MOINHOS VERTICAIS DE ROLOS Elementos de Máquinas INTRODUÇÃO Há muito tempo os moinhos verticais de rolos tem sido amplamente empregados na preparação da farinha alimentada ao forno de cimento por serem capazes de trabalhar uma ampla faixa de materiais atingindo a finura requerida a um processo eficiente. O projeto de um moinho vertical combina os processos de secagem, moagem e separação em uma única unidade, simplificando sobremaneira o layout da planta. Embora os projetos iniciais para aplicar este tipo de monho na cominuição do clínquer tivessem enfrentados vários problemas, principalmente devido ao elevado desgaste dos elementos de moagem, os esforços empregados na otimização otimi zação do processo e dos componentes mecânicos resultaram num excelente exemplo de superação técnica. Como conseqüência o novo moinho OK tornou-se muito mais eficiente em termos de consumo consumo de energia energia que um moinho moinho tradicional de bolas e muito mais confiável mecanicamente que uma prensa de rolos. Este moinho sobrepujou os problemas inerentes à moagem de materiais muito finos ou de difícil moabilidade através um projeto inédito e patenteado dos rolos e mesa de moagem. Os novos rolos tem um formato esférico com um depressão no meio. Com isto, lóbulos duplos duplos criam duas duas zonas distintas de moagem, moagem, umazona umazona inicial com baixa pressão que produz um leito de material consistente e desaerado e outra zona subseqüente de alta pressão que comprime e cominui eficazmente o material. Na seqüência seqüência deste trabalho apresentamos apresentamos um estudo detalhado dos diversos componentes deste moinho, estudo estudo este essencial para que os técnicos técnicos envolvidos na sua operação e manutenção deste monho vertical de rolos possam adquirir o domínio tecnológico necessário ao cumprimento adequado de suas tarefas relacionadas ao mesmo.
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CARCAÇA Normalmente a carcaça de moinhos verticais de rolos é fabricada em duas partes. A parte inferior é uma estrutura que executa várias funções principais incluindo o suporte para os outros componentes do moinho, abrigo ao redutor r edutor e mesa de moagem, e conexão ao sistema de dutos de gases quentes. Canais de transporte de gases quentes, dispostos ao redor da carcaça inferior, têm a função de equalização do suprimento de gás de secagem. Na região superior da carcaça está aparafusado o anel de bocais para a condução final do fluxo de gás quente.
O corpo principal do moinho é uma carcaça cilíndrica montada sobre a parte inferior que abriga o sistema de moagem. O corpo do moinho também é a seção através da qual o conjunto de rolos é acionado pelo sistema hidráulico contra a mesa de moagem. Há uma porta grande de acesso acesso ao o moinho para inspeção inspeção e manutenção. manutenção. O corpo do moinho também é protegido por placas substituíveis de desgaste. Várias pequenas aberturas no corpo do moinho servem para permitir o ingresso de conjuntos de injeção de água, ar de selagem, lubrificação aos rolos de moagem, etc. O chute de alimentação de matérias frescas que dirige material ao centro da mesa de moagem é parte integral do corpo do moinho.
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ACIONAMENTO O torque necessário para a rotação da mesa de moagem é gerado por um motor elétrico e transmitido ao redutor redutor através de um acoplamento acoplamento flexível. A tarefa principal do redutor é a transmissão da potência do motor à mesa de moagem por meio de uma combinação de engrenagens específicas a cada redutor. Ao mesmo tempo o redutor “reduz” a velocidade do motor à velocidade
requerida na mesa de moagem. Esta reação de velocidade de entrada e saída do redutor é uma característica intrínseca do mesmo. A segunda tarefa do redutor é a absorção adequada das múltiplas e variadas forças que se originam sem interrupção na mesa de moagem durante o processo de produção, além além de suportar o peso peso próprio da mesa. mesa. A absorção das forças resultantes no processo é conseguida mediante o emprego de um mancal axial de coxins basculantes colocado na parte inferior do flange de saída do redutor. O fluxo de forças provenientes da mesa se distribui através do mancal, da própria carcaça do redutor e de seus componentes, até chegar à base ou fundação do redutor. Uma série de fatores tais como tolerâncias permitidas em dimensões, eventuais sobrecargas, sobrecargas, o peso próprio do redutor, o tipo do moinho, etc., deve ser levada em conta no momento do projeto e seleção do tipo de redutor para uma dada aplicação específica.
O conceito empregado na primeira geração de redutores para moinhos verticais consistia em duas etapas de pinhões helicoidais combinados com uma etapa de par cônico, projetados para obter uma faixa de transmissão de potência entre 50 e 3900 kW; Embora este conceito básico ainda tenha validade, sua aplicação máxima está limitada a 1.000 kW devido às grandes dimensões das engrenagens necessárias para obter a redução necessária para obter a redução de velocidade, além dos custos dos materiais empregados na sua fabricação e do peso total resultante do próprio redutor. Tendo ficado evidentes os limites da aplicação da primeira geração de redutores, a próxima opção técnica para melhorá-lo consistiu na introdução de uma etapa de engrenagens engrenagens planetárias para substituir as etapas de pinhões helicoidais. O sistema planetário já era bastante apreciado em outros campos de aplicações industriais por suas vantagens na redução substancial do material empregado para obter uma determinada potência. 3
Neste conceito, a potência do motor principal é transmitida ao sistema planetário (segunda etapa) por meio de um par cônico pinhão/coroa cônico (primeira etapa) e um acoplamento dentado. O suporte de arraste das engrenagens planetárias transmite então o torque ao disco exterior do redutor. Uma redução significativa do peso total, das dimensões e dos custos implicados são vantagens óbvias que aparecem quando se comparam este conceito com o prévio.
