Redutores de velocidade do tipo parafauso sem-fim e coroa

Marcos Thadeu Lobo

Engenheiro Mecânico Graduado Pela Universidade Estadual De Campinas ( Unicamp ) em 1985. Ingressou na Petrobras Distribuidora S/A em 1986 como profissional de Suporte Técnico em Produtos. E atualmente exerce a função de Consultor Técnico Sênior.

Redutores de velocidade

Redutores de velocidade do tipo parafuso sem-fim e coroa são equipamentos bastante comuns em plantas industriais.  Estes equipamentos são compostos basicamente de um parafuso sem-fim, da coroa e de mancais de rolamento, estando o parafuso sem-fim  engrenado à coroa e efetuando transmissão de torque por meio de movimento rotativo. Este tipo de redutor de velocidades é extremamente eficiente na obtenção de sensíveis relações de redução e elevados torques. Quanto maior  o diâmetro   da coroa,  maiores serão a relação de redução e o torque na árvore de saída do redutor de velocidades.

Figuras 1/2 – Redutores de velocidades do tipo parafuso sem-fim e coroa

Em geral, o parafuso sem-fim é    fabricado   em aço e a coroa    em   metal   amarelo ( geralmente    latão ou  bronze ),   possuindo  o    metal   amarelo      menor    dureza ( mais macio ) que o aço ( os chamados metais amarelos são ligas que levam cobre em sua composição e são muito utilizados   na  fabricação    de  elementos de máquina ). Os metais amarelos são fáceis de usinar, tem boa resistência mecânica e dureza e a relação custo benefício é muito boa quando comparado ao uso do aço. Além disto, podem ser acrescentadas às ligas de metal amarelo elementos químicos como chumbo, alumínio ou estanho com vistas a se melhorar a usinabilidade ou a resistência à corrosão.

A lubrificação dos redutores de velocidade do tipo sem-fim e coroa pode ser realizada com óleos lubrificantes de base mineral e, dependendo da temperatura, da severidade da condição de trabalho, da responsabilidade do  maquinário    por   óleos   sintéticos à base de   PAO ( polialfaolefina ) ou   PAG ( polialquilenoglicol ).

Os graus de viscosidade  para óleos lubrificantes a serem utilizados  em redutores de velocidade do tipo parafuso sem-fim e coroa podem ser especificados por 02 normas técnicas:

1. Através da ISO 3448:1992 em que os graus de viscosidade são definidos por números que significam o ponto médio da  Viscosidade Cinemática em mm²/s ( cSt ) do óleo lubrificante à temperatura de 40 ºC.

Tabela 1 – ISO 3448:1992

2. Pela AGMA 9005-E02 ( antiga AGMA 9005-D94 ) em que, também, os graus de viscosidade são pontos médios da Viscosidade Cinemática em cSt ( mm²/s ) a 40 ºC.

Tabela 2 – AGMA 9005-E02

Digno de nota é que os graus de viscosidade da norma AGMA 9005-E02 (antiga AGMA 9005-D94 ) apresentam uma estreita correlação com os graus de viscosidade especificados na norma ISO 3448:1992. Os graus de viscosidade mais rotineiramente indicados pelos OEMs para uso na lubrificação de redutores de velocidade do tipo parafuso sem-fim e coroa são o AGMA 7 COMP/AGMA 7EP ( ISO VG 460 ) e AGMA 8 COMP/AGMA 8EP ( ISO VG 680 ) dependendo da rotação da árvore de entrada, da posição da coroa e do parafuso sem-fim e da temperatura ambiente.

Figuras 3/4 – A posição do parafuso sem-fim e da coroa influem na escolha do óleo

Fato digno de nota é que alguns OEMs vem recomendando o uso de graxas sintéticas de consistência NLGI 000 ou 00 para lubrificação dos referidos redutores de velocidade, visando menores intervenções para substituição do lubrificante onde há  dificuldades de acesso para troca da carga do lubrificante  e a necessidade de maior segurança em locais onde vazamentos de lubrificante poderiam causar  contaminação da produção, caso das indústrias da área médica e alimentícia, sendo a graxa utilizada nestas situações do tipo “food grade”.

Face às baixas rotações na árvore de saída em alguns modelos de redutores de velocidade do tipo parafuso sem-fim e coroa instalados em posição horizontal faz-se necessário a lubrificação à graxa por meio de pino graxeiro do mancal de rolamento superior, visto que o lubrificante não é borrifado em volume suficiente para a lubrificação deste mancal de rolamento.

