Análise térmica de redutores industriais: efeitos de sistemas de arrefecimento na dissipação de calor e no dimensionamento da carcaça

Abstract

Redutores industriais aplicados a sistemas de bombeamento contínuo podem atingir o limite térmico antes do limite mecânico da carcaça, o que frequentemente conduz ao sobredimensionamento do conjunto e ao aumento de massa e custo estrutural. Este trabalho apresenta uma análise integrada do dimensionamento mecânico, da verificação térmica e da avaliação econômica relativa de redutores industriais utilizados no acionamento de bomba de polpa em operação contínua, considerando condições típicas de mineração. A sistemática de avaliação combina a verificação por catálogo da linha M1 da SEW-Eurodrive com um modelo analítico térmico simplificado, fundamentado em convecção natural e forçada, radiação térmica e áreas externas obtidas por modelagem CAD. As perdas internas do redutor foram representadas pela hipótese de conversão de 1,5% da potência mecânica de entrada em calor. Foram avaliados cinco cenários de arrefecimento: convecção natural, um ventilador lateral, dois ventiladores laterais, serpentina interna óleo–água e sistema híbrido com serpentina e dois ventiladores. Os resultados indicaram que, para a aplicação analisada, o arrefecimento natural exige carcaça M1-90 para atendimento ao critério térmico, enquanto a configuração híbrida viabiliza o uso da carcaça M1-40, aproximadamente 4,4 vezes mais leve (em massa de catálogo) do que a M1-90, que também satisfaz o critério mecânico. O modelo analítico reproduziu a hierarquia de soluções observada nos dados de catálogo, com comportamento conservador no cenário híbrido. A análise foi utilizada como ferramenta de interpretação física e comparação entre cenários, em complemento ao catálogo do fabricante, permitindo explicitar o efeito de cada acessório de arrefecimento na capacidade térmica e na compacidade do conjunto. Conclui-se que a combinação de acessórios de arrefecimento amplia a capacidade térmica do redutor, possibilita a adoção de carcaças mais compactas e reduz o índice estrutural relativo da carcaça, definido como um indicador adimensional de custo estrutural baseado na razão entre a massa de catálogo do tamanho selecionado e a massa da carcaça de referência, constituindo uma abordagem útil para comparação de cenários e apoio ao pré-dimensionamento.