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E stágio de Redução com E ngrenagens Cônicas H elicoidais A etapa coroa-pinhão transmite a potência horizontal proveniente do motor em uma direção vertical. A relação total de engrenagens requerida é adaptada nesta etapa e o par cônico é montado inteiramente no interior do redutor. O pinhão e o eixo da coroa são suportados por mancais deslizantes. Os dentes da coroa são cônicos helicoidais (com maior superfície de contato), endurecidos e retificados.
E stágio de E ngr enagens Planetárias As etapas planetárias estão localizadas no interior da carcaça do redutor, acima da etapa coroa-pinhão. O pinhão solar é acionado pelo motor através da etapa pinhãocoroa e transmite a potência ás engrenagens planetárias. O lado externo do conjunto planetário está conectado ao disco exterior e é suportado na unidade de arraste. O conjunto planetário transmite o torque ao eixo de saída. As engrenagens planetárias e o pinhão solar têm dentes paralelos, endurecidos e retificados. A engrenagem anular é temperada e tem dentes precisos. Tanto os flancos dos dentes do pinhão como seu perfil e modificações longitudinais, são projetados para compensar totalmente as deformações do próprio pinhão central e das engrenagens planetárias que ocorrem sob carga. 5
Este método garante um contato ótimo nos flancos dos dentes e assegura uma longa vida útil. As engrenagens passam por tratamento térmico. Os dentes internos têm seu acabamento executado em uma máquina de usinagem com ferramenta especial de corte ou esmerilhamento.
Mancais da Mesa de Moagem As forças axiais são absorvidas por um mancal de empuxo com coxins enquanto as forças radiais são absorvidas por um mancal radial. Os mancais têm as seguintes funções: - direcionar as forças de moagem da mesa, através da caixa do redutor, para as fundações do moinho. - manter as partes do estágio planetário na posição correta. Mancal de Empuxo com Coxins O mancal de empuxo com coxins direciona as forças axiais da mesa de moagem para as fundações do moinho através da caixa do redutor, mantendo ao mesmo tempo o mancal planetário na posição axial correta. Os coxins são revestidos com metal patente e raspados manualmente. Sua função é absorver as forças dinâmicas e estáticas de moagem. São lubrificadas com óleo em alta e baixa pressão, ou seja, hidrostática e hidro-dinamicamente. Suas temperaturas são monitoradas continuamente.
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O óleo do sistema de alta pressão é alimentado através de furos internos aos coxins e pressionado para fora entre o disco de saída e a superfície do coxim. Assim, o disco de saída flutua sobre um filme de óleo, mesmo sob baixas velocidades. O sistema de sistema de lubrificação de baixa pressão mantém uma troca constante de óleo no reservatório de óleo assegurando que os coxins sejam lubrificados e resfriados. Quando o disco de saída é acionado, os coxins irão deslizar suavemente e óleo do reservatório é drenado entre os coxins e o disco de saída de modo que se forma um filme de óleo com formato de cunha entre tais superfícies. Mancal Radial O mancal radial mantém a mesa de moagem e o mancal planetário na posição radial correta. Este mancal é lubrificado pelo sistema de lubrificação de baixa pressão.
Unidade de Lubrificação do Redutor O sistema lubrificação exerce as seguintes funções: - lubrificação de baixa pressão para engrenagens e mancais - lubrificação de baixa pressão para o mancal de apoio. - lubrificação alta pressão para as sapatas do mancal de apoio. - controle da viscosidade do óleo: resfriamento do óleo; aquecimento do óleo. - filtragem do óleo - monitoramento de segurança: pressostatos; termostatos; fluxostatos; sensores de nível de óleo; interbloqueios. O sistema lubrificação possui as unidades de lubrificação de baixa pressão e alta pressão. O circuito de lubrificação com óleo em alta pressão tem como função efetuar a lubrificação do mancal de empuxo com coxins.
O circuito de lubrificação com óleo em baixa pressão exerce as seguintes funções: 8
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lubrificação das engrenagens e mancais. limpeza do óleo. resfriamento do redutor durante a operação do moinho. aquecimento do redutor durante a partida moinho.
Tanque de Óleo O tanque de óleo serve como plataforma onde são instalados componentes tais como as bombas de alta e baixa pressão, filtro de óleo duplo intercambiável, resfriador de óleo e painel de instrumentos de controle.
Acoplamento Motor / Redutor A conexão entre o redutor e o motor é feita por um acoplamento elástico flexível que compensa os desvios ocasionados pelas forças mecânicas e expansão térmica. Os elementos de borracha do acoplamento são inseridos em padrão estrela. Usa-se silicone como lubrificante para introduzir o último elemento.
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ALIMENTAÇÃO
E clusa Rotativa A alimentação do moinho é realizada através de uma válvula rotativa, também denominada de eclusa rotativa, que provê uma dosagem constante e uniforme do material provindo de um silo de estocagem. A aplicação de uma eclusa rotativa é especialmente recomendada para alimentar materiais crus de um local para outro onde é necessário comprimir os materiais devido à limitação da entrada de ar falso. A eclusa consiste essencialmente de uma carcaça, um rotor com pás, duas tampas frontais com mancais para o eixo do rotor e uma estação de acionamento. No projeto de uma eclusa as pás em rotação se distanciam a não mais que 1 mm da carcaça, evitando, portanto ao máximo a entrada de ar falso.
