Saiba como identificar falhas nos rolamentos

Os rolamentos são considerados o centro dos equipamentos rotativos de qualquer indústria e estão presentes em inúmeros processos industriais. 

Entretanto, você sabia que os rolamentos deveriam ter uma vida útil maior que a própria máquina? Mas, na prática, quem nunca ouviu falar de uma troca de um rolamento recorrente? Ou daquela máquina novinha que já está apresentando ruído? Você saberia identificar quais são as causas que mais levam os rolamentos a falharem?

Para o bom profissional da manutenção não basta simplesmente trocar a peça que apresentou defeito e pensar que resolveu o problema. É preciso realizar uma análise para entender a causa raiz que originou o defeito e depois, realizar a troca do componente, além de aplicar soluções inteligentes de controle e monitoramento que irão minimizar o risco de falha. 

Neste artigo, iremos te ajudar a entender como ocorrem as principais causas de falhas dos rolamentos e como você pode identificá-las para que elas não ocorram. 

Por que os rolamentos falham?

Os rolamentos são componentes responsáveis por possibilitar o movimento rotativo, com o mínimo de esforço e o mínimo de desgaste possível, para que o ativo seja o mais eficiente possível.

Nesse movimento rotativo, embora pareça simples, as superfícies da pista e dos elementos rolantes são submetidas a cargas de compressão radiais e axiais, dessa forma mesmo, que minimamente ocorre desgaste das superfícies. E como consequência, todo rolamento torna-se ineficiente ao longo do tempo.

Os rolamentos também podem sofrer influência de outros fenômenos físicos além da compressão mecânica, como: calor gerado pelo atrito, corrosão ocasionada pela umidade e até descarga elétrica no caso de alguma fuga de corrente. Esses fatores podem atuar isolados ou em conjunto, diminuindo a eficiência do componente.

A ISO 15243:2004 classifica as falhas dos rolamento nas seguintes categorias: 

• Fadiga: superficial e subsuperficial; 
• Desgaste: abrasivo e adesivo;
• Corrosão: por umidade, por atrito, por contato e Falso brinelamento;
• Erosão elétrica: tensão excessiva e fuga de corrente;
• Deformação plástica: sobrecarga, endentações por partículas e por manuseio;
• Fratura e trinca: fratura forçada, fratura por fadiga e trinca térmica

As falhas podem ser causadas por fatores que podem ou não estar inter-relacionados, logo existem casos em que pode não ser tão fácil identificar apenas uma causa. 

Por exemplo, uma sobrecarga quando associada com um uma falha na lubrificação pode gerar um superaquecimento e consequentemente, levar uma trinca térmica. Isso leva o rolamento tanto ao desgaste quanto à falha. 

Dessa forma, é indispensável entender como ocorrem as principais causas das falhas para elaboração de um plano de ação assertivo e assim minimizar as falhas inesperadas.

Quais as principais causas das falhas?

Sabendo que os rolamentos sofrem influência de vários fenômenos físicos, existem vários fatores que podem contribuir para o desgaste prematuro do componente e uma eventual falha. 

Lubrificação Inadequada

Mais da metade das falhas de rolamentos estão relacionadas com a lubrificação, segundo Koyo Seiko, autor do livro “Rolling Bearings: Failures, Causes and Countermeasures”, em algumas aplicações esse número pode chegar em até 80%, por essa razão ela não pode ser negligenciada e deve ser muito bem planejada e executada no PCM.  

O lubrificante é o grande aliado dos rolamentos, exercendo papel fundamental para evitar o contato direto com o “metal-metal”, reduzindo o atrito e o desgaste por fricção. 

Além dessa função primordial, o óleo também dissipa o calor gerado, para que a dureza do metal não seja alterada e cause um travamento.  

Outra possível falha derivada da temperatura em excesso é a de trinca térmica. Com a temperatura elevada pode ser criada uma micro ranhura, que tende a aumentar ao longo do tempo, criando uma cavidade e que por consequência, dificulta o movimento e assim, ocasiona a falha.

O óleo também deve proteger as superfícies da oxidação proveniente da umidade do ambiente. A  corrosão ocasiona o “pitting”, ou seja, a criação de buracos na superfície da pista que atrapalham o movimento e levam a um desgaste prematuro do componente. Também pode ocorrer a corrosão por contato que está relacionada com micromovimentos entre as superfícies de contato resultando em oxidação.

Outro caso, bastante comum é a contaminação do lubrificante, com partículas estranhas, como: cavaco, areia, sujeira, estilhaços de metal. Esses componentes podem criar cavidades na superfície ou ranhuras que levam ao desgaste e potencialmente a falha.  

Para que todas essas funções sejam exercidas da forma correta é essencial que a lubrificação do rolamento seja feita na quantidade e periodicidade certa, com o lubrificante adequado.

Saiba quais são os tipos de lubrificação e a sua importância na indústria.

