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PROJETOS CONSTRUTIVOS DE MOINHOS ROTATIVOS NOS CIRCUITOS DE MOAGEM COM MANCAIS PRINCIPAIS COM ROLAMENTOS OU CASQUILHOS

I. S. JAMET1; P. P. Sobarzo•

o trabalho ora apresentado, aborda os aspec tos técnic os relevantes no dimensionamento e projeto construtivo de moinhos rotativas com mancais principais com r olamentos autocompensadores de rolos lubrificados por gra xa e moinhos rotativas com mancais principais com cas quilhes lubrificados por óleo. Apresenta-se um estudo grá fico sobre distribuição de esforços e deformações para um moinho de bolas 0 4, 6 x 6,0 m de descarga por overflow, para um nível de enchimento de projeto de 45 %, com sistema de a c ionamento simples, motor assíncrono. É abordado, também, os critérios de processos , mecânicos e económicos, que são levados em consideraç ão para uma tomada de decisão ótima, na definição do dimensionamento e do projeto construtivo mais indicado numa aplicação industrial. Finalmente, faz-se um relato das particularidades de mancais com casquilho e rolamentos, tipos e vantagens.

CONSTRUCTIVE DESIGN OF ROTARY MILLS IN THE MILLING CIRCUITS WITH ROLLER OR SLIDE BEARINGS

The following article presents the technica l aspects relevant to the dimensioning and constructive of r o taty mills with the main bearing working with self a ligning roller bearings, lubrificated with grease and rota ry mi lls, with the main bearings working with slide bearings lubrificated with o i l. A graphilc study of the for ces a nd t he s tra ins i n a ba ll mi ll (ball dia 4 , 6 * 6.0 m, of overflow unload , for a fill i ng leve l of project of 45%, with simple operation s ystem and assynchronous motor, is presented. It is also studied th e mechanical and economical.process criteria which are tak en in an optimum decision, defin i ng the bast indicated dirne ns i oning and construc tive projects in an indus tri a l a pl l icat i o n . Finaly, a report on the types and advantage s of the r o ller a nd slide bearings is presented.

1 Engenh~iro Mecânico, Gerente de Engenharia da KHD - Kloc kner Humboldt Deutz do Brasil Ltda

> Engenheiro em Metalurgia Extrativa, Gerente de Projetes Minerais e Metalürgicos da KHD - Klóckne r Humboldt Oe utz do Brasil Ltda

275

INTRODUÇÃO

A moag e m v i a úmida com moinhos rotativos representa um

alto custo de capital, razão pelo qual, é necessário procurar

todas a s alternati va s pass i veis para obter a máxima

rentabilidade de s t e e l evado custo de capital. Portanto, a

otimização de cu s t os de um complexo industrial se inicia na

análise técn i cajeconômica cr iteriosa para o suprimento do

equipame nto; observa ndo- s e nesta análise , não só o custo de

investimento , mas t a mbém , o custo operacional

represe nta durante toda a vida do empree ndime nto.

que isto

É importante ressaltar que a incidência do custo da

moagem é muito alt a no custo de produção da usina de

beneficiamento. O consumo de energia, revestimento e corpos

moedores a t inge n ive i s de 4 0 a 55% do custo final, tornando­

se, motivo s ufi ci ent e pa r a a nalisar e xaustivamente todos os

ganhos que p od em ser obtidos num projeto construtivo de

moinhos rota ti vo s , o u s ej a com mancai s

autocompensadore s d e r o l os o u casquilhes.

de

DISTRIBUIÇÃO DE ESFORÇOS E DEFORMAÇOES NOS MOINHOS

rolamentos

Os es f o r ç os nos moinhos p odem se dividir em 2 grupos:

Esforços com Moinho Parado

Com moinho pa r ad o os e s forços máximos são estáticos, e se

distribuem ao longo das testeiras e do tubo, conforme indicado

na Figura 1 a n e xa.

A obs e rvaçã o da Figura 1 mostra o seguinte:

Os esforços s ão máximos nos extremos inferior e superior.

