Mancais deslizantes de carbono

www.schunk-carbontechnology.com

Schunk Carbon Technology

MANCAIS DESLIZANTES DE CARBONO

Nós Somos a Schunk Carbon Technology

A Schunk Carbon Technology é líder global no desenvolvimento, fabricação e aplicação de soluções de carbono e cerâmica. Como nenhuma outra a Schunk Carbon Technology combina o seu espírito inovador e experiência tecnológica com o seu excepcional atendimento ao cliente para fornecer uma gama exclusiva de produtos e serviços.

Com seu portfólio altamente especializado composto por carbono mecânico e carbono elétrico com tecnologia para aplicação

em cerâmica técnica com alta temperatura, a Schunk Carbon Technology oferece soluções coordenadas para perfeita

aplicação em diferentes setores da indústria. Você pode nos encontrar em milhões de veículos motorizados, em aparelhos

domésticos, na tecnologia ferroviária e de aviação, assim como na indústria química, em processos de tratamento térmico,

solar e eólico, até na tecnologia médica e indústria de semicondutores.

A unidade de negócios da Indústria de Carbono

Mecânico desenvolve e produz materiais para

anéis de vedação, mancais deslizantes e

componentes para bombas feitos de grafite e

carbono, assim como o SiC.

Os produtos da unidade de negócios são

utilizados em tecnologia de vedação, assim como

em máquinas, montagens e sistemas em diversas

áreas industriais, como indústrias químicas e

petroquímicas, engenharia e fornecimento de

energia, indústrias farmacêutica e alimentar,

aviação e navegação entre outras.

Uma divisão do Schunk Group.

A Schunk Carbon Technology é uma divisão do

Schunk Group, uma empresa global de

tecnologia operacional com mais de 8.200

funcionários em 29 países, que desenvolve

soluções personalizadas de alta tecnologia nas

áreas de tecnologia de carbono e cerâmica,

simulação ambiental, tecnologia climática, metal

sinterizado e soldagem por ultra-som.

02 03

Areas de Aplicação

Quer estejam sendo utilizadas na fabricação de bombas clássicas nas indústrias químicas e petroquímicas, nos setores alimentícios, farmacêuticos e cosméticos, na indústria automotiva, na engenharia de usinas elétricas ou no tratamento térmico - os mancais deslizantes fabricados com carbono tem uma grande variedade para diferentes aplicações.

MANCAIS DESLIZANTES DE CARBONO

Sua propriedade auto-lubrificante lhe permite, por si,

abranger uma ampla gama para utilização, desde mancais

com funcionamento a seco até os mancais hidrodinâmicos

lubrificados sob alta carga.

O resumo para as aplicações dos mancais deslizantes de

carbono a seguir não garante nenhuma reivindicação para

integralidade, sendo apenas uma seleção de aplicações em

função das propriedades exclusivas dos materiais de grafite

e grafite de carbono, as indústrias estão ininterruptamente

descobrindo novas utilizações para esses mancais

deslizantes.

Aplicações Material recomendado

Bombas de água industrial FH42Z2

Bombas de circulação de aquecimentoFH42Z2, FH42A, FH82A, FC941

Bombas de motor submersível, mancais radiais FH42Z2, FH42A, FH82A

Bombas de motor submersível, mancais axiais FH42Z5, FH82Z5, FH82A

Bombas de reforço FH42Z2, FH42A

Bombas de engrenagem FH42Y3, FH42A, SiC30

Bombas QuímicasFH42Z2, FH42Y3, FE45Y3, SiC30

Bombas para transferência de calor de derivados

de petróleoFH42A

Bombas para gases líquidosFH42A, FH82A FH71ZH2, FH71A, SiC30

Bombas para estação de energia (bombas de refrigeração principal)

FH42(9)Y3

Bombas e sistemas (indústria alimentar)

