Chumaceira de deslizamento

Uma chumaceira de deslizamento sustenta um veio que gira deixando-o deslizar num furo bem ajustado, com massa lubrificante ou óleo entre as superfícies. Em andamento, o veio pode flutuar sobre uma película fina de óleo sem tocar na chumaceira. Os testemunhos mais antigos vêm dos oleiros do período de Ubaid na Mesopotâmia, cujas rodas lentas giravam sobre uma cavilha no V milénio a.C.

O que é

Uma chumaceira de deslizamento mantém um veio no lugar e deixa-o girar. A parte do veio que gira dentro da chumaceira chama-se moente. Gira num furo ligeiramente maior, revestido de um material que desliza bem, e a massa lubrificante ou o óleo enchem a folga estreita. Nada rola: as superfícies limitam-se a deslizar uma sobre a outra, e é isso que a distingue do rolamento de esferas.

Há chumaceiras por todo o lado. Uma porta que roda sobre um espigão assente numa pedra com um encaixe tem uma, tal como uma roda de carroça que gira no seu eixo untado (roda) ou a cambota de um motor que gira nas suas chumaceiras de bronze ou de metal branco.

Numa chumaceira de pedestal do século XIX, do tipo que sustentava os veios das máquinas e dos moinhos, um corpo em ferro fundido está aparafusado a uma pedra, e uma tampa está presa sobre ele por dois pernos. Entre os dois ficam dois meios-casquilhos de bronze revestidos de um metal branco macio, e um copo de lubrificação no topo alimenta o moente por um furo. Como a chumaceira abre ao nível do veio, os casquilhos gastos podem ser substituídos e a tampa pode ser apertada para compensar o desgaste.

Como funciona

O moente a girar arrasta o óleo para a folga que se estreita, onde a pressão sobe o suficiente para sustentar o veio.

O moente precisa de espaço para girar e de uma folga para o lubrificante. Para chumaceiras revestidas de metal branco, um guia de projeto indica uma folga diametral de meia a uma milésima do diâmetro, e uma regra de oficina corrente usa uma milésima: um veio de 50 mm gira num furo cerca de 0,05 mm maior. Com folga a menos, a chumaceira aquece. Com folga a mais, baixa a carga que o óleo consegue suportar e o veio começa a vibrar.

Em repouso, o veio assenta no fundo da chumaceira, separado dela apenas por uma camada fina de lubrificante agarrada às duas superfícies. No arranque, as superfícies roçam uma na outra através dessa camada. À medida que a velocidade sobe, o moente arrasta o óleo para a parte da folga que se estreita do lado carregado. O óleo não consegue escapar com rapidez suficiente, a pressão sobe e levanta o moente, que fica então a flutuar um pouco descentrado sobre uma película fina de óleo. A partir daí, o único atrito que resta é a resistência do óleo ao corte.

O revestimento é mais macio do que o veio de propósito. O guia de um fabricante de chumaceiras descreve o metal branco, uma liga macia de estanho com um pouco de antimónio e cobre, como a peça que sofre os danos em vez do veio, mais caro: os grãos pequenos de sujidade enterram-se nele em vez de riscarem o moente. O bronze aguenta temperaturas mais altas, mas aceita pior a sujidade.

Como fazer

Duas chumaceiras bipartidas de madeira dura a sustentar uma vareta de aço mostram como funcionam a folga, a lubrificação e o ajuste do desgaste. Rode a vareta só à mão.

Fazer os tacos. Para cada chumaceira, corte dois tacos de uma madeira dura de grão fino, como faia ou carvalho, com cerca de 8 cm de comprimento, 5 cm de largura e 3 cm de espessura, e aplaine as faces que se vão tocar até assentarem bem planas. Ponha entre elas uma tira de cartolina fina como calço, aperte bem o par num torno de bancada e fure de lado a lado, ao longo da junta, um furo do diâmetro da vareta, por exemplo 12 mm. Marque cada par para o voltar a montar da mesma maneira.

Abrir a passagem do óleo. No taco de cima, faça um furo pequeno desde o topo até ao alojamento e abra com uma lima redonda um sulco pouco fundo ao longo da parte de cima do alojamento. Faça dois furos através dos dois tacos, um de cada lado do alojamento, para os pernos ou parafusos compridos que vão segurar a tampa.