O princípio operacional de uma eclusa rotativa é o seguinte: o material desliza para o interior da eclusa ao longo da entrada e é distribuído nas câmaras do rotor. Na entrada, uma placa de impacto comprimida por mola previne que o material se aglomere nesta região. O rotor transporta o material para baixo até a saída de onde é descarregado para a calha de entrada do moinho. Caso corpos estranhos sejam capturados pela eclusa fazendo que a mesma seja parada, o acoplamento irá deslizar e o vigia de velocidade emitirá um sinal de alarme. O rotor é divido em seis câmaras (espaço compreendido entre duas pás consecutivas), cada qual suprida com segmentos ajustáveis contra desgaste para assegurar uma vedação eficaz contra o desgaste da carcaça e um bom efeito de compressão do material mesmo após um longo tempo em serviço.
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As células da eclusa podem ser equipadas com revestimento em segmentos de aço, ou, alternativamente, com um revestimento borracha flexível. Com isto, um material pegajoso pode ser removido durante a operação aplicando-se de ar comprimido no espaço abaixo do revestimento de borracha através da ativação de uma válvula solenóide durante 15 segundos entre intervalos de 5 a 30 minutos. A eclusa também pode ser aquecida para evitar o agarramento de materiais pegajosos e úmidos. Ar aquecido ou gás quente flui dentro do rotor para aquecer as palhetas e as bases da cavidade. As placas da tampa removíveis permitem fácil manutenção e acesso para limpeza. Os painéis laterais removíveis permitem a limpeza das hastes dos rotores e substituição do revestimento. O revestimento do “cilindro” é feito em peças múltiplas e pode ser substituído sem a remoção do propulsor e as tampas laterais.
Chute de Alimentação Um chute de alimentação recebe o material da eclusa rotativa e o dirige ao centro da mesa de moagem, caindo diretamente sobre o centro da pista de moagem, que pertence à mesa de moagem. O chute inclinado tem revestimentos substituíveis feitos com carbeto de cromo. Uma tampa removível reduz o efeito do fluxo do ar no chute. O reforço do arranjo reduz o desgaste por deslize.
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MESA DE MOAGEM
Mesa de Moagem A mesa de moagem é constituída por uma peça rotativa pesada de aço fundido. A volumosa massa do corpo da mesa absorve parte da força originada pelos rolos de moagem, devido à própria massa, atravé s de um efeito de “bigorna”. A mesa de moagem se encontra firmemente presa a flange do redutor através de estais e porcas sextavadas. A pressão aplicada à mesa de moagem bem como seu peso próprio são suportados por um mancal do tipo semi-hidrostático. Neste mancal a carga é suportada por uma grossa película de óleo fornecida por uma vazão constante de óleo proveniente de uma bomba de alta pressão. O mancal é composto por um conjunto de coxins, recobertos por metal branco, dispostas em um círculo.
A pista de moagem, que é circular, consiste de segmentos de desgaste que são feitos de aço fundido em liga de Cr ou Ni, resistentes ao desgaste. Os segmentos servem de pista de moagem. A parte central da mesa é fechada através de uma tampa central que dispõe de porta de inspeção.
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Os segmentos da pista de moagem devem assentar-se perfeitamente sobre a mesa e são travados por meio de um anel de fixação. A montagem é iniciada posicionando um segmento sobre a mesa seguro pelo respectivo segmento do anel de fixação. Seqüencialmente montam-se os outros segmentos que devem ficar corretamente distanciados por uma placa de espaçamento. Posteriormente estes espaços são preenchidos com epóxi. O último segmento é travado por meio de um calço usinado. Durante a montagem dos segmentos sobre a pista de moagem deve se tomar especial cuidado no manuseio dos mesmos, pois embora tenham alto grau de dureza e sejam extremamente resistentes ao desgaste tem baixa característica de resiliência, ou seja, são passíveis de quebra por choques. O desgaste dos segmentos deve ser medido periodicamente segundo uma instrução especifica utilizando-se um gabarito apropriado. Os perfis de desgaste devem ser convenientemente registrados para prever uma futura troca dos segmentos.
A recuperação do perfil da mesa devido ao desgaste pode ser feito através da aplicação de cordões de solda. Este trabalho é feito diretamente sobre a mesa, sem erguer os rolos, utilizando um uma pistola especial de soldagem. A pistola aplica um cordão contínuo de solda enquanto a mesa é lentamente acionada por meio de um motor de velocidade variável.
A taxa típica de desgaste é de cerca de 1,0 g/ton. o que dá uma vida útil em torno de 12.000 horas sem efetuar uma recuperação periódica que pode reduzir o desgaste em até 50%. Os segmentos da mesa podem chegar a suportar até 25 recuperações.
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A vedação da mesa de moagem tem projeto baseado no moinho Atox e é montada no ponto em que a mesa de moagem passa através do nível intermediário da caixa do moinho. Um anel com placas aparafusadas em conjunto com elementos fundidos criam um selo em labirinto de abertura muito reduzida. Isto elimina o contato entre partes deslizantes reduzindo o desgaste e necessidade de manutenção.
