Técnicas Avançadas de Manutenção

UNIVERSIDADE

CANDIDO CANDI DO MENDES

CREDENCIADA JUNTO AO MEC PELA PORTARIA Nº 1.282 DO DIA 26/10/2010

MATERIAL DIDÁTICO

TÉCNICAS AVANÇADAS DE MANUTENÇÃO

Impressão e Editoração

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SUMÁRIO UNIDADE 1  – INTRODUÇÃO .......................... ............ ........................... .......................... .......................... .......................... ................ ... 03 UNIDADE 2  – ANÁLISE VIBRACIONAL................................................................ 05 2.1 Do surgimento aos dias atuais .......................................................................... 05 2.2 Conceito e aplicações ....................................................................................... 08 2.2.1 O uso da bancada RLAM ............................................................................... 13 UNIDADE 3  – FERROGRAFIA .......................... ............. .......................... .......................... .......................... .......................... ............... 17 3.1 Tribologia.......................... ............. ......................... .......................... ........................... .......................... .......................... .......................... ................ ... 17 3.2 Ferrografia ......................................................................................................... 21 3.3 O processo e tipos ti pos de análise da ferrografia .......................... ............. .......................... .......................... ............... 22 3.3.1 Exame Analítico (AN) ..................................................................................... 23 3.3.2 Exame Quantitativo (DR) ........................... .............. .......................... .......................... .......................... .......................... ............... 25 UNIDADE 4  – TERMOGRAFIA .............................................................................. 27 4.1 Aplicações elétricas ........................... .............. .......................... .......................... .......................... .......................... ......................... ............ 28 4.2 Aplicações mecânicas ......................... ............ .......................... .......................... .......................... ........................... ....................... ......... 30 UNIDADE 5  – ULTRASSOM .................................................................................. 32 5.1 Fundamentos e princípios do ultrassom ........................... ............. ........................... .......................... .................... ....... 32 5.2 Aplicações do ultrassom.................................................................................... 36 5.3 Componentes e funcionamento de um ultrassom .................... ......................... ............. ............ 38 UNIDADE 6  – ESPECTROGRAFIA ......................... ............ .......................... ........................... .......................... .................... ........ 43 UNIDADE 7  – HIDRÁULICA E ANÁLISE DE PRESSÕES ........................... ............. ....................... ......... 45 7.1 Hidráulica .......................................................................................................... 45 7.2 Bombas hidráulicas ........................................................................................... 46 7.3 Bombas de engrenagem ................................................................................... 48 7.4 Caldeiras a vapor .............................................................................................. 48 7.5 Vasos de pressão ......................... ............ ........................... ........................... .......................... .......................... .......................... ................ ... 49 UNIDADE 8  – LUBRIFICAÇÃO ......................... ............ .......................... .......................... .......................... .......................... ............... 53 8.1 Tipos de lubrificação ......................................................................................... 53 8.2 Características e propriedades dos óleos lubrificantes ................. .................... ............. ....... 55 8.3 Programa de lubrificação................................................................................... 58 UNIDADE 9  – PNEUMÁTICA ................................................................................. 62 REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 65  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] [email protected] m.br ou [email protected] [email protected] Telefone: (0xx31) Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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UNIDADE 1  – INTRODUÇÃO  Ao conjunto de cuidados técnicos indispensáveis para que as máquinas de um parque industrial, bem como outros instrumentos, instalações e ferramentas funcionem de maneira regular e permanente, pertencem ações como a conservação, a adequação, restauração, substituição e prevenção. São exemplos básicos de conservação, a lubrificação de uma engrenagem; de restauração, a retificação de uma mesa de desempeno; de substituição, a troca do plugue de um cabo elétrico. elét rico. Se pensarmos no campo de atuação da manutenção preditiva, ele é bastante amplo. Em cada equipamento ou instalação é possível encaixar pelo menos um tipo de aplicação, dentre as quais, por mais conhecidas e usuais, podemse destacar: Análise Vibracional, Ferrografia, Termografia, Ultrasonografia e Análise de Pressões. Pode-se destacar, ainda, a manutenção preditiva como importante ferramenta de apoio em modernos programas de manutenção, como na TPM ( Total Productive Maintenance), onde é de fundamental importância no Pilar de

Manutenção Planejada (LIMA; SALLES, 2006). Outra importante contribuição da manutenção preditiva refere-se às características de produto e processos que podem ser monitorados através de parâmetros específicos de equipamentos ou instalações, os quais podem ser vinculados à frequência da manutenção preditiva. São essas técnicas e sua aplicabilidade prática que veremos ao longo desta apostila. Ressaltamos em primeiro lugar que embora a escrita acadêmica tenha como premissa ser científica, baseada em normas e padrões da academia, fugiremos um pouco às regras para nos aproximarmos de vocês e para que os temas abordados cheguem de maneira clara e objetiva, mas não menos científicos. Em segundo lugar, deixamos claro que este módulo é uma compilação das ideias de vários autores, incluindo aqueles que consideramos clássicos, não se tratando, portanto, de uma

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redação original e tendo em vista o caráter didático da obra, não serão expressas opiniões pessoais.  Ao final do módulo, além da lista de referências básicas, encontram-se outras que foram ora utilizadas, ora somente consultadas, mas que, de todo modo, podem servir para sanar lacunas que por ventura venham a surgir ao longo dos estudos.

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UNIDADE 2  – ANÁLISE VIBRACIONAL 2.1 Do surgimento aos dias atuais

O conceito básico de análise vibracional consiste em análise de sistemas rotacionais (como motores, etc.), medindo sua vibração e comparando com gráficos de valores preestabelecidos, nos quais é possível avaliar rolamentos e os componentes periféricos aos rolamentos.  A medição e análise vibracional teve início efetivo na década de 1970, com o desenvolvimento da indústria petroquímica que gerou a necessidade de implantação de sistemas de proteção de turbo máquinas.  As vibrações eram medidas através de analisadores com filtro sintonizável, gravadores de fita magnética e analisadores de espectro. Houve o surgimento da tecnologia de minicomputadores, que era frágil e difícil de ser mantida em ambiente industrial. Numa breve retrospectiva proposta por Santos (2010) temos que: Nas décadas de 1970 e 1980 eram utilizados medidores analógicos nacionais e importados operados à bateria, e os modelos com filtro, que permitiam o balanceamento de campo com uso de luz estroboscópica. Também havia os analisadores espectrais que exigiam o uso de gravação em fita magnética em campo e posterior reprodução em laboratório. De 1985 a 1994 ocorreu a implantação da manutenção preditiva em grandes empresas, interessadas em identificar o tipo de falha e o período estimado para ela ocorrer. Com ela, surgiram os primeiros analisadores FFT ( Fast Fourier Transform1) de campo, operados à bateria e comunicados com os embrionários PC ( Personal

1 É um algoritmo eficiente para se calcular a Transformada discreta de Fourier (DFT) e a sua inversa.  As Transformadas rápidas de Fourier são de grande importância em uma vasta gama de aplicações, de Processamento digital de sinais para a resolução de equações diferenciais parciais a algoritmos para multiplicação de grandes inteiros.  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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Computer ), e a evolução para os coletores de espectros de vibração. Com o

desenvolvimento da eletrônica, apareceram os coletores portáteis de vibração. De 1994 a 2003, ocorreu um investimento vertiginoso das empresas em sistemas de manutenção preditiva, muitas vezes sem o correspondente investimento em desenvolvimento de recursos humanos necessários para a obtenção de resultados consistentes. Desde 2003, o diagnóstico é considerado uma ferramenta do processo, e o foco foi alterado para o gerenciamento de ativos, o aumento da disponibilidade e a disponibilização da informação para outras áreas da empresa.  A manutenção pró-ativa para confiabilidade (PRM) é o passo seguinte a um bom programa de manutenção preditiva. Algumas empresas de classe mundial e de diferentes segmentos descobriram que este sistema, bem implantado, é o mais efetivo método de gerenciamento de risco, aumentando a confiabilidade e ajudando a obter o melhor retorno para os ativos.  A tendência das indústrias de classe mundial é procurar obter altos níveis de eficiência da planta, através da análise das informações e processos de controle de seus ativos. Nessa caminhada tivemos da chave de fenda (coloca-se a ponta da chave no ponto que se deseja checar [ouvir] e, encostando o ouvido no cabo da chave, ouve-se o ruído) ao estetoscópio que veio substituí-la até medidores, analisadores, monitores e transmissores de vibração.

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 Analisador de vibração

 Abaixo tem-se um modelo simplificado para registro de vibrações

• Os pontos A, B, C, são os locais determinados para a medição. Os

sensores dos aparelhos devem ser encostados nestes pontos.

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• Além deste controle, deve existir uma pasta com toda documentação

pertinente à máquina (cópia da nota fiscal, catálogo, desenhos e outros). • Não havendo catálogos, solicite ao fabricante (caso a máquina seja antiga,

é provável que não exista catálogo, então, deve ser programada uma abertura para efetuar os desenhos) (SANTOS, 2010).

2.2 Conceito e aplicações

Segundo Rao (2009), qualquer movimento que se repete após um intervalo de tempo pode ser denominado vibração. Silva (2009) concorda com Rao ao afirmar que um movimento periódico, tal como uma oscilação de uma partícula, de um sistema de partículas ou de um corpo rígido, em torno de uma posição de equilíbrio é definida como vibração. O conhecimento das características das respostas em vibração associadas a defeitos comuns possibilita a identificação prévia dos mesmos nas mais diferentes máquinas, sem, no entanto, se fazer necessária uma desmontagem investigativa. Há numerosas fontes de vibração em um ambiente industrial que tornam necessárias manutenções frequentes e dispendiosas. O controle da vibração é facilitado quando o agente motivador é identificado pela análise da resposta do sistema e, muitas vezes, as altas amplitudes de vibração podem ser eliminadas por uma atuação prática simples, subsidiada por uma análise teórica bem feita (AMORIM, 2006). Diversos métodos são utilizados no controle das fontes de vibrações, são eles: Controle das frequências naturais do sistema, inserção de mecanismos de amortecimento, tais como os neutralizadores e absorvedores de vibrações; controle de folgas e eliminação de roçamentos. (JESUS; CAVALCANTE, 2011). O diagnóstico de problemas em máquinas rotativas consiste em um processo de identificação das causas da origem da vibração mediante a análise das mesmas,

fazendo-se

assim

necessário

conhecer

as

características

equipamentos e as principais peculiares associadas a potenciais falhas.  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

dos

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Eisenmann (1997 apud   JESUS; CAVALCANTE, 2011) afirma que desbalanceamento é uma das fontes mais comum de vibração em máquinas e equipamentos, enquanto Inman (2004 apud   JESUS; CAVALCANTE, 2011) cita que vibrações causadas por desbalanceamento normalmente dominam o espectro e ocorrem na frequência de rotação (1 x RPM). O desbalanceamento acontece devido a uma alteração no equilíbrio das forças radiais que atuam sobre o eixo da máquina.  A causa mais comum é o acúmulo de material sobre volantes de inércia, hélices de ventiladores, hélices de ventoinhas de motores, etc., mas pode ser causado também por perda de massa como a quebra de uma hélice, por exemplo. Se um componente específico (como ventilador, motor, rotor, por exemplo), é afetado individualmente por desbalanceamento, esse componente vibrará mais que os outros, mas se a fonte for um acoplamento, ocorre de todo conjunto da máquina vibrar. O desalinhamento, ilustrado abaixo, é um problema tão comum como o desbalanceamento. Em uma montagem mecânica existem vários eixos, mancais e acoplamentos com características dinâmicas diferentes. Quando o conjunto gira as forças dinâmicas interagem entre si, excitando vibrações no sistema. Mesmo com as máquinas bem alinhadas inicialmente, à frio, vários fatores podem afetar esse estado, tais como a dilatação térmica dos metais (quando da máquina em funcionamento), os assentamentos de fundação e a deterioração de ancoragens (MELO, 2008).

