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Tribologia – uma história inspiradora

2013 Outubro 25, 16:49 CEST

O desempenho de muitas máquinas presentes em nosso dia a dia, como carros, aviões, trens, robôs, turbinas e compressores, depende de superfícies de contato em movimento. Com frequência, essas superfícies precisam ser lubrificadas para terem a durabilidade e a eficiência energética adequadas. Sem lubrificação, o desgaste e o dano que elas sofrem precisam ser contidos para atingir os parâmetros de desempenho projetados. O conhecimento necessário para fazer tudo isso faz parte do ramo da ciência conhecido como "Tribologia".

Gotemburgo, 25 de outubro de 2013 A tribologia é a ciência e a engenharia da interação de superfícies em movimento relativo. Isso inclui o estudo e a aplicação dos princípios de atrito, lubrificação e desgaste. Tribologia é uma ramificação da engenharia mecânica e da ciência dos materiais.

Em 1966, o Relatório Jost [1], produzido por um Comitê do Departamento Britânico de Educação e Ciência, cunhou oficialmente a palavra tribologia para descrever todo esse campo.
A palavra tribologia é derivada do grego τριβ, do verbo τρίβω (tribo), "Eu esfrego" em grego clássico, e o sufixo "logia" vem de -λογία (logia), que significa "estudo de", "conhecimento de".

O conhecimento da tribologia é usado no projeto de todos os tipos de rolamentos de esferas e deslizantes. Nos rolamentos de esferas, a tribologia define a seleção dos lubrificantes (óleos e graxas) para uma aplicação, o projeto do rolamento e a escolha dos materiais e das superfícies dos rolamentos e superfícies. Ela também é usada para calcular as perdas por atrito, o aumento de temperatura e a vida útil do lubrificante e do próprio rolamento.

No início, os rolamentos eram projetados com base, principalmente, no conhecimento empírico sobre os materiais e nos aspectos de modelagem básicos relacionados à mecânica e à fadiga. No entanto, devido às necessidades de alto desempenho impostas pela indústria moderna aos rolamentos de esferas, o conhecimento empírico deixou de ser suficiente. Muitas das exigências afetam as superfícies de contato: velocidades mais altas, temperaturas mais elevadas, densidades de potência maiores, lubrificantes mais finos, tamanhos maiores de rolamentos,condições ambientais ou mais aditivos mais agressivos, vibração, entre outros fatores. Em geral, os rolamentos de esferas são componentes extremamente confiáveis. Quando apresentam falhas, frequentemente, a causa-raiz está na superfície, como má lubrificação, contaminação, desgaste, altas temperaturas associadas ao atrito, etc., casos em que o conhecimento sobre tribologia é muito relevante. É por isso que a compreensão dos mecanismos tribológicos e o desenvolvimento de soluções tribológicas inovadoras se tornaram tão importantes para o setor de rolamentos.

Os rolamentos modernos são projetados com base em conhecimentos tribológicos altamente sofisticados, da seleção de materiais ao projeto de sua geometria e o acabamento superficial. Isso inclui a especificação do lubrificante e as vedações para uma operação confiável e segura. O conhecimento em tribologia envolvido requer sofisticados modelos computacionais, além de experimentos detalhados e métodos de teste em laboratório.

Em 2012, a SKF investiu 180 milhões de Euros em pesquisa e desenvolvimento (P&D), o que representa 2,5% de seu faturamento anual. As atividades de desenvolvimento resultaram no envio de 660 declarações de invenção e 421 patentes novas em 2012. 

Inovações importantes surgiram em decorrência do conhecimento em tribologia na SKF. Por exemplo, os rolamentos E2 (com eficiência energética), o revestimento NoWear, os rolamentos híbridos, as gaiolas de polímero e em latão, os rolamentos superacabados para aplicações especiais, as texturas de superfície, as especificações de lubrificantes e graxas, as vedações de baixo atrito, etc. são todos resultados do trabalho de pesquisa e desenvolvimento da SKF.

O conhecimento tribológico também está presente em muitos softwares e ferramentas de predição da SKF. Entre eles, o BEAST, o Bearing Beacon, os modelos de catálogos impressos e on-line, o modelo de atrito SKF para rolamentos de esferas, o modelo de vida útil de rolamento SKF (especialmente, os fatores de contaminação e lubrificação), o modelo de vida útil de graxa SKF e o modelo de fadiga superficial SKF. Todas são ferramentas importantes no desenvolvimento de inovações e na predição do desempenho dos rolamentos em condições nas quais a superfície desempenha um papel fundamental.


