mancais de rolamentos ESTUDO DE CASO

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MANCAIS DE DESLIZAMENTO E DE ROLAMENTOS EM USINAS HIDRELÉTRICAS

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SUMÁRIO 

INTRODUÇÃO

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IMPORTÂNCIA DOS MANCAIS EM GERAL

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MANCAIS DE DESLIZAMENTO

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FUNÇÃO DOS MANCAIS DE DESLIZAMENTO

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ATRITO EM VELOCIDADES ELEVADAS

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LOCALIZAÇÃO DOS MANCAIS

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TIPOS DE LUBRIFICAÇÃO

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ROLAMENTOS

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MANCAIS DE ROLAMENTOS

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COMO MONTAR E DESMONTAR, MANUSEIO DE UM ROLAMENTO

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COMO É FEITO UM ROLAMENTO

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ROLAMENTO:ASPECTOS GERAIS

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PRINCIPAIS COMPONENTES

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CLASSIFICAÇÃO DE ACORDO COM A CARGA APLICADA

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PRINCIPAIS TIPOS

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PRINCIPAIS TIPOS DE ROLAMENTOS DE ESFERAS

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PRINCIPAIS TIPOS DE ROLAMENTOS DE ROLOS

SUMÁRIO 

MANCAIS E ROLAMENTOS

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ALGUNS FABRICANTES DE ROLAMENTOS

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SELEÇÃO DO TIPO

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FALHAS

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CARGA E VIDA

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CAPACIDADE DE CARGA DINÂMICA

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CARGAS COMBINADAS

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CAPACIDADE DE CARGA ESTÁTICA

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SÉRIES DE DIMENSÕES

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DIMENSÕES PADRONIZADAS

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CODIFICAÇÃO

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MONTAGEM

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ENERGIA HIDRÁULICA

FOCO DE ESTUDO 

Mancais de deslizamento e de rolamentos com ênfase em usinas hidrelétricas

INTRODUÇÃO Mancais são elementos de máquinas que suportam eixo girante, deslizante ou oscilante. São classificados em mancais de:  Mancais convencionais: De rolamento ( de esferas, de rolos, de rolos cônicos, de agulhas) Mancais especiais ( hidrostáticos, aerostáticos, aerodinâmicos e magnéticos) 

IMPORTÂNCIA DOS MANCAIS EM GERAL O funcionamento das modernas máquinas depende, principalmente, do funcionamento perfeito dos mancais nelas existentes. A falha dos mancais, sejam eles de deslizamento ou de rolamento, é motivo suficiente para fazer as máquinas pararem de funcionar, causando prejuízos para a produção. De fato, a condição ideal para se conseguir que uma determinada máquina ou equipamento trabalhe de acordo com suas características, implica a execução das seguintes ações:  cumprir fielmente as recomendações do fabricante no que diz respeito à manutenção da máquina ou equipamento.  inspecionar as máquinas e equipamentos para detectar os elementos mecânicos, sujeitos aos danos, aplicando os princípios da manutenção preventiva.

MANCAIS DE DESLIZAMENTO

FUNÇÃO DOS MANCAIS DE DESLIZAMENTO

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A principal função dos mancais de deslizamento, existentes em máquinas e equipamentos, é servir de apoio e guia para os eixos girantes.

FUNÇÃO DOS MANCAIS DE DESLIZAMENTO A vida útil dos mancais de deslizamento poderá ser prolongada se alguns parâmetros de construção forem observados:  os materiais de construção dos mancais de deslizamento deverão ser bem selecionados e apropriados a partir da concepção do projeto de fabricação.

ATRITO EM VELOCIDADES ELEVADAS

LOCALIZAÇÃO DOS MANCAIS

TIPOS DE LUBRIFICAÇÃO 

Hidrodinâmica : Este tipo de lubrificação ocorre quando duas superfícies em movimento relativo são separadas por uma película de um fluido lubrificante.

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Hidrostática: É essencialmente uma forma de lubrificação hidrodinâmica em que as superfícies metálicas são separadas por uma película completa de óleo, mas em vez de serem autogeradas, a pressão de separação é fornecida por uma bomba de óleo externa.

TIPOS DE LUBRIFICAÇÃO 

Elastohidrodinâmica: A condição de lubrificação elastohidrodinâmica (EHD) pode gerar a separação completa entre as superfícies, provendo filmes de espessura entre 0.025 e 1.25 μm.