Tipos de desalinhamento

 As características de vibração ocasionadas por desalinhamento dependem do tipo de desalinho e da extensão ou grau de desalinhamento. As características gerais são: 

aparecimento de vibrações nas duas direções, na radial e na axial;  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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

o desalinhamento ocorre em uma certa direção, logo as forças radiais não serão uniformemente distribuídas e a vibração é direcional;



normalmente, a frequência de vibração é a de rotação do eixo (1 x RPM); contudo, quando o desalinhamento é severo, a frequência é de segunda ordem (2 x RPM) e muitas vezes também de terceira ordem (3 x RPM). O desalinhamento angular geralmente causa vibração em 1 x RPM; o paralelo causa vibração predominante em 2 x RPM (JESUS; CAVALCANTE, 2011). O roçamento entre partes estacionárias e rotativas de uma máquina pode

causar aumento dos níveis de vibração nas frequências de 1x e 2x RPM. Se o atrito for contínuo poderão aparecer vibrações numa faixa larga em altas frequências. Quando o roçamento for parcial, aparecem no espectro picos correspondentes às frequências naturais do sistema. Esse tipo de vibração é muito comum em selos de máquinas rotativas ou quando há eixos empenados, partes quebradas ou danificadas que levam ao atrito entre metal, situação que pode ocorrer por conta de babbit’s  danificados nos mancais. O roçamento produz espectros semelhantes aos das folgas mecânicas, e gera uma série de frequências excitando uma ou mais ressonâncias (ANDRADE, 2004) (JESUS; CAVALCANTE, 2011).  Abaixo temos três espectros característicos de desbalanceamento, desalinhamento e roçamento.

Espectro de desbalanceamento

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Espectro de desalinhamento

Espectro de roçamento

Fonte: RLAM2 (2008 apud  JESUS; CAVALCANTE, 2011, p.23-5)

 As máquinas são elementos mecânicos complexos, articulados. As peças que sofrem excitação podem oscilar e as oscilações transmitem-se pelas articulações aos demais elementos acoplados. O resultado é um complexo de frequências que caracteriza o sistema. Marçal e Susin (2005) explicam que cada vez que uma peça altera suas características mecânicas por desgaste ou trinca, uma componente de frequência do sistema será alterada. Havendo alteração no acoplamento entre as peças, altera o

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 Unidade de Destilação Atmosférica a Vácuo da Refinaria Landulfo Alves - PETROBRAS  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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coeficiente de transmissão do sinal entre as peças e, em consequência, a forma de frequência global do sistema. Folgas, defeitos ou desalinhamentos de rolamentos ou mancais de máquinas rotativas refletem-se na alteração de frequências ou no surgimento de novas frequências. O desbalanceamento do rotor é transmitido pelo rolamento.  As forças centrífugas, alternativas e de fricção atuantes nos distintos elementos de uma máquina em operação, dão origem a vibrações mecânicas proporcionais, que se manifestam nos mancais. Devido a este fato, medindo-se vibrações nos mancais pode-se detectar e determinar os esforços presentes em quaisquer componentes da máquina, determinando-se eventuais anormalidades de funcionamento. Em geral, a medida de vibrações deve ser efetuada nos mancais, por ser um dos pontos válidos pelas normas em uso empregadas para avaliar o funcionamento de máquina s (YA’CUBSOHN, 1983 apud  MARÇAL; SUSIN, 2005).  A premissa fundamental sobre a qual se baseia a análise de vibração como técnica aplicada à manutenção industrial é:

Cada componente ou cada tipo de deficiência mecânica de uma máquina em operação produz uma vibração de frequência específica que em condições normais de funcionamento, alcança uma amplitude máxima determinada (YA’CUBSOHN, 1983 apud  MARÇAL; SUSIN, 2005).

Desta feita, é possível medindo-se e analisando-se a vibração, estabelecer sua origem, identificar cada componente da máquina e o tipo de falha que a está gerando, além, de avaliar o estado mecânico do componente que a produz ou a gravidade da deficiência detectada.  A metodologia básica recomenda o seguinte: 1) Medição de frequência para identificar a origem da vibração  – o conhecimento da frequência permite identificar o componente da máquina ou a natureza da falha que produz a vibração. 2) Medição da amplitude para avaliar a vibração e consequentemente o funcionamento normal ou anormal do sistema  –  a medição da amplitude permite  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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avaliar por comparação com valores limites, previamente estabelecido, se a vibração corresponde a um funcionamento normal ou anormal e o grau de importância da falha detectada (MARÇAL E SUSIN, 2005).

2.2.1 O uso da bancada RLAM

Os rolamentos geram quatro frequências características relacionadas a defeitos. Eles são relativos a falhas na pista externa, na pista interna, nas gaiolas e corpos rolantes. Essas frequências são várias vezes a velocidade de rotação do eixo, porém não são necessariamente múltiplos inteiros dessa rotação (LAMIN;  ABREU; BRITO, 2006). Mancais de rolamento com defeito sobre as pistas, esferas ou rolos, usualmente causam vibrações em altas frequências. Isso se explica devido à natureza das forças dinâmicas que excitam o rolamento defeituoso gerando vibrações. Por exemplo, uma falha na esfera passa pelas pistas interna e externa em uma sucessão de impactos com o dobro da frequência de rotação da esfera. A frequência fundamental da vibração será bem mais alta do que a do eixo. Além disso, forças dinâmicas do tipo impulso geram vibrações de frequência muito alta, na faixa de ressonância estrutural das pistas do rolamento. A amplitude da vibração dependerá da extensão da falha no rolamento.  A Manutenção Industrial da RLAM dispõe de um setor denominado Preditiva, que se dedica ao acompanhamento contínuo dos parâmetros de funcionamento dos equipamentos dinâmicos que compõe a planta da Refinaria. A Manutenção Preditiva da RLAM faz uso das técnicas de análise de óleo, medição de temperatura e monitoramento dos níveis de vibração como ferramentas de identificação e acompanhamento de defeitos em diversos equipamentos.  A análise de vibração desponta como uma técnica de fundamental importância ao passo que disponibiliza os resultados das investigações de forma rápida e criteriosa, possibilitando tomadas de decisões de maneira consciente. Com o objetivo de difundir os conhecimentos relativos às técnicas de monitoramento de equipamentos rotativos, a RLAM possui uma bancada de testes que simula um  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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conjunto rotor-mancal. Essa bancada é composta por uma base metálica, motor e acoplamento, eixo e disco de inércia, mancais de deslizamento e suportes para sensores, conforme mostra a figura abaixo:

Fonte: JESUS; CAVALCANTE (2011, p. 11)

Na bancada da RLAM os transdutores (dispositivos que recebem um sinal e o retransmite, através de transformações de energia, fazendo uso, para isso, de elementos sensores) utilizam o princípio do contato, no qual é medido o movimento absoluto da máquina. Esses são os mesmos que os técnicos da Preditiva aplicam no cotidiano das medições e se caracterizam pela facilidade de transporte e montagem. No caso específico da RLAM, os transdutores são sensores de aceleração (acelerômetros) (ASH210-A) constituídos basicamente por uma massa sísmica e um cristal piezelétrico, utilizados na condição de nível global dos sinais coletados, com sensibilidade de 100 mV/g ± 5%, banda passante de 0,5 Hz - 15 kHz e base magnética. Os analisadores portáteis, frequentemente chamados de coletores de dados, são aparelhos desenvolvidos objetivando acompanhar e verificar o estado de funcionamento de equipamentos dinâmicos. São projetados para terem operação simplificada, incorporando funções pré-programadas de armazenamento de rotas (que são caminhos, sequências de medição) e coleta rápida de dados.  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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O coletor de sinais utilizado na bancada é um analisador portátil CSI 2130, que apresenta processamento contínuo, display   colorido, bateria com autonomia de oito horas e cabo de comunicação com entrada USB (EMERSONPROCESS, 2010). Tendo em vista a condição que se deseja investigar, é preciso buscar um ponto externo acessível durante o funcionamento do equipamento, que seja portador das informações desejadas. A trajetória da vibração, desde a fonte até o ponto de medida deve ser a mais sólida e curta possível, garantido máxima fidelidade na transmissão. Por esse motivo, os pontos de medição devem ser sempre nos locais mais próximos da sustentação do equipamento. No caso dos equipamentos rotativos isso se dá nos mancais (DIAS; RODRIGUES; RAMALHO, 2009). Na bancada são executadas medições nas posições vertical, horizontal e axial de cada mancal, e é medida a vibração nessas direções também no motor (figura abaixo).

Pontos de aquisição de dados na bancada

É fato que as máquinas rotativas são equipamentos utilizados nos diversos ambientes do cotidiano, tornando-se elementos indispensáveis nas atividades humanas e devido ao alto nível de exigência em tais especialidades, conhecer o comportamento dinâmico dessas máquinas é fundamental. No estudo realizado por Jesus e Cavalcanti (2011), ao analisar experimentalmente um conjunto suportado por dois mancais de deslizamento, localizado na RLAM e suas respectivas respostas para os fenômenos de desbalanceamento, desalinhamento e roçamento, concluíram que a obtenção de  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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conhecimento relativo aos principais fenômenos que afetam os equipamentos rotativos, através da aquisição de dados e análise da resposta do sistema simulando condições específicas de operação de equipamentos industriais, é ponto de partida para investigar não só estes como outros fenômenos de maneira contínua, contribuindo para solucionar vários problemas em máquinas industriais.

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UNIDADE 3  – TRIBOLOGIA E FERROGRAFIA 3.1 A tribologia

O termo tribologia, que vem do grego Τριβο  (Tribo  –  esfregar) e  Λογοσ (Logos  –  estudo) foi utilizado, oficialmente, pela primeira vez, em 1966, em um relatório feito por H. Peter Jost para o comitê do departamento inglês de educação e ciência. Neste relatório, o termo foi definido como a “ciência e tecnologia de

superfícies interativas em movimento relativo e dos assuntos e práticas relacionados”. Tal relatório continua estudos sobre os impactos econômicos do

desgaste de peças, principalmente automotivas. As maiores perdas no motor de um automóvel (por exemplo), transitando em uma cidade, são devidas ao resfriamento e à exaustão.  Apenas 12% da potência do motor são transmitidas às rodas, o que é menor do que as perdas por atrito (cerca de 15%). Considerando melhorias de 20% a economia seria de 300 milhões de reais por ano e uma redução de 37.500 toneladas de CO2 emitidos para atmosfera, apenas na cidade de São Paulo, segundo dados obtidos por Anderson em 1991(Anderson, 1991 apud  RADI et al ., 2007).  A tribologia reúne os conhecimentos adquiridos na física, na química, na mecânica e na ciência dos materiais para explicar e prever o comportamento de sistemas físicos que são utilizados em sistemas mecânicos, é a ciência que estuda o desgaste e o atrito, ou seja, a interação de superfícies em movimento e de técnicas relacionadas às mesmas. Segundo Radi et al . (2007), o que unifica a tribologia não são os conhecimentos básicos, mas sim a área de aplicação. O desgaste é a principal causa da deterioração dos componentes de máquinas devido à fadiga superficial do material (BARWELL, 1979 apud   SUSKI, 2004). Ele raramente é catastrófico, porém reduz a eficiência da operação, podendo resultar em mudanças dimensionais dos componentes ou danos na superfície, que podem gerar problemas secundários como vibrações e desalinhamentos. Entretanto, em casos extremos o desgaste causa a formação e propagação de trincas na  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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superfície do componente ou próxima à mesma, podendo levar a sua fratura e a formação de fragmentos. Resistência ao atrito e desgaste não são propriedades intrínsecas do material, mas são características do sistema de engenharia (Tribosistema), podendo causar perdas de energia e material, respectivamente. Atrito é a resistência ao movimento e aumenta com a interação da área de contato real dos sólidos.  As perdas devido ao desgaste podem ser reduzidas por otimização e organização, além de um design apropriado, produção, montagem, acessórios (veja figura abaixo) e microestrutura do componente.

Fonte: Zum-Gahr (1987 apud  SUSKI, 2004, p. 18)

O controle das perdas por desgaste deve iniciar com o correto processo de fabricação do produto, incluindo a escolha do equipamento e lugar para instalação. Para estocagem deve-se considerar as partes a serem protegidas do desgaste. O design do produto pode reduzir efetivamente o desgaste de componentes, otimizando a transferência de força e movimento, o uso apropriado de materiais e lubrificantes em função da força, temperatura e ambiente. Partes submetidas ao  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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desgaste devem ser projetadas para uma fácil substituição. O grau de exatidão da forma, tamanho, perfil da superfície, rugosidade e folga entre as superfícies durante o funcionamento influenciam o atrito e desgaste. A vida útil em serviço depende muito da exatidão da montagem, por exemplo, alinhamento exato e limpeza de quaisquer superfícies sujeitas à falha do componente (SUSKI, 2004). Tradicionalmente são aceitos quatro modos de desgaste que estão representados na Figura abaixo:

Modo de desgaste

Fonte: RUDI et al . (2007, p. 3) 

O desgaste adesivo ocorre quando a ligação adesiva entre as superfícies é suficientemente forte para resistir ao deslizamento. Como resultado dessa adesão, uma deformação plástica é causada na região de contato gerando uma trinca que pode se propagar levando à geração de um terceiro corpo e a uma transferência completa de material.

