Quais os tipos de falhas de um rolamento?

Devido à crescente atenção dada para evitar as recorrentes falhas de um rolamento, a ISO (Organização Internacional para Padronização) desenvolveu uma metodologia para classificar as falhas dos rolamentos (ISO 15243:2004).

Ou seja, essa norma identifica seis principais grupos de modos de falha e dezesseis subgrupos, todos relacionados a danos ocorridos após a fabricação.

A norma baseia-se principalmente em características que são visíveis nos elementos rolantes, pistas e outras superfícies funcionais. Também identifica os mecanismos envolvidos em cada tipo de falha.
Sendo assim, a maioria dos danos causados em um rolamento pode ser associada aos seis grupos principais, bem como aos vários subgrupos classificados.

O que preciso saber sobre falhas de um rolamento?

As definições dos modos de falha de um rolamento serão descritas mais adiante. Primeiro, é importante destacar que a maioria dos danos resultantes pode ser facilmente detectada e monitorada.

Isso é possível com a implementação de manutenções preditivas para monitorar as condições de trabalho de um rolamento.

Por exemplo, com análise de vibração, pode-se identificar os primeiros sinais de no rolamento. Como resultado, permite que o pessoal de manutenção tome ações em tempo hábil.

O uso de indicadores de manutenção também contribui para essa análise. Eles facilitam a visualização dos pontos de melhoria e orientam melhor a tomada de decisão.

Isso reduz significativamente os tempos de parada e custos inesperados. Também evitam falhas catastróficas que danifiquem componentes adjacentes.
Portanto permite que o setor de manutenção examine o rolamento em um estágio inicial. Além disso, permite determinar a causa raiz e tomar medidas necessárias para evitar a repetição do problema.

Em suma, conhecer os tipos de falhas e monitorar o rolamento, premitirá melhorar os indicadores de performance e garantir o menor tempo entre falhas (MTBF).

Classificação das falhas em um rolamento

A maioria das falhas em um rolamento pode ser classificada em duas categorias: pré-operacionais e operacionais.

Sendo assim, os danos pré-operacionais são aqueles que ocorrem antes ou durante a instalação do rolamento. Portanto, os danos operacionais ocorrem enquanto o rolamento está em operação.

Falhas pré-operacionais: ajuste incorreto do eixo e da caixa de mancal, assento de rolamento defeituoso nos eixos e nas caixas de mancal, desalinhamento estático, práticas de montagem inadequadas, tensão excessiva por passagem de corrente elétrica através do rolamento e transporte, manuseio e armazenagem.

Danos operacionais: fadiga do material, lubrificação ineficiente, vedação ineficiente, vibração (falso brinelamento), desalinhamento operacional e fuga de corrente por passagem de corrente elétrica através do rolamento.

Classificação ISO do dano e dos modos de falhas em um rolamento

Grupo principal x subgrupos

#1 – Fadiga: Fadiga superficial e Fadiga subsuperficial;

#2 – Desgaste: Desgaste abrasivo e Desgaste adesivo;

#3 – Corrosão: Corrosão por umidade, Corrosão por atrito, Corrosão por contato e Falso brinelamento;

#4 – Erosão elétrica: Tensão excessiva e Fuga de corrente;

#5 – Deformação plástica: Sobrecarga, Endentações por partículas e Endentações por manuseio;

#6 – Fratura e trinca: Fratura forçada, Fratura por fadiga e Trinca térmica

Definições e explicações dos modos de falha

Modo de falha x Definição e/ou explicação

Fadiga do rolamento

Alteração na estrutura do material causada pelas tensões cíclicas desenvolvidas nas áreas de contato entre os elementos rolantes e as pistas. Assim, a fadiga manifesta-se visivelmente como descascamento de partículas da superfície. O tempo entre o início e o estágio avançado de descascamento varia com a rotação e a carga.

Fadiga subsuperficial

Início de microtrincas abaixo da superfície da pista. Quando essas microtrincas se propagam para a superfície, produzem lascas (escamação).

Fadiga iniciada na superfície

Estresse da superfície. Remoção das asperezas (rugosidade) da superfície metálica de contato rolante devido a lubrificação inadequada.

Desgaste do rolamento

Remoção progressiva de material resultante da interação de duas superfícies de contato deslizantes ou de rolagem/deslizante durante a operação.

Desgaste abrasivo

O resultado de lubrificação inadequada ou da entrada de contaminantes.

Desgaste adesivo

O material se transfere de uma superfície para outra com o calor do atrito. Algumas vezes com têmpera ou reendurecimento da superfície.

Corrosão no rolamento

A deterioração de uma superfície metálica, resultante da oxidação ou reação química nas superfícies metálicas.

Corrosão por umidade

Oxidação das superfícies em presença de umidade.

