Uma solução padronizada para atualizações de ventiladores industriais

Ventiladores e sopradores industriais são uma parte crítica de muitos processos industriais. Assim, é fundamental que atendam às demandas de maior desempenho e menor custo total de operação. Os rolamentos e componentes relacionados são fatores importantes para melhorar a produtividade do ventilador. Combinando o conhecimento de áreas-chave - rolamentos e caixas, lubrificação, vedações e serviços - a SKF agora oferece uma solução padronizada para atualização de ventiladores.

Falhas em rolamentos em ventiladores industriais são caras, uma vez que esses equipamentos costumam ser críticos para o processo de produção. Uma quebra pode causar uma parada total na produção, o que pode resultar em perdas de milhares de dólares. Portanto, a extensão da vida útil do rolamento em ventiladores e sopradores industriais é uma questão de alta prioridade.

Anteriormente, cada atualização de ventilador era personalizada para cada aplicativo individual. Agora, no entanto, os engenheiros da SKF criaram uma solução completa para atualização de ventiladores industriais, tornando possível padronizar o procedimento. A atualização foi especialmente projetada para reduzir as temperaturas de operação e inclui rolamentos e caixas otimizados e um novo sistema de lubrificação com óleo circulante. Os efeitos das temperaturas operacionais mais baixas são maior confiabilidade, menores custos de manutenção e vida útil prolongada.

Condições exigentes
As demandas de produtividade na indústria geralmente exigem que os ventiladores e sopradores funcionem em seu limite. Velocidades rotacionais mais altas significam temperaturas operacionais mais altas. Além disso, muitos ventiladores são usados ​​para evacuar gases quentes, com temperaturas que variam de 100 a 600 graus Celsius (212 a 1.112 graus Fahrenheit). Parte desse calor é transferido para os mancais por meio de radiação e condução no eixo do ventilador. Operar sob altas temperaturas pode levar à falha do rolamento, o que, por sua vez, causa paradas não planejadas, tempo de inatividade desnecessário e perdas de produção.

As altas temperaturas de operação também têm um impacto negativo na lubrificação dos rolamentos, pois reduzem a vida útil do óleo base. A degradação da lubrificação significa aumento do atrito nos mancais, lubrificação inadequada e possível falha do mancal, o que aumenta o risco de paradas não planejadas. Mais de um terço de todas as falhas prematuras em rolamentos são causadas por problemas de lubrificação.

Componentes para redução de temperatura
Uma solução completa para reduzir a temperatura do rolamento em aplicações de ventiladores industriais foi desenvolvida por meio do conhecimento combinado da SKF sobre rolamentos e caixas, lubrificação, vedações e serviço.

Uma atualização do ventilador começa com uma avaliação - uma análise funcional do equipamento em que os problemas atuais são avaliados - e sugere como a atualização deve ser realizada. A SKF pode cuidar de todo o processo, desde a avaliação até a instalação do novo equipamento, assumindo total responsabilidade pela funcionalidade, caso isso seja exigido pelo cliente.

A atualização do ventilador da SKF compreende vários componentes, cada um com sua própria contribuição para reduzir as temperaturas operacionais dos rolamentos. Um novo sistema de lubrificação com óleo circulante reduz as temperaturas de operação e a necessidade de manutenção, o sistema de rolamentos autocompensadores da SKF gera menor atrito e as caixas especialmente projetadas são otimizadas para uso com lubrificação com óleo circulante. Um sistema de monitoramento de condição também faz parte da oferta total, fornecendo aviso prévio de falha potencial do rolamento. O valor total da solução é obtido quando a atualização completa do ventilador, incluindo todos os componentes, é instalada.

Sistema de lubrificação automatizado
A lubrificação é uma parte essencial da manutenção preventiva e pode ser tratada de diferentes maneiras, dependendo da aplicação. Alguns métodos comumente usados ​​são lubrificação manual com graxa, lubrificação centralizada com graxa, banho de óleo e lubrificação com óleo circulante. As altas temperaturas dos rolamentos presentes nos ventiladores de gás quente são frequentemente tais que um sistema de lubrificação com óleo circulante é necessário, já que nem a lubrificação com graxa nem a lubrificação por banho de óleo são adequadamente eficientes sob essas condições. Nesta aplicação, o sistema de lubrificação é um meio importante de remoção de energia térmica. Anos de experiência resultaram no desenvolvimento de uma nova solução padrão para unidades de óleo circulante para ventiladores industriais (Figura 1).

Figura 1. Unidade de circulação de óleo

A unidade de lubrificação por óleo circulante da SKF fornece óleo fresco e limpo para cada rolamento e é o componente mais importante na solução para redução de temperatura. Os sistemas de lubrificação por óleo circulante são equipamentos complexos e todos os componentes (Figura 2) são importantes para fornecer um bom resultado.

