Otimizando Lubrificação de Acoplamentos para Confiabilidade e Longevidade

Em um mundo ideal, um único componente abrangeria todas as características necessárias, mas a realidade nos força a montar múltiplas peças no local. Quando estas peças se unem, o alinhamento nunca é perfeito.

Acoplamentos transmitem torque entre seções de eixo. Mesmo com ajuste meticuloso, desalinhamento residual permanece, e flexibilidade é essencial para proteger mancais e eixos de desgaste prematuro. Lubrificação adequada é a chave para desempenho e durabilidade do acoplamento.

Figura 1. Tipos de Desalinhamento

Desalinhamento manifesta-se como deslocamento angular ou offset ao longo de dois dos três eixos principais (Figura 1). O eixo longitudinal é raramente medido, ainda erros aqui podem causar cargas de impulso excessivas. Instalações grandes, como compressores de alta capacidade, empregam alinhamento baseado em fio, enquanto setups menores tradicionalmente usam indicadores de mostrador rim-and-face. Indicadores ópticos a laser são cada vez mais favorecidos por sua precisão e facilidade de uso.

Equipes de manutenção de alta performance também contam com expansão térmica. Todos os sólidos, exceto água, expandem com temperatura segundo seu coeficiente de expansão térmica. Um eixo alinhado à temperatura ambiente desviará conforme temperaturas operacionais sobem. Pré-aquecimento ou pré-resfriamento de equipamentos, ou desalinhamento intencional à temperatura ambiente, pode mitigar este desvio, mas offset residual é inevitável. Este desalinhamento força eixos a defletir, induzindo vibração e cargas desiguais em mancais, que por sua vez encurtam vida do equipamento.

Quando acoplamentos são corretamente projetados, eles absorvem forças de desalinhamento, protegendo componentes caros e sensíveis como mancais — frequentemente os elementos mais delicados em um trem de força — de estresse excessivo.

Figura 2. Acoplamentos de Engrenagem

TIPOS DE ACOPLAMENTOS
Acoplamentos são amplamente classificados em quatro categorias, cada uma com vários designs específicos. Acoplamentos sólidos e magnéticos não requerem lubrificação, mas são incluídos para completude. Acoplamentos sólidos são rígidos e não compensam desalinhamento; simplesmente unem eixos para transmitir torque. Acoplamentos magnéticos acionam eixos sem contato via ímãs permanentes ou eletroímãs — comuns em bombas de acionamento magnético sem selo.

Acoplamentos flexíveis empregam elementos flexíveis fixos — discos ou buchas de metal, borracha ou plástico — que giram com os eixos e absorvem desalinhamento sem lubrificação. Engrenagens, correntes, grades e juntas universais, no entanto, dependem de lubrificação para desempenho e longevidade ótimos. Acoplamentos fluidos (conversores e multiplicadores de torque) usam fluido lubrificante para transmitir torque.

Figura 3. Acoplamentos de Corrente

ACOPLAMENTOS FLEXÍVEIS
Acoplamentos de engrenagem (Figura 2) lidam com desalinhamento através da folga entre dentes de engrenagem. Dentes externos em ambos os eixos acasalam com dentes internos em uma carcaça que contém lubrificante. Variantes montam dentes em apenas um eixo, acasalando com dentes internos no outro. Aceleração ou desaceleração podem causar impactos devido a folga, e desalinhamento leva a movimento de deslizamento a cada revolução.

Acoplamentos de corrente (Figura 3) operam no mesmo princípio. Coroas em cada eixo são ligadas por corrente de roletes; folga no conjunto corrente-coroa acomoda desalinhamento. Padrões de carga espelham os de acoplamentos engrenados.

Acoplamentos de grade externa (Figura 4) usam grade de aço corrugado que flexiona sob carga. Discos ranhurados em cada eixo abrigam a grade, transmitindo torque. Movimento de deslizamento desenvolve-se entre grade e ranhuras conforme grade deforma, alargando e estreitando a cada revolução.

Juntas universais acomodam 20–30° de desalinhamento, dependendo do design. São ubíquas em eixos de transmissão de veículos, permitindo movimento de roda com curso de suspensão. A aranha de quatro fusos conecta dois eixos terminando em garfos ou nudos em ângulos retos; cada journal da aranha é suportado por mancais ou bucha dentro de um nudo, permitindo articulação.

