Rolamentos em Secadores Rotativos de Celulose: Especificação e Folga

Secadores rotativos em plantas de celulose operam com temperaturas superficiais de cilindro entre 80°C e 120°C, dependendo do processo e da configuração de vapor. Nessas condições, o eixo se dilata linearmente em função do coeficiente de expansão térmica do aço (aproximadamente 12 µm/m·°C), o que pode representar variação dimensional de centenas de micrômetros em eixos longos. Se o rolamento foi especificado com folga interna padrão (C0 ou Normal), essa dilatação reduz a folga radial efetiva durante operação, levando a sobrecarga nas esferas ou rolos, aumento de temperatura e falha prematura por fadiga de contato ou gripamento.

Você monta o conjunto, verifica o alinhamento, parte a máquina e depois de algumas semanas percebe vibração crescente, temperatura elevada no mancal e ruído metálico. Desmonta o rolamento e encontra marcas de sobrecarga nas pistas, coloração escura por aquecimento excessivo e desgaste prematuro. O problema não estava na montagem, estava na especificação da folga interna desde o projeto.

O Problema da Dilatação Térmica em Eixos Longos

Quando o eixo do secador atinge temperatura de regime, ele se expande radialmente e axialmente. Essa expansão comprime o anel interno do rolamento contra os elementos rolantes, reduzindo a folga radial interna. Se a folga inicial era insuficiente para acomodar essa dilatação, o rolamento passa a operar com interferência excessiva, gerando pré-carga não intencional. Essa condição aumenta o atrito interno, eleva a temperatura de operação e acelera o desgaste por fadiga de contato nas pistas.

O mecanismo de falha mais comum é a formação de spalling (destacamento de material) nas pistas de rolamento, visível como crateras ou lascas na superfície de contato. Em casos extremos, a temperatura interna do rolamento pode subir ao ponto de degradar o lubrificante, comprometendo a película de óleo e acelerando o desgaste adesivo. A falha típica se manifesta entre 30% e 50% da vida útil esperada em catálogo, muito antes do que seria aceitável.

Causas e Diagnóstico

Especificação Incorreta da Folga Interna

A seleção de rolamentos com folga C0 (Normal) é adequada para aplicações com gradiente térmico baixo ou eixos curtos. Em secadores rotativos, onde o eixo pode ter vários metros de comprimento e operar continuamente acima de 80°C, a folga interna precisa ser maior para compensar a dilatação térmica. A norma ISO 5753-1 define classes de folga interna radial: C2 (menor que Normal), C0 (Normal), C3 (maior que Normal), C4 e C5 (folgas progressivamente maiores).

Para diagnosticar esse problema em campo, meça a temperatura do mancal durante operação com termômetro infravermelho ou termopar de contato. Se a temperatura do rolamento estiver consistentemente acima de 80°C e subindo ao longo das primeiras horas de operação, há grande probabilidade de folga insuficiente. Compare com a temperatura do eixo próximo ao rolamento: se a diferença for pequena (menos de 10°C), o rolamento está dissipando calor por atrito excessivo, não por transferência térmica do processo.

Montagem com Interferência Excessiva no Eixo

Além da dilatação térmica durante operação, a montagem do anel interno sobre o eixo já introduz uma redução inicial da folga interna radial. Quanto maior o ajuste de interferência especificado (h6, h7, k6, m6, n6, p6), maior a redução da folga. Se você monta um rolamento com folga C0 em um eixo com tolerância m6 ou n6, a folga efetiva já será menor antes mesmo de partir a máquina. Quando o eixo dilata termicamente, a folga residual desaparece completamente.

No campo, verifique a especificação de ajuste do projeto. Se o desenho indica tolerância de eixo mais apertada que k6 e o rolamento especificado é C0, há risco elevado de folga insuficiente. Durante a montagem, sempre que possível, use método térmico (aquecimento do rolamento) ou hidráulico (manga de injeção de óleo) para evitar danos às pistas e garantir ajuste uniforme. A montagem por martelamento introduz tensões residuais e pode mascarar problemas de folga que só aparecem em operação.