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Anel de Barragem Um anel de barragem ou retenção é montado ao longo da periferia da mesa de moagem e sua função consiste em coletar o material moído na pista de moagem de modo que seja gerado um “leito” de material de espessura apropriada. Este anel é
montado sobre anéis intermediários que por sua vez estão apoiados sobre anéis de base. A altura do anel de barragem é crítica para o desempenho do moinho. Uma altura muito baixa resultar em vibrações no moinho. Uma altura muito grande resulta em perda de eficiência do moinho. A altura do anel de retenção deve ser correta em relação à pista de moagem e tal altura pode ser ajustada através dos anéis intermediários. O anel é feito em perfis soldados justapostos. Normalmente a altura do anel de barragem é de 120 mm. O ar em alta velocidade misturado ao clínquer ou escória moída pode ser comparado a um efeito de “jato de areia”. Com o desgaste progressivo dos segmentos do anel de barragem pode
ser necessário ajustar a altura do anel por meio da introdução de novos perfis.
Anel de Venezianas Um anel de venezianas canaliza o fluxo de gases quente e o distribui uniformemente em torno da periferia da mesa promovendo um novo fluxo rotacional em alta velocidade que transporta o material moído até o separador. A área deste pode ser ajustada de modo a obter-se uma velocidade ótima para o transporte pneumático. O anel de venezianas também é sujeito a forte desgaste por abrasão devido à alta velocidade do fluxo de gases e ao efeito de “jato de areia”, de modo que sua
manutenção deve ser providenciada quando necessário.
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Anel de Bocais Um anel de bocais, justaposto ao anel de venezianas, dirige o fluxo de ar para o centro do moinho reduzindo o desgaste e danos dos rolos. Com isto obtém-se uma pressão diferencial constante bem como um fluxo ótimo de material. Também se maximiza a estabilidade operacional.
Raspadores Raspadores montados na parte inferior da mesa de moagem fazem com que o material que cai através do anel de bocais para o nível intermediário da caixa do moinho seja transportado até a tremonha de rejeitos de é convenientemente extraído. Os raspadores devem passar suavemente sobre a superfície da chapa do nível intermediário da caixa do moinho, sem tocá-la quando a mesa estiver girando. A folga mínima entre o raspador e a chapa de fundo deve ser de 40 mm. Os raspadores devem ser inspecionados em relação a desgaste e torque de seus parafusos de fixação, pois, solto ou frouxo pode causar um série de danos.
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ROLOS DE MOAGEM Os rolos de moagem são ferramentas essenciais ao processo de cominuição em um moinho vertical de rolos. Cada um dos rolos do moinho OK incorpora um mancal com rolamento com cilindros duplos e um mancal com rolamentos cônicos duplos. Os rolamentos são lubrificados e resfriados por meio de um sistema de circulação de óleo provindo de uma estação de bombeamento instalada separadamente. Isto assegura uma lubrificação ótima dos rolamentos, resultando em longa vida útil. Os selos são mantidos limpos por meio de ar de selagem tomado pela baixa pressão no interior do moinho.
Unidade de Lubrificação dos Rolos Os rolos dos moinhos verticais possuem uma unidade de lubrificação especificamente destinada para instalações onde se aplica a lubrificação por circulação de seus mancais e selos. Cada rolo tem sua própria unidade de lubrificação, montada próxima à base do moinho. As principais funções desta unidade são fazer circular o óleo, manter sua pressão correta, manter um nível correto de óleo nos rolos de moagem, otimizar a lubrificação dos mancais e selos durante a operação. Além das bombas de óleo com equipamento auxiliar, a unidade de lubrificação incorpora um dispositivo para condicionamento do óleo no que tange ao nível de temperatura e pureza. Dispositivos de segurança abrangentes também são incorporados à unidade para proteção dos mancais dos rolos.
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As unidades de lubrificação consistem de um tanque de óleo e, para cada rolo, duas bombas, uma de alimentação de óleo ao rolo e uma de sucção do óleo do rolo. A bomba de alimentação de óleo é conectada por meio de uma mangueira ao eixo do rolo que é situado em nível mais alto. Esta bomba transporta o óleo sob pressão até o rolo para que seus rolamentos sejam adequadamente lubrificados. Um fluxo constante de óleo é suprido ao rolo, a uma taxa de aproximadamente 6 l/min. Da bomba, o óleo é dirigido a um filtro de pressão. Após o filtro o óleo é enviado a um trocador de calor óleo/água onde é resfriado e subseqüentemente bombeado até o rolo. Leituras da temperatura do óleo no tanque podem ser obtidas por meio de um termômetro instalado localmente (T tanque: 80°C). A temperatura operacional do óleo é monitorada constantemente. Se a temperatura do óleo, qualquer que seja o rolo, tornar-se anormalmente alta, um alarme será disparado no Controle Central (T alarme: 85°C; T parada: 90°C). A temperatura do óleo no rolo é indicada pela temperatura do óleo no tanque. O óleo é selecionado com base em uma temperatura operacional T máx de 120°C, sem circulação de óleo. A temperatura do óleo no tanque pode ser aumentada por meio de elementos de aquecimento. (liga: T 50°C; desliga: 60°C). Deve haver um nível mínimo de óleo no tanque para evitar um sobreaquecimento. Outra bomba succiona o óleo de volta ao tanque através da linha de retorno e filtro e resfriador de óleo. Como é gerado calor por atrito bem como pelas flutuações nas taxas de carga sobre os rolamentos, isto faz com que a temperatura do óleo suba. Um trocador de calor instalado na estação de bombeamento mantém a temperatura constante nos rolamentos. Para não sobrecarregar o rolo a capacidade da bomba de sucção é quase o dobro da taxa de fluxo. Para prevenir que o rolo tenha seu óleo drenado, o ponto de sucção no eixo do rolo é situado em uma altura apropriada assegurando um nível constante e suficiente de óleo no rolo. Um respiro equipado com um filtro é colocado como segurança caso ocorra uma sobre pressão ou sub pressão no rolo. Deste modo, na partida do moinho em condição fria, os rolos devem ser operados durante um curto período de tempo (máximo 1 hora) sem qualquer circulação. Em regiões frias, pode ser necessário aumentar a temperatura do óleo no rolo para assegurar que o mesmo tenha viscosidade permitindo que seja bombeado de volta ao tanque.