 

No desgaste abrasivo ocorre remoção de material da superfície. Esse desgaste ocorre em função do formato e da dureza dos dois materiais em contato.

 

Quando o desgaste é ocasionado pelo alto número de repetições do movimento ele é chamado de desgaste por fadiga.  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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

O desgaste corrosivo ocorre em meios corrosivos, líquidos ou gasosos. Neste tipo de desgaste são formados produtos de reação devido às interações químicas e eletroquímicas. Essas reações são conhecidas como reações triboquímicas e produzem uma intercamada na superfície que depois é removida. Os modos de desgaste podem ocorrer através de diversos mecanismos. Os

mecanismos de desgaste são descritos pela consideração de mudanças complexas na superfície durante o movimento. Em geral, o desgaste ocorre através de mais de um modo, portanto, a compreensão de cada mecanismo de desgaste em cada modo se torna importante. O diagrama abaixo mostra um breve resumo destes mecanismos (Kato, 2001 apud  RUDI et al ., 2007; SUSKI, 2004).

Diagrama dos processos de desgaste em função do elemento interfacial e do tipo de movimento das interfaces

O desgaste ocorre em função da cinemática do sistema. Pode variar entre, deslizamento, rolamento, oscilação, impacto e erosão, dependendo do tipo de interação e do movimento das interfaces. A erosão pode ainda ser classificada pelo estado físico do contracorpo, sólido ou líquido, ou pelo ângulo de ação, alto ou baixo. Os processos de desgaste também poderão ser classificados quanto ao  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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elemento interfacial, podendo ser de desgaste de 2-corpos ou estar sob ação de partículas sólidas pressionadas entre duas superfícies, por exemplo, poeira em lubrificantes ou minerais em rochas sob pressão, caracterizando um desgaste de 3corpos (Peterson, 1980 apud   SUSKI, 2004; RUDI et al ., 2007). O pesquisador tem que ter sempre em mente o tipo de aplicação do material que ele deseja testar para que possa simular as mesmas condições de velocidade, de movimento e de carga. Existem diferentes técnicas que podem ser utilizadas para testes de desgaste. Em contraste com outros testes mecânicos, não há especificação única de padronização, mas um número razoável de técnicas aceita em todo o mundo. Em função da falta de padronização existem, quase sempre, diferenças nos procedimentos dos testes, como tamanho e geometria dos corpos de prova, ambiente, etc. Portanto, é muito importante o conhecimento das condições de teste para a correta comparação dos resultados obtidos. Outro fator que contribui para o elevado número de testes é a grande variedade de sistemas de desgaste que ocorrem na prática. Oportunamente, quando técnicas similares são utilizadas, os resultados obtidos podem ser comparados, ao menos qualitativamente. Obter-se-á sucesso na comparação de resultados obtidos em laboratório com a indústria somente se os mecanismos do sistema no laboratório e prática forem bastante similares (SUSKI, 2004).

3.2 A ferrografia

 A ferrografia foi descoberta em 1971 por Vernon C. Westcott, um tribologista de Massachusetts, Estados Unidos, e desenvolvida durante os anos subsequentes com a colaboração do Roderic Bowen e patrocínio do Centro de Engenharia  Aeronaval Americano e outras entidades, (www.bibvirt.futuro.usp.br). Em 1982, a ferrografia foi liberada para uso civil e trazida para o Brasil em 1988. (BARONI; GOMES, 1995).

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 A ferrometria é uma técnica que conta o número de micropartículas metálicas num dado volume de lubrificante (mede o desgaste que envolve a perda de massa), mas são necessárias técnicas mais complicadas para detectar microfissuras de fadiga e transformações estruturais dos materiais (ultravioletas e líquidos penetrantes, ultrassons ou raios-X, por exemplo). Segundo Schio (2011), a ferrografia é uma técnica laboratorial de manutenção preditiva para o monitoramento e diagnose de condições dos componentes das máquinas (embora existam inúmeras outras aplicações, como desenvolvimento de materiais e lubrificantes). A partir da quantificação e análise da formação das partículas de desgaste (limalhas), encontradas em amostras de lubrificantes, determinam-se: tipos de desgaste, contaminantes, desempenho do lubrificante, etc. Há dois níveis de análise ferrográfica. Uma quantitativa que consiste numa técnica de avaliação das condições de desgaste dos componentes de uma máquina por meio da quantificação das partículas em suspensão no lubrificante, e uma analítica que utiliza a observação das partículas em suspensão no lubrificante (CUNHA, 2005). O conceito básico consiste na análise de particulados e propriedade de fluídos e óleos hidráulicos, visando a determinação de sua qualidade para atendimento das especificações do seu meio ambiente funcional (equipamento). São princípios básicos da ferrografia: 

toda máquina se desgasta;



o desgaste gera partículas;



o tamanho e a quantidade das partículas indicam a severidade do desgaste;



a morfologia e o acabamento superficial das partículas indicam o tipo de desgaste (ALMEIDA, 2006).

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3.3 O processo e tipos de análise da ferrografia

 A amostragem é feita com a máquina em funcionamento ou momentos após a sua parada, de forma a ser evitada a precipitação das partículas (ALMEIDA, 2006). O ponto de coleta deve estar localizado o mais próximo possível da fonte de geração de partículas. No caso de sistemas circulatórios, uma válvula na tubulação de retorno do óleo é o ponto ideal. Quando inacessível, drenos em reservatórios ou amostragem por meio de bombas de coleta são alternativas válidas. O maior cuidado está em se evitar pontos após filtros ou regiões onde não ocorra homogeneização. Enviadas ao laboratório, as amostras serão analisadas pelo dois tipos de exames falados anteriormente.

3.3.1 Exame Analítico (AN)

Permite a observação visual das partículas para que sejam identificados os tipos de desgaste presentes (ALMEIDA, 2006). Sobre uma lâmina de vidro (ferrograma) bombeia-se lentamente a amostra. As partículas são depositadas e, posteriormente, examinadas com o auxílio de um microscópio ótico especial (ferroscópio). O ferrograma possui 25 x 60 x 0,7 mm. Montado no ferrógrafo analítico (abaixo) sofre a ação de um campo magnético cuja distribuição das linhas de força não é uniforme, mas de intensidade menor na entrada do fluxo e, num gradiente crescente, tem sua intensidade máxima na saída.

Fonte: Almeida (2006, p. 140).  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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Dessa forma, à medida que a amostra flui por sobre a lâmina, as partículas ferromagnéticas de maior tamanho são depositadas logo na entrada. Avançando-se no ferrograma, encontramos as partículas de tamanhos menores. Na saída, observamos as partículas de até 0,1 μm. Essas partículas são identificadas pela forma com que se alinham, seguindo a direção das linhas de força do campo magnético.  As partículas paramagnéticas ou não magnéticas (ligas de cobre, alumínio, prata, chumbo, etc. e contaminantes como areia, borracha, fibras de pano, papel etc.) depositam-se de forma aleatória. São encontradas ao longo de todo ferrograma.  Ao final do bombeamento da amostra, circula-se um solvente especial, isento de partículas, que “lava” o ferrograma, levando consigo o lubrificante. Até 98%

das partículas presentes na amostra permanecem retidas na lâmina. Após a secagem, o ferrograma está pronto para ser examinado no f erroscópio. Todo material utilizado na ferrografia é descartável. Um ferrograma, com cuidados especiais, pode ser armazenado por até 4 anos. Cada tipo de desgaste pode ser identificado pelas diferentes formas que as partículas adquirem ao serem geradas. O desgaste mais comum é a Esfoliação. São partículas geralmente de 5 μm,

podendo atingir 15 μm. Sua forma lembra flocos de aveia. A Esfoliação é gerada sem a necessidade de contato metálico, mas apenas pela transmissão de força tangencial entre uma peça e outra por meio do filme lubrificante. A quantidade e o tamanho dessas partículas aumentarão caso a espessura do filme seja reduzida devido à sobrecarga, diminuição da viscosidade do óleo, diminuição da velocidade da máquina, etc. Outro desgaste bastante comum é a Abrasão. Gera partículas assemelhadas a cavacos de torno com dimensões de 2 a centenas de mícron. A principal causa para esse tipo de desgaste é a contaminação por areia. Os pequenos grãos de areia ingeridos pela máquina se incrustam, por exemplo, num mancal de metal patente e o canto vivo exposto “usina” o eixo que está girando, tal

qual um torno mecânico.  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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De forma geral, considera-se como indício de problema partículas maiores que 15 μm. Os vários tipos de partículas observadas pela ferrografia recebem

nomes que representam ora o tipo do desgaste (Esfoliação, Abrasão, Corrosão, etc.), ora sua forma (Laminares, Esferas, etc.) ou ainda a natureza (Óxidos, Polímeros, Contaminantes Orgânicos, etc.). Existem regras bem definidas para a representação da taxa de incidência de cada tipo de partícula num ferrograma. A representação da análise é feita de forma gráfica, onde barras horizontais indicam a incidência.

3.3.2 Exame Quantitativo (DR)

Segundo Almeida (2006), a Ferrografia Quantitativa, ou ferrografia de leitura direta (Direct Reading = DR) utiliza os mesmos princípios da ferrografia analítica. A diferença está no formato do corpo de prova e no método de leitura. O corpo de prova (conjunto tubo precipitador) é formado por uma mangueira de PTFE, um tubo de vidro e uma mangueira de drenagem. O tubo de vidro é instalado sobre o campo magnético especial, da mesma forma que o ferrograma. Duas regiões deste tubo são iluminadas de baixo para cima por uma fonte de luz controlada. A sombra formada pelas partículas que se depositam no tubo é observada por fotocélulas ligadas ao circuito micro processado.  Assim como no ferrograma, as partículas se precipitam de forma ordenada por tamanho. O tubo precipitador é divido em duas regiões onde se encontram as partículas maiores que 5 μm, chamadas Grandes (Large = L) e menores ou iguais a 5 μm, chamadas Pequenas (Small = S).

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Fonte: Almeida (2006, p. 142).

 A unidade utilizada na ferrografia quantitativa é exclusiva e arbitrada. Para 50% da área do tubo coberta por partículas foi arbitrado o número 100, adimensional. A leitura fornecida pelo instrumento é diretamente proporcional à concentração de partículas da amostra. O manuseio dos valores de L e S permite várias interpretações, tais como: L+S = concentração total de partículas PLP = (L-S)/(L+S)*100 = modo de desgaste IS = (L2 - S2)/diluição2 = índice de severidade

 Assim como em outras técnicas de Manutenção Preditiva, os primeiros exames são utilizados na determinação da referência da máquina ( base-line). Para cada tipo de máquina estabelecem-se diferentes periodicidades nos exames quantitativos (DR) e analíticos (AN). A título de exemplo, temos: a) DR a cada 30 dias. b) AN a cada 90 dias ou quando algo anormal é apontado pelo DR. c) Nas duas primeiras amostras efetuam-se DR + AN para determinação da base-line (ALMEIDA, 2006).

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Vale guardar...

 A Ferrografia consiste na determinação da severidade, modo e tipos de desgaste em máquinas, por meio da identificação da morfologia, acabamento superficial, coloração, natureza e tamanho das partículas encontradas em amostras de óleos ou graxas lubrificantes, de qualquer viscosidade, consistência e opacidade.