Duas chumaceiras de madeira dura fixadas a uma tábua seguram uma vareta de aço que se roda com uma manivela de madeira.

Montar. Aparafuse os dois tacos de baixo a uma tábua, alinhados, pouse neles uma vareta de aço lisa e aparafuse as tampas com os calços de cartolina no lugar. Fixe uma manivela de madeira numa ponta da vareta.

Fazer o ensaio. Rode a vareta a seco e repare no esforço e no calor ao fim de um minuto. Depois deite umas gotas de óleo de máquina fluido em cada furo de óleo e volte a rodar: gira mais suave e aquece menos. Retire os calços e aperte as tampas aos poucos até a vareta prender, e depois desaperte até ela girar livremente sem bater. É assim que se ajusta uma chumaceira gasta.

História e evolução

Uma síntese da EBSCO sobre a cultura de Ubaid, na Mesopotâmia, descreve a sua cerâmica como feita numa roda lenta cujo prato girava sobre uma cavilha, e Alev Erarslan situa a chegada desta roda na fase final do período, o Ubaid 4, que Luca Volpi data de cerca de 4800 a 4400 a.C. na Mesopotâmia do Sul. Algumas cerâmicas de Ubaid, feitas entre cerca de 5900 e 4600 a.C., têm faixas pintadas tão regulares que Johnny Baldi e Valentine Roux concluem que o vaso girava sobre um pivô debaixo de uma mão parada. Os mesmos autores descrevem um disco de barro com cerca de 26 cm de diâmetro, com uma ligeira cavidade na face inferior, vindo de uma oficina de oleiro do Ubaid final, de cerca de 4700 a.C., em Tell Feres al-Sharqi, no nordeste da Síria, e propõem que girava sobre um pivô, como uma roda lenta.

A porta roda sobre um pivô assente numa cavidade polida da pedra.

As portas rodavam da mesma maneira. Uma porta egípcia tinha um pivô em cima e outro em baixo no lado em que girava, o de cima num furo do lintel e o de baixo num encaixe no chão; num chão de adobe, assentava-se uma pedra para suportar o peso e o desgaste. Uma pedra de encaixe de 3000–2800 a.C., encontrada no lugar à entrada do templo de Hieracómpolis, está hoje no Penn Museum. Enrico Ciulli, ao resumir a história da tribologia de Duncan Dowson, nota que estes encaixes eram lubrificados com betume ou gordura animal. As rodas nos seus eixos, a partir do IV milénio a.C., giravam no mesmo tipo de chumaceira. Um depósito recolhido no eixo de um carro de um túmulo egípcio de cerca de 1400 a.C. foi analisado no século XX: gordura animal com areia e compostos de cal.

Durante séculos, as chumaceiras foram de madeira, pedra, bronze ou latão, untadas com sebo ou oleadas. Os construtores de máquinas do final do século XVIII alojavam os moentes dos seus veios em dois casquilhos de latão ajustados numa caixa de ferro fundido, fechada por uma tampa presa por dois parafusos que se apertavam à medida que os casquilhos se gastavam, como descreveu John Farey em 1827.

Em julho de 1839, Isaac Babbitt, de Boston, patenteou uma maneira de revestir as caixas das chumaceiras com um metal macio; o seu exemplo tinha cinquenta partes de estanho para cinco de antimónio e uma de cobre. A ideia espalhou-se, e na Grã-Bretanha estas ligas chamam-se metal branco. Em 1854, John Penn e Francis Pettit Smith patentearam para os veios de hélice uma chumaceira de manga de popa em pau-santo, uma madeira tropical muito densa, lubrificada pela água do mar que a rodeia.

No início da década de 1880, Beauchamp Tower, que trabalhava para uma comissão da Institution of Mechanical Engineers dedicada ao atrito, pôs a girar um moente de ensaio com uma carga de cerca de 100 libras por polegada quadrada (cerca de 7 bar). Quando se fez um furo no topo da chumaceira, o óleo subiu por ele e expulsou os tampões que lá se punham, e os manómetros mostraram ali uma pressão muito superior à carga média. Em 1886, Osborne Reynolds publicou a teoria da película de óleo que explicava os resultados de Tower, e o cálculo das chumaceiras continua a assentar na sua equação.