TECNOLOGIA DE PONTA
PARA A INDÚSTRIA EÓLICA
NSK Brasil Ltda. | www.nsk.com.br
Soluções sob medida
sem comprometer
a qualidade.
Como um dos principais fabricantes mundiais de rolamentos, produtos de
movimentação linear e produtos automotivos, a NSK está presente em todos
os continentes com unidades de produção, escritórios de vendas e centros
de tecnologia, já que nossos clientes necessitam de decisões ágeis, entregas
rápidas e serviços locais.
As turbinas eólicas geram eletricidade em condições adversas e extremamente
variáveis, tanto em meio terrestre quanto em alto mar. Uma geração de energia
eficiente exige um alto desempenho de todos os componentes — especialmente
dos rolamentos. Os rolamentos NSK conquistaram uma reputação global
de confiabilidade, resistência ao calor e ao superaquecimento, vida útil
excepcionalmente longa e design ambientalmente correto.
Europa
Uma organização voltada a serviços
— Equipe de Energia Eólica
Nossa Equipe de Energia Eólica combina suas vendas à atividades de engenharia de aplicação para
garantir suporte integrado a nossos clientes no setor de energia eólica. Os resultados de pesquisa
gerados em nossos centros de tecnologia são consolidados por nossa equipe. Além disso, usamos a
nossa rede mundial de subsidiárias para garantir
apoio global a nossos clientes. As operações de
produção são extremamente flexíveis, graças à
implantação de nossa tecnologia de fabricação
altamente adaptável. O mesmo vale para nossas
plataformas de teste, em que podemos conduzir
testes em rolamentos de tamanhos grandes e gigantes para eixos de rotor de usinas eólicas sob
variadas condições.
Ásia
Américas
Oceania
África
A empresa NSK
A NSK iniciou suas operações como a primeira fabricante japonesa de rolamentos em 1916. Desde então,
estamos continuamente expandindo, e melhorando
não só o nosso portfólio de produtos, como também
a nossa gama de serviços para diversos setores
industriais. Nesse contexto, desenvolvemos tecnologias nas áreas de rolamentos, sistemas lineares, componentes para a indústria automotiva e sistemas mecatrônicos. Fornecemos rolamentos de turbinas
eólicas desde os anos 80. Atualmente, nossos produtos estão presentes em todo o mundo, sempre em
busca do mesmo objetivo: redução do consumo de
energia devido ao atrito. Nossos centros de pesquisa
NSK Brasil Ltda. | www.nsk.com.br
e unidades de produção na Europa, América e Ásia
estão conectadas em uma rede global de tecnologia.
Aqui focamos não somente no desenvolvimento de
novas tecnologias, mas também na otimização contínua da qualidade – em todas as fases do processo.
Capacidades de produção expandidas
Uma unidade fabril adicional foi inaugurada no
verão de 2008 em Fujisawa, no Japão, a fim de
ser perfeitamente preparada para a demanda
cada vez maior de rolamentos de grande porte
de nossos clientes. Essa fábrica de última geração
e ecologicamente adaptada, produz uma grande
parte dos rolamentos NSK utilizados na indústria
de energia eólica. A excelente qualidade em todos
os processos e um alto grau de flexibilidade são os
princípios que nos guiam neste segmento.
Entre outras coisas, nossas atividades de pesquisa
incluem design de produto, aplicações de simulação
usando uma variedade de sistemas analíticos e desenvolvimento de diferentes aços e lubrificantes
para rolamentos.
2
NSK Brasil Ltda. | www.nsk.com.br
TECNOLOGIA DE PONTA PARA A INDÚSTRIA EÓLICA
3
Tecnologia
de ponta para a
indústria eólica.
Os investimentos nas quatro principais tecnologias são muito rentáveis para a indústria de energia eólica:
A NSK está entre os líderes quando se trata do desenvolvimento de rolamentos
ainda mais confiáveis, duradouros e robustos — mesmo em altas velocidades.
Em nossos centros de pesquisa na Europa, América e Ásia, realizamos pesquisa
e desenvolvimento nas quatro principais áreas da tecnologia:
Tribologia
Engenharia de Materiais
É sabido que a durabilidade do aço cromo com
alto teor de carbono (SAE52100, SUJ2), utilizado
para rolamentos, é significativamente afetada
por inclusões de componentes não metálicos.