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UNIDADE 4  – TERMOGRAFIA  A técnica que possibilita a medição de temperaturas ou observação de padrões diferenciais de distribuição de calor, por meio da medição da radiação infravermelha, naturalmente emitida pelos corpos, apresentando imagens térmicas (termogramas) dos componentes, equipamentos ou processos denomina-se Termografia. É amplamente utilizada na mecânica e elétrica, pois apresenta diversas vantagens, como: baixo custo; alto rendimento, com a medição de grandes áreas em pouco tempo; segurança, pois não há necessidade de contato físico com os equipamentos.  A utilização da termografia, um ensaio não destrutivo que tem seu princípio na leitura térmica, através da radiação infravermelha emitida pelos objetos, está fundamentado no método preditivo de manutenção, com propósito de aumentar a confiabilidade dos equipamentos, ou seja, o equipamento estar disponível para executar determinado trabalho, mantendo suas funções continuamente quando este for solicitado. Considerando que toda quebra em equipamentos provocada por disfunção em componentes, apresenta anteriormente um sintoma de falha, detectar a alteração da temperatura normal de operação dos componentes elétricos, tem sido uma prática bastante utilizada pelas indústrias, e a aplicação da termografia é utilizada como método para monitorar a temperatura dos componentes, evitando aquecimento excessivo e possíveis falhas (PALUCHOWSKI et al ., 2011). O conceito básico consiste na análise pela visão humana do expectro infravermelho, chamadas de termogramas. O Infravermelho é uma frequência eletromagnética, naturalmente emitida por qualquer corpo com intensidade proporcional a sua temperatura. Dentre as utilidades da termografia, elencam-se: 

análise de quaisquer circuitos eletroeletrônicos;



quadros de energias, estações, subestações;



cabines de entradas de energia;  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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

instalações elétricas;



no breaks;



pontes rolantes, escadas rolantes, elevadores, etc. Santos (2006, p.19) faz um breve comentário sobre a evolução,

principalmente dos equipamentos termovisores, salientando a importância dos estudos realizados nesta área:  A Termografia infravermelha, tal como é conhecida hoje, com Termovisores portáteis capazes de detectar e converter, em tempo real, a radiação infravermelha em imagens visíveis e com a possibilidade de medição de temperatura, só foi possível devido a diversos estudos e descobertas, das quais alguns dos mais importantes, a partir da descoberta da radiação infravermelha.  A termografia, ou a geração de imagens térmicas, pode ser utilizada em aplicações, tais como a inspeção de equipamentos elétricos, de processos e no diagnóstico de construções. Os equipamentos elétricos incluem motores, equipamentos de distribuição, quadros de comando, subestações, entre outros. Equipamentos de processo incluem equipamentos de montagem e manufatura automatizados. Os diagnósticos de construção incluem a verificação de umidade em telhados e inspeções de vazamento de ar e detecção de umidade no isolamento de prédios. Dentre essas aplicações, são mais comumente utilizados para inspecionar a integridade de sistemas elétricos (FLUKE, 2009).

4.1 Aplicações elétricas

Dentro da prática termográfica, os componentes que envolvam eletricidade tem a maior aplicação, nos quais se inspeciona aquecimento em acionamentos, aquecimento em bornes, aquecimento em componentes elétricos, quadros de comando até subestações de energia. Em eletricidade e eletrônica, a monitorização constante e a detecção precoce de alterações na temperatura de um determinado componente permitem a  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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prevenção de falhas de maquinaria e consequentes perdas de produtividade, além de resultar em redução significativa nos custos com manutenção corretiva por falhas indesejadas de máquinas, por conta de defeitos em componentes elétricos que as integram (AFONSO, 2010; FLUKE, 2009). Seguindo esse mesmo pensamento, em 1972, foi implantado a prática da termografia em Furnas Centrais Elétricas, uma distribuidora de energia, onde a manutenção preditiva em todas as subestações da empresa, tem como foco principal a prática termográfica, apresentando ótimos resultados, dentre eles uma maior confiabilidade do sistema de distribuição de energia, detectando problemas em

seu

estágio

inicial,

evitando

desta

forma

paradas

indesejadas

e,

consequentemente, maior produtividade e operacionalidade de seus sistemas de distribuição de energia (ARAÚJO; BARBOSA; SINISCALCHI, 2008). O trabalho de Brice apud   Santos (2006, p.23), traz um exemplo prático de aplicação em subestação de energia elétrica, no qual cita que

um lado importante da operação de subestações de alta tensão é a manutenção preventiva de equipamentos elétricos energizados. Os problemas nesses equipamentos geralmente aparecem como pontos quentes devido a sobrecargas térmicas locais ou mau contato.

Em trabalho de Brito, Alves e Filho (2011), é abordado um programa de manutenção preditiva em aproximadamente 500 painéis elétricos, utilizando a prática da análise termográfica, com o objetivo de introduzir uma variável que indique a importância da falha no contexto do sistema. Citam que torna-se necessário incluir na classificação do aquecimento o parâmetro de “Criticidade” dos

componentes dos painéis elétricos, que segundo eles se classifica em três classes: Classe 1: quando sua falha afeta o fornecimento de energia de toda a unidade e paradas de custo muito elevado. Classe 2: quando sua falha causa paradas à produção, porém restritas a uma parte da unidade.

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Classe 3: quando sua falha pode ser facilmente contornada através de manobras ou redundâncias, sem interromper a produção.  Ainda, esses mesmos autores demonstraram a importância e a eficiência da análise termográfica, na qual, com a implantação deste programa, torna-se possível minimizar os custos de manutenção elétrica e maximizar a disponibilidade dos painéis de comando elétrico assistidos, evitando-se falhas prematuras e paradas indesejáveis da produção por falhas em componentes que integram os painéis elétricos (BRITO; ALVES; FILHO, 2011).

4.2 Aplicações mecânicas

 As inspeções eletromecânicas e mecânicas abrangem uma grande variedade de equipamentos. A geração de imagens térmicas provou ser inestimável para a inspeção de equipamentos, tais como motores e equipamentos giratórios. A maior parte dessas aplicações é qualitativa, a imagem térmica atual é normalmente comparada com a anterior e, consequentemente, feito comparações para se detectar quais as partes do motor que estão gerando um aumento da temperatura, e as possíveis causas de isso estar acontecendo. Motores são inspecionados termicamente porque são muito suscetíveis a falhas relacionadas ao calor. Captar imagens térmicas de um motor ao longo do tempo pode ser de grande valor, pois pode revelar, se um motor está entupido com poeira, que tenha falta de fase, que esteja desalinhado ou desbalanceado, ou até mesmo se seus rolamentos estão danificados, evitando com essas análises a queima desse motor ou a parada de algum processo por conta disso (FLUKE, 2009).  Além de inspeções termográficas em equipamentos mecânicos e elétricos, também existe uma ampla utilização em demais processos. Um exemplo é no diagnóstico de construções que pode-se utilizar o termovisor para inspeção de umidade em telhados, no qual, através da diferença de temperatura se comparada a outros pontos do telhado, pode-se verificar vazamentos de água e demais danos nas estruturas causados por infiltrações (FLUKE, 2009).

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São vantagens de uma inspeção termográfica:  

excelente custo/ benefício  –  o custo de uma inspeção termográfica em relação à economia que ela proporciona é imensurável, pois um bom programa preventivo de inspeções periódicas e intervenções adequadas elimina a ocorrência de falhas imprevistas e paradas não programadas. Além de minimizar a ocorrência de prejuízos materiais e até humanos;

 

sem interrupção do processo produtivo  –  para apresentação de melhores resultados, as inspeções devem ser realizadas nos períodos de plena atividade ou carga;

 

segurança  –  as inspeções são realizadas a distâncias seguras, sem necessidade de contato físico entre a instalação e o inspetor, e permite maior segurança na estocagem de produtos;

 

rapidez  –  a inspeção termográfica é realizada com equipamentos portáteis, tornando-se um processo rápido e de alto rendimento. Em função de resultados instantâneos, possibilita a intervenção imediata, caso necessário;



aumento da confiabilidade  – há uma maior confiança no sistema de trabalho, reduzindo-se, assim, os itens em almoxarifado (SOUZA; PIRES; ALVES, 2010).

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Vale guardar...  A análise termográfica, sendo um processo não destrutivo e que é realizado com o funcionamento da máquina com carga total, pode identificar o defeito logo em seu início, com a antecedência necessária que possibilite o planejamento da parada do sistema e um reparo simples e de baixo custo (SANTOS, 2009).

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UNIDADE 5  – ULTRASSOM Souza (2011) explica didaticamente que ultrassom corresponde a um som com frequência de onda superior aos 20 KHz, e tem algumas aplicações, como a ultrassonografia, o ultrassom terapêutico e focando nosso curso, funciona como um Ensaio Não Destrutivo (END) (uma das técnicas utilizadas na inspeção de materiais e equipamentos sem danificá-los, sendo executados nas etapas de fabricação, construção, montagem e manutenção). No meio científico, utiliza-se a palavra frequência para especificar uma grandeza física. Assim como no cotidiano, a frequência simboliza a quantidade de determinados eventos que ocorrem em um intervalo de tempo. No caso particular das ondas, a palavra frequência caracteriza o número de oscilações de uma onda por um período de tempo. Ela é medida em Hertz, ou seja, número de eventos por segundo, em homenagem ao físico alemão Heinrich Hertz. Há três tipos de ondas: mecânicas, eletromagnéticas e de matéria. As ondas mecânicas dependem de um meio para se propagar, enquanto as eletromagnéticas não. Já as ondas de matéria representam o comportamento de pequenas partículas, como elétrons e prótons. Um exemplo de onda mecânica é o som (vibrações que tem como meio o ar). O som ouvido pelos seres humanos varia entre as faixas de frequência 20 Hz à 20 KHz, portanto, os sons que ultrapassam ou são inferiores a tais faixas, não conseguem ser percebidos pelo homem. Dentre tais sons, há o chamado ultrassom (SOUZA, 2011). Voltando aos END, eles constituem uma das principais ferramentas do controle da qualidade de materiais e produtos, contribuindo para garantir a qualidade, reduzir os custos e aumentar a confiabilidade da inspeção. São largamente utilizadas nos setores petróleo/petroquímico, químico, aeronáutico, aeroespacial, siderúrgico, naval, eletromecânico, papel e celulose, entre outros. Contribuem para a qualidade dos bens e serviços, redução de custo, preservação da vida e do meio ambiente, sendo fator de competitividade para as empresas que os utilizam (ABENDE)  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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Os END incluem métodos capazes de proporcionar informações a respeito do teor de defeitos de um determinado produto, das características tecnológicas de um material, ou ainda, da monitoração da degradação em serviço de componentes, equipamentos e estruturas. Dentre os métodos mais usuais de END, além do ultrassom, podemos citar o ensaio visual, líquido penetrante, partículas magnéticas, radiografia (Raios X e Gama), correntes parasitas, análise de vibrações, termografia, emissão acústica, estanqueidade e análise de deformações.

5.1 Fundamentos e princípios do ultrassom

Os sons produzidos em um ambiente qualquer refletem-se ou reverberam nas paredes que constituem o ambiente, podendo ainda ser transmitidos a outros ambientes. Este fenômeno constitui o fundamento do ensaio por ultrassom de materiais.  Assim como uma onda sonora reflete ao incidir num anteparo qualquer, a vibração ou onda ultrassônica também reflete quando percorre um meio elástico; do mesmo modo, a vibração ou onda ultrassônica refletirá ao incidir numa descontinuidade ou falha interna de um meio considerado. Através de aparelhos especiais, é possível detectar as reflexões provenientes do interior da peça examinada, localizando e interpretando as descontinuidades. O teste ultrassônico de materiais é feito com o uso de ondas mecânicas ou acústicas colocadas no meio em inspeção, ao contrário da técnica radiográfica, que usa ondas eletromagnéticas. O ensaio por ultrassom caracteriza-se por ser um método não destrutivo com o objetivo de detectar descontinuidades internas, presentes nos mais variados tipos ou formas de materiais ferrosos ou não ferrosos.  As descontinuidades são caracterizadas pelo próprio processo de fabricação da peça ou por componentes, como por exemplo, bolhas de gás em fundidos, dupla laminação em laminados, microtrincas em forjados, escórias em uniões soldadas e muitos outros. Portanto, o exame ultrassônico, assim como todo exame não  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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destrutivo, visa a diminuir o grau de incerteza na utilização de materiais ou peças de responsabilidade. Um pulso ultrassônico é gerado e transmitido através de um transdutor especial, encostado ou acoplado ao material. Os pulsos ultrassônicos refletidos por uma descontinuidade, ou pela superfície oposta da peça, são captados pelo transdutor, convertidos em sinais eletrônicos e mostrados na tela LCD ou em um tubo de raios catódicos (TRC) do aparelho. Os ultrassons são ondas acústicas com frequências acima do limite audível. Normalmente, as frequências ultrassônicas situam-se na faixa de 0,5 a 25 MHz. Geralmente, as dimensões reais de um defeito interno podem ser estimadas com uma razoável precisão, fornecendo meios para que a peça ou componente em questão possa ser aceito, ou rejeitado, baseando-se em critérios de aceitação da certa norma aplicável. Utiliza-se ultrassom também para medir espessura e determinar corrosão com extrema facilidade e precisão (INSPECON, 2010).