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Filme sólido (a seco): Lubrificante com efeito deslizante e toque a seco, funciona como um isolante protegendo a peça contra o desgaste e corrosão.

CRITÉRIOS DE SELEÇÃO DOS LUBRIFICANTES 

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Critérios de seleção dos lubrificantes no passado para uma aplicação especifica poderiam ser satisfeitos usando lubrificantes para finalidades em geral. A seleção de lubrificantes foi tipicamente baseada em experiência de uso e no conhecimento. Hoje, essa abordagem não é mais viável devido aos requisitos dos atuais ambientes e na grande diversidade dos sistemas, muito mais exigentes em sua execução e com velocidade maiores. Os lubrificantes usados nos dias de hoje devem satisfazer exigência extremas e específicas para cada tipo de aplicação

TRIBOLOGIA 

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Tribologia é o estudo científico e tecnológico da interação de superfícies em movimento relativo do atrito, lubrificação e desgaste. A tribologia desde então, tornou-se a base para a seleção de lubrificantes. Os requisitos de lubrificação para uma determinada aplicação podem ser identificados examinando os efeitos dos parâmetros do sistema tribológico na química do lubrificante

TRIBOLOGIA: SISTEMA Antes que o lubrificante adequado possa ser selecionado para uma determinada aplicação, o sistema tribológico deve ser identificado. Este sistema inclui algumas variáveis ou critérios importantes como o tipo de movimento, a velocidade, temperatura, carga e ambiente operacional.  Uma vez que esses parâmetros do sistema são identificados, o responsável técnico por essa identificação, pode utilizar diferentes lubrificantes para selecionar um que otimize o desempenho da aplicação.  Como cada composição química possui vantagens e desvantagens , é importante escolher o mais apropriado para se ‘ encaixar’ com cada um dos parâmetros do sistema tribológico.  Além disso, o responsável técnico deve analisar a aplicação com base no sistema tribológico identificado. Esta análise inclui elementos como fatores de velocidade, lubrificação elasto-hidrodinâmica(EHD), cálculos de vida útil dos rolamentos , lubrificação de extrema pressão, lubrificação de emergência e vários requisitos especiais de aplicação que cada fabricante orienta. 

IDENTIFICANDO AS VARIÁVEIS DO SISTEMA TRIBOLÓGICO 

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Tipo de movimento O primeiro parâmetro do sistema tribológico envolve o tipo de movimento. O movimento pode ser deslizante, o que exigiria a teoria da lubrificação hidrodinâmica para sua análise ou rolamento, caso em que a teoria da lubrificação EHD seria aplicada. O deslizamento e o rolamento combinados também são uma possível forma de movimento em certos rolamentos de elementos rolantes, incluindo o rolamento de rolos cônicos. Deslizar na área de costela pode ocorrer neste rolamento, mas os elementos rolantes rolam nas superfícies da pista. A proteção de lubrificantes desses tipos de movimentos pode ser otimizada com substâncias químicas específicas. Algumas químicas de lubrificantes são eficazes em contatyos deslizantes, mas não funcionam também em contatos de rolamento

IDENTIFICANDO AS VARIÁVEIS DO SISTEMA TRIBOLÓGICO  

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Velocidade A velocidade é o segundo parâmetro no sistema tribológico. A velocidade pode ser dividida em intervalos gerais: rápido, moderado e lento os intervalos especificos para cada uma dessas categorias de velocidade podem ser definidos usando o fator de velocidade, conforme definido na Equação 1 : Fator de velocidade =n .dm n= velocidade de operação , rpm dm = diâmetro médio do rolamento, mm= (ID+ OD)/2 ID = diâmetro interno, mm OD = diâmetro externo, mm A partir da curva de Stribeck , existe uma velocidade ótima para o contato lubrificado. Conhecendo a velocidade do contato, um lubrificante pode ser selecionado com os atributos físicos ótimos para minimizar o atrito. Curva de Stribeck é um gráfico que mostra a relação entre coeficiente de fricção e o numero adimencional ᵑ n/P onde ᵑ é viscosidade de

dinâmica, ‘n’ é velocidade, e ‘P” é a carga por unidade da a´rea projetada.

