Desenvolvimento de um sistema de medição para qualificação de graxa de poliureia em rolamentos

Abstract

Motores elétricos e outros dispositivos girantes tipicamente fazem uso de rolamentos com lubrificação por graxa. Em função do tempo e das condições de operação, a graxa degrada e perde sua capacidade de lubrificação, o que causa muitas das falhas observadas em campo em motores elétricos. O objetivo desta dissertação é desenvol- ver um sistema de qualificação de graxa de poliureia que permita avaliar degradação térmica e por contaminação de partículas metálicas. Para isso, foram desenvolvidas duas linhas de trabalho, uma com a utilização de câmeras, para avaliar a degradação térmica com base na alteração da cor da graxa, e a outra com a utilização de senso- res Hall, para avaliar a contaminação por partículas metálicas com base na alteração das características do campo magnético. Inicialmente, os métodos propostos foram avaliados em bancada e, posteriormente, em um protótipo que simula o rolamento de um motor elétrico para aplicação industrial. Para avaliação, desenvolveram-se um método para degradar termicamente a graxa em ambiente controlado e uma tampa de rolamento não magnética impressa com impressora 3D. Os resultados obtidos na avali- ação experimental comprovam que os sistemas propostos são eficazes nas detecções da degradação térmica de graxa e na detecção de partículas metálicas em condições controladas. No experimento desenvolvido para validar a degradação térmica da graxa utilizando 20,0 g de graxa degradada termicamente, o sistema conseguiu identificar uma variação de 40% nas imagens tratadas que foi causada pela mistura da graxa nova com a contaminada. Quando ocorreu a contaminação total da graxa degradada o sistema identificou variações inferiores a 10% nas imagens tratadas. Em um experi- mento inserindo 2,8 g de partículas em um rolamento, os sensores Hall identificaram variações de densidade no fluxo magnético de 0,01 mT até 0,32 mT. As principais li- mitações encontradas foram causadas pela qualidade da câmera empregada, que é de baixo custo, e pela influência da movimentação da gaiola metálica do rolamento na densidade do fluxo magnético adquirida pelo sensor Hall.

Abstract: Electric motors and other rotating devices typically make use of grease lubricated bear- ings. Depending on time and operating conditions, the grease degrades and loses its lubricating capacity, which causes many of the failures observed in the field in electric motors. The objective of this dissertation is to develop a polyurea grease qualification system that allows the evaluation of thermal degradation and contamination of metallic particles. To this end, two lines of work were developed, one using cameras, to evaluate thermal degradation based on changes in the color of the grease, and the other using Hall sensors, to evaluate contamination by metallic particles based on in changing the characteristics of the magnetic field. Initially, the proposed methods were evaluated on a bench and, later, on a prototype that simulates the bearing of a electric motor for industrial application. For evaluation, a method to thermally degrade grease in a controlled environment and a non-magnetic bearing cover printed with a 3D printer were developed. The results obtained in the experimental evaluation prove that the pro- posed systems are effective in detecting thermal degradation of grease and detecting metallic particles under controlled conditions. In the experiment developed to validate the thermal degradation of grease using 20,0 g of thermally degraded grease, the sys- tem was able to identify a variation of 40% in the analyzed images that was caused by the mixture of new grease with the contaminated. When total contamination of the degraded grease occurred, the system identified variations of less than 10% in the analyzed images. In an experiment inserting 2,8 g particles into a bearing, Hall sensors identified density variations in the magnetic flux from 0,01 mT to 0,32 mT. The main limitations found were caused by the quality of the camera used, which is low cost, and by the influence of the metal bearing cage movement on the magnetic flux density acquired by the Hall sensor.