Aparelho de ultrassom industrial

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Os princípios físicos que regem o ensaio por ultrassom são a dispersão, a absorção, a atenuação sônica e a divergência do feixe sônico. a) Dispersão  – a dispersão do feixe sônico deve-se ao fato de a matéria não ser totalmente homogênea e conter interfaces naturais de sua própria estrutura ou que são provocadas pelo processo de fabricação. Como exemplo citam-se os fundidos, que apresentam grãos de grafite e ferrita com propriedades elásticas distintas. A mudança das características elásticas de ponto num mesmo material é chamada anisotropia, que é mais significativa quando o tamanho do grão é de 1/10 do comprimento de onda. b) Absorção – absorção é a energia cedida pela onda para que cada partícula do meio execute um movimento de oscilação, transmitindo vibração às outras partículas do próprio meio; esse fenômeno ocorre sempre que uma vibração acústica percorre um meio elástico. c) Atenuação sônica  – a onda sônica, ao percorrer um material qualquer, sofre em sua trajetória efeitos de dispersão e absorção que resultam na redução da sua energia. Os resultados dos efeitos de dispersão e absorção, quando somados, resultam na atenuação sônica. Na prática, esse fenômeno pode ser visualizado na tela do aparelho de ultrassom, quando se observam vários ecos de reflexão de fundo provenientes de uma peça com superfícies paralelas. As alturas dos ecos diminuem com a distância percorrida pela onda.  A atenuação sônica é importante quando se inspecionam peças em que este fator pode inviabilizar o ensaio. Soldas em aços inoxidáveis austeníticos e peças forjadas em aços inoxidáveis são exemplos clássicos desta dificuldade. O controle e avaliação da atenuação nestes casos é razão para justificar procedimentos de ensaio especiais. Alguns valores de atenuação podem ser encontrados num quadro extraído do livro de Krautkramer “Ultrasonic Testing of Materials”.

d) Divergência do feixe sônico  – a divergência é um fenômeno físico responsável pela perda de parte da intensidade ou energia da onda sônica; a divergência se pronuncia à medida que a fonte emissora é afastada das vibrações acústicas. Tal fenômeno pode ser observado ao detectar um defeito pequeno  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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com o feixe ultrassônico central do transdutor; nesta condição, a amplitude do eco na tela do aparelho é máxima. No entanto, quando o transdutor é afastado lateralmente ao defeito, a amplitude diminui, indicando uma queda na sensibilidade de detecção do mesmo defeito. A diferença de sensibilidade ou altura do eco de reflexão entre a detecção do defeito com o feixe ultrassônico central e a detecção do mesmo defeito com a borda do feixe ultrassônico é considerável.

5.2 Aplicações do ultrassom

É largo o campo de aplicação do utrassom ou área de abrangência, indo de transformadores, passando por painéis, motores, geradores, cabos e terminações; isoladores; barramentos; barramentos blindados; relés; disjuntores; muflas/ terminações; caixas de passagem; outros equipamentos elétricos.  As aplicações deste ensaio não destrutivo são inúmeras: soldas, laminados, forjados, fundidos, ferrosos e não ferrosos, ligas metálicas, vidro, borracha, materiais compostos, tudo permite ser analisado por ultrassom. Indústria de base (usinas siderúrgicas) e de transformação (mecânicas pesadas), indústria automobilística, transporte marítimo, ferroviário, rodoviário, aéreo e aeroespacial: todos utilizam ultrassom. Mesmo em hospitais, a primeira imagem de um feto humano é obtida por ultrassom. Modernamente, o ultrassom é utilizado na manutenção industrial, na detecção preventiva de vazamentos de líquidos ou gases, falhas operacionais em sistemas elétricos (efeito corona), vibrações em mancais e r olamentos, etc. O ensaio ultrassônico é, sem sombra de dúvidas, o método não destrutivo mais utilizado e o que apresenta o maior crescimento para a detecção de descontinuidades internas nos materiais (INSPECON, 2010). Três problemas básicos que podem ser detectados pelo equipamento de ultrassom seriam:

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

o arco elétrico – que ocorre toda vez que existe uma disrupção do ar, seguido de passagem de corrente. A maior parte das faltas em sistemas elétricos industriais ocorre por falha de isolação, ou seja, através de arco;

  corona  – ocorre quando a tensão em um condutor elétrico excede o gradiente



de potencial do ar que circunda este condutor e começa a ionizá-lo e formar uma nuvem azul ou púrpura ao redor; 

descargas Elétricas (embrionárias  – descargas parciais)  –  conhecidas como “baby arcing ” (arco embrionário), ocorre quando há perda de isolação e esta

perda de isolação estabelece um caminho para correntes (descargas) elétricas de baixa intensidade que não podem ser identificadas por dispositivos de proteção convencionais (ENGEPOWER, 2009).

Ferramenta indispensável para garantia da qualidade de peças de grandes espessuras, com geometria complexa de juntas soldadas e chapas, essa técnica é aplicada na indústria moderna, principalmente nas áreas de caldeiraria e estruturas marítimas. Na maioria dos casos, os ensaios são aplicados em aços carbono e em menor porcentagem nos aços inoxidáveis, bem como materiais não ferrosos podem ser examinados por ultrassom, mas requerem procedimentos especiais, existindo vantagens e desvantagens, a saber:

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Vantagens

Desvantagens

 Alta sensibilidade na detectabilidade de pequenas descontinuidades internas, como trincas devido a tratamento térmico, fissuras e outros de difícil detecção por ensaio de radiações penetrantes (radiografia ou gamagrafia).

 Apresenta algumas desvantagens, como a exigência de grande conhecimento teórico e experiência por parte do inspetor, além do preparo da superfície; o registro permanente do teste não é facilmente obtido; faixas de espessuras muito finas constituem uma dificuldade para aplicação do método; em alguns Para interpretação das indicações, o ensaio por casos de inspeção de solda existe a ultrassom dispensa processos intermediários, necessidade da remoção total do reforço da agilizando a inspeção. No caso de radiografia ou solda, o que demanda tempo de fábrica. gamagrafia, existe a necessidade do processo de revelação do filme, que, via de regra, O ensaio por ultrassom de materiais com ondas demanda tempo para o informe de resultados. superficiais é aplicado com severas restrições, pois somente são observados defeitos de  Ao contrário dos ensaios por radiações superfície; para detectar este tipo de penetrantes, o ensaio por ultrassom não requer descontinuidade, existem ensaios não planos especiais de segurança ou quaisquer destrutivos mais simples, como os ensaios por acessórios para sua aplicação. líquidos penetrantes e por partículas magnéticas,  A localização, a avaliação do tamanho e a que em geral são de custo e complexidade interpretação das descontinuidades encontradas inferiores aos do ensaio por ultrassom. são fatores intrínsecos ao exame ultrassônico, enquanto que outros exames não definem tais fatores. Por exemplo, um defeito mostrado num filme radiográfico define o tamanho do defeito mas não sua profundidade e em muitos casos este é um fator importante para proceder a um reparo.

5.3 Componentes e funcionamento de um ultrassom

Basicamente, o aparelho de ultrassom contém circuitos eletrônicos especiais, que permitem transmitir ao cristal piezelétrico, através do cabo coaxial, uma série de pulsos elétricos controlados, que são transformados pelo cristal em ondas ultrassônicas. Da mesma forma, sinais captados no cristal são mostrados na tela do tubo de raios catódicos em forma de pulsos luminosos denominados ecos, que podem ser regulados tanto na amplitude quanto na posição na tela graduada. Os ecos constituem o registro das descontinuidades encontradas no interior do material.  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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Em geral, os fabricantes oferecem vários modelos de aparelhos com maiores ou menores recursos técnicos; entretanto, alguns controles e funções básicas devem existir para que sua utilização seja possível. Esses controles são referentes a escolha da função, potência de emissão, ganho, escala e velocidade de propagação. Todo aparelho possui entradas de conectores dos tipos BNC (aparelhos de procedência norte-americana) ou Lemo (aparelhos de procedência alemã), para permitir transdutores dos tipos monocristal e duplo-cristal.  A potência de emissão está diretamente relacionada à amplitude de oscilação do cristal ou tamanho do sinal transmitido. Em geral, os aparelhos apresentam níveis de potência controláveis por uma chave seletora com posições em número de 2 até 5. O ganho está relacionado com a amplitude do sinal na tela ou amplificação do sinal recebido pelo cristal. Os aparelhos apresentam um ajuste fino e um grosseiro, calibrados em decibéis, num mesmo botão de controle ou separadamente.  As graduações na tela do aparelho podem ser modificadas, conforme a necessidade, por meio do controle de escala calibrada em faixas fixas com variações de 10, 50, 250 e 1.000mm. Quando a velocidade de propagação é alterada no aparelho, nota-se claramente que o eco de reflexão produzido por uma interface muda de posição na tela do osciloscópio, permanecendo o eco original em sua posição inicial. O aparelho de ultrassom é basicamente ajustado para medir o tempo de percurso do som na peça ensaiada por meio da relação S = v  x   t, onde o espaço percorrido S é proporcional ao tempo t e à velocidade de propagação v.  A unidade de medida do material também pode ser ajustada em centímetros, metros, etc. Dependendo do modelo e do fabricante do aparelho, pode existir um controle específico da velocidade ou, na maioria dos casos, um controle que trabalha junto com o da escala do aparelho. Nesse caso, existe uma graduação de velocidade em metros por segundo em relação aos diferentes materiais de ensaio por ultrassom.  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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Os componentes principais do equipamento de ultrassom são os cristais e os transdutores. 

Cristais são materiais que apresentam o efeito piezelétrico responsável por transformar a energia elétrica alternada em oscilação mecânica e a energia mecânica em elétrica. Os cristais são montados sobre uma base que f unciona como suporte ou bloco amortecedor. Tipos de cristais são quartzo, sulfato de lítio, titanato de bário e metaniobato de chumbo.



O transdutor, também chamado de cabeçote, é formado pelos cristais, pelos eletrodos e pela carcaça externa. Um transdutor emite um impulso ultrassônico que atravessa o material e reflete nas interfaces, originando o eco. O eco retorna ao transdutor e gera o sinal elétrico correspondente. O transdutor pode ser classificado em três tipos: normal ou reto, angular e

duplo-cristal: a) O transdutor normal ou reto é o chamado cabeçote monocristal gerador de ondas longitudinais perpendiculares à superfície de acoplamento. É construído a partir de um cristal piezelétrico com uma das faces colada num bloco rígido denominado amortecedor e outra face protegida por uma membrana de borracha ou por uma resina especial. O bloco amortecedor serve de apoio para o cristal e absorve as ondas emitidas pela face colada a ele. A face de contato do transdutor com a peça deve ser protegida contra desgaste mecânico por meio de membranas de borracha finas e resistentes ou camadas fixas de epóxi enriquecido com óxido de alumínio. Em geral, os transdutores normais são circulares, com diâmetro de 5 a 24 mm, com frequência de 0,5, 1, 2, 2,5, 4,5 e 6 MHz. Outros diâmetros e frequências existem, porém para aplicações especiais. b) O transdutor angular é assim chamado em razão de o cristal formar um determinado ângulo em relação à superfície do material. O ângulo é obtido pela inserção de uma cunha de plástico entre o cristal piezelétrico e a superfície. A cunha pode ser fixa, sendo então englobada pela carcaça, ou intercambiável; neste último caso, um transdutor normal é preso com parafusos que fixam a cunha à carcaça. Uma vez que a prática é trabalhar  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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com diversos ângulos (35, 45, 60, 70 e 80 graus), a solução de um único transdutor com várias cunhas é mais econômica; no entanto, é necessário maior cuidado no manuseio. O ângulo nominal, sob o qual o feixe ultrassônico penetra no material, vale somente para inspeção de peças de aço; se o material for outro, determina-se o ângulo real de penetração por meio de blocos de calibração feitos desse mesmo material. A mudança do ângulo deve-se à mudança de velocidade no meio. O cristal piezelétrico somente recebe ondas ou impulsos ultrassônicos que penetram na cunha na direção paralela à de emissão, em sentido contrário. A cunha de plástico funciona como amortecedor para o cristal piezelétrico após a emissão dos impulsos. O transdutor angular apresenta sapatas de acrílico feitas para proporcionar ângulos de transmissão bem definidos. Entretanto, o uso contínuo e o consequente desgaste das sapatas poderão alterar o desempenho do transdutor. Esse problema pode ser agravado quando a pressão do dedo do operador incidir sobre as bordas do transdutor, fazendo com que o desgaste ocorra de modo irregular e alterando significativamente o ângulo nominal. c) O transdutor duplo-cristal é o mais indicado e largamente utilizado nos procedimentos de medição de espessura por ultrassom. Apresenta dois cristais incorporados na mesma carcaça, levemente inclinados em relação à superfície de contato e separados por um material acústico isolante. Cada um deles funciona somente como emissor ou somente como receptor, sendo indiferente qual deles exerce cada uma das funções. Os cristais são conectados ao aparelho de ultrassom por um cabo duplo; o aparelho deve ser ajustado para trabalhar com dois cristais. Os cristais são montados sobre blocos feitos de plástico especial de baixa atenuação. Devido a essa inclinação, os transdutores duplos não podem ser usados para qualquer profundidade, pois fora da zona de inclinação a sensibilidade se reduz. Possuem sempre uma faixa de inspeção ótima, que deve ser observada. Em certos casos, os transdutores duplos são utilizados com focalização, isto é, o feixe é concentrado em uma determinada zona do material para a qual se deseja máxima sensibilidade.