Figura 2. Princípio de funcionamento das unidades de circulação de óleo

Um grande tanque fornece tempo suficiente para que o óleo descanse e remova o ar. Durante a operação, ele também tem a vantagem de permitir que o óleo esfrie antes de ser usado novamente. O tanque também contém um aquecedor que aquece o óleo na inicialização, a fim de manter a viscosidade adequada em todos os momentos. Um cartucho de filtro de alta capacidade remove partículas poluentes do óleo. A unidade de lubrificação com óleo também inclui sensores de pressão que avisam quando a pressão está muito alta e os filtros precisam ser trocados. Se a pressão exceder um determinado nível, uma opção de desvio será aberta automaticamente. Uma válvula de desvio manual permite a troca de filtros durante a operação.

Um problema comum em unidades de lubrificação com óleo é o excesso de óleo circulando de volta para o tanque. Normalmente, os sistemas usam uma válvula de escape para lidar com esse problema, mas isso leva a perdas de energia, aumento da temperatura do óleo, desgaste de componentes e degradação do óleo. No sistema SKF, a solução é minimizar a quantidade excessiva de óleo que circula de volta para o tanque, otimizando a quantidade de óleo no sistema. Assim, energia e óleo são economizados, resultando em efeitos ambientais reduzidos. Algumas variantes estão disponíveis para cada unidade de lubrificação a óleo padronizada. Por exemplo, um resfriador e uma unidade de controle para funções de alarme e monitoramento são opcionais, e uma bomba reserva pode ser usada em aplicações críticas. Como o óleo é manuseado em um sistema fechado e bem controlado, o vazamento de lubrificante é minimizado e os efeitos no meio ambiente são reduzidos. Para ventiladores ainda maiores, a SKF tem a solução Flowline, uma família completa de sistemas de circulação de óleo projetada para atender a vários requisitos.

Viscosidade do óleo
A função básica da lubrificação é criar uma película de óleo muito fina, mas adequada entre os elementos rolantes, pistas e gaiolas de modo que o contato metal com metal seja evitado o tempo todo. É importante que esse filme de óleo tenha a espessura certa. A espessura é determinada pela temperatura de operação do rolamento e a viscosidade do óleo selecionado. A viscosidade do óleo varia com a temperatura; uma temperatura mais alta significa uma viscosidade operacional mais baixa. Portanto, o parâmetro mais importante na escolha de um lubrificante é a viscosidade que ele possui na temperatura de operação do rolamento.

A eficácia do lubrificante é determinada principalmente pelo grau de separação da superfície entre as superfícies de contato rolantes. Se um filme lubrificante adequado deve ser formado, o lubrificante deve ter uma determinada viscosidade mínima quando a aplicação atinge sua temperatura normal de operação. A condição da película de óleo é descrita pela razão de viscosidade, k.

k =v / v ₁

onde k =razão de viscosidade

v =viscosidade do lubrificante na temperatura operacional [mm ² / s]

v1 =viscosidade nominal na temperatura de operação, dependendo do diâmetro médio do rolamento e da velocidade de rotação [mm2 / s].

(Para obter as diretrizes de cálculo, use o catálogo geral da SKF.)

Recomenda-se um tipo de óleo e viscosidade com um valor k entre 1 e 4 na temperatura de operação do rolamento. Isso normalmente resulta em uma viscosidade do óleo variando de 68 a 220 mm ² / s (ISO VG 68 a 220) a uma temperatura de referência de 40 C (104 F). Se o valor de k for inferior a 1, as superfícies não estão totalmente separadas e existe o risco de contato metal com metal. Um valor k maior que 5 aumentará o atrito no mancal e, conseqüentemente, a temperatura de operação.

Sistemas de rolamentos autocompensadores
O sistema de rolamentos em ventiladores industriais deve acomodar desalinhamento, deflexões do eixo e expansão térmica do eixo. Em aplicações convencionais, um sistema de rolamentos autocompensadores (Figura 3) é usado, consistindo em dois rolamentos autocompensadores de esferas ou dois rolamentos autocompensadores de rolos. Este sistema deve ser especialmente projetado para acomodar a expansão térmica do eixo. Um dos rolamentos está localizado e o outro está não localizado. O rolamento livre se move axialmente em seu assento no alojamento. Quando ele se move, ele gera um atrito considerável, que por sua vez induz vibração, forças axiais no sistema de rolamento e calor - tudo isso pode reduzir significativamente a vida útil do rolamento.

Figura 3. Este é um sistema de rolamento autocompensador convencional que compreende dois rolamentos autocompensadores de rolos. O rolamento para a direita é “axialmente livre” na caixa.