Testes de vida útil mostram que o óxido das
inclusões não metálicas exerce um efeito particularmente adverso na fadiga do rolamento. O
Aço Z da NSK, com menores inclusões de óxidos não metálicos, apresenta melhoria no desempenho, pois é produzido através da redução
dos não metálicos, óxidos e outros, tais como
Titânio ou Enxofre, no interior do aço. Rolamentos feitos desse aço proporcionam durabilidade
significativamente estendida em até 1,8 vezes,
em comparação com o aço convencional desgaseificado a vácuo. Super resistente (Super
TF): como resultado do maior teor de cromo e
austenita residual, a vida útil de um rolamento
feito em material Super TF é ampliada em até
dez vezes quando comparada a um rolamento produzido em material padrão. A tecnologia
Super TF pode ser usada em uma ampla gama
de designs de rolamento, incluindo rolamentos
de rolos cilíndricos, rolamentos de rolos cônicos,
rolamentos autocompensadores de rolos esféricos, rolamentos rígidos de esferas e rolamentos
de esferas de contato angular.
Tecnologia de análise
Quatro principais
tecnologias
Engenharia de materiais
Mecatrônica
> Tribologia
A lubrificação é crucial para rolamentos em movimento linear ou rotativo. Formulações de lubrificantes e processos melhorados de tratamento
de superfície nos permitem desenvolver rolamentos ainda mais rápidos, silenciosos e duradouros, que também são capazes de suportar
altos níveis de carga.
> Tecnologia de análise
No desenvolvimento de produtos, estudos analíticos — principalmente simulações de computador —
são indispensáveis. Nós os usamos para simular o
comportamento dos produtos sob condições ambientais extremas e obter informações valiosas
em relação ao design do produto e aos processos
de fabricação.
> Engenharia de materiais
A ciência dos materiais passa por um desenvolvimento contínuo que visa melhorar a funcionalidade e a resistência dos rolamentos, e nisso, a NSK
está entre os líderes. Nossa pesquisa tem foco na
composição do material e seu tratamento térmico,
na avaliação de desempenho e na avaliação analítica. Os resultados destas pesquisas são aplicados aos novos produtos.
> Mecatrônica
Esta combinação de mecânica e eletrônica está
criando soluções inovadoras e revolucionárias para
motores de alta performance, controle de sistemas
tecnológicos, sensores de precisão e sistemas biomédicos microeletromecânicos. A mecatrônica também desempenha um papel importante na tecnologia de montagem para aplicações que exigem altas
temperaturas, densidade de potência e confiabilidade.
NSK Brasil Ltda. | www.nsk.com.br
Rolamentos eletricamente isolados
Nos casos em que os rolamentos padrão são
expostos à corrosão elétrica, como nos geradores de turbinas eólicas, são usados rolamentos
com revestimento cerâmico ou rolamentos híbridos. Nos rolamentos com revestimento cerâmico da NSK, a cerâmica é aplicada por pulverização de plasma, conferindo uma colagem
segura para o aço do rolamento. O revestimento
cerâmico é coberto com uma resina acrílica que
assegura sua elevada resistência elétrica. Os rolamentos híbridos que usam esferas de cerâmicas
apresentam características de desempenho excepcionais, como resistência térmica, maior vida útil,
menor peso e baixa expansão térmica. Além disso,
4
NSK Brasil Ltda. | www.nsk.com.br
as esferas cerâmicas não são condutoras de eletricidade. Isso faz com que os rolamentos híbridos
sejam também particularmente apropriados para o
uso em geradores. Nós utilizamos o material cerâmico de nitreto de silício (Si3N4) para os elementos
dos rolamentos híbridos.
Equipamentos de teste
Com o desempenho cada vez maior das turbinas
eólicas atuais, rolamentos feitos sob medida são
essenciais. A NSK testa as propriedades desses
rolamentos em plataformas de aplicações específicas de testes que simulam condições reais de
funcionamento.
Bancada de testes para rolamentos do eixo de rotor
Os rolamentos projetados para uso em turbinas
de múltiplos megawatts podem ser analisados
mais detalhadamente sobre esta bancada de
teste. Cargas radiais e axiais e torques flexíveis
podem ser aplicados, e as cargas podem agir de
maneira estática ou dinâmica.
Bancada de teste para rolamentos do eixo de alta
velocidade
Os rolamentos utilizados em eixos de alta velocidade podem ser testados numa bancada de
ensaio especificamente projetada. Assim como
com os rolamentos do eixo de rotor, forças estáticas e dinâmicas, bem como torques, podem ser
aplicados ao rolamento.
Formação de danos sobre a superfície
Formação de danos abaixo da superfície
TECNOLOGIA DE PONTA PARA A INDÚSTRIA EÓLICA
5
Uma invenção
adicional: stiff
Depois de selecionar o tipo de rolamento, o próximo passo é determinar o
tamanho e modelo do rolamento necessário para se chegar a uma solução que
considere todos os aspectos de alta capacidade e design eficiente. Um critério de
importância primordial: a estimativa de vida do rolamento.