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Existem problemas de inspeção que não podem ser resolvidos nem com transdutores retos nem com angulares. Quando se trata de inspecionar ou medir materiais de reduzida espessura, ou quando se deseja detectar descontinuidades logo abaixo da superfície do material, a zona morta existente na tela do aparelho impede uma resposta clara. O cristal piezelétrico recebe uma resposta num espaço de tempo curto após a emissão, e suas vibrações não são amortecidas suficientemente. Neste caso, somente um transdutor duplo-cristal, capaz de separar a emissão da recepção pode ajudar. De todo modo, para realizar a inspeção, o transdutor deve ser acoplado à peça; quando isso é feito, estabelece-se uma camada de ar entre a sapata do transdutor e a superfície da peça. Esta camada ar impede que as vibrações mecânicas produzidas pelo transdutor se propaguem para a peça em razão das características acústicas (impedância acústica) muito diferentes das do material a inspecionar. Por esta razão, deve-se usar um líquido que estabeleça uma redução desta diferença e permita a passagem das vibrações para a peça. Esse líquido, denominado líquido acoplante, é escolhido em função do acabamento superficial da peça, de condições técnicas e tipo da peça (INFOSOLDA, 2013; SENAI, 1997).

Guarde...  As aplicações deste ensaio  – ultrassom  – são inúmeras: soldas, laminados, forjados, fundidos, ferrosos e não ferrosos, ligas metálicas, vidro, borracha, materiais compostos, tudo permite ser analisado por ultrassom. Na manutenção, é aplicado na detecção de vazamentos de líquidos ou gases, falhas operacionais em sistemas elétricos, vibrações em mancais e rolamentos.

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UNIDADE 6  – ESPECTROGRAFIA Também conhecida como Análise Espectrográfica, essa técnica, embora preditiva, é aplicada ao seguimento veicular, isto é, quando se deseja monitorar veículos de passeio, tratores, caminhos, empilhadeiras, etc. O princípio básico partilhado por todas as técnicas espectroscópicas se resume basicamente em um feixe de radiação eletromagnética direcionado para uma determinada amostra e, na sequência, observa-se como a amostra se comporta a um determinado estímulo. A resposta obtida normalmente é registrada como uma função do comprimento de onda da radiação, em função do comprimento de onda, sendo conhecido como um espectro (GUIMARÃES, 2013). De uma maneira geral, as técnicas espectroscópicas fornecem informações detalhadas sobre os níveis de energia das espécies em estudo, particularmente no caso da espectroscopia vibracional, na qual os espectros representam a “impressão digital” das moléculas devido à maior riqueza de detalhes proporcionada pelos níveis

de energia vibracionais (FARIA, 1997).  A espectroscopia Raman estuda a interação da radiação eletromagnética com a matéria, sendo um dos seus principais objetivos a determinação dos níveis de energia vibracional de átomos ou moléculas. Também é possível obter informações sobre a estrutura molecular e as ligações químicas presentes. Nas moléculas, a região espectral onde as transições são observadas depende do tipo de níveis envolvidos, eles podem ser eletrônicos, vibracionais ou rotacionais (SILVA, 2005). Segundo Pereira (2010), a espectrografia investiga a natureza química de uma substância pelo exame do seu espectro, denominado “Espectro de Fraunhofer”,

mas há indícios que ela não possui a precisão exigida quando aplicada a partículas maiores da ordem de 10 micra (0,010 mm), o que também é dito por Medeiros (2010) em estudo que utilizou a espectroscopia Raman para monitorar a cura de tinta epóxi aplicadas em tanques de armazenamento de petróleo. Conforme Medeiros (2010, p. 2), é importante ressaltar que os artigos que utilizam a espectroscopia Raman ao invés de DSC para estudar a cura de resinas

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termofixas, são muito recentes e sua metodologia de análise ainda se encontra em desenvolvimento. Fitch (2004) é outro autor que colabora com as apreciações acima ao ressaltar que a análise espectrográfica tem sido usada desde a Segunda Guerra Mundial para estabelecer e quantificar a presença de metais de desgaste a aditivos nos óleos lubrificantes e fluidos hidráulicos, mas com ressalvas. Tem havido muitos estudos conflitantes em relação à utilidade e precisão da análise espectrográfica. Os que duvidam dizem que a técnica não pode detectar partículas maiores do que 10 micra e que não determina dados quantitativos referentes a tamanho e contagem de partículas. Um estudo publicado na revista Lubrication Engineering   envolvendo mais de 150 amostras de óleo usado coletadas

de caixas de engrenagens industriais, compressores, transmissões e sistemas hidráulicos, concluiu que: 1) Altos níveis de contaminação nesses sistemas contribui para níveis maiores de desgaste, aceleram o processo de desgaste e resultam em falha prematura. 2) Quando a análise de metais sozinha (confrontada com monitoramento de contaminante) indica aumento de desgaste, o processo abrasivo pode ser irreversível e o sistema pode, de fato, estar no ponto de falha total. 3) É interessante notar que os resultados da análise espectroscópica do desgaste de metais não mudaram significativamente (apesar da filtragem altamente melhorada), entretanto, foi obtida uma redução geral no desgaste total depois de vários meses de monitoramento do sistema. Outro estudo ainda mostrou que “a análise espectográfica não previu a falha de componentes banhados a óleo da aeronave”. Surpreendentemente, depois de

analisar uma amostra de óleo de um gerador elétrico em outro relatório, os resultados espectográficos indicaram “sem maiores problemas”. De fato, a amostra

foi colhida depois da falha total, um ponto em que níveis exorbitantes de metal de desgaste deveriam ter sido detectados (FITCH, 2004).

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UNIDADE 7  – HIDRÁULICA E ANÁLISE DE PRESSÕES 7.1 Hidráulica

O termo hidráulica derivou-se da raiz grega hidro, que tem o significado de água, por essa razão entendem-se por hidráulica todas as leis e comportamentos relativos à água ou outro fluido, ou seja, hidráulica é o estudo das características e uso dos fluidos sob pressão (SANTOS, 2010). Experiências têm mostrado que a hidráulica vem se destacando e ganhando espaço como um meio de transmissão de energia nos mais variados segmentos do mercado.  Algumas definições importantes:  

força  – é qualquer influência capaz de produzir uma alteração no movimento de um corpo. Temos como unidade de medida de força o Newton (N);

 

resistência  – é a força que pode parar ou retardar o movimento de um corpo. Exemplos de resistência são: o atrito e a inércia;

 

energia – é uma força que pode causar o movimento de um corpo;



lei da conservação de energia  – diz que a energia não pode ser criada nem destruída, embora ela possa passar de uma forma à outra. Por exemplo: quando desejamos realizar uma multiplicação de forças, significa que teremos o pistão maior, movido pelo fluido deslocado pelo pistão menor, sendo que a distância de cada pistão é inversamente proporcional às suas áreas. O que se ganha em relação à força tem que ser sacrificado em distância ou velocidade;

 

trabalho  –  é o movimento de um objeto através de uma determinada distância;

 

potência  – a unidade para medir “potência” é o Nm/s. James Watt, o inventor da máquina a vapor, quis comparar a quantidade de potência que a sua máquina poderia produzir com a potência produzida por um cavalo. Por métodos experimentais, Watt descobriu que um cavalo poderia erguer 250kgf à altura de 30,5cm em um segundo;  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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

fluido hidráulico  – é o elemento vital de um sistema hidráulico industrial. Ele é um meio de transmissão de energia, um lubrificante, um vedador e um veículo de transferência de calor (SANTOS, 2010).

7.2 Bombas hidráulicas São máquinas de fluxo, cuja função é fornecer energia para a água, a fim de recalcá-la (elevá-la), através da conversão de energia mecânica de seu rotor proveniente de um motor a combustão ou de um motor elétrico.  A característica básica da bomba centrífuga ou radial é trabalhar com pequenas vazões a grandes alturas, com predominância de força centrífuga; são as mais utilizadas atualmente.  A Altura manométrica da instalação é definida como sendo a altura geométrica (soma das alturas de sucção e recalque) da instalação mais as perdas de carga ao longo da trajetória do fluxo. Fisicamente, é a quantidade de energia hidráulica que a bomba deverá fornecer à água, para que esta seja recalcada a uma certa altura, vencendo, inclusive, as perdas de carga, que referem-se à energia perdida pelo fluido no seu deslocamento por alguma tubulação. Essa perda de energia é provocada por atritos entre o fluido e as paredes da tubulação, devido a sua rugosidade. Portanto, ao projetar uma estação de bombeamento, deve-se considerar essa perda de energia. Cavitação, por sua vez, é um fenômeno semelhante à ebulição, que pode ocorrer na água durante um processo de bombeamento, provocando estragos, principalmente no rotor e palhetas, e é identificado por ruídos e vibrações. Para evitar tal fenômeno, devem-se analisar o NPSH requerido e o NPSH disponível. O NPSH (Net Positive Succion Head ) disponível refere-se à “car ga energética líquida e disponível na instalação” para permitir a sucção do fluido, ou

seja, diz respeito às grandezas físicas associadas à instalação e ao fluido. O ideal seria a bomba afogada, pois está sempre cheia com produto a bombear, evitando aeração ou cavitação. Para as bombas não afogadas é  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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recomendável afogá-la, por meio de sistemas de enchimento e retenção do produto no interior da bomba e da tubulação, evitando assim problemas de funcionamento, conforme ilustrado abaixo:

Dentre os problemas que pode surgir em relação às bombas, Santos (2010) cita os seguintes: 

gaxeta danificada, danificada, causando vazamento ou entrada de ar;



selos mecânicos com vazamento;



rotor entupido (recomenda-se (recomenda-se a instalação de filtros na entrada entrada da bomba); bomba);



junta da tampa tampa danificada, provocando a entrada de ar;



rotor desbalanceado;



produto incorreto ao tipo de de bomba, causando ineficiência;



acoplamento folgado no eixo ou com “borrachas ou grades” danificadas;



rotor folgado no eixo;



chavetas desgastadas;



bucha da gaxeta desgastada;



eixo torto ou quebrado;



rotor em atrito com com a tampa, causando barulho e desgaste; desgaste;



bomba girando ao contrário contrário quando desliga desliga (recomenda-se a instalação instalação de válvula de retenção no recalque da bomba);



rolamento e retentores danificados;



tampa ou carcaça furada.  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] [email protected] m.br ou [email protected] [email protected] Telefone: (0xx31) Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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7.3 Bombas de engrenagens

Bombas de engrenagens são bombas de deslocamento positivo, especificadas para a movimentação de fluidos viscosos que não contenham em si partículas sólidas em suspensão. Não são adequadas para o bombeamento de água. Também não são apropriadas para a movimentação de líquidos contaminados por sólidos (exemplos: óleos residuais, ceras industriais com aditivos metálicos, pastas contendo talco ou carga mineral). Para isso, emprega-se outras famílias de bombas: pneumática, de palhetas, helicoidais, lóbulos, etc. São defeitos que podem surgir com as bombas de engrenagem: 

eixo travado quando o mancal é com buchas; buchas;



rolamentos danificados;

 

bomba travada em função de produto solidificado (existem bombas com camisa de vapor para diminuir este problema);



acoplamento danificado;



falta de pressão (as juntas devem devem ter a menor menor espessura possível, possível, diminuindo assim este problema);



muito ruído em função de engrenagens engrenagens danificadas; danificadas;



vazamento nas gaxetas;



chaveta desgastada.

7.4 Caldeiras a vapor

Segundo a NR 13, caldeiras a vapor são equipamentos destinados a produzir e acumular vapor sob pressão superior à atmosférica, utilizando qualquer fonte de energia, excetuando-se os refervedores e equipamentos similares utilizados em unidades de processo.