CURVA DE STRIBECK

Figura12. Curva de Stibeck em função de t ( extraído de E. Temanik. Tese de Doutorado

IDENTIFICANDO AS VARIÁVEIS DO SISTEMA TRIBOLÓGICO 

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Temperatura O terceiro parâmetro tribológico é a temperatura. Todos os lubrificantes possuem intervalos de temperatura específicos para um ótimo desempenho. Muitos lubrificantes têm uma ampla faixa de temperatura operacional; no entanto , alguns lubrificantes são mais adequados para temperaturas mais baixas Carga Carga, o quarto parâmetro, é um fator importante, que afeta a exigência de lubrificante. Uma carga leve pode indicar que a aplicação é sensível ao torque de fricção e, portanto, um lubrificante deve ser selecionado para minimizar o atrito do fluido enquanto ainda fornece proteção contra de metal a metal.

IDENTIFICANDO AS VARIÁVEIS DO SISTEMA TRIBOLÓGICO  

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Ambiente operacional O último parâmetro do sistema tribologico é o ambiente operacional da aplicação. Se o ambiente incluir umidade ou água, o lubrificante deve fornecer boas propriedades de anti-corrosão, bem como resistência á lavagem ou contaminação da água. Se o aplicativo funcionar em vácuo ou vácuo parcial, a pressão atmosférica da aplicação deve estar dentro dos limites operacionais do lubrificante e acima da sua pressão de vapor á temperatura de operação.

IDENTIFICANDO AS VARIÁVEIS DO SISTEMA TRIBOLÓGICO 

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Outros fatores á serem considerados Além das variáveis como critérios citadas acima, ainda temos que considerar outros fatores que determinam essa definição do lubrificante correto. Dentre elas estão o intervalo de troca principalmente no caso do óleo lubrificante, quais os métodos de aplicação desse lubrificante e o tamanho dimensional, tipo e materiais dos sistemas, elementos ou componentes a serem lubrificados. E nos casos onde a aplicação requer a presença de certos líquidos ou vapores químicos, o lubrificante selecionado deve ser resistente a esses produtos químicos.

ROLAMENTOS

Prof. Julio Almeida

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MANCAIS DE ROLAMENTOS

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COMO MONTAR E DESMONTAR, MANUSEIO DE UM ROLAMENTO

Como montar e desmontar rolamentos, manuseio e manutenção de rolamentos a quente e a frio. NTN-SNR https://www.youtube.com/watch?v=7JRdX-EjYlI

COMO É FEITO UM ROLAMENTO

ROLAMENTO:ASPECTOS GERAIS • • • • • • • • •

menor atrito na partida; pequena variação do coeficiente de atrito; permitem esforços radiais e axiais; exigem pequena manutenção; mais ruidosos e caros; vida útil limitada (fadiga); padronização; liberdade para escolha do material do eixo; e etc.

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PRINCIPAIS COMPONENTES

Anel (pista) interno Anel (pista) externo Corpo rolante (esferas ou rolos) Gaiola (separador) Vedação (o’ring) Fonte: GM Media Archives 5

PRINCIPAIS COMPONENTES Anel (pista) interno Anel (pista) externo Corpo rolante (esferas ou rolos)

Gaiola (separador) Vedação (o’ring)

PRINCIPAIS COMPONENTES

ANEL EXT

ANEL INT

CORPO ROL

GAIOLA

Fonte: NSK Brasil(2017)

CLASSIFICAÇÃO DE ACORDO COM A CARGA APLICADA

RADIAIS AXIAIS Fonte: NSK Brasil(2017)

CLASSIFICAÇÃO DE ACORDO COM A CARGA APLICADA

CARGAS COMBINADAS Fonte: NSK Brasil(2017)

PRINCIPAIS TIPOS

Fonte: GM Media Archives 10

PRINCIPAIS TIPOS DE ROLAMENTOS DE ESFERAS Rígidos (fixos) de esferas – ponto de partida de projeto, por serem os mais comuns, suportarem cargas combinadas e permitirem elevadas rotações.

Autocompesadores de esferas – de similares ao fixo esferas, mas próprios para eixos longos e situações de desalinhamentos.

Fonte: NSK Brasil(2017)

PRINCIPAIS TIPOS DE ROLAMENTOS DE ESFERAS Contato angular – permite cargas combinadas, com a parcela de carga axial num único sentido, motivo pelo qual são normalmente utilizados aos pares.

Autocompesador de rolos – próprio para situações de desalinhamentos e grandes carregamentos.

