A SKF lançou recentemente a série CeraDrive de rolamentos híbridos de cerâmica, com o objetivo de tornar a tecnologia híbrida de cerâmica acessível a uma gama mais ampla de modelos de motores elétricos — ultrapassando a sua limitação anterior às aplicações de gama alta ou especializadas. De acordo com as especificações do produto, os elementos rolantes cerâmicos dos rolamentos CeraDrive proporcionam isolamento elétrico, o que interrompe os percursos de corrente parasita e previne a erosão elétrica. Além disso, as superfícies cerâmicas mais lisas reduzem o atrito, melhorando assim a lubrificação, diminuindo a geração de calor e permitindo o funcionamento a velocidades de rotação mais elevadas. A elevada dureza do material cerâmico também contribui para resistir a danos superficiais e ao desgaste.
Estes três pontos correspondem a causas comuns de avaria nos rolamentos dos motores. Com a adoção generalizada dos variadores de frequência (VFDs), a questão das correntes parasitas nos motores tem vindo a assumir cada vez mais importância. Em princípio, a forma de onda de tensão PWM emitida por um VFD contém componentes de alta frequência. Devido à capacitância parasítica entre os enrolamentos do estator e o rotor, esta tensão de alta frequência é acoplada capacitivamente ao rotor, gerando uma tensão no eixo. Quando esta tensão no eixo atinge um determinado limiar, rompe a película lubrificante do rolamento, resultando numa corrente no eixo. À medida que a corrente flui através das zonas de contacto entre os elementos rolantes e as pistas de rolamento, altas temperaturas localizadas e instantâneas derretem a superfície metálica; ao arrefecer, isto deixa para trás minúsculas cavidades — um fenómeno conhecido como erosão elétrica. Uma vez formadas, estas cavidades atuam como pontos de concentração de tensão, que servem frequentemente como locais de início para a subsequente fragmentação por fadiga. As estratégias tradicionais de mitigação incluem a utilização de ligação à terra com escovas de carbono, revestimentos isolantes e rolamentos de esferas cerâmicos; o CeraDrive recorre à abordagem das esferas cerâmicas. Além disso, as condições de lubrificação no interior de um motor são frequentemente subótimas, com a entrada de contaminantes e a exposição a altas temperaturas a acelerarem ainda mais a degradação da superfície. De acordo com a SKF, em comparação com os rolamentos padrão, o CeraDrive oferece uma vida útil mais longa — até oito vezes a vida útil da graxa —, requisitos de manutenção reduzidos e maior fiabilidade geral. O valor de “oito vezes” não é descabido no contexto dos motores acionados por variadores de frequência (VFD) que funcionam continuamente sem reabastecimento frequente de lubrificante — sob a influência combinada de altas temperaturas e erosão elétrica, a degradação do lubrificante nos rolamentos padrão é significativamente acelerada.
O recém-lançado CeraDrive apresenta uma estrutura interna otimizada, utilizando elementos rolantes cerâmicos mais pequenos e mais leves, combinados com anéis de aço de alto desempenho. Este design mantém as vantagens da tecnologia híbrida cerâmica, ao mesmo tempo que oferece maior compatibilidade com uma gama mais ampla de modelos de motores elétricos. A SKF destaca que esta série pode ser integrada diretamente em projetos existentes, eliminando a necessidade de um redesenho do motor. Trata-se de uma vantagem prática para os fabricantes de motores, uma vez que qualquer substituição de rolamentos que exija alterações estruturais em toda a unidade aumentaria significativamente os custos de implementação; a capacidade de efetuar uma substituição direta reduz consideravelmente as barreiras à entrada. No entanto, o termo “substituição direta” merece uma análise mais aprofundada. Embora os rolamentos sejam componentes padronizados, o espaço que lhes é atribuído no projeto de um motor — juntamente com o método de pré-carga, o tipo de lubrificante e a configuração da vedação — é altamente específico para a configuração existente. A afirmação de que não é necessário qualquer redesenho implica provavelmente que a substituição pode ser realizada sem alterar as dimensões do alojamento do rolamento original; não significa que os engenheiros de motores não tenham mais trabalho a fazer. Na prática, fatores como a compatibilidade da massa lubrificante, as configurações de pré-carga e as especificações de folga dos rolamentos teriam ainda de ser verificados novamente.
A SKF resume o valor do CeraDrive em várias vertentes: redução de avarias inesperadas, prolongamento dos intervalos de manutenção, melhoria da previsibilidade do tempo de funcionamento, otimização do desempenho da lubrificação, resistência ao desgaste e redução do custo total de propriedade. A documentação refere ainda que, ao reduzir o atrito e a geração de calor, esta linha de produtos permite conceber motores mais eficientes — incluindo um funcionamento fiável em aplicações com variadores de frequência (VFD). É importante, no entanto, distinguir entre diferentes tipos de problemas: embora os rolamentos híbridos de cerâmica resolvam desafios relacionados com a erosão elétrica e a lubrificação, não resolvem problemas decorrentes da instalação ou da manutenção. Fatores como cargas pesadas, desalinhamento, falha das vedações ou a seleção de uma massa lubrificante inadequada podem, cada um por si só, levar à falha prematura dos rolamentos. O aumento efetivo da vida útil proporcionado pelo CeraDrive depende das condições específicas de funcionamento, da gestão da lubrificação e da precisão da instalação; consequentemente, existe frequentemente uma discrepância entre os dados laboratoriais e o desempenho real em campo.