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É um recipiente com a função de produzir vapor através do aquecimento da água. As caldeiras em geral são empregadas para alimentar máquinas térmicas, autoclaves, trocadores de calor, tanques de cozimento, etc. (SANTOS, 2010). O vapor pode ser usado em diversas condições tais como: baixa pressão, alta pressão, saturado, superaquecido, etc. Ele pode ser produzido também por diferentes tipos de equipamentos, nos quais estão incluídas as caldeiras com diversas fontes de energia. Para efeito da NR-13, serão consider ados, ados, como “caldeiras” todos os equipamentos que simultaneamente geram e acumulam vapor de água ou outro fluido.  As caldeiras ditas flamotubulares são são aquelas em que os gases provenientes provenientes da combustão “fumos” (gases quentes e/ou gases de exaustão) atravess am a

caldeira no interior de tubos que se encontram circundados por água, cedendo calor a esta. Enquanto as caldeiras aquatubulares são as mais comuns tratando-se de plantas termelétricas ou geração de energia elétrica em geral, exceto em unidades de pequeno porte (SANT0S, 2010). Dentre as falhas que podem ocorrer com essas caldeiras, citam-se:  

superaquecimento  –  é ocasionado por incrustações ou camadas de vapor depositadas sobre as superfícies dos tubos das caldeiras que podem reduzir a taxa de transferência de calor;

 

fadiga térmica  –  esse tipo de corrosão é resultante de esforços de tração cíclicos, que são acelerados quando operados em um ambiente corrosivo;

 

ocultamento  – Hide-Out  – é o decréscimo de concentrações de sais minerais solúveis na água da caldeira, tais como fosfato, sulfato, cloreto e hidróxido de sódio. Acontece em zonas de elevada taxa de transferência de calor. As consequências são a falta de refrigeração das paredes dos tubos onde ele se estabelece.

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7.5 Vasos de pressão

Vasos de pressão são equipamentos que armazenam fluidos pressurizados, objetivando atender a finalidades diversas na indústria de processamento contínuo, como a indústria química, a petroquímica, de petróleo, ou ainda, na área nuclear, na indústria de alimentos, na geração de energia, etc. São diversas as aplicações de vasos de pressão que assumem formas e tamanhos bastante variados em virtude da sua função precípua, que é a de contenção de um fluido pressurizado, sem que apresente vazamento (PEREIRA FILHO, 2004). Nas disposições gerais da Norma Regulamentadora NR 13, encontramos que: Vasos de pressão estão sempre submetidos simultaneamente à pressão interna e à pressão externa. Mesmo vasos que operam com vácuo estão submetidos a essas pressões, pois não existe vácuo absoluto. O que usualmente denomina-se vácuo é qualquer pressão inferior à atmosférica. O vaso é dimensionado, considerando-se a pressão diferencial resultante que atua sobre as paredes, que poderá ser maior interna ou externamente. Há casos em que o vaso de pressão deve ser dimensionado pela condição de pressão mais severa, a exemplo de quando não exista atuação simultânea das pressões interna e externa. Vasos de pressão podem ser construídos de materiais e formatos geométricos variados em função do tipo de utilização a que se destinam. Dessa forma, existem vasos de pressão esféricos, cilíndricos, cônicos, etc., construídos em aço carbono, alumínio, aço inoxidável, fibra de vidro e outros materiais (NR 13). Testes hidrostáticos (TH’s) ou testes de pressão são aplicados em vasos de

pressão e outros equipamentos industriais pressurizados como tanques ou tubulações, com o objetivo de aferir se haverá ocorrência de vazamentos ou se haverá ruptura. São realizados com os equipamentos fora de serviço, através de sua pressurização com água (teste hidrostático), ar comprimido (teste pneumático) ou outro fluido disponível, em pressões superiores às pressões operacionais ou de  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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projeto, normalmente na ordem de 1,5 vezes a PMTA (pressão máxima de trabalho admissível). Simula-se então uma condição operacional mais rigorosa, objetivando a garantia de que em serviço normal (a pressões mais baixas) não ocorrerão falhas ou vazamentos. No Brasil, a realização dos testes falados acima deve seguir a Norma Regulamentadora – NR 13 – Manual Técnico de Caldeiras e Vasos de Pressão.  A NR-13 exige a aplicação de TH’s periódicos em todos os equipamentos classificados como vasos de pressão, sempre que o produto da pressão máxima operacional (em kPa) pelo seu volume (em m 3) seja igual ou superior a 8. Em função da classificação pelo produto da pressão pelo volume, a frequência de TH’s é

definida. Entretanto, é permitida a não realização dos TH’s quando houver a

possibilidade de propagação de defeitos (descontinuidades) subcriticamente, ou seja, de maneira estável. Esta limitação não está bem definida na NR-13, ficando a critério do Profissional Habilitado a determinação em fazê-lo ou não, baseada em seu conhecimento (PEREIRA FILHO, 2004). O quadro abaixo apresenta vantagens e desvantagens da aplicação de testes hidrostáticos em vasos de pressão:

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Vantagens

Desvantagens

Importante ferramenta para confirmar a ausência Possibilidade de crescimento crítico de de vazamentos. descontinuidade e destruição do equipamento, seja na fabricação ou após ter sido colocado em Confirmação do estado de integridade e serviço. capacidade de resistir às condições operacionais normais, no momento de sua realização. Possibilidade de crescimento subcrítico de descontinuidades pela sujeição de regiões  Alívio de tensões residuais de soldagem de danificadas por mecanismos de danos a modo a que a estrutura testada funcione mais solicitações mecânicas muito superiores às “relaxada”. operacionais normais, e com isso a redução das margens de segurança do equipamento, sem que isto seja percebido. Elevada relação custo/benefício da sua aplicação, pois o TH apenas informa se houve vazamento ou não, não sendo uma ferramenta de inspeção.

Fonte: Pereira Filho (2004).

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UNIDADE 8  – LUBRIFICAÇÃO  A lubrificação é uma operação que consiste em introduzir uma substância apropriada entre superfícies sólidas que estejam em contato entre si e que executam movimentos relativos. Essa substância apropriada normalmente é um óleo ou uma graxa que impede o contato direto entre as superfícies sólidas. Quando recobertos por um lubrificante, os pontos de atrito das superfícies sólidas fazem com que o atrito sólido seja substituído pelo atrito fluido, ou seja, em atrito entre uma superfície sólida e um fluido. Nessas condições, o desgaste entre as superfícies será bastante reduzido.  Além dessa redução do atrito, outros objetivos são alcançados com a lubrificação, se a substância lubrificante for selecionada corretamente: 

menor dissipação de energia na forma de calor;



redução da temperatura, pois o lubrificante também refrigera;



redução da corrosão;



redução de vibrações e ruídos;



redução do desgaste. Os lubrificantes podem ser gasosos como o ar; líquidos como os óleos em

geral; semissólidos como as graxas e sólidos como a grafita, o talco, a mica, etc. Contudo, os lubrificantes mais práticos e de uso diário são os líquidos e os semissólidos, isto é, os óleos e as graxas (SANTOS, 2010).

8.1 Tipos de lubrificantes

Os óleos animais e vegetais raramente são usados isoladamente como lubrificantes, por causa da sua baixa resistência à oxidação, quando comparados a outros tipos de lubrificantes. Em vista disso, eles geralmente são adicionados aos óleos minerais com a função de atuar como agentes de oleosidade. A mistura obtida

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apresenta características eficientes para lubrificação, especialmente em regiões de difícil lubrificação. Os óleos sintéticos são de aplicação muito rara, em razão de seu elevado custo, e são utilizados nos casos que outros tipos de substâncias não têm atuação eficiente, enquanto que os óleos minerais são os mais utilizados nos mecanismos industriais, sendo obtidos em larga escala a partir do petróleo.  As graxas são compostos lubrificantes semissólidos constituídos por uma mistura de óleo, aditivos e agentes engrossadores chamados sabões metálicos, à base de alumínio, cálcio, sódio, lítio e outros.  Algumas substâncias sólidas apresentam características peculiares que permitem a sua utilização como lubrificantes, em condições especiais de serviço. Entre as características importantes dessas substâncias, merecem ser mencionadas as seguintes: 

baixa resistência ao cisalhamento;



estabilidade a temperaturas elevadas;



elevado limite de elasticidade;



alto índice de transmissão de calor;



alto índice de adesividade;



ausência de impurezas abrasivas (SANTOS, 2010). Embora tais características não sejam sempre atendidas por todas as

substâncias sólidas utilizadas como lubrificantes, elas aparecem de maneira satisfatória nos carbonos cristalinos, como a grafita, e no bissulfeto de molibdênio, que são, por isso mesmo, aquelas mais comumente usadas para tal finalidade.  A grafita, após tratamentos especiais, dá origem à grafita coloidal, que pode ser utilizada na forma de pó finamente dividido ou em dispersões com água, óleos minerais e animais e alguns tipos de solventes (SANTOS, 2010).  A utilização de sólidos como lubrificantes é recomendada para serviços em condições especiais, sobretudo aquelas em que as partes a lubrificar estão submetidas a pressões ou temperaturas elevadas ou se encontram sob a ação de  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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cargas intermitentes ou em meios agressivos. Os meios agressivos são comuns nas refinarias de petróleo, nas indústrias químicas e petroquímicas (SANTOS, 2010). Os aditivos são substâncias que entram na formulação de óleos e graxas para conferir-lhes certas propriedades. Sua presença melhora as características de proteção contra o desgaste e de atuação em trabalhos sob condições de pressões severas; aumentam a resistência à oxidação e corrosão, a atividade dispersante e detergente dos lubrificantes, a adesividade e o índice de viscosidade. Os aditivos podem ser:   detergentes  – mantém em suspensão e, finalmente, dispersado na massa de



óleo o carbono formado, não as deixando aderir as peças do equipamento;   antioxidantes  – retarda a oxidação do óleo e por longo tempo mantém o óleo



com as características originais;   anticorrosivos  – evita, mesmo com a presença de umidade, o enferrujamento



das peças;   antiespumantes  –  impede, mesmo em casos extremos, a formação de



espuma assegurando assim a lubrificação normal e constante; 

extrema pressão  – combina com o metal das partes em contato e forma uma capa superficial que evita a soldagem;

  antidesgaste  – forma película protetora sobre as superfícies metálicas;





rebaixadores do ponto de fluidez  – permite que o ponto de fluidez dos óleos alcance os valores necessários para as aplicações a que se destinam;



aumentadores do índice de viscosidade  –  provoca menor variação da viscosidade a diferentes temperaturas (SILVA, 2008).

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8.2 Características e propriedades dos óleos lubrificantes

Os óleos lubrificantes, antes de serem colocados à venda pelo fabricante, são submetidos a ensaios físicos padronizados que, além de controlarem a qualidade do produto, servem como parâmetros para os usuários (SILVA, 2008). Os principais ensaios físicos padronizados para os óleos lubrificantes encontram-se resumidos na tabela a seguir. Tipo de ensaio

O que determina o ensaio

Resistência ao escoamento oferecida pelo óleo.  A viscosidade é inversamente proporcional à temperatura. O ensaio é Viscosidade efetuado em aparelhos denominados viscosímetros. Os viscosímetros mais utilizados são o Saybolt, o Engler, o Redwood e o Ostwald. Mostra como varia a viscosidade de um óleo conforme as variações de temperatura. Os óleos minerais parafínicos são os que apresentam menor Índice de viscosidade variação da viscosidade quando varia a temperatura e, por isso, possuem índices de viscosidade mais elevados que os naftênicos. Densidade relativa

Relação entre a densidade do óleo a 20º C e a densidade da água a 4º C ou a relação entre a densidade do óleo a 60º F e a densidade da água a 60º F.

Ponto de fulgor

Temperatura mínima à qual pode inflamar-se o vapor de óleo, no mínimo, durante 5 segundos. O ponto de fulgor é um dado importante quando se lida com óleos que trabalham em altas temperaturas.

Ponto de combustão Ponto de mínima fluidez Resíduos de carvão

Temperatura mínima em que se sustenta a queima do óleo. Temperatura mínima em que ocorre o escoamento do óleo por gravidade. O ponto de mínima fluidez é um dado importante quando se lida com óleos que trabalham em baixas temperaturas. Resíduos sólidos que permanecem após a destilação destrutiva do óleo

Fonte: SILVA (2008, p. 8).