Figura 4. Acoplamento de Grade

LUBRIFICANTES PARA ACOPLAMENTOS FLEXÍVEIS
Tanto óleos quanto graxas podem lubrificar acoplamentos flexíveis. A maioria dos acoplamentos industriais é lubrificada a graxa, a menos que especificado de outra forma. A graxa fornece filme de óleo que sangra do espessante para a zona de carga, protegendo componentes.

Acoplamentos flexíveis lubrificados devem resistir a movimento relativo de baixa amplitude, forças centrífugas no lubrificante e distribuição desigual de óleo. Pequenos movimentos de deslizamento inibem lubrificação hidrodinâmica de filme completo, então óleos base de alta viscosidade, aditivos EP e agentes umectantes de metal são recomendados para manter condições de filme limite ou misto. Alta viscosidade também reduz vazamento.

Forças centrífugas em acoplamentos podem atingir milhares de vezes a gravidade (Gs). Formulações de graxa são projetadas para evitar separação prematura de óleo e espessante sob tais forças.

Figura 5. Junta Universal

ACOPLAMENTOS FLUIDOS
Acoplamentos fluidos transferem torque via movimento de fluido. Desalinhamento é acomodado apenas pelas pequenas folgas entre partes móveis, deixando pouca margem para erro. Ainda assim, acoplamentos fluidos absorvem efetivamente cargas de choque e altos torques de partida porque não há ligação mecânica direta entre eixos de entrada e saída.

Dentro de um acoplamento fluido, um impulsor no eixo de entrada acelera fluido muito como bomba centrífuga. O fluido então incide nas aletas do rotor do eixo de saída, transferindo momento. O rotor acelera rumo à velocidade de entrada mas nunca a atinge completamente, resultando em deslizamento. A velocidade mínima de entrada requerida para o rotor girar é chamada velocidade de estol. Acoplamentos fluidos são ideais para equipamentos com cargas estáticas altas, como turbinas a vapor ou gás, onde estresse inicial no eixo de acionamento deve ser minimizado.

Cargas de choque no lado de entrada nunca são transmitidas; velocidade do eixo de entrada permanece irrestrita. Quando velocidade de estol é excedida, eixo de saída acelera a taxa limitada por sua inércia, e qualquer energia excedente é dissipada como calor viscoso. Conversores e multiplicadores de torque são acoplamentos fluidos especializados que modificam torque de entrada antes da transmissão.

LUBRIFICANTES PARA ACOPLAMENTOS FLUIDOS
Dissipação de energia em acoplamentos fluidos pode elevar temperatura do fluido rapidamente, às vezes excedendo 200 °F dentro de um minuto. Óleo deve resistir à oxidação, degradação térmica e manter alto índice de viscosidade para evitar mudanças drásticas de viscosidade em picos de temperatura.

Viscosidades típicas variam de 2,5 a 72 cSt a 40 °C. Para aplicações de alta temperatura, limites de viscosidade podem ser especificados a 100 °C. Óleos de baixa viscosidade reduzem potência perdida por atrito, mas devem resistir à espuma de agitação intensa e fornecer proteção contra ferrugem. Fluidos base hidrocarboneto, realçados com aditivos inibidores de ferrugem, oferecem desempenho superior e compatibilidade com selos.

RECOMENDAÇÕES
Manutenção adequada é essencial para vida útil de qualquer acoplamento. Verifique níveis e qualidade de lubrificante regularmente, e adicione lubrificante para compensar vazamentos. Periodicamente faça flush e substitua lubrificante para eliminar produtos de degradação e repor aditivos. Acoplamentos de engrenagem frequentemente requerem relubrificação a cada seis meses a um ano, dependendo da severidade da aplicação e experiência do operador.

Toda manutenção deve enfatizar controle de contaminação. Contaminação particulada pode causar desgaste abrasivo em contatos de deslizamento. Solventes residuais de limpeza podem diluir lubrificantes ou reagir com espessantes de graxa, comprometendo desempenho.

Acoplamentos duram melhor quando demandas operacionais são moderadas. Reduzir carga de choque — partidas duras e reversões súbitas de carga — é primeira linha de defesa. Alinhamento, função de precisão de alta prioridade, pode ser verificado usando análise de vibração ou termografia durante operação, e deve ser rechecado sempre que manutenção ou reparos ocorram.