Os motores elétricos são os dispositivos mecânicos mais comuns no setor industrial, e a adoção de variadores de frequência (VFDs) para melhorias na eficiência energética continua a crescer. À medida que as normas de eficiência IE3 e IE4 se tornam obrigatórias num número crescente de mercados, os fabricantes de motores são obrigados a procurar ganhos de eficiência ainda na fase de conceção — um processo para o qual os VFD oferecem a solução mais direta. Embora a questão das correntes no eixo — um subproduto da utilização dos VFD — não seja um fenómeno novo, o elevado custo dos rolamentos cerâmicos híbridos tem, historicamente, limitado a sua aplicação a setores com requisitos de fiabilidade excepcionalmente elevados, tais como a energia eólica, o transporte ferroviário e os fusos de alta velocidade. O lançamento do CeraDrive marca a estratégia da SKF de fazer a transição dos rolamentos híbridos de cerâmica de uma “opção premium” para uma gama mais ampla de aplicações em motores industriais.
A SKF não é o único interveniente no mercado de nicho dos rolamentos isolados. A série “VoltShield” da Schaeffler, por exemplo, recorre a um revestimento de polímero — envolvendo o anel exterior ou interior num plástico de alto desempenho —, o que é relativamente económico, mas apresenta limitações em termos de resistência à temperatura e capacidade de carga. A NTN também oferece soluções de rolamentos isolados, com variantes tanto de esferas cerâmicas como revestidas. A decisão da SKF de lançar o “CeraDrive” neste momento decorre da sua longa experiência em tecnologia cerâmica híbrida, permitindo simultaneamente à empresa dar resposta a um leque mais alargado de requisitos de isolamento em todo o seu portfólio de produtos. Embora os rolamentos cerâmicos híbridos ofereçam limites de desempenho superiores em comparação com alternativas revestidas ou revestidas com polímero, também têm um preço mais elevado. Se o CeraDrive conseguir estabelecer um novo equilíbrio entre desempenho e custo, poderá ajudar a SKF a expandir a sua quota de mercado no setor dos rolamentos para motores elétricos. Os principais fatores de custo dos rolamentos de cerâmica híbrida são as esferas de cerâmica e a maquinagem dos anéis dos rolamentos; os processos envolvidos na sinterização e na retificação de precisão das esferas de cerâmica são significativamente mais dispendiosos do que os das esferas de aço. Embora a SKF não tenha divulgado os preços do CeraDrive, o posicionamento do produto sugere a intenção de reduzir os custos através da produção em grande escala. Se o preço puder ser mantido dentro de 1,5 vezes o dos rolamentos isolados padrão, o investimento teria provavelmente sentido económico para muitos motores industriais que funcionam de forma contínua — uma vez que os custos associados a paragens não planeadas e à mão-de-obra necessária para substituições excedem frequentemente em muito o preço do próprio rolamento.
O sucesso desta solução depende de dois fatores-chave: em primeiro lugar, se o preço do produto se aproximar da gama aceitável para rolamentos isolados padrão; e, em segundo lugar, a disponibilidade dos fabricantes de motores para a adotarem como um substituto direto e imediato nos seus projetos existentes. A afirmação da SKF de que “não é necessário qualquer redesenho” serve como argumento de venda para reduzir as barreiras à adoção, embora o desempenho real dessas substituições ainda tenha de ser verificado através de aplicações em grande escala e em volume. Além disso, uma vez que as esferas de cerâmica do CeraDrive são mais pequenas e mais leves do que as encontradas nos rolamentos híbridos de cerâmica padrão, a redução do tamanho dos elementos rolantes poderá exigir ajustes na capacidade de suporte de carga. Embora a SKF afirme que o projeto interno foi otimizado para equilibrar desempenho e versatilidade, será necessária documentação técnica detalhada para avaliar o desempenho do produto em diferentes tamanhos de estrutura de motor e em condições de carga variáveis. Um pormenor digno de nota é que a alteração nas dimensões das esferas cerâmicas pode afetar as capacidades de carga dinâmicas e estáticas do rolamento; por conseguinte, embora a SKF saliente a ampla compatibilidade do produto com vários projetos de motores, os parâmetros específicos devem ainda ser cuidadosamente verificados durante o processo de seleção — particularmente para aplicações que envolvam cargas pesadas ou condições de choque.
Em termos gerais, o CeraDrive é um produto com um objetivo claro: aproveita a tecnologia cerâmica híbrida para resolver problemas de erosão elétrica e lubrificação nos rolamentos de motores com variadores de frequência (VFD), ao mesmo tempo que reduz as barreiras à sua adoção através da otimização do design. A sua capacidade de evoluir de uma “solução opcional” para a “escolha por defeito” dependerá de dois fatores críticos: o preço e o feedback prático proveniente de substituições reais. Os concorrentes de longa data da SKF no mercado dos rolamentos para motores certamente não ficarão de braços cruzados; valerá a pena acompanhar de perto as suas futuras iterações de produtos e estratégias de preços. Para os fabricantes de motores, o CeraDrive oferece uma forma de aumentar a fiabilidade dos rolamentos sem exigir grandes alterações aos projetos existentes — embora a decisão final de o adotar dependa, em última análise, de uma análise do custo total do ciclo de vida.
A ZMS BEARINGS CO., LTD. é um fornecedor especializado e inovador na área de híbrido rolamentos de esferas de cerâmica. Ao combinar aço para rolamentos de qualidade superior (cromado/inoxidável) com esferas cerâmicas avançadas de Si3N4, produzimos rolamentos que superam os rolamentos de aço padrão em termos de velocidade, peso e vida útil.