FH42Z2, FH42Y3

Máquinas de tingimento FH42, FE45Y3

Máquinas de clareamento FE45Y3

Instalações de lavagem industrial FH42, FH42Z2

Linhas de Galvanização FH42, FE45Y3

Medidor de deslocamento positivo FH42Y3, FH42A

Bombas de combustível FF521, FH42A

Bombas de refrigeração (automotivas) FF521

Aplicações Material recomendado

Fornos industriais (indústria alimentar) FE65

Secador de lâminas FH42, FH44Z2

Secador para gesso e placa de gesso FH82, FE45Y3, FE65

Fornos de têmpera para vidros FE45Y3, FE65

Redes de transporte para fornos FH42

Grelha de arrefecimento para moinhos FE45Y3

Ajuste da palheta diretriz para compressores turbo FE45Y3

Válvulas oscilantes FE45Y3

Bombas de palhetas e compressores de ar FH42Z2

Câmara de descarga FE65

Os materiais listados para cada aplicação provaram-se

na prática e por sua vez, devem ser vistos como

recomendações. Porém, as condições operacionais podem

exigir o uso de um material específico em algumas

instâncias particulares. Nossos funcionários em engenharia

de aplicação terão prazer em recomendar a seleção de um

material.

Funcionamento a seco Funcionamento molhado

MANCAIS DESLIZANTES DE CARBONO

Propriedades características

A seguir as principais propriedades que os materiais de carbono e grafite oferecem:

¬ Excelentes propriedades de funcionamento a seco e anti

atrito, inclusive em piores meio lubrificantes

¬ Um baixo coeficiente de atrito no contato com uma grande

variedade de contra-faces

¬ Excelente resistência química

¬ Adequados para utilização com alimento e água potável

Capacidade de CargaO valor p * v de um material pode ser utilizado para

proporcionar uma estimativa de sua vida útil. A capacidade

de carga dos mancais deslizantes é calculada usando a

pressão deslizante p e a velocidade de deslizamento v. A

pressão deslizante p em N/cm2 é calculada a partir da força

de reação F e as dimensões geométricas do mancal:

Onde F = força de reação (N); d = diâmetro (cm); l = comprimento (cm).

¬ Resistente a altas e baixas temperaturas

¬ Alta condutividade térmica

¬ Excelentes propriedades de choque térmico

¬ Grande estabilidade dimensional

¬ Alta resistência à fadiga

¬ A resistência mecânica não depende da temperatura

A velocidade de deslizamento v em m/s é calculada a partir

da velocidade da rotação do eixo:

Onde n = velocidade de rotação (min-1); d = diâmetro (m)

p= (d*l)

F

v= d * ∏ * 60n

04

500

400

300

200

100

0,5 1,0 1,5 2,0

FE65

Carga espec.N/cm2

Vel. deslizamento m/s

FE45Y3

05

MANCAIS DESLIZANTES DE CARBONO

Mancais deslizantes funcionamento a seco

Em aplicações de funcionamento a seco, o aumento de

desgaste p mais alto e / ou v mais alto. Com taxas de

desgaste quase iguais, o produto de p*v é quase constante

e pode ser usado como uma particularidade do material.

Como os mancais deslizantes estão sujeitos a uma certa

quantidade de desgaste em aplicações de funcionamento

a seco, um valor limite de desgaste de 0,7 µm / h foi

determinado para criar curvas de carga com valores

criticos p* v.

A Schunk realizou uma série de testes abrangentes sobre

bancadas de teste com mancais deslizantes com a

finalidade de aplicar esses diagramas, com diversas

velocidades e pressões de deslizamento.

As seguintes condições limite foram aplicadas ao teste:

dimensões do mancal radial Ø18/12 x 10 mm; eixo com

material de aço inoxidável 1.4104; superfície do eixo com

uma rugosidade Rt ≈0,7 µm; funcionamento a seco e ao ar

à temperatura ambiente.

O diagrama 1 p*v mostra a capacidade de carga dos mancais

deslizantes FH42 em funcionamento a seco, fabricados com

material não impregnado e FH44Y3 e FE45Y3 todos

fabricados com materiais de carbono.

Os mancais de carbono FH42, fabricados com carbono

grafite duro e bastante forte, têm menos capacidade de

carga em comparação com os outros dois materiais em

aplicações de funcionamento a seco. Devido à maior

porcentagem de grafite no FH44Y3 carbono grafite, este

material apresenta uma capacidade de carga

significativamente maior com a mesma taxa de desgaste.