Falta de Compensação Axial para Dilatação do Eixo

Secadores rotativos com eixos longos precisam de um lado fixo (rolamento que suporta carga radial e axial) e um lado livre (rolamento que acomoda o deslocamento axial por dilatação). Se ambos os lados forem fixados rigidamente, a dilatação axial do eixo gera tensões internas no conjunto, forçando os rolamentos lateralmente e deformando os anéis. Essa deformação altera a distribuição de carga nos elementos rolantes e acelera a fadiga.

Para diagnosticar, inspecione o tipo de rolamento instalado em cada lado do secador. O lado fixo geralmente utiliza rolamento de rolos cilíndricos com flanges em ambos os lados (design NJ + anel HJ, ou NUP) ou rolamento de rolos cônico em configuração ajustada. O lado livre deve utilizar rolamento de rolos cilíndricos sem flange no anel externo (design NU) ou rolamento autocompensador de rolos (design 222, 223). Se ambos os lados possuem flanges fixos, a dilatação axial não está sendo acomodada corretamente.

Soluções

Especificação de Rolamentos com Folga Interna C3 ou C4

A solução mais direta é especificar rolamentos com folga interna maior. Para secadores rotativos operando acima de 80°C em regime contínuo, a folga C3 é o padrão mínimo recomendado. Em aplicações com temperatura de eixo acima de 100°C ou ajustes de montagem mais apertados, a folga C4 ou até C5 pode ser necessária. A SKF fornece rolamentos de rolos cilíndricos (série NU, NJ, NUP) e rolos cônico com folga interna especificada sob encomenda.

Por exemplo, um rolamento NU 322 C3 possui folga radial interna maior que o NU 322 padrão, permitindo acomodar a dilatação térmica do eixo sem perda de folga operacional. A especificação correta da folga deve levar em conta a temperatura de operação, o ajuste de montagem no eixo e no alojamento, e a carga radial aplicada. A SKF disponibiliza tabelas de redução de folga em função do ajuste de montagem no catálogo geral de rolamentos, permitindo calcular a folga efetiva após montagem e aquecimento.

Uso de Rolamentos Autocompensadores de Rolos

Rolamentos autocompensadores de rolos (design 222 e 223) possuem pista externa esférica, permitindo acomodar pequenos desalinhamentos angulares e axiais sem gerar tensões internas elevadas. Essa característica é especialmente útil em secadores rotativos, onde deformações térmicas do casco e desalinhamento residual são comuns. Além disso, esses rolamentos possuem alta capacidade de carga radial e podem ser fornecidos com folga interna C3 ou C4.

A SKF oferece a série Explorer 222 e 223, projetada para aplicações pesadas com alta capacidade de carga e resistência a contaminação. Esses rolamentos são adequados para o lado livre do secador, onde a compensação axial é necessária. Para o lado fixo, a combinação de um rolamento de rolos cilíndricos NJ ou NUP com folga C3 é a configuração mais comum em campo.

Montagem com Buchas de Fixação ou Mangas de Desmontagem

Para facilitar a montagem e desmontagem, além de garantir ajuste uniforme, utilize buchas de fixação SKF (série H) ou mangas hidráulicas (série HMV). Esses dispositivos permitem ajuste controlado do anel interno sobre o eixo, sem necessidade de aquecimento ou martelamento. A bucha de fixação também permite desmontar o rolamento sem danificar o eixo, reduzindo custos de manutenção e tempo de parada.

A montagem hidráulica, utilizando bomba de injeção de óleo SKF (série 729), reduz drasticamente o atrito durante a montagem e permite verificar o ajuste final com precisão. Esse método é recomendado para rolamentos grandes (diâmetro de furo acima de 100 mm), comuns em secadores rotativos industriais. A montagem correta preserva a folga interna especificada e evita introdução de tensões residuais nas pistas.