Corrosão por atrito

Reação química ativada pelo micromovimento relativo entre as superfícies em contato, sob certas condições de atrito.

Corrosão por contato

Oxidação e o desgaste das asperezas superficiais devido micromovimento oscilatório.

Resistência à medição do falso Brinell
A formação de depressões rasas resultantes do micromovimento causado por vibrações cíclicas quando uma máquina está parada. Assim, as depressões igualmente espaçadas correspondem ao espaçamento dos elementos rolantes na pista.

Erosão elétrica em um rolamento

Danos nas superfícies de contato (remoção de material) causados pela passagem de correntes elétricas no rolamento.

Tensão excessiva

Fuga de corrente elétrica e aquecimento localizado causados pela passagem da corrente na área de contato por causa de isolação ineficiente.

Fuga de corrente

A geração de crateras rasas por causa da passagem de corrente (baixa). As crateras situam-se próximas umas das outras. Desse modo, com o passar do tempo transformam-se em estrias paralelas aos eixos de rolagem e são igualmente espaçadas.

Deformação plástica do rolamento

Deformação permanente que ocorre sempre que o limite de elasticidade do material é ultrapassado.

Sobrecarga

Sobrecarga causada por cargas estáticas ou de choque, levando à deformação plástica do rolamento (brinelamento).

Endentações por detritos

Partículas pelas quais passam os elementos rolantes nas áreas de contato formam entalhes nas pistas e nos elementos rolantes. O tamanho e a forma dos entalhes dependem da natureza das partículas.
Endentações por manuseio Superfícies do rolamento que são entalhadas ou marcadas por objetos duros e cortantes.

Fratura do rolamento

A resistência à tração máxima do material é excedida e ocorre a separação completa de uma parte do componente.

Fratura forçada

Uma fratura causada pela concentração de tensões que excede a resistência à tração.

Fratura por fadiga

Uma fratura causada porque o limite de resistência à fadiga do material é frequentemente ultrapassado.

Trinca térmica

Trincas geradas pelo alto calor decorrente de atrito. Normalmente ocorrem perpendicularmente à direção do movimento deslizante.

Causas pré-operacionais de falha

Ajustes incorretos do eixo e da caixa de mancal

Um ajuste incorreto no eixo ou na caixa de mancal pode resultar em uma folga ou pré-carga excessiva, que pode produzir qualquer uma das seguintes condições: deslizamento do anel (o anel gira em seu assento), corrosão por contato, trincas nos anéis, menor capacidade de carga, cargas induzidas e temperaturas de operação excessivas.
Portanto, o ajuste adequado é fundamental para a vida útil do rolamento e o desempenho da aplicação.

Danos e falhas devidos a assentos de eixos ou caixas de mancal defeituosos

As fórmulas usadas para calcular a vida útil do rolamento assumem hipóteses básicas. Uma dessas hipóteses é que os assentos do eixo e do mancal atendam às especificações geométricas.
Entretanto, existem outros fatores que podem afetar negativamente os componentes fabricados com as especificações mais exigentes. Por exemplo, os assentos do eixo e da caixa de mancal podem estar deformados, ou seja, cônicos, desvio de circularidade, fora de esquadro ou termicamente deformados.

A mesma condição pode ser produzida por um assento de rolamento em uma caixa de mancal corretamente fabricada, mas que se deformou quando foi fixado à estrutura da máquina ou superfície de apoio.

Desalinhamento estático

O desalinhamento estático, uma causa comum de superaquecimento e/ou descascamento prematuro, manifesta-se quando há alguma das seguintes condições:
1- O anel interno está assentado contra um ressalto do eixo que não está em esquadro com o assento do rolamento.
2- O anel externo está assentado contra um ressalto da caixa de mancal que não está em esquadro com o furo da caixa de mancal.
3- Os dois furos da caixa de mancal não são concêntricos ou coaxiais.
4- Um rolamento está incorretamente instalado em seu ressalto e ficou mal posicionado em seu assento.
• O anel externo de um rolamento livre está mal posicionado em seu assento.

Os rolamentos autocompensadores não são um remédio para todos as falhas de alinhamento.
Por exemplo, quando o anel interno rotativo de um rolamento autocompensador não está em esquadro com o assento do eixo, vai oscilar à medida que gira. Desse modo pode causar problemas de lubrificação e desgaste prematuro e/ou fadiga prematura iniciada na superfície.

Práticas de montagem inadequadas

Abuso e negligência, antes da montagem e durante ela, muitas vezes causam danos e fadiga prematuros ou falha.
Uma das principais causas de falhas por fadiga precoces é o dano por impacto durante o manuseio, montagem, armazenamento e/ou operação.
Nesses casos, o impacto é maior do que a resistência do material (sobrecarga), que se deforma plasticamente. O dano começa em uma endentação e, finalmente, causa a falha prematura do rolamento.

