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Lubrificação de engrenagens Eng.º Filipe Atouguia Diretor Técnico da Spinerg Macro Distribuidor Shell
Desde o início do trabalho com máquinas, as engrenagens foram utilizadas para transmitir a potência gerada pelos motores, e convertendo binário em movimento e velocidades controladas.
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endo sistemas normalmente simples, têm associadas ineficiências que representam grandes desafios. Atualmente, as três principais categorias são: a) Eliminar o ruído, a vibração e a abrasividade entre os elementos; b) Continuar com a procura de maior potência em sistemas cada vez mais pequenos; c) A crescente procura por uma maior eficiência e menores perdas de energia no sistema. Este último ponto tem vindo a ganhar uma importância crescente. As caixas de engrenagens têm vários pontos de partida que podem reduzir emissões de CO2, pelas possibilidades que existem de redução das perdas que ocorrem nas engrenagens, chumaceiras e equipamentos auxiliares. Para ter sucesso neste desafio, é fundamental a interação desde os primeiros passos do projeto entre os projetistas e construtores da caixa de engrenagens e os fabricantes de lubrificantes, ao invés desta interação ser feita mais tarde e condicionar os resultados que se poderiam obter. Uma das estratégias para a procura das melhores soluções para reduzir as perdas de potência nos sistemas de engrenagens é encontrar a fonte exata destas perdas – engrenagens, chumaceiras, vedantes ou fricção do óleo – e resolver cada um dos casos de forma a obter um ganho de economia de energia. Estudos realizados indicam que as perdas de energia numa engrenagem têm como principais fatores a geometria dos dentes, o acabamento superficial dos flancos, o tipo de lubrificante utilizado e a forma como é realizada a lubrificação do sistema. A otimização destes fatores poderá conduzir à redução de perdas na ordem dos 70%. No caso da geometria dos dentes importa considerar se por modificar a configuração dos dentes, tornando-os menos profundos de forma a haver uma menor área de contacto entre os dentes no engrenamento. A tendência dos últimos anos tem vindo a ser nesse sentido, criando engrenagens com uma redução de perdas de potência, entre moderada e alta, em desenho de dentes
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menos profundos em comparação com engrenagens convencionais. Esta configuração reduz o rácio de contacto transversal da engrenagem e concentra a zona de contacto à volta da circunferência primitiva. Todavia isto implica que, no ponto de contacto, se concentrarão cargas e pressões extremamente elevadas ao contrário dos casos de engrenagens convencionais, onde estas cargas e pressões se distribuem por uma zona maior do dente. Isto tem impacto direto na lubrificação podendo não ser possível, na maioria dos casos, apenas um sistema de chapinhagem, obrigando à introdução de sistemas de lubrificação forçada. Testes realizados indicaram que o óleo tem uma importância crítica na redução de perdas em engrenagens, quer pelo tipo de óleo utilizado (mineral ou sintético), pela sua viscosidade ou pela forma e tempo que tarda em chegar às zonas que requerem uma lubrificação, particularmente aos pontos mais críticos. Comparam-se três tipos de lubrificantes, minerais, sintéticos com base de polialfaolefinas (PAO) e sintéticos com base de polialquilglicóis (PAG), todos com a mesma viscosidade, num teste da FZG, para aferir o efeito da base utilizada na economia de energia. Em relação à utilização de um óleo mineral obteve-se uma redução de energia de 35% quando se usou um lubrificante PAO. A utilização de um lubrificante PAG melhorou ainda este valor em 12%, o que implica um valor muito interessante de 47% de ganho energético em comparação com o lubrificante mineral. O volume de óleo tem, também, uma influência importante. O volume reduzido pode condicionar a quantidade de óleo disponível para a lubrificação, aumentando o stress sobre a carga de óleo, contribuindo para uma oxidação e envelhecimento precoce do lubrificante. O volume acima do recomendado, além de dificultar o arrefecimento do óleo pelo ar existente na caixa de engrenagens, irá aumentar o atrito e reduzir a capacidade de arrefecimento das engrenagens pelo lubrificante.
Assim, deve ser sempre utilizada a quantidade recomendada pelo fabricante, em função da posição e carga a que o sistema de engrenagens estiver sujeito, de forma a garantir um arrefecimento correto das engrenagens. Ao fazê-lo, reduz-se a possibilidade de ocorrência de contactos pontuais metal/metal, devido a uma quantidade insuficiente de óleo, que originam picos localizados de temperatura que contribuem grandemente para uma oxidação do lubrificante nesses pontos, levando-o a um processo de envelhecimento acelerado. A utilização de uma maior quantidade de óleo do que o recomendado irá dificultar o seu arrefecimento (em sistemas sem arrefecedores intermédios) originando, também, uma oxidação mais rápida do lubrificante. É necessário assegurar a total compatibilidade não só com os vedantes e tintas, mas também com tubagens e materiais isolantes nos casos em que exista um sistema de arrefecimento intermédio.
ÓLEOS MINERAIS PARA ENGRENAGENS Pela sua versatilidade, os óleos de base mineral para engrenagens ainda são muito usados. São produtos mais baratos do que os óleos sintéticos utilizados em equipamentos de menor criticidade e menor exigência. Devido às caraterísticas destas bases, normalmente de Grupo I, quando sujeitos a temperaturas mais elevadas, têm tendência para se oxidar com alguma facilidade, condicionando o tempo em serviço. Têm um desempenho limitado na presença de água, podendo sofrer reações de hidrólise que vão catalisar a oxidação do lubrificante.
ÓLEOS SINTÉTICOS PARA ENGRENAGENS Embora o mercado a nível mundial ainda seja dominado pelos óleos de base mineral, a