O FE45Y3 eletro-grafite exibe a maior capacidade de carga

entre os três materiais.

Com uma grande variedade de métodos de impregnação,

como impregnação de resina sintética, pode aumentar a

capacidade de carga ainda mais. A impregnação de

antimônio apresentou aumento na capacidade de carga

somente em baixas velocidades de deslizamento (<0,5 m

/ s). Tratamentos especiais com impregnação de sal, em

contrapartida, proporcionam melhorias significativas, como

mostrado no diagrama p * v 2. Este diagrama p * v compara

a capacidade de carga do FE45Y3 eletro-grafite com o FE65

eletro-grafite impregnado com sal.

Os diagramas p * v mostram que o produto p * v são

praticamente constantes dentro de uma ampla faixa de

pressão e velocidade para cada material. Os seguintes

valores foram determinados para os materiais individuais:

FH42 p*v = 11 N/cm²*m/s

FH44Y3 p*v = 30 N/cm²*m/s

FE45Y3 p*v = 40 N/cm²*m/s

FE65 p*v = 190 N/cm²*m/s

As máximas curvas de carga são fornecidas no diagrama

p*v de 0,2 a 1,5 ou 2 m / s. As velocidades de deslizamento

de v <0,2 m / s, a carga máxima aplicável para v = 0,2 m / s

não deve ser excedida em uma quantidade significativa. O

aumento do desgaste deve ser esperado nas velocidades de

deslizamento superiores à 1,5 ou 2 m / s, relativo a

suposição p * v = constante.As máximas curvas de carga determinadas para os mancais radiais de funcionamento a seco também se aplicam a mancais axiais de funcionamento a seco.

Diagrama 1 p-v: Capacidade de carga dos mancais de

carbono de funcionamento a seco, dependendo da

velocidade de deslizamento

Diagrama 2 p-v: Capacidade de carga dos mancais de

carbono FE45Y3 e FE65 de funcionamento a seco

dependendo da velocidade comparativa;

140

120

100

80

60

40

20

0,5 1,0 1,5 2,0

FH42

FH44Y3FE45Y3

Carga espec.N/cm2

Vel. deslizamentom/s

MANCAIS DESLIZANTES DE CARBONO

Mancais deslizantes funcionamento com fluídos

Produtos lubrificados do sistema tribológico podem ser

descritos muito bem pelas curvas Stribeck. A resistência ao

atrito resultante em carga constante é distribuída ao longo

da velocidade crescente de deslizamento. O perfil da curva

refere-se a diferentes áreas de atrito. Desde o início ocorre

o estado sólido ou atrito seco, no atrito estático ou na área

limite do atrito. Segue uma área transitória de atrito misto,

e finalmente, ocorre o atrito com fluido sendo que a partir

deste ponto o atrito é mínimo.

O atrito no estado sólido ocorre nas áreas de atrito seco e

misto, gerando em ambos um aumento no atrito e no

desgaste. Ao usar os mancais de carbono deslizantes, é

possível reduzir significativamente o atrito e o desgaste,

mesmo na presença de pequenas quantidades de líquido ou

vapores. Dependendo da carga, meio e geometria , a

lubrificação hidrodinâmica ocorre com líquidos acima de uma

certa velocidade de deslizamento, nenhum desgaste por

atrito é criado nesses estágios.

Dado que os benefícios dos materiais de carbono são

principalmente evidenciados nas áreas limite e de atrito

misto, a capacidade de carga de diferentes materiais é

representada em uma pequena área da curva de Stribeck

usando um diagrama de valor p * v e comparados entre si.

Um limite de desgaste de 0,1 µm / h foi determinado para

este propósito. Em geral, naturalmente a capacidade de

carga desses materiais é significativamente maior.

