Mancal: tipos e funções

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Mancal
O que é mancal?
Mancal é um elemento de máquina que serve como apoio fixo para a transmissão mecânica em elementos girantes (eixos e rolamentos). Normalmente são fabricados de ferro fundido ou aço, e bipartidos (base e tampa). Os principais tipos de mancais são: rotativo ou de rolamento e de deslizamento ou de bucha.
Qual é a função de um mancal?
A função do mancal é servir de apoio para eixos girantes. Logo, os mancais estão sujeitos às forças de atrito devido a rotação do eixo. Dessa forma, o atrito ocorre devido ao contato da superfície do eixo com o mancal.
Portanto, podemos definir que a função do mancal é dar apoio e suportar uma carga enquanto está em contato com um eixo ou elemento rolante. Os mancais são do tipo deslizante ou rotativo.
É um componente fundamental em qualquer máquina ou equipamento. Principalmente quando se pretende obter eficiência na transmissão de potência em sistemas mecânicos. Qualquer falha nele pode causar a parada do equipamento e, consequentemente, a perda de produção.
Tipos de mancais
Existem dois principais tipos de mancais:
Mancais de deslizamento (ou de bucha)
· Mancal Hidrodinâmicos;
· Mancal Hidrostáticos;
· Mancal Aerostáticos;
· Mancal Magnéticos.
Mancais de rolamento (ou rotativo)
· Rígido de esferas;
· De esferas de contato angular;
· De rolos cilíndricos;
· De rolos cônicos;
· Axial de Esferas;
· De agulhas;
· Autocompensador de rolos e esferas.
Diferença entre mancais com rolamento e mancais de deslizamento
Um mancal de deslizamento tem como característica o uso de uma bucha fixada ao suporte. Usado em máquinas pesadas ou equipamentos de baixa rotação. Neste último, por evitar o superaquecimento dos componentes expostos ao atrito.
Para aplicações em alta velocidade e atrito menor, o mais indicado são os mancais de rolamento.
O que é um mancal de rolamento?
O mancal de rolamento (rotativo) comporta rolamento de esferas, de rolos ou de agulha que servem como apoio do eixo. Dessa forma, quando o eixo gira, as esferas ou rolos também giram.
Em outras palavras, trata-se de um suporte fixo onde o rolamento é montado no furo do mancal para suportar o eixo.
Basicamente é composto por dois anéis concêntricos e um elemento rolante entre eles. É considerado um mancal de menor atrito devido a redução do escorregamento.
O mancal com rolamento pode ser projetado inteiro ou bipartido a fim de facilitar a montagem. Além disso, permite que sua instalação seja possível para variadas aplicações. É prático por sua flexibilidade de uso e pela possibilidade de trabalhar com outros acessórios.
Ele não exige grandes necessidades de manutenção, reduzindo gastos com parada de máquina ou abruptas manutenções corretivas.
Tipos de mancais com rolamento
1. Mancal de Rolamento Rígido de Esferas:
É composto por um conjunto de esferas e alojamento. Por ser rígido, não permite movimento de flexão ou desalinhamento do eixo. Pode suportar carga radial e axial, além de altas velocidades. Por isso, atende uma ampla gama de aplicações.
2. Mancal de Rolamento de Esferas de Contato Angular:
É recomendado em aplicações que demandem alta rotação e pouco ruído. São adequados para suportar cargas combinadas (axiais e radiais) atuando simultaneamente. Também são fabricados com uma ou duas carreiras.
3. Mancal de Rolamento de Rolos Cilíndricos:
Permite que o eixo trabalhe em alta velocidade e suporte elevadas cargas de impacto na direção radial. Podem ser encontrados nas seguintes formas: de acordo com o número de carreiras de rolos (uma, duas ou quatro) e de acordo com o tipo de gaiola (com, sem ou projetos especiais).
4. Mancal de Rolamento de Rolos Cônicos:
É preparado para suportar altas cargas de impacto, inclusive impactos radiais e axiais simultâneos. Contam com linhas de projeção das pistas que se encontram em um ponto comum no eixo do rolamento. Sua capacidade de carga axial aumenta com ângulo de contato crescente.
5. Mancal de Rolamento Axial de Esferas:
O rolamento axial de esfera possui dois anéis, um no eixo e outro na base que acomoda as esferas em seus canais. Não podem ser submetidos a cargas radiais. São compostos por anel de eixo, gaiola axial e anel de caixa que pode ter superfície de assento plana ou esférica.