Os valores d os esforços na parte superior variam de 1/16 a

1/1,6 aproximad a mente dos valores dos esforços na parte

inferior, sendo os da parte superior esforços de compressão e

os da parte inferiõr de tensão.

Exemplo: Esforço de compressão no centro do

tubo na parte superior

Esforço de tensão no centro do

tubo na parte inferior

Esforço de compressão no flange de união do lado do mancal mó-

vel na parte superior

Esforço de tensão no flange de

união do lado do mancai móvel na

parte infer ior

Esforço de compressão no flange

de união do lado do mancal fixo na

parte superior

Esforço de tensão no flange de

união do lado do mancal fixo na

parte inferior

276

3,90 Nfmm2

24 Nfmm2

12,5 Njmm2

28,6 N/mm2

3,0 Nfmm2

5,0 N/mm 2

Existirá então, uma superfície neutra em que os esforços

de compressão se anulam e passam a ser de tensão .

Na distribuição de esforços no sentido longitudinal do

moinho, se observa que os esforços nos flanges são diferentes

para o flange do mancal móvel (máximos), que para o flange

fixo (mínimos). I s to se deve a contribuição da coroa no módulo

resistente da sec ção, já que a coroa vai instalada no flange

do lado do mancal fixo, naturalmente.

Esforços coru moinho girando

A análise dos esforços nos moinhos para efeito de

dimensioamento, se faz, naturalmente, com moinho carregado .

Ao girar o moinho, a superfície do extremo superior

(submetida à compressão ) diminuirá seu valor absoluto até se

277

anular na superfície neutra do moinho e, a partir desta, o

esforço mudará de sentido passando a ser de tensão, o qual,

aumentará até um máximo no e xtremo inferior.

Esta muda nça de sentido a contece 2 vezes a cada giro (uma

vez no s ent ido descende nte da superfície do moinho

considerada, e uma v e z, no sentido ascendente). Como os

moinhos giram cerca de 20 rpm em média, a sua estrutura estará

submetida a e s forços a lte rna dos durante cerca de 2 x 20

revjmin x 60 minjhor a x 24 hora jdia x 360 diasjano x 15 anos =

300 x 106 vezes na s ua vi d a méd ia.

As deformaç õe s d ev ida s a estes esforços são então,

proporcionais a eles. Maiores na parte inferior, e menores

na parte superior. Ass im , c onforme a Figura 2, as deformações

parte inferior são d a ordem de 1,8 mm (esticamento) máximo e

na parte superior são de cerca de 0,337 mm (compressão), e

acontecem no c entro do tubo do moinho.

Nas t aro pas, as maiores deformações acontecem nas secções

de transição , e ntre os munhões e o cone, e nas flanges de

união com o c orpo do moinho, devido que, nesses pontos, se

concentram os ma i o r es es f orços. Compreende-se então, a

necessidade de projetar as tampas com os munhões tão estreitos

quanto possível, bem como, um rígido controle de fundido e

usinado, n a zona de tra nsição munhão-cone, para evitar

defeitos de f~ndi ção, ou trincas superficiais que depois

possa m se expandi r e provocar a falha da tampa.

Uma ilustraç ão típica de deformações .em moinho carregado é

mostrada na Figura 3 , em qu e foi feita uma análise pelo método

"Infinite Squares ".

PROJETO CON~TRUTIVO DE MANCAIS DE MOINHOS ROTATIVOS

278

O projeto construtivo de mancais dos moinhos rotativas

obedece a vários critérios que devem ser rigorosamente

investigados antes de se tomar uma decisão. Estes critérios

são:

Critério de processo

- No dimensionamento dos mo inhos rotativas de barras ou

bolas, para atingir o máximo de rendimento num projeto dado,

devem ser analisadas, criteriosamente, toda s as condições,

como moabilidade do material, distribuição granulomét.t ica da

alimentação e produtos, velocidade d e quebra, fr iabilidade,

tipo de alimentação/descarga e dimensões do moinho, níveis de

enchimento, distribuição de tamanho, forma , densidade dos

corpos moedores , veloc idade do moinho, carga circulante, nível

de enchimento com polpa, r e l ação líquidojsólido na alimentação

do moinho, e E iciência do equipamento de classificação.

