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Mancal de Turbomáquinas

Mancal tipo casquilho de metal patente "babbitt"

Mancal Radial para Turbomáquinas: Componentes, Função e Normas

Sumário

Mancal para turbomáquinas

Os mancais radiais são essenciais para o funcionamento adequado de turbomáquinas, como turbinas a vapor, ao sustentar o rotor e acomodar os esforços mecânicos. 


Sua evolução acompanha o aumento de potência e rotação das máquinas, tornando sua seleção e manutenção críticas para a confiabilidade operacional.

"Os mancais hidrodinâmicos de turbinas a vapor, utilizam uma fina camada de óleo, também chamado de película ou filme de óleo, que afasta o eixo do mancal da turbina."

Mancais de Turbomáquinas de Metal patente "Babbitt"

Função dos Mancais Radiais em Turbinas a Vapor

Os mancais radiais sustentam o rotor e garantem sua rotação suave, distribuindo os esforços mecânicos gerados durante a operação. 

 

Estes componentes são fundamentais para evitar vibrações e desalinhamentos que possam comprometer a integridade do equipamento. 

 

A lubrificação adequada, com óleo hidrodinâmico, é essencial para sua performance e durabilidade.

Tipos de Mancais Radiais: Deslizantes e Rolamentos

Enquanto a maioria das turbinas a vapor utiliza mancais deslizantes de filme de óleo (hidrodinâmicos), pequenas turbinas de baixa potência podem usar rolamentos de esferas, embora estes sejam menos eficazes em altas cargas e vibrações.

Confira os Vídeos sobre o assunto Mancal de Turbinas

Como funciona um mancal de turbomáquina

Mancais Turbomáquinas

5 Vídeos

Os mancais hidrodinâmicos são atualmente os mancais utilizados na maioria das turbomáquinas, por possuírem várias características desejáveis para aplicação em turbinas como alta confiabilidade e boas características de amortecimento rotor dinâmico.

 

Os mancais hidrodinâmicos de turbinas a vapor, utilizam uma fina camada de óleo, também chamado de película ou filme de óleo, que afasta o eixo ou rotor do mancal da turbina. Isso é devido à incompressibilidade do óleo, sendo que o bombeamento é realizado pela própria rotação da turbina. 

 

Em casos de grandes máquinas, é necessário, portanto, o incremento de dispositivos específicos para partir e elevar a rotação da turbina até determinado ponto para evitar o desgaste do mancal na faixa de rotação que ainda não é estabelecido 100% da lubrificação hidrodinâmica.

 

O mesmo processo nesse caso, vale para a desaceleração da turbina.

Formatos de Mancais para Turbomáquinas

O mancal cilíndrico, o tipo mais básico de mancal de deslizamento, apresenta sérios desafios quando aplicado em turbinas a vapor. 

 

Sua forma circular, embora simples, torna o mancal suscetível a instabilidades, principalmente devido a dois fenômenos:

 

  • Turbilhonamento de óleo ou chicoteamento: A película de óleo, responsável por lubrificar e centrar o eixo, pode ter dificuldade em manter o eixo centralizado, causando vibrações e excitações no sistema.
  • Velocidade de fluidez do óleo: A própria movimentação do óleo ao redor do mancal, necessária para a lubrificação, contribui para a instabilidade do sistema, especialmente em altas velocidades.

Como as instabilidades ocorrem:

 

  1. Forças externas: um surto repentino de força ou qualquer outra excitação externa pode deslocar o eixo de sua posição de equilíbrio.
  2. Aumento da pressão do óleo: o óleo é rapidamente bombeado para o espaço criado pelo deslocamento do eixo, gerando uma alta pressão no filme de óleo.
  3. Forças adicionais: essa alta pressão cria forças adicionais que podem intensificar o turbilhonamento do óleo e aumentar a instabilidade do sistema.

 

Consequências das instabilidades:

 

  • Vibrações: as vibrações podem causar danos ao equipamento e reduzir sua vida útil.
  • Desgaste prematuro: o atrito aumentado pode acelerar o desgaste das peças.
  • Falhas catastróficas: em casos extremos, as vibrações podem levar à falha completa do equipamento.

Mancais Multilobulares ou de Sapatas Oscilantes “tilting pad”

Devido aos problemas associados aos mancais cilíndricos, outros tipos de mancais foram desenvolvidos, sendo os mancais multilobulares e de sapatas oscilantes os mais utilizados em turbomáquinas. 

 

Esses tipos de mancais apresentam características de design que os tornam mais estáveis e confiáveis, reduzindo significativamente os problemas de turbilhonamento e vibração.

 

Os mancais cilíndricos, por suas características geométricas, são propensos a instabilidades que podem comprometer o desempenho e a vida útil de turbinas a vapor. 

 

A utilização de mancais multilobulares ou de sapatas oscilantes é uma solução mais adequada para essas aplicações, garantindo maior estabilidade e confiabilidade.

Mancal Tilting Pad de Sapatas Oscilantes
Mancal de Sapatas Oscilantes "Tilting Pad"

Normas de Mancais para Turbomáquinas

A norma API 612 regula o uso de mancais em turbomáquinas industriais, garantindo que estejam em conformidade com requisitos rigorosos de segurança e eficiência. 

 

Além disso, a liga Babbitt, usada no revestimento de mancais, deve seguir a norma ASTM B23, garantindo alta durabilidade e compatibilidade com o eixo das turbinas.

 

Existem ainda inúmeras outras normas que atestam a qualidade de um mancal a ser aplicado em turbinas a vapor ou outras turbomáquinas e que você deveria conhecer ao solicitar, adquirir ou montar um mancal de metal patente “Babbitt” em sua máquina. 

 

Vamos destacar alguns abaixo:

A ISO 4381 – Define a composição química e parâmetros da liga de fundição do metal patente “Babbitt”

 

ISO 4384 partes 1 e 2 – Essa norma, especifica os parâmetros ligados a dureza da liga do metal patente e dos lingotes ou barras a serem fundidos (quando for o caso)

 

ISO 4386 1 e 2 e 3 – Trata sobre os testes e ensaios de aderência (essa norma é o tema central deste nosso trabalho)

Enquanto a ISO 6280 – Define alguns aspectos em relação às condições para obtenção de uma melhor ligação entre o metal patente e o material base do mancal.

Guia para Atestar Qualidade de Mancais (Aquisição ou Engenharia Reversa)

Guia Inspeção de Mancal

6 Vídeos
TÓPICOS ABORDADOS NO EPISÓDIO
  1. Introdução;
  2. Métodos e aplicação metal patente;
  3. Normas referente a aderência metal patente em mancais;
  4. Detalhes sobre o teste destrutivo;
  5. Projeto do dispositivo;
  6. Fabricação do dispositivo;
  7. Análise dos resultados em laboratório;

Manutenção e Lubrificação Adequada dos Mancais

Para que os mancais funcionem com eficiência, é essencial manter um sistema de lubrificação adequado, com óleo filtrado e resfriado. 

 

A filtragem de micropartículas é crucial para evitar o desgaste prematuro, principalmente durante o comissionamento, quando o filme de óleo é mais fino.

Conclusão

Os mancais radiais são componentes fundamentais para a operação segura e eficiente de turbinas a vapor. 

 

Garantir sua manutenção e lubrificação adequada, além de seguir as normas estabelecidas para fabricação e recuperação de mancais, é essencial para aumentar a vida útil dos equipamentos e reduzir o risco de falhas.

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