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."
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
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:
- Forças externas: um surto repentino de força ou qualquer outra excitação externa pode deslocar o eixo de sua posição de equilíbrio.
- 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.
- 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.
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
- Introdução;
- Métodos e aplicação metal patente;
- Normas referente a aderência metal patente em mancais;
- Detalhes sobre o teste destrutivo;
- Projeto do dispositivo;
- Fabricação do dispositivo;
- Análise dos resultados em laboratório;
- Métodos Aplicação Metal Patente “Babbitt” em Mancais
- Desplacamento Metal Patente
- Como Atestar Qualidade da Aderência do Babbitt no Mancal
- Ensaios Não Destrutivos END em Casquilhos / Mancais Babbitt
- Normas Aplicáveis Mancal de Turbinas
- Norma Teste Destrutivo Mancal (Babbitt) Turbina
- Testes Necessários para Fornecimento Mancais Casquilhos
- Teste aderência Babbitt Mancal
- Princípio do teste de revestimento de mancais com Babbitt
- Detalhes da ISO 4386
- Testes de tração e compressão
- Preparação do dispositivo
- Parte 2 – Usinagem e Aplicação Babbitt
- Inspeções: Ultrassom e Líquido Penentrante
- Segmentar Peças
- Inspeção por L.P.
- Furos e Rebaixos para Teste
- Segmentação dos Corpos de Prova
- Vídeo Animação do Dispositivo
- Introdução
- Preparação
- Alívio de tensão
- Preparação e aplicação metal patente “Babbitt”
- END por líquido penetrante
- END por ultrassom
- Corte discos
- END por líquido penetrante interno
- Usinagem CNC / furação
- Usinagem final / segmentação Erosão a fio
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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