As Curvas Stribeck e suas áreas de atrito: 1 - atrito estático

ou área de atrito limite (estado sólido / atrito a seco) |

2- área de atrito misto | 3- lubrificação hidrodinâmica

(atrito líquido)

Diagrama 3 p-v: A Capacidade de carga em uma função

de velocidade de deslizamento dos mancais de carbono

em aplicações de funcionamento molhado

1000

800

600

400

200

0,5 1,0 1,5 2,0

FH42Z2

Carga espec. N/cm2

Vel. deslizamento m/s

FH42A

Atrito

Velocidade de Deslizamento

1 2 3

MANCAIS DESLIZANTES DE CARBONO

07

Materiais de contra-face

Em geral, uma vasta gama de materiais de contra-face pode ser utilizada. Mesmo metais relativamente macios podem servir como materiais de contato, dependendo da carga e do material de carbono.

Os aços cromados (13 - 17% Cr) mostraram-se eficazes,

mesmo sob cargas elevadas. Parte da razão pela qual

materiais mais duros de contra-face são os mais adequados

é porque torna-se mais fácil para uma película de

transferência de grafite (pátina) se acumular na contra-face

de materiais mais duros. Recomenda-se uma dureza de

HRc> 40, especialmente sob cargas elevadas.

Os melhores resultados de operação são obtidos em uma

rugosidade de superfície da contra-face de Rt <1 µm.

Rugosidades superficiais elevadas até Rt = 2 µm resultam

apenas em um aumento de desgaste durante a fase de

partida. Eixos retificados de precisão são recomendados,

enquanto eixos polidos devem ser evitados.

A utilização de aços inoxidáveis não endurecídos contendo

níquel como materiais de contra-face não são

recomendados, uma vez que existem outros materiais

disponíveis que são mais adequados para a aplicação. Caso

contrário, particularmente em aplicações de funcionamento

a seco, pode ocorrer lubrificação insuficiente ou líquidos

gravemente contaminados.

Materiais de contra-face altamente adequados.

¬ Aço cromo

¬ Aço cromo fundido

¬ Aço nitretado

¬ Ferro fundido cinzento

¬ Materiais revestidos com Cromo Duro

¬ Aço não ligado

¬ Carboneto de silicone

¬ Carboneto

¬ Cerâmica sinterizada (Al2 O3 )

Materiais contra-face com utilização limitada

¬ Aço inoxidável

¬ Ferro fundido austenítico

¬ Metal não ferroso

Materiais de contra-face inadequados

¬ Alumínio

¬ Ligas de alumínio

Mancal axial

Mancais deslizantes com alojamento metálico

06

08

MANCAIS DESLIZANTES DE CARBONO

Fabricação

Projeto do mancal

Em geral, os rolamentos deslizantes Schunk são fabricados de acordo com as necessidades específicas e solicitações de

projetos de nossos clientes. Além disso, a DIN 1850 página 4 („casquilhos de carbono artificiais“) pode ser levada em conta

para mancais radiais e flangeados.

Além de uma fabricação apropriada para cerâmica, existem

algumas diretrizes geométricas gerais que devem ser

consideradas.

As seguintes proporções podem servir como valores de

referência para mancais radiais cilíndricos simples:

Os mancais lubrificados também podem ser projetados

com ranhuras espirais ou longitudinais para garantir que o

lubrificante seja fornecido à lacuna do mancal e ao meio da

bomba através da lacuna do mancal. Para mancais axiais,

é necessário determinar em cada caso se as ranhuras de

lubrificação devem ser fabricadas na face correspondente.

De forma geral, porém quase todas geometrias de ranhura

são possíveis.

As seguintes dimensões devem ser observadas para

mancais flangeados:

Ø IT 8

f x 45°d 2 d 1

f x 45°

1

s

s

I= d1 bis d2

Imax= 2 x d2

S= 0,1 bis 0,2 x d1

Smin= 3 mm

u

S

b

u=<1/2 s

b=<1/2 s

Para mancais de encaixe de pressão ou

ajuste por contração (consulte o

capítulo „montagem“) em especial, não

deve haver desvios destas diretrizes

para qualquer flange e / ou saliência.