Finalmente, em função da vazão e velocidade da polpa na

entrada do moinho, define-se o diâmetro ótimo do "trunnion".

Critérios mecânicos

- Pressão específica sobre os munhões provocada pelo

moinho totalme nte carregado

- Comprimento x d i âmetro externo do munhâo, para o caso de

mancal com ca s quilho e para mancal de rolamento

- Tipo e confiabilidade das vedações contra água e polpa

externas

- Máxima temperatura suportada pelo casquilho

Critério económico

- No ca s o do mancal de casquilhas:

Custo da c~ixa de mancal fundida e sistema de vedação

custo dos casquilhas com aplicação de metal patente

279

Cus to do sistema de lubrificação por alta e baixa

pressão

Custo dos s istemas de resfriamento do casquilho e de

de lubrificação

Diferença de custos da tampa fundida, pois deve ser

mais reforçada e com munhão mais longo que a tampa,

para o manca l de rolamentos

Custo dos cones de alimentação e descarga,

gem intername nte os "trunnions"

Custo das bases e chumbadores

que prote-

Custo dos painéis elétricos, CCM, e sensores de pres-

são, vazão e tempera tura

Custo operacional dos sistemas de refrigeração e lu­

brificação e c usto de paradas de manutenção corretiva.

- No caso dos manca is de rolamentos:

Custo da caixa de mancais soldada e anéis de vedação

(mais barata)

Custo de rolamento

Cus to do sensor de t emperatura (mais barato)

Cu s to menor das tampas e dos cones internos de alimen­

tação e descarga

Custo da base e chumbadores (mais barato)

Confiabilidade operac ional (alta)

Mancais com casquilho

A Figura 4 mostra um corte típico e simplificado de um

manca! de casquilho de 0 700 mm.

Os mancais com casquilho compreendem uma robusta carcaça

em ferro fundido, montada sobre uma base, também robusta

de aço soldado, que pode ser regulável ou fixa, e chumbada em

bases de concreto.

Num bom projeto, a carcaça pode

óleo. Em outros proj e tos, o depósi to

280

ser v ir de depósito de

é separado. Na parte

interna há um apoio para o casqui lho, um anél pescador para

subir o óleo lubrificante e dirigi-lo para o manca!, bem corno,

tubulações para óleo lubrifican t e e refrigeração do casquilho.

Além disto, existem portas de visita para acesso ao

pescador de óleo, e ao casquilho nos 2 extremos. As guias para

obter um manca! fixo e outro móvel estão feitas no rnunhão da

tampa.

O casquilho é de aço fundido, com recobrimE•nto de metal

patente. o corpo do casquilho tem dutos internos ~ara resfria­

mento, sendo que o assento na carcaça é com perfil esférico

para permitir deformações angulares.

Para evitar o contat o me tálico entre o munhão e o metal

patente na par tida, que poderá destruir o casquilho, utiliza­

se um sistema de lubrificação por a lta pressão, que eleva o

moinho e permite a partida de l e flutuando. Após alguns

segundos, o sistema de alta pressão é desligado, começando a

funcionar um sistema de baixa pressão, depoi s que o moinho já

2steja girando.

Ambos os s i stemas r equerem filtros, bombas de engrenagens,

válvulas de retenção, pr e ssostatos, manómetros locais,

válvulas controladoras de vazão, e painéis elótricos e de

controle.

Um sistema t ípico de lubri f icação de alta e baixa pressão

é mostrado na Figura 6.

Existe m projetas confiáveis para mancais principais com 0

máximo de 1.000 mm , que dispensam o uso de sistema de

lubrificaçã o de a lta pressão.

281

Mancais com Rolamentos

A Figura 5 mostra um corte de um mancal com rolamento,

para diâmetro do munhão de 0 700 mm.