O sistema de rolamentos autocompensadores da SKF (Figura 4) supera esse problema. Ele incorpora um rolamento autocompensador na posição bloqueada e um rolamento de rolos toroidais CARB na posição livre. O rolamento CARB é um rolamento radial autocompensador com um anel interno que se move independentemente do anel externo - semelhante a um rolamento de rolos cilíndricos. O sistema total de rolamentos acomoda o desalinhamento e a deflexão do eixo, enquanto o rolamento CARB acomoda o alongamento do eixo dentro do rolamento, virtualmente sem atrito e sem induzir cargas axiais internas.

Figura 4. Este é um sistema de rolamentos autocompensadores da SKF que compreende um rolamento autocompensador de rolos e um rolamento de rolos toroidal CARB. O rolamento CARB acomoda o alongamento do eixo dentro do rolamento, virtualmente sem atrito.

Por não haver cargas axiais internas induzidas, a solução trabalha com menor atrito, mantendo baixas as temperaturas de operação. O sistema de rolamentos autocompensadores da SKF também opera com níveis reduzidos de vibração e ruído e permite projetos mais seguros e otimizados. Isso, por sua vez, aumenta os intervalos de relubrificação e aumenta a vida útil do rolamento.

Em um sistema de rolamentos autocompensadores da SKF que consiste em um rolamento autocompensador de rolos e um rolamento CARB, ambos os rolamentos pertencem à classe de desempenho SKF Explorer. Os rolamentos SKF Explorer oferecem uma melhoria substancial nos principais parâmetros operacionais, o que aumenta a vida útil do rolamento.

Figura 5. Esta é uma comparação de sistemas de rolamentos autocompensadores em um grande ventilador industrial. À esquerda:projeto convencional com dois rolamentos autocompensadores de rolos 22244 CC / C3W33. Observe os altos níveis de vibração, picos intermitentes e aumento na temperatura operacional. À direita:O sistema de rolamentos autocompensadores da SKF equipado com um rolamento C2244 / C3 CARB na posição livre. Observe os baixos níveis de vibração, a falta de picos intermitentes e a temperatura operacional mais baixa

Caixa do mancal
A variedade de caixas padrão da SKF incorpora projetos que tratam especificamente de questões de temperatura. Os mais adequados para ventiladores industriais são as caixas de mancal SKF SONL padrão (Figura 6) e as caixas de mancal SKF SAF padrão. Eles são adequados para aplicações de alta velocidade e alta temperatura.

Figura 6. Este é o esboço principal de um alojamento de rolamento SONL equipado para lubrificação de óleo de circulação incorporando um rolamento CARB.

A caixa SONL possui um reservatório profundo que contém um grande volume de óleo, proporcionando uma maneira eficiente de remover a energia térmica. A caixa SONL é adequada para lubrificação por banho de óleo e óleo circulante e tem uma vedação de óleo especialmente projetada e comprovada para evitar vazamentos.

Os mancais SAF estão disponíveis em variantes padrão para lubrificação com óleo circulante. Eles são projetados com grandes orifícios de drenagem para fornecer maior capacidade de fluxo de óleo e um efeito de resfriamento otimizado. Quando usados ​​com um sistema de lubrificação com óleo, os mancais SAF devem ser equipados com uma vedação de óleo de contato LER para evitar vazamentos.

As caixas de mancal SNL, modificadas para lubrificação com óleo, são outra boa alternativa, com seus vedantes de óleo de alto desempenho e recursos de transferência de calor.
O uso de uma dessas caixas de rolamento SKF com o sistema de rolamento autocompensador SKF reduz drasticamente as temperaturas de operação do rolamento.

Conclusão
Os rolamentos em ventiladores situados em ambientes de alta temperatura geralmente operam em seus limites. Graças ao conhecimento especializado em várias áreas importantes, a SKF pode fornecer uma solução completa para atualização de ventiladores industriais. Os resultados - maior confiabilidade, vida útil prolongada do rolamento, vida útil prolongada do lubrificante e manutenção reduzida - são obviamente benéficos do ponto de vista comercial, mas também são importantes para a sustentabilidade.

Resumo
Os ventiladores são componentes cruciais em muitos sistemas e aplicações e freqüentemente são o carro-chefe em muitos setores. Conforme os requisitos de produtividade aumentam, demandas crescentes são colocadas em seu desempenho e confiabilidade. A SKF, com seu conhecimento completo dos sistemas de rolamentos, desenvolveu uma solução padronizada para atualizações de ventiladores. Esta solução, que traz a experiência do Grupo em rolamentos e caixas, lubrificação, vedações e serviços, significa que as atualizações do ventilador podem fornecer operação aprimorada, vida útil estendida do rolamento, vida útil mais longa do lubrificante e custos de manutenção reduzidos.

Sobre os autores:
Hans Lindh é o líder de negócios de ventiladores industriais, Divisão Industrial da SKF na Suécia, e Emma de Laval é especialista em comunicação técnica no Grupo SKF na Suécia. Para obter mais informações, visite www.skf.com. Além disso, confira Evolution, a revista de negócios e tecnologia da SKF, em http://evolution.skf.com.