Passo a Passo para Especificação Correta

1. Levante a temperatura de operação do eixo em regime contínuo. Use termopar fixo ou termômetro infravermelho para medir a temperatura na região dos mancais durante operação normal. Registre a temperatura máxima em regime estável.
2. Identifique o tipo de ajuste especificado no projeto (tolerância do eixo e do alojamento). Verifique o desenho técnico ou meça o diâmetro do eixo com micrômetro externo. Ajustes típicos para carga moderada variam entre h6 e k6. Ajustes mais apertados (m6, n6) reduzem mais a folga interna.
3. Consulte a tabela de redução de folga interna em função do ajuste de montagem. Essas tabelas estão disponíveis nos catálogos SKF e indicam quanto da folga radial interna será consumida pelo ajuste do anel interno sobre o eixo. Subtraia esse valor da folga original do rolamento.
4. Calcule a dilatação térmica esperada do eixo. Use a fórmula ΔD = D × α × ΔT, onde D é o diâmetro do eixo, α é o coeficiente de expansão térmica do aço (12 × 10⁻⁶ /°C) e ΔT é a variação de temperatura em relação à ambiente. Essa dilatação radial reduzirá ainda mais a folga interna durante operação.
5. Especifique a folga interna mínima necessária. A folga residual em operação (após montagem e aquecimento) deve ser positiva. Para aplicações em secadores rotativos, uma folga residual mínima de 20 a 40 µm é recomendada para evitar sobrecarga. Se o cálculo indicar folga residual negativa ou próxima de zero, aumente a classe de folga para C3, C4 ou C5.
6. Defina a configuração de fixação axial: lado fixo e lado livre. O lado fixo deve suportar carga axial (use NJ + HJ, NUP ou rolamento de contato angular). O lado livre deve permitir deslocamento axial livre (use NU ou rolamento autocompensador).
7. Especifique o método de montagem: térmica, hidráulica ou com bucha de fixação. Evite montagem por martelamento em rolamentos grandes. Utilize ferramentas adequadas para garantir ajuste uniforme e preservar a folga interna.

Indicadores de Desempenho

Monitore a temperatura dos mancais com termografia infravermelha ou sensores fixos. A temperatura do rolamento em operação normal não deve exceder a temperatura do eixo em mais de 15°C. Se a diferença for maior, há geração de calor por atrito interno excessivo, indicando folga insuficiente ou lubrificação inadequada. Realize medições semanais durante o primeiro mês após montagem ou troca de rolamentos, e depois mensalmente.

A análise de vibração com acelerômetro permite identificar frequências características de folga excessiva (impactos de baixa frequência) ou rolamento sobrecarregado (frequências de defeito de pista elevadas). Compare o espectro de vibração com a baseline registrada logo após a montagem. Aumento progressivo da amplitude em frequências de defeito de rolamento indica fadiga de contato e necessidade de intervenção.

Registre o tempo médio entre falhas (MTBF) dos rolamentos em cada secador. Se o MTBF estiver consistentemente abaixo de 50% da vida L10 calculada em catálogo, revise a especificação de folga interna, o método de montagem e as condições de lubrificação. A falha prematura recorrente é sintoma de erro de especificação, não de problema de qualidade do componente.

Conclusão

A especificação correta de rolamentos para secadores rotativos de celulose exige considerar a dilatação térmica do eixo, o ajuste de montagem e a configuração de fixação axial. Rolamentos com folga interna C3 ou superior são necessários para compensar a expansão térmica e evitar sobrecarga. A configuração adequada de lado fixo e lado livre garante que o eixo possa dilatar axialmente sem gerar tensões internas. A montagem com método térmico ou hidráulico preserva a folga especificada e reduz o risco de falha prematura.

Cada aplicação possui características específicas de carga, temperatura e velocidade. Portanto, a especificação técnica detalhada deve levar em conta os dados reais de operação da sua planta. A IRSA Rolamentos, como distribuidor autorizado SKF, possui equipe técnica treinada para apoiar a seleção correta de rolamentos e acessórios de montagem em aplicações de celulose e papel.