificados com a utilização de graxa ou óleo, e em casos

especiais, de um lubrificante sólido. Os rolamentos axiais de agulha ou roletes devem ser

lubrificados com óleo, devido à estrutura de seu projeto mecânico, sendo que o seu uso com

graxa se limita a casos nos quais se tem uma velocidade baixa.

Lubrificação por graxa

Nos rolamentos axiais de esfera e de rolete é utilizada a graxa como lubrificante,

considerando condições normais de velocidade, temperatura e carga.

Em geral o espaço entre o rolamento e o mancal é parcialmente preenchido por graxa (30 a

50%). O excesso de graxa pode provocar um aumento rápido na temperatura, principalmente

para velocidades elevadas.

As graxas normalmente usadas são fluidos sintéticos ou óleos minerais engrossados. A

consistência de uma graxa depende do tipo e da quantidade do agente espessador. Ao

selecionar uma graxa, os fatores mais importantes a serem analisados são: a consistência, a

temperatura e as propriedades antioxidantes.

A consistência não deve estar sujeita a grandes amplitudes de temperatura e esforços

mecânicos, pois a graxa se liquefaz com elevadas temperaturas, podendo escapar do

rolamento ou do suporte, e enrijece a baixas temperaturas, podendo frear a rotação do

rolamento.

A maioria das graxas a base de cálcio são estáveis com quantidade de 1 a 3% de água,

que sofre evaporação com o aumento de temperatura produzindo sabão e óleo mineral,

portanto sua temperatura de operação máxima é 60°C. Bases de sódio podem operar entre

30ºC e 80ºC, e de lítio entre -30ºC e 110ºC, embora graxas especiais possam chegar a uma

temperatura de trabalho de mais de 200ºC.

As graxas com base de sódio são solúveis em água, ou seja, absorvem a água numa certa

proporção formando uma emulsão sem prejudicar as propriedades do lubrificante. As de base

de lítio e cálcio são praticamente insolúveis em água, portanto não oferecem proteção contra a

corrosão. Nesse caso, devem ser usadas juntamente com um agente antioxidante.

Lubrificação por óleo

Utiliza-se lubrificação por óleo quando as condições de trabalho apresentam altas

velocidades e temperaturas, situações nas quais o uso de graxa ultrapassa o seu ponto de gota,

que é a temperatura máxima de utilização da graxa. O óleo também é empregado em situações

nas quais é necessário dissipar o calor gerado por um rolamento externo ou quando as peças

adjacentes da máquina já estão lubrificadas com óleo.

O método de lubrificação mais simples é o banho de óleo, porém só pode ser adotado

para pequenas velocidades. Nesse caso, o óleo é colhido por elementos giratórios do

rolamento e depois circula através do mesmo até voltar ao depósito. Quando o rolamento não

gira, o óleo deverá ter um nível ligeiramente abaixo do centro da esfera ou do rolete que

ocupa a posição mais baixa.

Há também a lubrificação com vapor de óleo, que é produzida por um pulverizador e

consiste em transportar gotículas de óleo por meio de uma corrente de ar. A corrente de ar que

penetra também serve para refrigerar o rolamento e produzir uma pressão ligeiramente mais

alta, que evita a entrada de impurezas. Este procedimento permite a lubrificação com

pequenas quantidades de óleo, dosificadas com exatidão, com o qual resultam desprezíveis e

razoáveis perdas. Este método é usado com muita freqüência para rolamentos que giram a

grandes velocidades, por exemplo, em eixos de máquinas retificadoras.

Para rolamentos de esferas e roletes, são utilizados, sobretudo, óleos minerais e sem

aditivos. Os óleos que contém aditivo para melhorar algumas propriedades (resistência da

película lubrificante, oxidação, entre outros) são requeridos normalmente para condições

excepcionais de funcionamento.

A viscosidade é a propriedade mais importante de um óleo lubrificante, essa diminui com

o aumento da temperatura. Para rolamentos de grandes velocidades a viscosidade não deverá

ser muito alta, para evitar alta fricção e aumento excessivo da temperatura.

Para rolamentos de tamanhos médio e grande a viscosidade na temperatura de

funcionamento não deverá ser inferior a 0,000012 m²/s. São utilizados frequentemente óleos

menos viscosos em rolamentos pequenos para grandes velocidades com objetivo de reduzir a

fricção.

3. CONCLUSÃO

O estudo realizado descreve os princípios básicos de manutenção e lubrificação de

mancais e rolamentos, fornecendo uma visão geral e abrangente dessa área. Não foi escopo

desse estudo abordar o assunto em sua totalidade, porém introduzi-lo, fornecendo as

informações básicas, que podem ser complementadas por bibliografias específicas e com

manuais técnicos de cada dispositivo.

Assim, esse artigo colaborou com a compreensão geral sobre os dispositivos abordados,

assim como pode servir de referência básica para uma iniciação de estudos sobre a

manutenção e lubrificação de mancais e rolamentos.

4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

JÚNIOR, Irajá Gaspar de Andrade. Tecnologia de Rolamento. São Paulo: Associação

Brasileira Técnica de Celulose e Papel, 1994.

NORTON, Robert. L. Projeto de Máquinas: uma abordagem integrada. 2. ed. Porto Alegre:

Bookman, 2004.

SANTOS, Valdir Aparecido dos. Prontuário para Manutenção Mecânica. 1. ed. São Paulo:

Ícone, 2010.

SHELL BRASIL. Manual Técnico de Lubrificantes. Rio de Janeiro: ano desconhecido.

SHIGLEY, Joseph E. Projeto de Engenharia Mecânica. 7. ed. Porto Alegre: Bookman,

2005.

SKF ROLAMENTOS S.A. Catálogo General 2800 Sp. Guarulhos: SKF, 1973.

Telecurso 2000. Curso profissionalizante – Elementos de Máquinas, Editora Globo SA, 2000.

Telecurso 2000. Curso profissionalizante – Manutenção, Editora Globo SA, 2000.

MAINTENANCE AND LUBRICATION OF INDUSTRIAL ROLLING-

ELEMENT BEARINGS

Abstract: This study intends to describe the basic concepts about maintenance and

lubrication and its application to bearings as a requisite for the matter of Introduction to

Maintenance and Lubrication of Mechanical Equipments. The studies were developed with

speeches and technical visits that were made as activities of the matter, as well with

consultation of books about Machine Elements and Lubrication, bearing manufacturer

catalogs and books about maintenance. The approach focuses on the description of bearing

industrial maintenance according to parameters that may be evaluated for the correct

operation in the industrial environment.

Key-words: Rolling-element Bearing, Maintenance, Lubrication.