Cooperação da SKF com universidades na área da Tribologia
A SKF estabeleceu parcerias de longo prazo com algumas das melhores universidades no campo da tribologia, algo sem paralelo no setor de rolamentos. Embora empresas de alta tecnologia como SKF tenham centros e especialistas internos de pesquisa e desenvolvimento, as vantagens de trabalhar com universidades é o acesso a cientistas e engenheiros de nível internacional com uma filosofia de longo prazo e uma abordagem diferente, aprimorando a criatividade como um todo. A janela de tempo para se conseguir resultados é frequentemente muito mais longa do que seria internamente. Entretanto, contar com pesquisa de alto nível em tribologia internamente é da maior importância para integrar e agregar a perspectiva empresarial à pesquisa acadêmica.

Imperial College
O Imperial College London é uma das principais universidades técnicas do planeta, sempre classificada entre as 10 melhores universidades do mundo [2]. O departamento de engenharia mecânica da instituição abriga um dos centros tecnológicos universitários da SKF (SKF UTC). O Centro foi fundado em janeiro de 2010 e sua pesquisa tem como foco estudos fundamentais de sistemas tribológicos, usando modelagem avançada e métodos de medição [3]. O professor Hugh Spikes e o Dr. Amir Kadiric [4] chefiam uma equipe em franca expansão e que, atualmente, conta com sete alunos de PhD e dois pesquisadores associados de pós-doutorado. A criação do UTC, no Imperial College, formalizou uma parceria duradoura existente com a SKF de mais de 30 anos, período durante o qual o diretor técnico da SKF Stathis Ioannides já atuava como professor visitante no Imperial College.

O SKF UTC faz parte do grupo de tribologia da universidade, que foi fundado há mais de 60 anos e é reconhecido internacionalmente como um dos principais grupos do mundo de pesquisa em tribologia. Entre suas realizações, figuram muitos estudos pioneiros em tribologia, incluindo a lubricidade do diesel, aplicação de técnicas de interferometria óptica em tribologia e modelagem de contatos de superfícies ásperas. A qualidade da pesquisa do grupo é comprovada pelos inúmeros prêmios recebidos por seus membros, incluindo três medalhas de ouro do Tribology Trust, um STLE International Award (principal prêmio da Sociedade de Tribologistas e Engenheiros de Lubrificação) e um Imperial College Research Excellence Award (prêmio de excelência em pesquisa do Imperial College), bem como mais de 20 premiações de melhor artigo do ano de periódicos em tribologia.

O objetivo da equipe do Imperial College UTC é desenvolver uma compreensão detalhada dos fenômenos tribológicos na interface para melhorar a durabilidade dos componentes e reduzir as perdas por atrito. Isso é conseguido por meio de uma combinação de técnicas experimentais novas e modelos numéricos avançados. Os projetos atuais incluem estudos sobre lubrificação elasto-hidrodinâmica (EHL) em contatos ásperos, mecânica de contato de superfícies projetadas, modelagem da dinâmica de fluidos computacional (CFD, Computational Fluid Dynamics) de EHL, desempenho de aditivos lubrificantes, graxas de baixo atrito, influência da aspereza no atrito por contato, início e propagação de rachaduras em superfícies, danos por espalhamento em lubrificação de rolamentos de rolos e de vedação de rolamentos. 

O UTC trabalha muito estreitamente com o próprio Centro de Engenharia e Pesquisa da SKF, na Holanda. Isso assegura que a compreensão fundamental desenvolvida no UTC seja utilizada pela SKF com êxito tendo em vista nossa principal meta: reduzir o atrito e o desgaste nos rolamentos da SKF e, assim, aumentar a vida útil e o desempenho ambiental deles.

INSA de Lyon
Na França, a INSA Lyon é uma das universidades com a maior concentração de conhecimentos e pesquisadores em alta tecnologia, refletindo sua cultura e compromisso com a pesquisa multidisciplinar. Com 21 laboratórios empregando 500 pesquisadores e 650 estudantes de doutorado, a INSA Lyon é um centro único de pesquisa e produz pesquisas científicas revolucionárias, frequentemente integradas em aplicações inovadoras por seus parceiros industriais.

O LaMCoS (INSA Lyon, CNRS UMR5259) é um laboratório multidisciplinar que trabalha no campo da mecânica de contato e dos sólidos e da dinâmica estrutural. Ela oferece uma ampla gama de conhecimentos em tribologia, dinâmica rápida, mecânica de vibração, controle, sistemas de transmissão, máquinas rotativas e formação de materiais. O objetivo científico global do laboratório é conduzir pesquisas que permitam compreender e controlar o comportamento de sistemas e estruturas mecânicos, levando em consideração, ao mesmo tempo, suas interfaces.