A necessid a d e de diminuir custos sem prejudicar a

qualidade e a vida útil do conjunto, assim como, o incentivo a

utilização inte ns iva dos moinhos, tentando eliminar os

períodos de para d a s por falhas nos mancais, levou à pesquisa

de alternativas mais simples e confiáve is.

Nestas alte rnativas, os rolamentos são uma ex~elente

opção, já que eliminam a dependência direta com os sistemas de

lubrificação e sua instrumentação, sistemas de aquecimento,

resfriamento e v e d a ções que podem ser fonte de inúmeros

problemas e paradas do equipamento.

O resulta dn prático deste desenvolvimento e aplicação de

rolamentos é que para o fabricante do moinho, se ganha em

segurança do e qu i pa mento, já que, normalmente, um par de

rol amentos e suas caixa s de mancais, tem custo equivalente

aos mancais convenc ionais. Porém, para o c liente, usuário do

moinho, o ganho é enorme, po is, assegura durabilidade,

confiabilidade e performance constante, eliminando as paradas

do moinho por d e feito de mancais ou seus periféricos.

A Figura 5 mostra também que o braço de torque da reação

do mancal, em relação à zona de transição entre o munhão e o

cone da tampa diminui de 360 mm pa ra 250 mm numa tampa com

munhão de 0 700 mm. Isto significa, que o torque e em

consequência a tensão nessa área cai na relação (360:250)-1 =

0,44 ou 44 %, aproximadamente.

Quanto a capacidade

atender (primeira mente)

material a ser moído,

de

as

o

carga, desde

cond,.i..ções

que

da

o munhão deve

alimentação do

diâmetro do rolamento deve,

282

normalmente, acompa nhar o diâmetro do munhão, ficando

geralmente superdime nsi o nado em relação a capacidade de carga.

Assim, ao checar a vida útil, chega-se, facilmente, a

valores a c ima

verificação de

de 200. 000

carga, mostra

horas

que a

de se r v iço

capacidade

contínuo. A

da carga dos

rolamentos supera de 3 a 4 vezes a carga de um mancal

convencional de casquilho do mesmo diãmetro, sendo que a

largura do rolamento é sempre bem menor, que a do casquilho.

Para o

especializado

usuário s~gnifica também,

(instrumentistas, eletricistas,

poupar pessoal

hidráulicos) e

assegurar que o encarregado de processo vai dispôr de muito

mais tempo para contro l ar sua s variáveis de processo, ao poder

esquecer, c om segurança, dos problemas dos mancais. O único

cuidado a se t er é uma lubrificação com graxa a cada 3 dias,

com um mecânico comum .

Tipo de Rolamentos

Para moi nhos que peque nos, isto é, para uma distância

entre mancai s nenores que 2. m e di â me tros do tubo de até 1, 5

m, aproximadamente, e desde que se tenha cargas leves, haverá

desalinhamentos a ngulares mínimos. Nes~es casos, pode-se usar

rolamentos autocompe nsadores d e rol o s de sér i es ligeira s, como

a série SKF 239 até di âmetros de munhão de 1.120 mm e, se

possível, com furo cilíndrico para simplificar a caixa do

mancal.

Para moinhos méd ios, utiliza-se, ainda, a série 239. Pode­

se utilizar, também, as séries de rolamentos 248 e 249,

quando o diâme tro de munhão é maior que 1.120 mm.

Nos moinhos p equenos, a lubrificação pode ser somente

manual e nos moinhos médios e grandes, pode-se colocar um

283

sistema de graxa automático. A quantidade varia de 2 a 5

gramas/horas, ~anto no rolamento, como nos labirintos. Na

moagem via Qmida, a graxa deve ter boa estabilidade mecânica e

antioxidantes, sendo que o óleo de base deve ter uma

viscosidade de aproximadamente 300 cST a 40 QC.