6. Mancal de Rolamento de Agulhas:
Utilizado para cargas elevadas e em baixa rotação. O rolamento de rolos de agulha, apresenta diâmetro pequeno em comparação com seu comprimento. O perfil modificado de pista/rolo, faz com que se evitem os picos de tensão. Dessa forma, sua vida útil é prolongada.
Possuem diferentes perfis e ampla variedade de materiais, séries e tamanhos. Essas características fazem com que sejam indicados para as mais diversas aplicações e condições operacionais.
7. Mancal de rolamento Autocompensador de rolos/esferas
Nesse tipo de mancal o rolamento possui a característica de serem auto-alinháveis, permitindo desalinhamentos angulares do eixo em relação ao alojamento. Ele consegue corrigir os erros de alinhamento causados por flexão, por desalinhamento ou até mesmo erros de instalação.
Vantagens e desvantagens do mancal com rolamento
O mancal com rolamento (rotativo) apresenta algumas vantagens quando comparado ao mancal de deslizamento:
· Menor atrito e aquecimento
· Pouca lubrificação
· Condições de intercâmbio internacional
· Não desgasta o eixo
· Evita grande folga no decorrer do uso
Da mesma forma, também apresentam algumas desvantagens:
· Muita sensibilidade a choques
· Maior custo de fabricação
· Pouca tolerância para carcaça e alojamento do eixo
· Não suportam cargas muito elevadas
· Ocupam maior espaço radial
O que é mancal de deslizamento?
Mancal de deslizamento é um elemento de máquina que serve de apoio para eixos girantes. Seu funcionamento se baseia no deslizamento entre um eixo e uma bucha. Estão sujeitos às forças de atrito que surgem devido à rotação desse eixo que exerce uma carga sobre a bucha.
Está sujeito às forças geradas pela rotação do eixo e, portanto, sujeito a danos de variadas espécies.
Sendo assim, o projeto deve levar em conta fatores importantes, como:
· seleção do material para a sua fabricação
· manutenção e reposição
· sistema de lubrificação eficiente
· facilidade desmontagem e troca de componentes
· compatibilidade entre o dimensionamento do mancal e a carga que deverá suportar
· ambiente de trabalho
Considerando estes fatores, a vida útil poderá ser prolongada.
O mancal de deslizamento deve ser frequentemente inspecionado, dentro de um planejamento de manutenção preventiva
Tipos de mancais de deslizamento
1. Mancal Hidrodinâmico
É fabricado em material de alta resistência e possui uma fina camada de óleo lubrificante entre o eixo e a bucha. Evitando assim o atrito.
Ideal para altas velocidades e cargas elevadas. Suportando-as com uma fina camada de gás ou líquido;
Uma de suas características é diâmetro do eixo ser próximo ao diâmetro interno da bucha. Ou seja, de tal forma que quando montado, a folga entre esses dois elementos seja muito pequena e acomodando o filme de óleo lubrificante.
Como resultado, impede o contato direto entre as duas partes durante a operação, situação em que se atinge o regime de lubrificação hidrodinâmica.
Por exemplo, pode ser utilizado em turbo máquinas pois permite altas cargas em altas velocidades.
Além disso, sua vida, teoricamente, é infinita uma vez que não existe contato entre peças com movimento relativo. Portanto, garantindo longa continuidade operacional.
2. Mancal Hidrostático
Apresenta precisão extremamente alta, quase isento de desgaste. Desse modo é muito utilizado em aplicações de alta precisão no movimento de rotação. Por exemplo em máquinas de medição, máquinas de testes e máquinas ferramentas.
Seu funcionamento ocorre através de um sistema de alimentação de lubrificante com pressão externa. Portanto, pressionando continuamente o lubrificante líquido através de canais de entrada para câmaras entre as superfícies do mancal. Como resultado, as superfícies do mancal são separadas por um filme de lubrificação fino.
Assim, não será gerado nenhum atrito.Ou seja, possibilita uma regulagem de posição de alta precisão, na faixa de sub-micrometros.
No mancal hidrostático não ocorre resistência de deslize no início ou parada do equipamento, que apesar de pequenas, geram desgastes nestes produtos.
3. Mancal Aerostático
É lubrificado com um filme de ar, cuja camada tem espessura entre 5 e 30 microns. Sendo assim, as superfícies são intercaladas com camadas de ar comprimido, que é fornecido por um ou mais bocais no mancal.