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Para proteger os vários componentes do rolo contra pressões excessivas, a instalação contempla uma válvula de segurança que é capaz de desviar o fluxo total do óleo. Manômetros monitoram a linha de bombeamento e sucção do óleo bem as condições dos filtros. O projeto dos rolos é efetuado de maneira tal que o nível do óleo deverá, no mínimo, sempre se estender até o selo do eixo do rolo. Isto significa que o moinho pode ser posto em operação sem a operação simultânea da estação de bombeamento. Isto pode ser feito, por exemplo, quando o moinho tem sua partida dada em uma condição “fria” sem que o óleo tenha temperatura suficientemente alta. O período durante o qual
é possível operar o moinho sem fluxo de óleo é restrito a um máximo de uma hora. O nível de óleo no tanque é monitorado por um sensor de nível que dispara um alarme para o Controle Central se o nível descer abaixo de um limite mínimo. Se as indicações de fluxo ou pressão zerarem a bomba será desativada e o moinho imediatamente parado. O sensor de nível é o instrumento mais importante para manter o nível correto de óleo no rolo.
Segmentos de Desgaste dos Rolos Os segmentos de desgaste nos rolos de moagem estão sujeitos a um forte desgaste. Uma vigilância severa das taxas de desgaste é necessária para a projeção dos ciclos de substituição.
Antes da primeira partida e após a substituição das peças de desgaste, é importante efetuar medições de referência para uso durante a vigilância futura do desgaste. Para este fim, é fornecido um gabarito para o controle dos rolos.
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Os rolos podem ter revestimentos em segmentos e, deste modo, são fáceis de serem trocados quando gastos. Além disso, os segmentos gastos podem ser revertidos para utilizar os dois lados dos segmentos, aumentando assim seu grau de utilização. Entretanto, para moinhos que operam com materiais muito abrasivos como escória o revestimento com eletrodo duro nas superfícies sujeitas a desgaste é um meio muito interessante e viável para alcançar uma alta disponibilidade do sistema de moagem, diminuindo também os custos de manutenção. Este revestimento é uma alternativa econômica para troca das peças de desgaste e é muito adequada às ferramentas de moagem feitas em aço fundido de alto cromo como as que são usadas no moinho OK. Se os revestimentos forem do tipo segmentado podem ser recuperados inúmeras vezes aumentando sobremaneira sua vida útil. A recuperação do perfil do rolo devido ao desgaste pode ser feito através da aplicação de cordões de solda. Este trabalho de manutenção é feito normalmente sobre dois rolos ao mesmo tempo, no interior do moinho.
Uma pistola especial de soldagem aplica um cordão contínuo de solda enquanto o rolo é acionado por um motor de velocidade variável. Prevê-se aplicação de depósitos de 10 a 15 kg solda/h. Os rolos de moagem também são particularmente sujeitos a desgaste por erosão nos locais em que cruzam a zona de alta velocidade do anel de venezianas. Nestas regiões os rolos são protegidos por placas metálicas soldadas.
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SISTEMA DE PRESSÃO HIDRÁULICA
O sistema de pressão hidráulica consiste de um conjunto de equipamentos que aplica e controla a pressão hidráulica exercida pelos rolos de moagem contra a mesa de moagem durante a operação. O equipamento também serve para reduzir a carga sobre o motor durante a partida, erguendo os rolos sobre o leito de moagem durante tal procedimento. A descrição detalhada do equipamento hidráulico é dada em um manual de instrução separado. A força de moagem é transferida diretamente aos eixos dos rolos de moagem por meio de um sistema hidráulico que consiste de uma estação hidráulica, quatro cilindros hidráulicos, cada qual equipado com dois acumuladores, e, finalmente, conexões hidráulicas entre a estação de bombeamento e os cilindros.
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A principal função do sistema hidráulico consiste em aplicar uma pressão de moagem contra o leito de material na mesa de moagem durante a operação. A função secundária é atuar como um sistema amortecedor para movimentar os rolos para acompanhar as variações na mesa de moagem. Finalmente, o sistema alivia a carga sobre o motor durante a partida, erguendo os rolos sobre o leito de moagem. Os quatro rolos são conectados separadamente a um cilindro hidráulico através de um braço de alavanca e uma haste de tensão. Cada cilindro é equipado com acumuladores hidráulicos, cujo óleo fica em conexão direta com a extremidade do pistão do cilindro. Os acumuladores absorvem o impacto e funcionam como molas pneumáticas permitindo que os rolos se movam em etapas devido às variações na espessura do leito de material. Os movimentos dos rolos geram um fluxo de óleo no sistema hidráulico, que por sua vez acarreta variações na carga na forma de picos de pressão basicamente por causa da rigidez e resistência do fluxo do sistema/acumuladores. A pressão de moagem, isto é, a pressão do óleo na parte superior do pistão é simultaneamente regulada para os quatro cilindros. Entretanto, em relação a qualquer outro aspecto, estas unidades, com seus acumuladores, operam como unidades de pressão completamente independentes para seus rolos separados. Em um moinho OK, como em qualquer moinho de rolos, existe uma correlação específica entre a pressão hidráulica de moagem Pw (bar) nos cilindros e a pressão específica de moagem KT (kN/m2), que é uma medida da carga mecânica aplicada sobre o moinho. A correlação entre Pw, Pf e KT , respectivamente, é vista no diagrama seguinte. A pressão máxima de moagem Pw (pressão de trabalho) não deve jamais ser excedida exceto se for obtida uma permissão prévia e escrita pelo departamento técnico responsável da F.L.Smidth. Recomenda-se que a pressão de pré-carregamento Pf seja ajustada de modo que a pressão desejada de moagem tenha um valor equivalente ao valor médio da faixa entre Pw, min. e Pw, max.