Figuras 5/6 – Redutores de velocidade do tipo sem-fim/coroa horizontais

Os óleos lubrificante frequentemente recomendados por OEMs para uso em redutores de velocidade do tipo parafuso sem-fim e coroa são os que possuem aditivação EP.  Caso  a aditivação EP seja  composta por  S ( enxofre ) e P ( fósforo )  algum cuidado há que ser tomado pois existe a possibilidade  de  reação química entre o S ( enxofre ) presente neste tipo de aditivo e o metal amarelo que compõe a coroa, podendo haver manchamento,  desgaste corrosivo e, até,  falha catastrófica.

No entanto, temos que distinguir os dois tipos de S ( enxofre  ) que podem estar presentes  na aditivação EP: o ativo e o inativo. O S ( enxofre ) ativo atua através de reação com as superfícies metálicas, formando sabão metálico dúctil e friável ( de baixo cisalhamento ) que é sacrificado em caso de lubrificação  limite protegendo as superfícies metálicas em situação de eventual contato metálico.

Figuras 7/8 – Parafuso sem-fim de aço e coroa de metal amarelo

Porém, caso as temperaturas de operação do óleo lubrificante esteja muito acima das máximas recomendadas pelos OEMs ( geralmente 80 ºC a 90 ºC )  o S ( enxofre ) ativo pode se tornar agressivo ao metal amarelo podendo ocorrer a formação de pittings por ataque químico ( pela Equação de Arrhenius a cada 10 ºC de incremento na temperatura do óleo lubrificante a velocidade desta reação química duplica ).

O S ( enxofre ) ativo pode, ainda, reagir com o Cu ( cobre ) presente no metal amarelo dando origem ao sulfeto de cobre ou ao bissulfeto de cobre que são formas cristalinas do cobre bastante duras e que podem causar desgaste abrasivo na coroa do macio metal amarelo. O S ( enxofre ) inativo, por sua vez,  tem baixa probabilidade de se fixar à superfície metálica do metal amarelo e reagir quimicamente com ele.

Modo de se verificar se o S ( enxofre ) presente na formulação do óleo para engrenagens é apto para uso é por se observar na ficha técnica do produto qual o resultado do ensaio ASTM D130-19 ( Método de Teste Padrão de Corrosividade ao Cobre em Produtos de Petróleo através do Teste da Lâmina  de  Cobre ). Os resultados  1a e 1b  indicam  total  segurança  aos  metais  amarelos referente ao  S ( enxofre ) presente na composição da aditivação EP.

Figuras 9/10 – Ensaio ASTM D130-19

Alguns OEMs, face aos fatos apresentados, buscando ainda maior segurança na lubrificação dos redutores de velocidade do tipo parafuso sem-fim e coroa vem optando pelo uso dos chamados óleos lubrificantes compostos em que a aditivação EP é substituída pela adição de modificador de atrito ( agente de oleosidade ) à base de compostos graxos . Estes óleos lubrificantes  constantes  na  norma AGMA 9005-E02 ( antiga AGMA 9005-D94 ) vem designados por COMP indicando a presença em sua composição de 3% a 10% de compostos graxos naturais ou sintéticos.

Figuras 11/12 – S ( enxofre ) ativo pode causar desgaste corrosivo  à coroa

Os aditivos de oleosidade são extremamente eficientes na lubrificação de redutores de velocidade do tipo parafuso sem-fim e coroa reduzindo o  atrito de deslizamento existente entre as superfícies dos dentes do parafuso sem-fim e da coroa, além do fato de não apresentarem qualquer risco de ataque químico ou desgaste abrasivo ao metal amarelo.

Figuras 13/14 – Redutores de velocidade sem-fim e coroa: óleo correto é essencial

Os redutores de velocidade do tipo parafuso sem-fim e coroa são equipamentos bastante robustos e, com  práticas básicas de manutenção, podem operar ininterruptamente por longos períodos de serviço. Porém, muitas falhas prematuras ocorrem por uso inadequado do óleo lubrificante. Utilizar-se óleos lubrificantes especialmente formulados para esta aplicação, no grau de viscosidade adequado e efetuar-se a substituição da carga de óleo lubrificante no intervalo de serviço correto são medidas básicas que podem ser tomadas através de consulta ao manual de operação do equipamento e ao fornecedor do óleo lubrificante garantindo disponibilidade e confiabilidade a estes ativos tão importantes no processo produtivo.