Artigo escrito por
Helen Hahn e Guilherme Cesca Custódio

Todo bom sistema de transmissão mecânica possui um meio de proteção, e uma das soluções mais utilizadas é por meio de acoplamentos cuja forma construtiva permite um comportamento de falha controlada. Neste artigo, será apresentado como elevar o desempenho de seu equipamento e quais modelos de acoplamentos Acriflex podem proporcionar esses benefícios.

Entendendo o que é o Efeito Fusível na Mecânica

O efeito fusível mecânico é um conceito de proteção aplicado a transmissões de potência, no qual um componente é dimensionado para atuar como o ponto de menor resistência do conjunto, rompendo de maneira previsível quando o torque ultrapassa o limite admissível. A finalidade não é impedir a ocorrência de dano, mas direcioná-lo para um elemento de menor custo e de substituição simples, evitando comprometimento estrutural de partes principais, como eixos, redutores, engrenagens, mancais e perdas de produção por tempo de manutenção. Sob o ponto de vista da engenharia mecânica, esse conceito está relacionado ao limite de tensão cisalhante, resistência à fadiga e capacidade de absorção de energia de impacto dos materiais. Elementos com comportamento elastomérico ou metálico flexível podem deformar, amortecer ou até romper antes que a tensão atinja níveis críticos nas partes estruturais do sistema.

As transmissões mecânicas estão sujeitas a picos de torque decorrentes de:

› Partidas diretas ou frequentes;
› Travamentos repentinos da máquina acionada;
› Variações bruscas de carga;
› Choques mecânicos;
› Desalinhamentos radial, axial e angular;
› Reversões de movimento.

Nessas condições, o torque dinâmico pode ser significativamente superior ao torque nominal de projeto.  Quando não há um elemento com função de proteção mecânica, as tensões são transmitidas integralmente aos componentes rígidos, como eixos e mancais, elevando a probabilidade de falhas por cisalhamento nesses componentes, o que pode gerar perdas maiores, como aumento de custos, perda de tempo, dificuldades para resolver a quebra, entre outros tipos de perdas.

Acoplamentos como meio de Proteção Mecânica

Alguns modelos de acoplamentos elásticos exercem papel central no efeito fusível mecânico, pois em sua forma construtiva, no momento da ruptura do elemento elástico, faz com que a máquina acionada não receba mais o torque da máquina acionadora. De acordo com o catálogo técnico da Acriflex, alguns modelos possuem esta característica possibilitando eliminar a transmissão direta de cargas dinâmicas aos eixos e mancais. Dentro da gama de acoplamentos Acriflex que oferecem esta característica, temos os seguintes modelos: 

Linha AE-A
Possui um elemento de ligação em poliuretano, instalado entre os cubos metálicos. Esse elemento possui alto nível de elasticidade, e sua forma construtiva bipartida proporciona uma troca rápida durante a manutenção.

Linha AVV
Utiliza elemento elástico central em poliuretano entre cubos metálicos. O elemento da linha AVV é semelhante ao da linha AE-A, tendo como diferença o poliuretano utilizado e também seu dimensional, com algumas diferenças geométricas, elevando assim a relação tamanho x resistência.

Linha AX
Emprega elemento elastomérico em borracha natural com raions internos.

Linha AWR
Elemento em poliuretano alojado entre os cubos. 

Linha AE (engrenagem com capa em poliamida)
Possui capa em poliamida envolvendo os cubos dentados metálicos. 

Acoplamentos de Grade AF e AT

Os acoplamentos de grade AF e AT são compostos por cubos em aço SAE 1045 usinados, grades elásticas em aço ligado tratado e elementos de blindagem (tampas, guarnições e anéis de vedação). O princípio de funcionamento baseia‑se na flexão da grade dentro das ranhuras dos cubos.

No modelo AT, a grade possui seção trapezoidal e opera com diferentes regimes de contato conforme o nível de carga:

› Em carga leve, há maior espaço para flexão da grade;  

› Em carga normal, a área de contato aumenta gradualmente;  

› Em sobrecarga, a grade se assenta totalmente nos dentes do cubo, transmitindo a carga de forma mais direta.  

LEVE:

O ponto de contato da grade é na parte externa dos dentes, logo obtém-se um espaço livre para a grade flexionar sob variações de carga.

NORMAL:

A medida que a carga aumenta, a distância entre os pontos de contato diminui, mas ainda permanece um vão para amortecer as cargas de choque.

SOBRECARGA:

Sob sobrecargas extremas, a grade assenta-se totalmente nos dentes do cubo e transmite carga total e diretamente.

Esse comportamento progressivo caracteriza um mecanismo de proteção, pois há absorção de energia por deformação elástica antes da transmissão integral do torque. Além disso, o sistema de vedação reduz a entrada de agentes abrasivos e a perda de lubrificante, preservando a integridade do conjunto. Em regime de trabalho onde a sobrecarga exceda o torque máximo suportado pelo acoplamento, as grades são cisalhadas e assim protegem o equipamento.
 

Ganhos da Proteção Mecânica

A presença de acoplamentos com função de proteção mecânica proporciona:

› Redução de tensões máximas transmitidas aos eixos;
› Redução de custo de manutenção;
› Aumento da vida em fadiga de componentes rotativos;
› Menor incidência de falhas catastróficas;
› Redução de paradas não programadas;
› Maior confiabilidade e disponibilidade do sistema.

Do ponto de vista de manutenção, o elemento elástico passa a ser o componente de substituição periódica, preservando partes estruturais de maior valor.

Depoimento do Diretor
“Desde 2005, a Acriflex Acoplamentos vem ajudando seus clientes, nos mais diferentes segmentos da indústria brasileira, a reduzir custos e otimizar processos. Um case clássico de proteção de sistemas por meio de acoplamento ocorreu em uma indústria do setor de mineração. A empresa utilizava uma bomba d’água (água com resíduo de carvão) importada, com custo aproximado de US$ 12.000, desenvolvida especialmente para suportar a corrosão causada pelo carvão. Mesmo assim, o eixo da bomba apresentava quebras com certa frequência. Após a Acriflex ser consultada, implementamos uma solução com um acoplamento de engrenagem com capa de poliamida (acoplamento AE), no valor aproximado de R$ 100,00. Esse acoplamento passou a proteger a bomba por meio do efeito fusível de sua capa, cujo custo de reposição é de cerca de R$ 30,00”
Afirma, Guilherme Cesca Custódio, diretor da Acriflex Acoplamentos.

Importância no Dimensionamento

A seleção adequada do acoplamento deve considerar torque, rotação e fatores de serviço (funcionamento diário, partidas por hora, tipo de acionamento e máquina acionada), conforme a metodologia de cálculo apresentada no catálogo Acriflex.

O torque nominal do acoplamento deve ser superior ao torque calculado do sistema, garantindo margem de segurança e funcionamento dentro da faixa elástica do elemento, assegurando o bom desempenho do equipamento e, ao mesmo tempo, a proteção do processo.

Conclusão

O efeito fusível mecânico é um conceito fundamental na engenharia de transmissão de potência, no qual o acoplamento atua como elemento de proteção e limitador de propag odo bom sistema de transmissão mecânica possui um meio de proteção, e uma das soluções mais utilizadas é por meio de acoplamentos cuja forma construtiva permite um comportamento de falha controlada. Neste artigo, será apresentado como elevar o desempenho de seu equipamento e quais modelos de acoplamentos Acriflex podem proporcionar esses benefícios.