A sua precisão é muito elevada, além disso não gera calor. Entretanto, o seu custo de fabricação e manutenção é elevado. Impossibilita a sua utilização em larga escala.
Este tipo suporta altas temperaturas e quase não gera calor. Produz baixa vibração quando comparados com outros tipos.
Apresenta pequeno erro médio de giro (excentricidade) e baixo ruído de operação. Desse modo, o ar pode escapar para o ambiente sem perigo de contaminação, não havendo necessidade de equipamento auxiliar para reciclagem.
Também há fricção mínima e exatidão elevada a altas e baixas velocidades e, além disso, não necessitam lubrificação e não há desgaste.
4. Mancal Magnético
Este não utiliza lubrificantes, pois usa campos magnéticos para suportar seu carregamento. Dessa forma consegue manter o eixo em suspensão pela ação de forças magnéticas.
O mancal magnético pode ser tanto do tipo axial quanto radial.
Vantagens e desvantagens do mancal de deslizamento
O mancal de deslizamento possui como grande vantagem, a montagem e desmontagem. Também apresenta variadas formas construtivas que possibilitam uma ampla gama de aplicações. Cada uma delas atendem determinadas aplicações de trabalho.
Sendo assim, as principais vantagens de um mancal de deslizamento são:
· São simples de montar e desmontar
· Adaptam-se facilmente às circunstâncias
· Apresentam formatos de construção variados
Como desvantagem temos que ele produz alta temperatura durante seu funcionamento. Também exigem constantes lubrificações porque a insuficiência de lubrificante provoca o desgaste em buchas e eixos.
E, portanto, as desvantagens do mancal de deslizamento são:
· Produzem altas temperaturas em serviço
· Provocam desgastes em buchas e eixos devido às deficiências de lubrificação
· Provocam perda de rendimento devido ao atrito
· Não permitem desalinhamentos
· Exigem constantes lubrificações
Lubrificação em mancais
O atrito é a principal fonte de desgaste em mancais e componentes de transmissão. O mancal de deslizamento necessita de uma maior quantidade de óleo lubrificante. Em virtude do grande atrito entre o eixo e a bucha.
Nesse sentido, o rotativo necessita de uma menor quantidade de lubrificante. No entanto, uma boa lubrificação de mancias é essencial para o correto funcionamento do equipamento e para maior durabilidade da peça.
Além de reduzir o atrito, a lubrificação refrigera ou esfria o arranjo de rolamento. Evita o superaquecimento do dispositivo e reduz as vibrações que causam danos ao equipamento. Da mesma forma protege contra corrosão e impurezas. Em casos especiais atuam como vedante, na transmissão da força e como isolante.
Manutenção básica em mancais
A manutenção em mancais depende da aplicação ou função. Convenciona-se que o tempo de intervalo de manutenção de um mancal é:
· 1 vez o mês se o mancal for de eixo, responsável por sustentar as polias;
· A cada 2 meses se for um mancal de apoio;
· 2 vezes por mês se for um mancal para cabeçote;
· 30 em 30 dias se for usado em motores elétricos.
Antes de realizar a manutenção nos mancais de um equipamento, verifique as normas de segurança e utilize corretamente os EPIs.
Analise se há ruídos durante a operação. Depois verifique se há vazamentos, travamentos ou folgas.
É fundamental que a análise seja realizada por um profissional especializado no funcionamento da máquina. Também é recomendável consultar um especialista neste tipo de componente. Preferencialmente, um profissional certificado e autorizado pelo fabricante.
Assim ele poderá analisar se há necessidade de trocas ou ajustes de acordo com cada equipamento.
Manutenção preditiva em mancal
A manutenção preditiva em mancais deve ser feita através do seu monitoramento usando técnicas como: análise de vibrações, termografia, ultrassom e alinhamento de eixo a laser.
Alguns dos defeitos identificados são:
· As vedações dos mancais estão muito apertadas: certifique-se se o diâmetro do eixo é do tamanho correto para a vedação;
· Desalinhamento das vedações externas dos mancais: verifique o alinhamento e corrija de acordo com o recomendado;
· Partículas de defeitos fabricação ou falhas de rolamento anteriores no mancal: verifique a qualidade da usinagem feita no mancal e se o lubrificante não está carregando impurezas;
· Diferença de temperatura significativa entre o eixo e o mancal: selecione um rolamento com folga interna maior para evitar pré-carregamento.