A parceria na pesquisa em tribologia entre a INSA de Lyon e a SKF teve início há mais de 20 anos, quando a ideia de desenvolver uma máquina para testar grandes contatos giratórios foi desenvolvida pela primeira vez. Hoje, essa máquina é uma realidade e é chamada de Tribogyr [5]. Ela já está oferecendo novas visões sobre o comportamento do atrito em corpos rolantes, fundamental para atender à tendência comercial, que exige densidades de potência mais altas e redução do atrito nos rolamentos. Além disso, o pesquisador Guillermo Morales Espejel, do SKF Engineering and Research Centre (ERC, centro de engenharia e pesquisa), é professor visitante na INSA de Lyon (LaMCoS) desde 2004.

Recentemente, a SKF e a INSA de Lyon, fortaleceram ainda mais a parceria e criaram a cátedra da SKF sobre interfaces lubrificadas para o futuro na instituição [6]. O objetivo dessa disciplina de seis anos é realizar um estudo interdisciplinar cobrindo a identificação, o entendimento e a modelagem do comportamento de lubrificantes em condições extremas impostas pelas interfaces lubrificadas. No setor aeroespacial em particular, os lubrificantes (em geral, fluidos complexos devido à natureza e à composição dos mesmos) desempenham um papel fundamental na redução das perdas por atrito, do desgaste e do risco de dano. Um dos objetivos dessa disciplina é antecipar os futuros desenvolvimentos impostos por restrições econômicas, sociais e ambientais.

Os tópicos abordados terão como foco principalmente:
- Fluidos de lubrificação: Da reologia à lubrificação;
- Lubrificantes e fluidos complexos: de mecanismos moleculares à lubrificação;
- Fluxos de superfície livre na lubrificação, interações fluido/sólido.

Além da pesquisa, a cátedra tem o objetivo de atrair jovens pesquisadores e estudantes para a SKF por meio de estágios e/ou projetos de pesquisa breves em diferentes locais da SKF França ou do SKF ERC.


Universidade de Twente
Outra antiga parceira da SKF na área da tribologia é a desenvolvida com os departamentos de tribologia e mecânica de fluidos da Universidade de Twente, na Holanda. O pesquisador Piet M. Lugt, do ERC, é professor visitante em manutenção baseada em tribologia, no departamento de tribologia da instituição, e o Dr. C.H. Venner, do departamento de mecânica de fluidos, é cientista visitante no SKF ERC.

A cadeira de professor visitante em "Manutenção baseada em Tribologia" (Manutenção Preditiva) tem como foco as seguintes áreas:

1. Modelos de sistemas de rolamentos tendo em vista a confiabilidade
2. Intervalos de relubrificação
3. Reologia de graxa

O trabalho do Dr. Venner no ERC concentra-se em novas técnicas de modelagem para interações fluido/sólido e está diretamente preocupado com o desenvolvimento em longo prazo de novas ferramentas de predição.

Referências

1. Jost, H. P. (ed.) 1966 Lubrication—tribology. Education and research. A report. Londres: HMSO.
2. http://www.topuniversities.com/university-rankings/world-university-rankings/2012
3. Cooperation for Creative Changes, SKF Evolution, 2011, No. 1. http://evolution.skf.com/cooperation-for-creative-changes/
4. Slick Research, SKF Evolution, 2013, No. 2 http://evolution.skf.com/slick-research/
5. The Beast of Lyon – Putting Large Bearing Contacts to the Test, SKF Evolution, 2012, No. 1 http://evolution.skf.com/the-beast-of-lyon-%E2%80%93-putting-large-bearing-contacts-to-the-test/
6. Apresentação da Cátedra da SKF (INSA de Lyon). http://fondation.insalyon.fr/news/enewsletter3/download/SKF_CHAIR_PRESENTATION.pdf

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A SKF é uma das principais fornecedoras globais de rolamentos, vedações, mecatrônica, sistemas de lubrificação e serviços que incluem suporte técnico, serviços de manutenção e confiabilidade, consultoria em engenharia e treinamento. A SKF é representada em mais de 130 países e possui cerca de 15 mil distribuidores em todo o mundo. Em 2012, as vendas anuais foram de 64.575 milhões de coroas suecas e a empresa empregava 46.775 funcionários. www.skf.com

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