B.4) MANCAIS AEROSTÁTICOS
Hirn, em 1854, falou do ar como possível lubrificante, sendo que o primeiro mancal a ar foi criado por Albert Kingsburry, em 1887 (Fuller, 1984).
Os mancais a ar, pressurizados externamente ou aerostáticos, oferecem muitas vantagens com relação aos demais tipos, sendo as mais conhecidas:
a) Atrito de partida nulo e atrito viscoso muito pequeno;
b) Geração de calor desprezível, mesmo a altas velocidades;
c) Ausência de desgaste, pois as peças do mancal não estão em contato;
d) Pequeno erro médio de giro do mancal (excentricidade) devido à espessura do filme de ar ser da ordem de 5 a 20 mm;
e) Possibilidade de fabricação inteiramente por meio de técnicas convencionais de usinagem, apesar das dimensões reduzidas da folga;
f) Relativa independência da operação do mancal em relação à temperatura ambiente, pois a variação da viscosidade do ar é muito pequena com a da temperatura;
g) Livre de vibrações, quando comparado a mancais de esfera ou outros tipos;
h) Possibilidade de ser utilizado onde a contaminação dos materiais deve ser evitada;
i) Não há necessidade de equipamentos para coleta e retorno para uso posterior;
j) É permitido ao ar escapar livremente a partir do mancal e com isso as vedações de borracha, entre os elementos com movimento relativo, podem ser desprezadas. Isto é uma vantagem, quando até mesmo o menor atrito precisa ser evitado.
Mancais lubrificados a ar são normalmente utilizados em aplicações que exigem altas rotações e precisão de giro, já que a qualidade final do trabalho dependente diretamente dos níveis de vibrações inerentes ao sistema da máquina como um todo.
Mancais aerostáticos pressurizados externamente apresentam também um efeito aerodinâmico e o mancal pode ser mais bem classificado como híbrido, quando empregados em aplicações com altíssima velocidade relativa entre as partes.
Como forma de prover um quadro balanceado, algumas desvantagens inerentes ao uso de mancais a ar com pressurização externa devem ser mencionadas. A principal delas é seu comportamento relativamente fraco em presença de forças com componentes dinâmicos, em função do amortecimento inerente ao filme de ar. Enquanto recentes trabalhos demonstram que o coeficiente de amortecimento dos mancais a ar pode ser maximizado por um projeto correto, os valores obtidos serão sempre menores quando comparados com aqueles dos mancais hidrostáticos a óleo, os quais, por outro lado, são preferidos para aplicações onde será necessário suportar elevados carregamentos. Por outro lado, mancais aerostáticos apresentam a vantagem de operar tanto em baixa quanto em alta velocidade, apresentando um especial interesse para aplicações em ultraprecisão, onde os carregamentos são pequenos e não há a necessidade da capacidade de carga dos mancais hidrostáticos (Stoeterau 1992). A figura 23 mostra uma aplicação de mancal aerostático numa mesa de retificação para obtenção de superfícies com alta qualidade superficial e geométrica, desenvolvida por Pereira (1998).
Figura 23 - Mesa de retificação aerostática.