Análise do Desempenho de Mancais Axiais Hidrodinâmicos de Sapatas Setoriais Pivotadas.

Abstract

No trabalho em questão foi estudado, teoricamente, o comportamento operacional de mancais axiais hidrodinâmicos de sapatas setoriais pivotadas, conforme a alteração dos seus dados de operação. A análise foi obtida por simulação computacional através do desenvolvimento de um programa em linguagem FORTRAN, com base na solução numérica da equação bidimensional isoviscosa de Reynolds, em coordenadas polares, pelo método das diferenças finitas. Inicialmente o programa computacional engloba dois pontos significantes para a análise que são as determinações da viscosidade absoluta do óleo lubrificante e das temperaturas de operação do mancal, essas obtidas com a aplicação de um método iterativo. O comportamento do mancal foi simulado diante da variação dos seguintes dados de operação: ângulo de inclinação da sapata na direção radial, αr , óleos lubrificantes industriais segundo a norma ISO 3448 e óleo sintético, temperatura do óleo de suprimento, Tsup , espessura do filme de óleo na borda de saída da sapata, hrs , rotação no mancal, N, e constante de inclinação da sapata na direção circunferencial, fator K. Após simulação, o desempenho do mancal foi avaliado perante a análise dos seguintes parâmetros de desempenho: capacidade de carga, centro de pressão, vazões de óleo lubrificante, perda de potência, torque de atrito, coeficiente de atrito, elevação da temperatura do óleo na sapata e temperaturas de operação no mancal. Os efeitos das temperaturas de operação na viscosidade absoluta do óleo lubrificante e nos parâmetros de desempenho do mancal também foram analisados neste trabalho. O ângulo de inclinação da sapata na direção radial, αr , foi analisado referente a dois sentidos de inclinação, um no sentido do raio interno e outro no sentido do raio externo. Foi verificado que a inclinação radial, αr , na direção do raio interno resulta em elevação nos valores calculados dos parâmetros de desempenho do mancal em comparação aos valores obtidos para αr = 0 rad (posição ideal de operação da sapata). Para um mesmo óleo lubrificante utilizado e uma mesma espessura do filme de óleo na saída da sapata, a sapata com fator K = 0,53 (pivô posicionado a cerca de 67% do ângulo da sapata) apresentou maiores capacidade de carga e perda de potência dimensionais mas com menores temperaturas de operação, devido à maior vazão de óleo na entrada da sapata, em comparação com os parâmetros de desempenho obtidos para a sapata com fator K = 0,65 (pivô posicionado a cerca de 60% do ângulo da sapata). No entanto, para uma mesma carga aplicada ao mancal, foi observado que a perda de potência dimensional por atrito no mancal apresentou uma redução de cerca de 10% para as sapatas com fator K = 0,53 em relação às sapatas com fator K = 0,65 (pivô posicionado a cerca de 60% do ângulo da sapata, posição de pivotamento tradicionalmente usada na indústria). Ficou demonstrado também que as sapatas com pivô a 67% do ângulo construtivo das mesmas possibilita a utilização de óleos lubrificantes de menor viscosidade.