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Em um sistema hidráulico uma bomba abastece o sistema hidráulico com a pressão desejada. A válvula de retenção mantém a pressão constante. A bomba não fica em operação durante o modo normal de moagem. O motor da bomba bloqueia o sistema até que os sensores de nível de óleo indiquem que o mesmo é correto e que sua temperatura seja maior que o valor de controle de temperatura mínima (15°C).
O Controle Central ajusta a pressão no valor desejado e o PLC envia um sinal ao CCM para partir e parar a bomba sempre que for necessário para manter a pressão do sistema.
Quando o fluxo da bomba é direcionado para o lado inferior do cilindro o rolo levanta. Óleo do topo do cilindro é forçado para o interior do acumulador. A válvula de fluxo livre é fechada durante o levantamento dos rolos.
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E stação Hidráulica A unidade da estação hidráulica, responsável pela criação da energia hidráulica para o trabalho de moagem consiste de um conjunto que contém o tanque de óleo hidráulico, bombas, bloco de válvulas, e componentes de condicionamento do fluido. O tanque de óleo hidráulico é capaz de armazenar 1.000 litros, o que corresponde aproximadamente ao volume de óleo normalmente mantido no sistema e tanque. Isto significa que é possível armazenar o óleo do sistema no tanque em relação a qualquer trabalho de manutenção. A principal bomba do sistema hidráulico é uma bomba de pistão axial de compensação de pressão que envia o óleo pressurizado para os cilindros e acumuladores. Um medidor de fluxo é instalado na linha de drenagem da bomba.
Uma bomba axial de pistão tem certo número de pistões dispostos de forma circular dentro de uma carcaça comumente denominada de cilindro tipo tambor. Quando o bloco do cilindro é acionado passa a girar em torno de seu eixo de simetria que é mais ou menos alinhado com os pistões de bombeamento. Em uma unidade de fluxo variável, o vetor normal ao plano da placa oscilante é ajustado paralelo ao eixo de rotação, ou seja, não há movimento dos pistões em seus cilindros, ou seja, não fluxo de saída. O movimento da placa oscilante controla o fluxo da bomba desde zero até o valor máximo.
À medida que a bomba sofre desgaste o fluxo na linha de drenagem aumenta, de modo que esta taxa de fluxo fornece uma informação preciosa sobre a condição da bomba. Entretanto, deve-se notar que variações de padrão de fluxo também podem ocorrer caso seja feito um reajuste ou manutenção na bomba.
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Um indicador visual de fluxo instalado na linha de drenagem da bomba principal é utilizado para monitorar a condição da bomba. Quando a bomba começa a sofrer desgaste o fluxo de óleo na linha do dreno tende a aumentar. A bomba auxiliar de filtragem é uma bomba de engrenagem que bombeia o óleo através de um circuito separado que consiste de um filtro e um resfriador de óleo. O resfriamento é controlado por uma válvula controlada termostaticamente. Esta bomba também é utilizada para esvaziar o tanque. Exceto quando já se encontra em operação, o motor da bomba auxiliar de filtragem será automaticamente partido quando o motor da bomba principal é acionado. Este motor pode ser partido e parado independentemente do motor do moinho ou do motor da bomba principal (troca do cartucho do filtro, nova reposição de óleo, etc.