Fonte: NSK Brasil(2017)

PRINCIPAIS TIPOS

Fonte: GM Media Archives

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PRINCIPAIS TIPOS DE ROLAMENTOS DE ROLOS Rolos cilindrícos – para grandes cargas radiais e nenhuma carga axial.

Rolos cônicos – permitem grandes cargas axiais, são desmontáveis e normalmente utilizados aos pares. A inclinação do rolo pode ser uma restrição ao carregamento. Fonte: NSK Brasil(2017)

PRINCIPAIS TIPOS DE ROLAMENTOS ROLOS

DE

Axiais de esferas de escora simples – não suportam cargas radiais, não suportam altas rotações e exigem um bom posicionamento do eixo. Axial autocompesador de rolos – similares aos axiais de esferas, mas com cargas axiais num único sentido. Agulhas – para restrições de dimensões no sentido radial, cargas bruscas e baixas rotações. Fonte: NSK Brasil(2017)

MANCAIS E ROLAMENTOS

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https://www.youtube.com/watch?v=2B6WJvTJ2Pk

ALGUNS FABRICANTES DE ROLAMENTOS

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SELEÇÃO DO TIPO - Espaço disponível

- Desalinhamento do eixo

- Velocidade - f(temperatura funcionamento) Fonte: NSK Brasil(2017)

SELEÇÃO DO TIPO - Montagem e desmontagem

- Blindagem

Fonte: NSK Brasil(2017)

FALHAS • se houver lubrificante em quantidade e qualidade adequada, a falha ocorrerá apenas por fadiga superficial; • ruído e vibração darão indícios do início da falha; • as falhas seguirão a distribuição de Weibull;

https://www.manutencaopreditiva.com/manutencao/diagnosticar-falhascomponentes-mecanicos

VIDA DO MANCAL

Vida do mancal = número total de revoluções (ou horas de funcionamento) em operação (carga constante) até que o critério de falha seja desenvolvido. Fonte: NSK Brasil(2017)

CARGA E VIDA

a

L1   F2  L 2  F1 

F.L1/a  cte.

a = 3 – para mancais de esferas a = 10/3 – para mancais de rolos Fonte: NSK Brasil(2017)

CAPACIDADE DE CARGA DINÂMICA Capacidade de Carga Dinâmica (C10) - valor que expressa a carga (do fabricante) que permitirá ao rolamento atingir 1 milhão de revoluções (ISO 281/I-1977).

C10L10 1/a  FL1/a 1/a

 L   C10  F.   L10 

CAPACIDADE DE CARGA DINÂMICA 1/a

 L   C10  F.   L10 

L  60.n.Lh

F = carga radial no rolamento L = vida esperada (em revoluções) n = rotação do eixo (rpm) Lh = vida esperada (em horas)

1/a

 60.n.Lh   C10  F.   60.n10 .Lh10 

1/a

 60.n.Lh  F.   106 

CARGAS COMBINADAS P  X.V.Fr  Y.Fa P – carga equivalente V – fator de rotação Fonte: NSK Brasil(2017) V = 1 – anel interno rotativo V = 1,2 – anel externo rotativo X, Y – fatores radial e axial, respectivamente. Dependem da geometria do rolamento e indicam a habilidade do mancal acomodar cargas radiais e axiais

CAPACIDADE DE CARGA ESTÁTICA Capacidade de Carga Estática (Co) - valor que expressa a carga que causará uma deformação permanente total do corpo rolante e das pistas, correspondente a 0,0001 do diâmetro do corpo rolante.

SÉRIES DE DIMENSÕES

Fonte: GM Media Archives

DIMENSÕES PADRONIZADAS

Fonte: GM Media Archives

Dimensões padronizadas: diâmetro interno, largura, diâmetro externo e tamanho dos filetes nos ressaltos (eixo encaixe).

YY-XXXXX-WWW

e

CODIFICAÇÃO YY-XXXXX-WWW YY – prefixos (letras) – designação complementar dada a um rolamento. Ex. L = anel interno ou externo removível.

Primeiro dígito = tipo do rolamento. Segundo dígito = série de larguras – 0,1,2,3,4,5 e 6 Terceiro dígito = série de diâmetros externo – 8,9,0,1,2,3 e 4 49 combinações de largura para cada diâmetro de eixo!! Dois últimos dígitos= 1/5 do diâmetro do furo (há exceções). WWW – sufixos (letras) – designação complementar dada a um rolamento. Ex. F – gaiola usinada em aço ou F.F., Z – rolamento blindado em um dos lados.