Desalinhamento

Cerca de 20% das avarias estão relacionadas com algum tipo de desalinhamento do sistema (eixos, polias, etc), que resultam em cargas extras de compressão diferentes do sentido de projeto. 

Por exemplo, rolamentos de rolos cilíndricos têm baixíssima tolerância a cargas axiais, dessa forma qualquer desalinhamento gera desgaste prematuro, levando a sobrecarga, vibrações e a fratura por fadiga. 

Entenda como o desalinhamento afeta seu equipamento. 

Montagem

Outra causa de falha bastante comum está associada à etapa de montagem e ajustes, representando cerca de 18% dos casos.

O ajuste da folga interna dos elementos rolantes e a pista é uma etapa muito delicada. Pois ao mesmo tempo em que uma distância muito grande permite, que os rolos fiquem “soltos” perdendo eficiência. Um ajuste muito “apertado” ocasiona excesso de carga, causando aumento de temperatura e um desgaste prematuro. 

Além disso, a dilatação térmica exerce grande influência, desta forma é importantíssimo a verificação com o manual do fabricante.             

Outros fatores com menor frequência podem levar a causar a falha, como:

Defeitos de fabricação no material: o material pode apresentar avarias e não atender os coeficientes de qualidade necessários.

Defeitos de transporte/armazenamento: são capazes de causar danos e micro ranhuras nos componentes ou ocasionar oxidação, devido à umidade do ambiente.

Seleção inadequada do rolamento: faz com que o componente não suporte as condições daquela aplicação.

Passagem de corrente elétrica no rolamento: ocorre por fuga de corrente ou por eletricidade estática causando erosão e cavidades nas pistas.

Como evitar as falhas e as quebras inesperadas?

Vimos que os rolamentos estão suscetíveis a uma série de fatores que podem dificultar o movimento, causando um desgaste excessivo e eventualmente levar a falha do componente, já que na maioria dos casos, os equipamentos começam apresentar sinais mensuráveis antes da falha acontecer. 

Todas as máquinas emitem sinais de vibração e temperatura durante sua operação devido a movimentação e atrito dos seus componentes internos. O movimento rotativo do rolamento em um motor elétrico, a compressão oscilante de um pistão em um gerador à diesel e a vibração de um compressor centrífugo são exemplos das fontes dos sinais que soam como a “música” que esses equipamentos tocam durante sua operação. 

Esses sinais fornecem informações sobre o estado atual do equipamento, de forma que não é necessário parar a máquina para realizar uma inspeção e avaliar suas condições. Esses sinais podem ser captados por meio de sensores que são acoplados à máquina e que monitoram o equipamento de forma contínua e online.

O monitoramento online, analisa todos os dados coletados pelos sensores, porém nem todos os sinais são úteis para a avaliação do estado do equipamento. Então, utiliza-se uma técnica chamada de transformada de Fourier que é um artifício matemático utilizado para interpretar sinais em ambientes ruidosos.

Assim, é possível filtrar somente as informações que são úteis para a análise e interpretar os dados de forma precisa. Então, com a transformada de  Fourier aplicada, monta-se o gráfico de espectro de frequências que irá auxiliar no diagnóstico do estado atual do equipamento.

Esse gráfico é eficiente em realizar a análise, pois cada tipo de máquina possui uma assinatura espectral original. A partir dela, identificamos as características de vibração de cada componente individualmente.

Além disso, cada tipo de avaria possui um perfil diferente de emissão de vibração, de forma que por meio dessa análise, é possível identificar qual o tipo de falha de no rolamento, como por exemplo: desgaste, desalinhamento e falta de lubrificação.

O sistema não se limita somente a rolamentos, aplicando essa mesma análise e identificando avarias em mais de 30 tipos de ativos rotativos.

A plataforma TRACTIAN é a ferramenta que interpreta esses sinais coletados nas máquinas, transforma os dados em gráficos e mostra as análises de forma simples e intuitiva para que o mantenedor possa ter o máximo de informações sobre seus ativos.  

Abaixo temos um exemplo de gráfico, onde foi identificado um desalinhamento em uma máquina. A plataforma mostra a falha identificada por meio da análise do espectro, informa a hora da ocorrência e notifica os usuários através de um alarme. 

Além disso, é destacado a intensidade dessa falha, neste caso foi identificado uma ruptura de 86%, considerado acima do limite, no segundo harmônico no espectro da velocidade no eixo z. Isso configura um desalinhamento grave, possivelmente causado por algum problema na fundação, na fixação ou em alguma irregularidade no acoplamento. 

Essas análises coletadas e alertas emitidos auxiliam o mantenedor, a realizar as intervenções de forma preditiva. Porém, seu potencial é explorado quando associados com um PCM eficiente, capaz de gerir os ativos com as suas demandas reais de forma ágil.

O monitoramento online combinado a um sistema específico para gestão de ativos, como o TracOS™,  é capaz de automatizar alguns processos da indústria, como por exemplo planos preventivos de lubrificação. Assim, é possível evitar falhas em rolamentos e aumentar a confiabilidade dos ativos. 

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