A bomba auxiliar não deve ser acionada se a temperatura do óleo for menor que 0°C. Neste caso, pode ser necessário utilizar aquecedores com ventiladores se a viscosidade do óleo impactar sua circulação natural durante a fase de aquecimento. Em circunstâncias normais os elementos de aquecimento são automaticamente ligados quando a temperatura do óleo for menor que 25-35°C, dependendo do tipo de óleo que está sendo usado (isto corresponde a uma viscosidade de 100 cSt). Estes elementos são novamente desligados quando a temperatura é de aproximadamente 40°C. Quando a temperatura do óleo é superior a 0°C, a bomba auxiliar pode ser partida e um aquecimento subseqüente do óleo deve acontecer por estar sujeito à circulação através do filtro. Em sistemas hidráulicos só deve ser utilizado óleo hidráulico de alta qualidade de acordo tanto com o produto solicitado pelo fornecedor do sistema para a planta específica. Por outro lado, a seleção do óleo sempre depende da temperatura do óleo prevista para a planta em questão. De maneira geral a temperatura de um óleo hidráulico operando nas plantas normalmente não deve exceder a 60°C tendo uma base contínua e sustentável. Valores limites na temperatura do óleo hidráulico durante a operação:
34°C a 71°C - FLS Mat.-7025 42°C a 81°C – FLS Mat.- 7026 O sistema é equipado com um filtro com elemento filtrante de 10 micra. Um alarme é disparado no Controle Central quando o filtro se encontra sujo tornando necessário trocar o elemento filtrante. Não se deve completar o tanque quando o sistema está rodando porque o óleo que retorna pelas tubulações, bem como dos acumuladores, poderá encher completamente o tanque provocando uma parada da planta. 27
Instrumentos para medição de temperatura monitoram a temperatura do óleo hidráulico no tanque. Um manômetro especial monitora a condição do filtro do fluido hidráulico. Quando necessário o fluido hidráulico e resfriado por água num trocador de calor. O fluxo de óleo hidráulico para o topo e o fundo do cilindro é controlado por válvulas tipo cartucho montadas sobre um bloco de válvulas. O bloco também contém a válvula de segurança principal do sistema. Cada bloco contém uma válvula de cartucho que exerce uma função específica (válvula de restrição, válvula de controle de fluxo, válvula de alívio de pressão, etc.). Cada válvula é identificada por um número (tag) correspondente ao seu número na lista de peças e no diagrama esquemático da instalação. Uma válvula de cartucho pode ser considerada com uma válvula sem uma carcaça interna, porque consiste somente de elementos internos móveis. Após o cartucho ser inserido em uma cavidade, por exemplo, em um bloco de válvulas com passagens apropriadas para o fluxo do óleo, a válvula passa a se comportar como uma válvula convencional.
O cartucho consiste basicamente de um pistão de mola. As válvulas cartucho conseguem manter grandes fluxos de óleo devido ao tamanho do pistão e das portas. Dependendo da configuração a válvula cartucho pode atuar como válvula de retenção, válvula de controle de fluxo, válvula de alívio de pressão, etc. Com a pressão do fluido atuando sobre A ou B, o elemento de cartucho será empurrado para cima para abrir a válvula. Com pressão do fluido sobre X, a força da mola tende a empurrar o elemento do cartucho para baixo para manter a válvula fechada. As conexões hidráulicas consistem de duas tubulações que se iniciam em um bloco principal de válvulas e se ramificam para os quatro blocos de válvulas de manobra na carcaça do moinho. A tubulação A é ramificada para o conjunto de acumuladores em cada um dos quatro cilindros. Os ramais da tubulação B são dirigidos para a parte inferior dos cilindros. Mangueiras de alta pressão são instaladas nos pontos onde as tubulações se conectam com a estação de bombeamento, dispositivos dos cilindros e nos pontos de transição na fundação do moinho.
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Cilindro Hidráulico Um cilindro hidráulico, também denominado de motor hidráulico linear , é um atuador mecânico usado para gerar uma força unidirecional através de um impulso também unidirecional. Cilindros hidráulicos obtêm sua energia de um fluido hidráulico pressurizado, que é tipicamente um óleo. O cilindro hidráulico consiste uma camisa de cilindro, no interior da qual o pistão é conectada à sua haste que se move para frente e para trás. A camisa é fechada nas duas extremidades, ou seja, na parte inferior do cilindro (também denominada de tampa) e na cabeça do cilindro ou onde a haste do pistão projeta-se para fora. O pistão possui anéis de deslizamento e selos. O pistão também divide o interior do cilindro em duas câmaras, a câmara inferior (coma tampa de extremidade) e a câmara do lado da haste do pistão.
O desgaste do selo do pistão causa um vazamento interno, fazendo com a bomba seja acionada freqüentemente de modo a compensar a perda de pressão no sistema. O desgaste do selo da haste será visível por meio de vazamento externo. Por outro lado, o desgaste do raspador do selo irá permitir que sujeiras penetrem no sistema. O cilindro hidráulico vertical, tipicamente utilizado em um moinho vertical de rolos, tem como característica um grande folga de cerca de 3 mm entre a camisa do cilindro e o pistão para prevenir danos á camisa quando o selo estiver desgastado. No cilindro hidráulico vertical utilizado em um moinho vertical de rolos a haste, devido ao seu comprimento extenso, é normalmente dividida em duas partes. Estas partes são unidas por meio de uma conexão flangeada, cujos parafusos são torqueados por meio de uma ferramenta de tensão hidráulica. O desempenho de um cilindro hidráulico é definido por seu diâmetro, extensão ou comprimento do impulso e diâmetro da haste. Considerando-se a mesma pressão hidráulica a força sobre o pistão será muito maior quando a haste está avançando em relação àquela quando a haste está retraindo.
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Um cilindro hidráulico é o atuador mecânico ou o lado “motorizado” do sistema hidráulico. O lado “gerador” do sistema hidráulico é a bomba hidráulica que produz um
fluxo de óleo fixo ou regulado de óleo para o lado inferior do cilindro que faz mover o pistão para cima. O pistão empurra o óleo para a câmara externa de volta para o reservatório de óleo. Se assumirmos que a pressão do óleo na câmara da haste do pistão é aproximadamente zero, a força F1 sobre a haste será igual a P no cilindro vezes a área do pistão A: F = P*A
Ao contrário, o pistão irá mover-se para baixo se o óleo for bombeado para o lado da câmara da haste do pistão de modo que o óleo da área do pistão irá fluir de volta para a o reservatório com baixa pressão. A força de empuxo F2 na câmara da área da haste do pistão é igual à pressão P vezes a diferença entre a área do pistão A1 e a área da haste do pistão A2: F 2 = P* (A1 – A2).