Passagem de corrente elétrica excessiva através do rolamento

Em certas condições, a corrente elétrica passa através de um rolamento procurando o terra.
Por exemplo, ao reparar um eixo, potenciais elétricos excessivos podem ser causados devido a aterramento inadequado do equipamento de soldagem. Danos graves são causados por arcos voltaicos entre um anel de rolamento e os elementos rolantes e entre estes e o outro anel.

O dano pode ocorrer durante uma parada, mas normalmente ocorre em operação. No entanto, esse tipo de dano é classificado como pré-operacional.

Danos de transporte e armazenagem

Danos tipicamente associados ao transporte incluem brinelamento (sobrecarga) por cargas de choque ou falso Brinell por vibração.
Brinelamento é o resultado de um impacto. O impacto pode ocorrer como resultado de manuseio inadequado do rolamento ou de cargas de choque em uma aplicação.

Dependendo da gravidade do dano o brinelamento aumenta os níveis de ruído e vibração e reduz a vida útil do rolamento.
Para identificar o brinelamento, verifique se a distância entre as áreas danificadas corresponde à distância entre os elementos rolantes.
Quando armazenada, a embalagem do rolamento deve permanecer em boas condições, caso contrário o rolamento pode se deteriorar.
Isso também se aplica a rolamentos já montados em subconjuntos. Os rolamentos devem ser adequadamente protegidos.

Lubrificação ineficiente

Um dos princípios para do cálculo da expectativa de vida de um rolamento, é a lubrificação. Ou seja, significa que o lubrificante correto, na quantidade correta chegará ao rolamento no momento certo.
Para que sua operação seja confiável, a lubrificação do rolamento deve ser adequada.
Em outras palavras, o lubrificante deve separar os elementos rolantes, gaiola e pistas em ambas as regiões de contato, de rolagem e deslizamento.

Portanto, sem lubrificação eficaz, o contato metal-metal ocorre entre os elementos rolantes, pistas e outras superfícies de contato, danificando essas superfícies.

Sendo assim, muitos danos são causados por alguns aspectos, por exemplo:

• viscosidade insuficiente ou excessiva do lubrificante,
• excesso de lubrificação,
• quantidade inadequada,
• utilização de lubrificante contaminado ou errado.

Portanto, uma análise aprofundada das propriedades, da quantidade aplicada ao rolamento e das condições de funcionamento, aplica-se a qualquer análise de falhas causadas pela lubrificação.

Vibração (falso brenilamento)

A vibração, especialmente durante paradas, é outra causa de falha de um rolamento. Como no caso de equipamentos auxiliares e de reserva, a falha por vibração pode ser causada por máquinas próximas que estejam em operação.

Dependendo da proximidade entre a unidade ociosa e a(s) que está(ão) em funcionamento, a vibração criada pelo equipamento operacional faz com que os elementos rolantes do rolamento da máquina parada vibrem.

Dependendo da intensidade e frequência da vibração, da condição do lubrificante e da carga, ocorre uma combinação de corrosão e desgaste, formando depressões rasas na pista.
As depressões, que têm o mesmo espaçamento dos elementos rolantes, são muitas vezes descoloridas (avermelhadas) ou brilhantes (depressões esféricas em rolamentos de esferas, linhas em rolamentos de rolos).

Desalinhamento operacional

Causas de desalinhamento operacional incluem deflexões do eixo causadas por cargas pesadas
ou mudanças de amplitude de carga durante a operação (carga desbalanceada).

Dessa forma, quando há desalinhamento operacional, as zonas de carga não são paralelas às ranhuras da pista.

O resultado é cargas axiais induzidas, que podem ser perigosas, porque podem levar à fratura por fadiga.

Passagem de corrente elétrica através do rolamento

Os danos da passagem de corrente elétrica pelo rolamento podem ocorrer mesmo se a intensidade for relativamente baixa.

Assim, correntes elétricas parasitas podem ter origem como:

• inversores de frequência,
• assimetrias de fluxo,
• projeto do motor elétrico,
• cabeamento assimétrico,
• aterramento e máquina acionada.

Inicialmente, a superfície apresenta crateras rasas tão pequenas que necessitam de ampliação para serem vistas.

A extensão do dano depende de alguns fatores:

• tipo de rolamento,
• intensidade da corrente (amperagem),
• duração,
• carga no rolamento,
• folga do rolamento,
• rotação e lubrificante.

A falha também pode ter origem com eletricidade estática proveniente de correias industriais, carregadas ou de processos de fabricação envolvendo couro, papel, tecido ou borracha.

Essas correntes parasitas passam através do eixo e do rolamento, e vão para o terra. Quando a corrente atravessa o filme lubrificante entre os elementos rolantes e as pistas, ocorrem arcos voltaicos microscópicos.

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