Para montagem de rolamentos de furo cilíndrico, utiliza­

se, normalmente, um pa nelão de óleo aquecido com resistências

elétricas para expa ndi-lo. Logo em seguida, retira-se o

~olarnento com ponte rolante ou outro equipamento de elevação e

transporte e, inst a lando-o no munhão, deixando-o depois ao ar,

o qual o contrai, gerando a força de fixação. Feito isto,

apoia-se o moinho sobr e a caixa do manca! e fecha-se a mesma.

Para facilitar a desmontagem, o munhão é construído com

dutos longitudinais e ranhura s circunferenciais, nas quais

aplica-se ól e o pres s urizado, o qual cria um filme entre o

diâmetro interno do rolamento e o diâmetro do munhão, fazendo

o rolamento flutuar , e, permitindo assim sua fácil retirada.

Vantagens

As vantagens técnicas do us o de rolamentos, estão listadas

a seguir:

Vida Qtil muit o s upe rior aos mancais de casquilho,

malrnente acima de 150.000 horas

no r-

Projeto c o ns trutivo mais simples e compa cto que os man­

cais de c asquilho, diminuindo os esforços sobre as taro-

pas e o corpo, permitindo que estes sejam mais leves

- Menor consumo de energia (aprox. 5 a 8%), ao diminuir as

forças de atrito e por ser o moinho mais leve

Maior segurança na operação ao não depender de sistemas

hidráulicos e de controle complicados e sujeitos a

falhas quando atuam.ern meios agressivos

- Eliminação dos sistemas hidráulicos e de lubrificação,

284

sendo, desnecessária, a assistência ou contratação

de pessoal especializado em hidráulica e instrumentação

Evita a entrada de polpa nas caixas dos mancais, durante

a lavagem dos moinhos, o que provoca, muitas vezes,

a perda do casqui lho e o riscado do munhão. Os sólidos

contidos na polpa ao serem levados até o metal patente

incrustam-se nele e r iscam ambas as peças: casquilho

e munhão

CONCLUSÃO

A substituição dos mancais de c asquilhes pelos de

rolamentos pode vir, no mínimo, a minimizar a grande perda de

receita decorrente da parada de um moinho, por 1 ou 2 dias,

para conserto da instrumentação ou, a cada 2 meses, para

reparos nos sistemas hidráulicos. Somam-se a isto os danos

causados pela perda de um casquilho e riscados do munhão, quer

impliquem em enchimento e usinagem dos riscos, nos casos de

tampas de aço fundi do , ou perda da tampa, no caso de tampa de

ferro fundido. Estes fatos, sem dúvida, justificam,

economicamente, a subst ituição dos mancais de casquilho pelo

de rolamentos.

Embora no Brasil o u so de mancais com rolamentos seja

pouco difundido, cabe destacar que na Europa eles são usados

há mais de 20 anos, com completa segurança, sendo hoje o uso

de mancais de casqu ilho uma raridade.

Os tamanhos dos rolamentos vão de 3 50 a 1. 200 o mm e em

alguns casos, até 1.500 mm. Na faixa acima de 1.200 mm, eles

concorrem com as sapatas deslizantes hidrostáticas, que

começam a ser ma is baratas.

REFERÊNCIAS

1. SKF Goteborg. Produkttenick och Kvalitet,

Information, Tag 1981-04~15. Reg. 841.

285

Technische

2. Diversas correspondências mantidas com o Sr. Spürck, Eng.

da KHD Humboldt Wedag AG, Alemanha, durante vários projetas

realizados no Brasil.

3. Revista de Rodamientos 238, SFK Espanola, S .A. Madrid.

4. Revista cte Rodamientos 239, SKF Espanola, S.A. Madrid.

5. Rodamientos en Molinas, Reg. 841121-2000-1981-11, SKF, Gama

5, impreso en Sue cia por Elanders.

6. Labahn/Kohlhaas, Cement Engineers' handbook, material pre­

paration of cement . 1/2/3.

7 . K.A. Rázumov, V. A. Peron, Proyectos de Fábricas de prepara­

ción de minerales , editorial Mir 1985.

8 " Taggart, ha ndbook of minera l dressing, ore and industrial

minerals.

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de Casquilho~ 700 mm

291

FIGURA 6

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