MANCAIS DESLIZANTES DE CARBONO

09

MontagemEm comparação com metais e plásticos, os menores

coeficientes de expansão térmica para materiais de carbono

e grafite devem ser levados em consideração ao instalar os

mancais deslizantes. Cerâmicas de carbono também não

devem ser colocadas sob tensão, e não devem ser usadas

sem suporte estrutural, se possível.

Para responder a ambas as propriedades especiais dos

materiais, os mancais deslizantes podem ser pressionados

ou encaixados em alojamentos metálicos. A diretriz sobre as

proporções deve ser observada, especialmente durante os

mancais flangeados de encaixe de pressão ou de contração.

Caso contrário, a flange não inserida causará picos de

tensão no material, o que causará uma falha rápida.

O material de carbono estará sob tensão de compressão

após a união, que é o tipo ideal de tensão e que protegerá

adequadamente o mancal.

Encaixe à pressão

Recomenda-se um Encaixe à pressão de H7 / s6 para os

mancais deslizantes de carbono montados a frio.

Dependendo do material de alojamento, isto é utilizável até

uma temperatura de 120 ° C.

Um chanfro ou quebra de borda de 15 - 30 ° no alojamento

simplifica o processo de união.

Caso haja grandes interferências, os mancais deslizantes de

carbono não devem ser montados a frio, pois a união pode

causar a ruptura do material.

Encaixe por contração

O Encaixe por contração direta na carcaça ou na estrutura de

metal provou ser a melhor maneira de fixar os mancais de

carbono sob altas cargas mecânicas ou em temperaturas de

operação acima de 120 ° C.

Ajustes de Encaixe por contração são projetados com base

no coeficiente de expansão térmica aplicável e na

temperatura de operação. Em geral, a ISO 286-2 até a

interferência H7 / zb8 se aplica aqui.

Quando realizamos o encaixe por contração na Schunk,

aquecemos as carcaças metálicas no forno até que os

mancais frios possam ser inseridos no orifício de montagem

sem esforço adicional.

Dependendo das medidas de espessura da parede e do

módulo de elasticidade o diâmetro interno do mancal de

carbono se torna menor devido ao excesso de interferência

do encaixe por contração, e o diâmetro externo do

alojamento metálico se torna maior. Se tolerâncias

apertadas devem ser obtidas na peça final, será necessário

um retrabalho apropriado após o encaixe por contração.

Buchas para mancais também podem ser usinadas com

paredes finas, o que não seria possível sem o alojamento

metálico.

Folga no mancalOs diferentes coeficientes de expansão térmica também

devem ser levados em conta ao determinar a folga do

mancal. Se a folga selecionada for muito estreita, o eixo

pode ficar preso na temperatura de operação. Por isso, é

feita uma diferenciação entre a folga a frio à temperatura

ambiente e a folga a quente à temperatura de operação.

Não deve ser feita nenhuma diferenciação entre a folga

fria e a quente para mancais de deslizamento de carbono

montados por contração, que estão sob pré-esforço. A bucha

do mancal se expandirá de acordo com os coeficientes de

expansão térmica do alojamento de metal.

Recomendamos para aplicações em funcionamento a seco

na temperatura de operação uma folga de 0,3 a 0,5% e para

mancais lubrificados de 0,1 a 0,3% do diâmetro do eixo.

Temperatura ambiente Temperatura de Operação

Mancal

Folg

a

Eixo

ø d w

ø d L

ø d w

ø d L

Folg

a

Folga fria à temperatura ambiente = Folga Quente à

temperatura de trabalho +∆dW – ∆dL

A seguinte equação aproximada se aplica:

∆dW – ∆dL = (α eixo – α mancal) * d * ∆T

Onde:

α eixo = coeficiente de dilatação térmica do eixo

α mancal = coeficiente de dilatação térmica do mancal

deslizante

∆T = diferença de temperatura (temperatura de trabalho -

temperatura ambiente) em K

d = diâmetro nominal da folga do mancal

SCHUNK DO BRASIL ELETROGRAFITES LTDA.

Estrada do Embu, 2777

06713-100 - Cotia - SP - BRASIL

Tel.: +55 11 4613 3211

Fax.: +55 11 4613 3264

www.schunk-carbontechnology.com 35

.38

po/2

01

9