O que é um rolamento de baixa temperatura?

Os rolamentos de baixa temperatura não são projetados para operar de forma estável em ambientes de alta temperatura, como os rolamentos de alta temperatura. Em vez disso, eles são projetados com materiais e estruturas especiais para reduzir o atrito e minimizar o aquecimento por atrito, mantendo assim as baixas temperaturas durante a operação prolongada.

Os rolamentos que operam em temperaturas abaixo de -60 ℃ são considerados rolamentos de baixa temperatura.

Eles são usados principalmente em várias bombas de líquidos, incluindo as de gás natural liquefeito, nitrogênio líquido (hidrogênio, oxigênio), butano, foguetes e mísseis, naves espaciais e muito mais.

Temperatura operacional do rolamento de baixa temperatura

A temperatura operacional é um indicador de desempenho crítico para os fabricantes de rolamentos premium em todo o mundo. Ela serve como uma métrica fundamental para avaliar a sofisticação tecnológica e a precisão dos materiais, do projeto e dos processos de fabricação dos rolamentos.

A temperatura operacional de um rolamento de baixa temperatura é um reflexo direto da metalurgia avançada, das técnicas de tratamento térmico e da engenharia de superfície empregadas em sua produção. Esse parâmetro é crucial para aplicações que exigem eficiência e longevidade ideais, principalmente em ambientes criogênicos ou abaixo de zero.

Os protocolos de medição normalmente envolvem o monitoramento do diferencial de temperatura entre o anel externo do rolamento e o lubrificante de resfriamento circulante durante testes operacionais padronizados. Esse método permite uma comparação precisa entre diferentes projetos e fabricantes de rolamentos.

Temperaturas operacionais mais baixas estão fortemente relacionadas à vida útil prolongada do rolamento, à maior eficiência energética e ao melhor desempenho geral. A redução do estresse térmico minimiza a fadiga do material, preserva a integridade do lubrificante e mantém tolerâncias mais estreitas ao longo do tempo.

Os principais fabricantes de rolamentos aproveitam suas tecnologias exclusivas e sua experiência em ciência dos materiais para obter vantagens competitivas no mercado de rolamentos de baixa temperatura. Essas inovações atendem a setores exigentes, como o aeroespacial, o de criogenia e o de manufatura avançada.

Por exemplo, os rolamentos autocompensadores de rolos da Timken foram submetidos a testes e otimização rigorosos, resultando em uma temperatura operacional aproximadamente 15,5°C menor do que a de produtos comparáveis. Essa melhoria significativa mostra os avanços da Timken em design de rolamentos, seleção de materiais e técnicas de acabamento de superfície. Em contraste, algumas outras marcas internacionais renomadas ainda exibem temperaturas de operação superiores a 19°C acima da referência da Timken, destacando a variabilidade de desempenho em todo o setor e a busca contínua por uma operação em temperaturas mais baixas.

Categoria de produto Rolamento de baixa temperatura

Os rolamentos para baixas temperaturas consistem principalmente em rolamentos rígidos de esferas de uma carreira e rolamentos de rolos cilíndricos, projetados para manter o desempenho em ambientes extremamente frios. Esses rolamentos especializados são projetados para atenuar o fenômeno de emperramento, que pode ocorrer devido a fatores externos (como flutuações de temperatura) e internos (como coeficientes de expansão térmica diferenciais entre o eixo, o alojamento e os componentes do rolamento).

O problema de travamento em aplicações de baixa temperatura é exacerbado quando há variações significativas de temperatura. Como os diferentes materiais se contraem em taxas desiguais, as folgas operacionais dentro do conjunto do rolamento podem diminuir, o que pode levar à gripagem. Para enfrentar esse desafio, é fundamental realizar uma análise térmica completa e a seleção de materiais para equipamentos que operam em amplas faixas de temperatura, especialmente em aplicações criogênicas.

Ao projetar sistemas de rolamentos para baixas temperaturas, os engenheiros devem calcular cuidadosamente os coeficientes de expansão térmica de todos os materiais envolvidos e selecionar componentes com coeficientes semelhantes para garantir a estabilidade dimensional e manter as folgas adequadas em toda a faixa de temperatura operacional. Essa abordagem ajuda a preservar o desempenho e a longevidade dos rolamentos em condições de frio extremo.

Do ponto de vista do projeto estrutural, é aconselhável evitar o uso de rolamentos de rolos cônicos nas duas extremidades de um eixo em aplicações de baixa temperatura. Essa configuração pode ser problemática, pois as alterações induzidas pela temperatura no comprimento do eixo podem fazer com que a distância entre os rolamentos aumente, o que pode resultar em pré-carga excessiva ou emperramento.

Uma estratégia de projeto mais eficaz para arranjos de rolamentos de baixa temperatura é usar um par de rolamentos de rolos cônicos em uma extremidade do eixo para um posicionamento axial e radial preciso, enquanto se emprega um rolamento de rolos cilíndricos ou um rolamento rígido de esferas na extremidade oposta. Essa configuração permite a expansão e a contração térmica axial do eixo dentro de uma faixa especificada, acomodando alterações dimensionais devido a flutuações de temperatura e mantendo o suporte radial.

Seleção de materiais para rolamentos de baixa temperatura

Seleção de aço para rolamentos de baixa temperatura

Os rolamentos para baixas temperaturas geralmente são feitos de aço inoxidável, como 9Cr18 e 9Cr18Mo, ou de materiais como bronze de berílio, cerâmica e outros.

Para temperaturas extremamente baixas (temperatura limite de -253 ℃), o material 6Cr14Mo pode ser selecionado, mas ele deve ser usado somente em um ambiente a vácuo.

Observação: Ao usar rolamentos de baixa temperatura, é importante estar atento às queimaduras relacionadas à lubrificação, portanto, escolha um lubrificante adequado.

Lista de materiais de rolamentos e temperatura de operação