CODIFICAÇÃO

https://slideplayer.com.br/slide/1590523/

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Fonte: GM Media Archives

Fonte: GM Media Archives

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Fonte: GM Media Archives

Fonte: GM Media Archives

MONTAGEM

Fonte: GM Media Archives

MONTAGEM

Fonte: GM Media Archives

MONTAGEM

Fonte: GM Media Archives

Monitoramento básico da condição

Fonte: SKF

Monitoramento básico da condição

Fonte: SKF

Monitoramento básico da condição

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Fonte: SKF

Monitoramento básico da condição

Monitoramento básico da condição A manutenção e a inspeção são realizadas com a finalidade de manter as condições originais dos rolamentos pelo maior tempo possível. Através destas, as falhas são antecipadamente remediadas, garantindo a confiabilidade operacional, possibilitando o aumento da produtividade e a redução de custos.  A manutenção requerida é aquela realizada periodicamente, segundo procedimentos específicos que correspondam às condições operacionais das máquinas, abrangendo o acompanhamento da condição em operação, a complementação ou troca do lubrificante e a desmontagem periódica para avaliações.  A inspeção durante o funcionamento deve abranger itens como: o ruído no rolamento, vibrações, temperatura e o estado do lubrificante; caso for encontrada alguma anormalidade durante o funcionamento, a causa deve ser identificada e eliminada através de medidas corretivas, referenciando 

ENERGIA HIDRÁULICA

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https://www.youtube.com/watch?v=K6ahOC1CDbY

ENERGIA HIDRÁULICA

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https://www.youtube.com/watch?v=97EHFqMRRzg

ENERGIA HIDRÁULICA O uso de Mancais é essencial para a geração de energia elétrica, pois a combinação dos mancais deslizantes com os mancais de rolamentos fazem com que o rotor possa girar.  Com isso irá transformar energia mecânica em energia elétrica. 

ENERGIA HIDRÁULICA 

Isso se dá pela transformação da força mecânica em uma força induzida que está diretamente ligado ao campo magnético girante.

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Essa variação do fluxo magnético faz com que gere uma tensão induzida que é canalizada e transportada na rede de energia.

ENERGIA HIDRÁULICA 

Para isso e preciso equipamentos de grande porte

ENERGIA HIDRÁULICA Os mancais costumam ser feitos de compósitos reforçados com fibras, e costumam suportar uma carga de 20.000 psi/ 140 Mpa. E com baixos coeficientes de fricção.  Cada gerador tem a capacidade de gerar até 800MW de energia. 

ENERGIA HIDRÁULICA

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https://www.youtube.com/watch?v=RgF_-1te-v4

ENERGIA HIDRÁULICA

ENERGIA HIDRÁULICA A ANEEL(Agência Nacional de Energia Elétrica) é o órgão responsável pela normatização desse serviço, e as NBR ligadas ao setor de geração de energia.  Esses órgãos são responsáveis pelo regulamentação do dimensionamento de matérias necessários para que seja instalada de forma correta os geradores de energia. 

ABORDAGEM MULTIDISCIPLINAR Os mancais tornam possível o grande trabalho de muitas máquinas que são utilizadas diariamente, sem os rolamentos por exemplo o funcionamento básico das máquinas modernas como carros e caminhões seria quase impossível.  Observa diversas atividades industriais como geração de energia, energia nuclear, indústria automobilística, naval e aeronáutica, indústria alimentícia e farmacêutica, indústria agrícola, entre outros. 

ABORDAGEM MULTIDISCIPLINAR 

Para fazer a instalação de um gerador é necessário analisar vários fatores. Um engenheiro mecatrônico junto com sua equipe precisa estar atento com o fluxo de água que passará pela comporta e a força o qual a água irá fazer sobre o equipamento para poder captar o máximo de energia possível minimizando as perdas.

BIBLIOGRAFIA DE REFERÊNCIA Engenharia Mecânica, editora Bookman; e site da SKF www.skf.com SHIGLEY, BUDYNAS-NISBETT MechanicalEnginee- ring Design, 8ª Ed. – McGraw-Hill Primis. https://www.ggbearings.com/pt/faq/paraque-sao-utilizados-mancais-em-hidreletricas

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