A avaliação da deformação de engrenagens planetárias pode ser usada para se adaptar a geometria interna
da disposição dos rolamentos de uma maneira que distribua uniformemente a carga, aumentando, assim,
a vida útil dos rolamentos.
Inovação: STIFF
Na ISO 281, Anexo 4, o cálculo da classificação
da vida útil de serviço modificada baseia-se na
simplificação da geometria dos rolamentos.
A fim de aumentar a precisão dos resultados
destes cálculos, a NSK desenvolveu o software
STIFF, um programa que considera os parâmetros acima citados juntamente com a exata geometria do interior, folga operacional e pré-carga, deformação do rolamento do eixo de rotor,
área de carga e de distribuição de carga entre
elementos rolantes e pista. Esse modelo divide
os elementos rolantes em seções transversais.
A classificação de vida útil modificada é determinada para cada seção transversal. Esses dados
são então integrados utilizando os componentes
de tempo para cada instância do carregamento.
Desde muito tempo os especialistas têm conhecimento do fato de que muitas características
precisam ser consideradas para uma estimativa de vida útil ser confiável. Desenvolvimentos
mais recentes da NSK incluem métodos otimizados e procedimentos de cálculo que aumentam
a precisão para estimar a vida útil do rolamento.
Métodos de cálculo convencionais
Métodos de cálculo convencionais padronizados
para determinar a vida útil do rolamento são
também conhecidos como “método de catálogo”,
que são estipulados pela norma ISO 281. Os parâmetros envolvidos são: capacidade de carga,
limite de rotação e tipo de rolamento. A vida útil
dos rolamentos é apresentada como L10 ou L10h.
A velocidade do vento depende de frequência, lugar e tempo, e
resulta em consideráveis impactos de cargas dinâmicas na
turbina eólica, bem como em seus subconjuntos, incluindo os
rolamentos.
NSK Brasil Ltda. | www.nsk.com.br
Ferramentas práticas
Outro exemplo de método de cálculo utilizado
pela NSK é a análise FEM. A Análise de Elementos Finitos analisa a distribuição de fatores de
tensão no interior do rolamento e em seus componentes e, portanto, fornece um ótimo suporte
para aplicativos não padronizados.
A análise de frequência, por outro lado, examina
a geração de ruído do rolamento no interior da
aplicação. Pode ser compreendida a partir dos resultados da análise de desempenho operacional
e das características do sistema de rolamento.
O TCOS (Atendimento técnico de computação
online) é uma coleção de programas para análise e cálculo on-line de rolamentos a partir de um
grande número de perspectivas.
Para arranjos de rolamentos nas caixas de engrenagens de turbinas eólicas, a vida útil modificada deve ser 175.000 horas, ou seja, 20 anos. O
escopo do software de cálculo é impressionante, e a aplicação fornece resultados que permitem uma análise paramétrica rápida. O sistema
também torna possível poupar tempo ao testar
adaptações especiais de rolamentos.
6
NSK Brasil Ltda. | www.nsk.com.br
TECNOLOGIA DE PONTA PARA A INDÚSTRIA EÓLICA
7
cada solução
exige os produtos
adequados
Rolamentos
do gerador
Rolamentos principais
da caixa de engrenagens
Seja em dispositivos principais ou acessórios, nossa diversificada gama de
produtos oferece soluções precisas para uma ampla variedade de aplicações.
Rolamentos principais
do eixo do rotor
Rolamentos principais do eixo do rotor
O rotor induz altas cargas axiais e radiais aos
rolamentos principais, seja de forma estática
ou dinâmica. Considerando cargas como essas,
rolamentos de alta rigidez são indispensáveis.
Rolamentos autocompensadores de rolos, rolos
cilíndricos e rolos cônicos instalados tanto na
clássica disposição lado fixo e lado livre ou em
disposição flutuante, são particularmente adequados para esta aplicação.
Rolamentos principais da caixa de engrenagens
Uma variedade de disposições de engrenagens
têm sido implementadas para turbinas eólicas
nos últimos anos. Sistemas da classe de megawatts muitas vezes combinam uma fase de
engrenagens planetárias com múltiplas fases de
engrenagens cilíndricas. Nas classes atuais de
multimegawatts, as fases de engrenagens planetárias são conectadas à fases de engrenagem
de dentes retos. Essa técnica também facilita as
transmissões diferenciais. Rolamentos rígidos
de esferas, rolamentos autocompensadores de
rolos, rolamentos de rolos cilíndricos, rolamentos de rolos cônicos e rolamentos de esferas de
quatro pontos de contato são usados, dependendo da posição na aplicação.