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Braços de Tensão Através do sistema de tensão hidráulica, constituído por braços de tensão, os cilindros hidráulicos transmitem uma força, que juntamente com o peso dos rolos de moagem, geram a força necessária de moagem. Além disso, o dispositivo de tensão hidráulica pode ser utilizado para levantar os rolos para cima da pista de moagem. O sistema de tensão hidráulica consiste de um braço de tensão cuja cabeça conecta-se firmemente com a extremidade do cubo do rolo de moagem enquanto a outra extremidade é conectada diretamente com a haste do pistão do cilindro hidráulico. O conjunto de um braço de tensão consiste de duas peças, uma alavanca e um garfo.
A cabeça da barra de tensão possui um olhal no qual é montado um mancal plano esférico. Uma bucha cônica de adaptação firma o mancal contra o eixo do rolo de moagem. Anéis de travamento mantêm o eixo do rolo de moagem firmemente preso na alavanca do braço de tensão. Na montagem do rolo no braço de tensão instala-se primeiro o anel interior de travamento sobre o eixo do rolo, cuidando-se que ambos estejam limpos e isento de óleo.
Na seqüência o rolo é erguido com um guindaste apropriado e abaixado até ficar seu eixo ficar inserido no interior da alavanca do braço de tensão. O anel exterior de travamento é instalado na extremidade do eixo do rolo de moagem, cuidando-se também que o eixo e o anel estejam limpos e isentos de óleo.
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Finalmente a extremidade do eixo do rolo de moagem é coberta com uma placa e seus parafusos são apertados até obter o torque especificado. Desta forma o eixo do rolo ficará firmemente calçado no interior dos anéis de travamento. A conexão entre a alavanca e o garfo do braço é feita através de uma bucha com pino de travamento.
A articulação do braço de tensão é feita através de um eixo que passa entre a alavanca e o garfo e é apoiado em um mancal fixo e um mancal livre.
A peça ou olhal de conexão entre o garfo do braço e a cabeça do cilindro é feita através de mancal plano esférico de fácil desmontagem para eventual manutenção. Uma boa selagem no local em que o braço de tensão penetra no corpo do moinho é essencial para evitar a entrada de ar falso no interior do mesmo.
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Acumuladores de Pressão Acumuladores de pressão são aplicados em instalações hidráulicas, servindo como reservatórios de energia para equalização de pressão e para amortecimento de choques e oscilações. Um acumulador de pressão funciona de tal modo que introduz no sistema hidráulico, cujo agente só é condicionalmente compressível, um gás, geralmente nitrogênio, em forma de uma almofada de ar que, graças à sua compressibilidade, permite igualar pressões e acumular energia no sistema O acumulador consiste de um recipiente de pressão, normalmente um vaso metálico à prova de pressão, no interior do qual uma parede divisora elástica separa o fluido hidráulico e o gás compressível. A parede divisora, de material sintético, tem a forma de uma bexiga, estando fixada ao recipiente por meio de um bloco válvulas, fixada por vulcanização.
Na outra extremidade do recipiente de pressão está montada uma válvula de retenção que tem por fim fechar, quando a pressão no sistema desce muito ou desaparece por completo, de modo que impede que a bexiga saia do recipiente. A válvula está provida de uma mola amortecedora que a protege contra sobrecarga caso aconteçam oscilações rápidas de pressão. Quando o fluido hidráulico do sistema é premido para dentro do acumulador, comprime-se a bexiga com nitrogênio, e a pressão sobe.
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Acumuladores são pré-carregados com gás nitrogênio até 80% da pressão hidráulica do sistema.
CUIDADO: usar somente nitrogênio. Nunca use oxigênio ou ar, pois, pode ocorrer uma explosão.
As garrafas de nitrogênio têm conexão com rosca manual direita; é necessário usar um redutor de pressão se a pressão da garrafa de nitrogênio for maior que a pressão máxima de trabalho do acumulador. Após a pré-carga deve-se repor a tampa protetora para prevenir danos a válvula de enchimento.
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Sistema de ;I njeção de Água O sistema de injeção de água atomizada é utilizado para cumprir as seguintes funções principais: a. controlar a temperatura dos gases na saída do moinho em torno de aproximadamente 110°C, evitando a desidratação completa do gesso (ou seja, que a gipsita se transforme em anidrita). b. estabilizar o leito de moagem eliminando as vibrações altas do moinho e assegurando alta estabilidade operacional.
O sistema compreende um tanque de armazenamento de água, bomba de alta pressão, filtro instalado antes da bomba, válvula de controle automático e tubulações até os bocais de injeção de água em spray sobre o leito de material na pista da mesa de moagem. A bomba do sistema é uma bomba de alta pressão e requer um filtro com malha de 25µ na sua entrada. O sistema também contempla uma válvula que introduz ar para manter o bocal limpo quando o spray não está sendo usado.
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Sistema de Lubri ficação por Graxa Um sistema de lubrificação especial instalado em um gabinete próprio envia graxa através de uma bomba para um cavalete de distribuição para cada rolo de moagem.
Por meio deste sistema são lubrificados os mancais das alavancas dos braços de tensão (2 pontos por rolo), as conexões superiores dos cilindros (2 pontos por rolo) e as conexões inferiores dos cilindros (2 pontos por rolo).
A graxa é abastecida em um tanque que fica instalado no interior do gabinete. Um painel próprio controla a freqüência da injeção de graxa em cada ponto. Um bloco divisor com válvulas distribui a graxa para os vários pontos a serem lubrificados.
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