NSK Brasil Ltda. | www.nsk.com.br
Rolamentos da bomba de óleo
Os dentes das engrenagens usadas para propulsão da bomba exercem forças radiais e axiais
sobre os rolamentos rígidos de esferas, rolamentos autocompesadores de rolos, rolamentos
de rolos cilíndricos e rolamentos de rolos cônicos usados nesta aplicação.
4
2
1
Rolamentos de geradores
Geradores usam principalmente rolamentos rígidos de esferas e rolamentos de rolos cilíndricos. Transmissões de correntes elétricas podem
danificar os rolamentos e encurtar sua vida útil.
A fim de evitar esse dano, a utilização de rolamentos com isolamento deve ser considerada.
Nós oferecemos rolamentos híbridos com elementos rolantes de cerâmica, bem como com
rolamentos revestidos com material isolante
aplicado aos anéis externos.
3
5
3
Mecanismos de rotação
da caixa de engrenagens
para o ajuste da torre
Rolamentos de inclinação e rotação de caixa de
engrenagens
Mecanismos de rotação da caixa de engrenagens giram a nacela contra ou a favor do vento.
Caixas de engrenagens com inclinação são necessárias para o ajuste da lâmina do rotor. Rolamentos rígidos de esferas, rolamentos de rolos
cilíndricos, rolamentos autocompensadores de
rolos e rolamentos de rolos cônicos são normalmente instalados nessas caixas.
Rolamentos de inclinação
da caixa de engrenagens
8
NSK Brasil Ltda. | www.nsk.com.br
TECNOLOGIA DE PONTA PARA A INDÚSTRIA EÓLICA
9
Rolamentos rígidos de esferas
Características
> Cargas radiais baixas a médias.
>Cargas axiais em ambas as
direções.
> Velocidades elevadas.
Aplicações
> Caixa de engrenagens.
> Geradores.
Rolamentos de esferas de quatro pontos de contato
Design
>Disponíveis com gaiola de aço
estampada, latão usinado e
poliamida.
>Rolamentos eletricamente
isolados.
Características
> Cargas axiais altas em
ambas as direções.
> Velocidades médias.
Design
> Disponíveis com gaiola
de latão usinado.
Aplicações
> Caixa de engrenagens.
Rolamentos autocompensadores de rolos Série HPSTM
Características
> Cargas radiais altas.
>Cargas axiais em ambas
as direções.
> Velocidades médias.
Aplicações
> Caixa de engrenagens.
> Eixo do rotor.
Design
>Disponíveis com gaiola de
aço estampada ou latão usinado.
>Rolos maiores e em maior
quantidade, que permitem maior
capacidade de carga.
>Novo design e tratamento
superficial na gaiola de aço, que
proporcionam menor elevação
de temperatura, maior limite de
rotação e menor desgaste.
>Produzidos com aço com maior
nível de pureza, que proporciona
maior vida útil.
>Estabilizado para trabalhar em
temperaturas até 200ºC.
Rolamentos de rolos cônicos
Características
> Cargas radiais altas.
> Cargas axiais em uma
direção, quando instalado
individualmente, ou em
ambas as direções quando
instalado em pares.
> Velocidades médias.
Aplicações
> Caixa de engrenagens.
> Eixo do rotor.
Design
> Disponíveis nas dimensões
métricas e polegadas.
> Rolamentos de rolos
cônicos HR patenteados pela NSK
para suportar maiores cargas.
> Design da gaiola NSK otimizado
para rolamentos de rolos
cônicos de tamanhos grandes,
instalados em engrenagens
planetárias.
> Disponíveis com gaiola
de aço estampada.
Rolamentos de rolos cilíndricos Série EM/EW
Características
> Cargas radiais altas.
> Cargas axiais pequenas
em ambas as direções,
dependendo da configuração
dos anéis.
> Velocidades altas.
Aplicações
> Caixa de engrenagens.
> Geradores.
> Eixo do rotor.
NSK Brasil Ltda. | www.nsk.com.br
Design
> Disponíveis com
gaiola de aço estampada
e latão usinado.
> Rolos maiores e em maior
quantidade, que permitem maior
capacidade de carga.
> Novo design de gaiola, que
proporciona menor elevação
de temperatura, maior limite
de rotação, menor desgaste
e baixo ruído.
10
NSK Brasil Ltda. | www.nsk.com.br
TECNOLOGIA DE PONTA PARA A INDÚSTRIA EÓLICA
11
NSK Brasil Ltda. | www.nsk.com.br