 A escolha correta de lubrificantes deve levar em consideração suas principais propriedades: poder adesivo (aderência); viscosidade (coesão); ausência de ácidos; pureza química; resistência ao envelhecimento; pontos de inflamação e de congelamento aparente e pureza mecânica. Vamos analisar cada uma dessas características:  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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 

aderência  –  para que possa ser arrastado e comprimido no espaço intermediário entre as peças, o lubrificante deve aderir às superfícies deslizantes. Um lubrificante de pouca aderência não consegue entrar no espaço interpeças devido à resistência que as peças oferecem a sua entrada. Sem aderência, o lubrificante se solta e ocorre atrito entre as peças;

 

viscosidade  – é a propriedade mais importante do lubrificante. A viscosidade do lubrificante é necessária para evitar o rompimento da camada aderida às superfícies deslizantes; senão, seria impossível a formação de uma película contínua e resistente de lubrificante. O nível de atrito fluido depende da viscosidade, ou seja, da resistência da camada lubrificante. A viscosidade é, portanto, uma forma de resistência ao atrito em um deslizamento fluido. O lubrificante não deve ser excessivamente viscoso, para evitar perdas por atrito. Nem muito pouco viscoso, porque a resistência mecânica seria muito pouca. No caso de grandes cargas, por exemplo, em vez de atrito fluido, ocorre atrito misto. De qualquer forma, a viscosidade de um lubrificante não é constante; depende estritamente da temperatura. A uma temperatura elevada, deve corresponder um lubrificante com menos viscosidade. Assim, é muito importante conhecer a temperatura de trabalho para a seleção adequada do lubrificante. Logo temos:



ÓLEO

VISCOSIDADE

ESCOAMENTO

Fino

Baixa

Rápido

Grosso

Alta

Lento

ausência de ácidos  – um bom lubrificante deve estar livre de ácidos orgânicos procedentes da mistura de graxas vegetais e de graxas minerais, que são resíduos do refinamento;



pureza química  – o lubrificante deve estar livre de álcalis, asfaltos, resinas e parafinas;

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 

resistência ao envelhecimento  –  um bom lubrificante não varia sua composição química mesmo depois de uso prolongado. Além disso, um bom lubrificante não se oxida, não fica resinoso nem espesso. Em contato com água, não deve formar emulsão;



ponto de inflamação – o ponto de inflamação de um lubrificante corresponde à temperatura em que os vapores de óleo se desprendem numa tal quantidade que forma uma mistura explosiva de ar e vapor de óleo. Por isso, o ponto de inflamação tem especial importância nos lubrificantes de máquinas ou mecanismos que trabalham com elevadas temperaturas, como cilindros de vapor, motores de combustão e compressores;



ponto de congelamento  – o ponto de congelamento aparente é a temperatura abaixo da qual o lubrificante se torna tão rígido que é incapaz de fluir, por seu próprio peso, através de um tubo de 40 mm de diâmetro. Esse fato deve ser levado em conta, quando se trabalha com máquinas em baixa temperatura;



pureza mecânica  – é necessária a ausência de impurezas sólidas que podem danificar as superfícies móveis e provocar o entupimento dos condutos de lubrificante. Por isso, lubrificantes velhos devem ser filtrados antes de serem usados novamente (SILVA, 2008).

8.3 Programa de lubrificação

 A primeira providência para a elaboração e instalação de um programa de lubrificação refere-se a um levantamento cuidadoso das máquinas e equipamentos e das suas reais condições de operação (SANTOS, 2010). Para maior facilidade, recomenda-se que tal levantamento seja efetuado por setores da empresa, especificando-se sempre todas as máquinas e equipamentos instalados, de forma que eles possam ser identificados de maneira inequívoca. Deve-se verificar quais máquinas e equipamentos cujos manuais do fabricante estão disponíveis e quais os tipos e marcas de lubrificantes para eles recomendados.  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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De posse dos dados anteriores, deve-se elaborar um plano de lubrificação para cada máquina e equipamento, em que ele deve ser identificado. E, ainda, mencionar todos os pontos de lubrificação, métodos a empregar, produtos recomendados e periodicidade da lubrificação. Para facilitar, sugere-se identificar, nas máquinas e equipamentos, todos os pontos de lubrificação com um símbolo correspondente ao do produto a ser neles aplicado (códigos, cores e figuras geométricas). Assim, círculos podem representar pontos lubrificados a óleo e triângulos ou quadrados, pontos lubrificados a graxas. E a cor de cada uma dessas figuras será determinada pelas características do produto a ser empregado.  Abaixo temos aspectos da lubrificação de alguns equipamentos. a) Mancais de deslizamento: 

o traçado correto dos chanfros e ranhuras de distribuição do lubrificante nos mancais de deslizamento é o fator primordial para se assegurar a lubrificação adequada;



eles podem ser lubrificados com óleo ou com graxa;

 

no caso de óleo, a viscosidade é o principal fator a ser levado em consideração; no caso de graxa, a sua consistência é o fator relevante.  A escolha de um óleo ou de uma graxa também depende dos seguintes

fatores: 

geometria do mancal – dimensões, diâmetro, folga mancal/eixo;



rotação do eixo;



carga no mancal;



temperatura de operação do mancal;



condições ambientais – temperatura, umidade, poeira e contaminantes;



método de aplicação.

b) Mancais de rolamento

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Os rolamentos axiais autocompensadores de rolos são lubrificados, normalmente, com óleo. Todos os demais tipos de rolamentos podem ser lubrificados com óleo ou com graxa. Em mancais de fácil acesso, a caixa pode ser aberta para se renovar ou completar a graxa. Quando a caixa é bipartida, retira-se a parte superior; caixas inteiriças dispõem de tampas laterais facilmente removíveis. Como regra geral, a caixa deve ser cheia apenas até um terço ou metade de seu espaço livre com uma graxa de boa qualidade, possivelmente à base de lítio. O nível de óleo dentro da caixa de rolamentos deve ser mantido baixo, não excedendo o centro do corpo rolante inferior. É muito conveniente o emprego de um sistema circulatório para o óleo e, em alguns casos, recomenda-se o uso de lubrificação por neblina. No caso de engrenagens fechadas, a completa separação das superfícies dos dentes das engrenagens durante o engrenamento implica presença de uma película de óleo de espessura suficiente para que as saliências microscópicas destas superfícies não se toquem. O óleo é aplicado às engrenagens fechadas por meio de salpico ou de circulação.  A seleção do óleo para engrenagens depende dos seguintes fatores: tipo de engrenagem, rotação do pinhão, grau de redução, temperatura de serviço, potência, natureza da carga, tipo de acionamento, método de aplicação e contaminação.  As engrenagens abertas só podem ser lubrificadas intermitentemente e, muitas vezes, só intervalos regulares, proporcionando películas lubrificantes de espessuras mínimas entre os dentes, prevalecendo as condições de lubrificação o limítrofe.  Ao selecionar o lubrificante de engrenagens abertas, é necessário levar em consideração as seguintes condições: temperatura, método de aplicação, condições ambientais e material da engrenagem.  A escolha de um óleo para lubrificar motorredutores deve ser feita considerando-se os seguintes fatores: tipo de engrenagens; rotação do motor;

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temperatura de operação e carga. No geral, o óleo deve ser quimicamente estável para suportar oxidações e resistir à oxidação.

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Vale guardar...



Os objetivos da análise dos óleos são dois: economizar lubrificantes e sanar os defeitos.



Os modernos equipamentos permitem análises exatas e rápidas dos óleos utilizados em máquinas. É por meio das análises que o serviço de manutenção pode determinar o momento adequado para sua troca ou renovação, tanto em componentes mecânicos quanto hidráulicos.



A economia é obtida regulando-se o grau de degradação ou de contaminação dos óleos. Essa regulagem permite a otimização dos intervalos das tr ocas.



A análise dos óleos permite, também, identificar os primeiros sintomas de desgaste de um componente. A identificação é feita a partir do estudo das partículas sólidas que ficam misturadas com os óleos. Tais partículas sólidas são geradas pelo atrito dinâmico entre peças em contato.

 

Uma lubrificação só poderá ser considerada correta quando o ponto de lubrificação recebe o lubrificante certo, no volume adequado e no momento exato. Qualquer falha de lubrificação provoca, na maioria das vezes, desgastes com consequências a médio e longo prazo, afetando a vida útil dos elementos lubrificados. Pouquíssimas vezes em curto prazo.

  A análise das superfícies das peças, sujeitas aos desgastes provocados pelo

atrito, também é importante para se controlar o grau de deteriorização das máquinas e equipamentos. A análise superficial abrange, além do simples exame visual, com ou sem lupa, várias técnicas analíticas.

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UNIDADE 9  – PNEUMÁTICA O termo pneumática é derivado do grego pneumos ou pneuma (respiração, sopro) e é definido como a parte da Física que se ocupa da dinâmica e dos fenômenos físicos relacionados com os gases ou vácuos. É também o estudo da conservação da energia pneumática em energia mecânica, através dos respectivos elementos de trabalho (SANTOS, 2010). O impulsionamento de atuadores pneumáticos é um dos responsáveis pelo aumento da produtividade nos últimos anos, uma vez que estes elementos  – motores e cilindros  – possuem grandes vantagens sobre os acionadores mecânicos, no entanto, é uma energia mais cara se comparada à eletricidade. Santos (2010) cita inúmeras vantagens e outras desvantagens em relação à pneumática. a) Vantagens: 

incremento da produção com investimento relativamente pequeno;



redução dos custos operacionais  – a rapidez nos movimentos pneumáticos e a libertação do operário (homem) de operações repetitivas possibilitam o aumento do ritmo de trabalho, aumento de produtividade e, portanto, um menor custo operacional;



robustez dos componentes pneumáticos  – a robustez inerente aos controles pneumáticos torna-os relativamente insensíveis a vibrações e golpes, permitindo que ações mecânicas do próprio processo sirvam de sinal para as diversas sequências de operação. São de fácil manutenção;



facilidade de implantação  –  pequenas modificações nas máquinas convencionais, aliadas à disponibilidade de ar comprimido, são os requisitos necessários para implantação dos controles pneumáticos;



resistência a ambientes hostis  –  poeira, atmosfera corrosiva, oscilações de temperatura, umidade, submersão em líquidos, raramente prejudicam os componentes pneumáticos, quando projetados para essa finalidade;

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

simplicidade de manipulação  – os controles pneumáticos não necessitam de operários superespecializados para sua manipulação;

 

segurança  – como os equipamentos pneumáticos envolvem sempre pressões moderadas, tornam-se seguros contra possíveis acidentes, quer no pessoal, quer no próprio equipamento, além de evitarem problemas de explosão;



redução do número de acidentes  – a fadiga é um dos principais fatores que favorecem acidentes; a implantação de controles pneumáticos reduz sua incidência (liberação de operações repetitivas).

b) Limitações ou desvantagens: 

o ar comprimido necessita de uma boa preparação para realizar o trabalho proposto  –  remoção de impurezas, eliminação de umidade para evitar corrosão nos equipamentos, engates ou travamentos e maiores desgastes nas partes móveis do sistema;



os componentes pneumáticos são normalmente projetados e utilizados a uma pressão máxima de 1723,6 kPa. Portanto, as forças envolvidas são pequenas se comparadas a outros sistemas. Assim, não é conveniente o uso de controles pneumáticos em operação de extrusão de metais. Provavelmente, o seu uso é vantajoso para recolher ou transportar as barras extrudadas;



velocidades muito baixas são difíceis de ser obtidas com o ar comprimido devido às suas propriedades físicas. Neste caso, recorre-se a sistemas mistos (hidráulicos e pneumáticos);



o ar é um fluido altamente compressível, portanto, é impossível se obterem paradas intermediárias e velocidades uniformes;



o ar comprimido é um poluidor sonoro quando são efetuadas exaustões para a atmosfera. Esta poluição pode ser evitada com o uso de silenciadores nos orifícios de escape. Conhecendo as técnicas de manutenção preditiva, utilizando aparelhos

adequados, torna-se possível indicar, com antecedência, eventuais defeitos ou  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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falhas nas máquinas e nos equipamentos, assim, estabelecer um diagnóstico e efetuar uma análise das tendências são duas ações que corroboram com as empresas reduzindo trabalhos de emergência, impedindo aumento de danos, aproveitando a vida útil dos componentes dos equipamentos, aumenta o grau de confiabilidade no desempenho das máquinas, enfim, a manutenção preditiva contribui para que a empresa não interrompa seu processo, elimine riscos, aumente sua produtividade que se traduz no seu objetivo maior, rentabilidade.

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REFERÊNCIAS REFERÊNCIAS BÁSICAS PEREIRA, Mário Jorge. Técnica avançadas de manutenção . Rio de Janeiro: Editora Ciência Moderna, 2010. SANTOS, Valdir Aparecido dos. Prontuário para manutenção mecânica. São Paulo: Ícone, 2010.

REFERÊNCIAS COMPLEMENTARES  AFONSO, João. Termografia: teoria, procedimentos e vantagens. (2010). Disponível em: .  ALMEIDA, Márcio Tadeu de. Arcelor Mital. Mecânico Lubrificador . Serra (ES), 2006.  AMORIM, M. José. Desenvolvimento de uma Bancada Didático-Experimental de Baixo Custo para Aplicação em Controle Ativo de Vibrações. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) Campinas  – SP: Universidade Estadual de Campinas, 2006.  ANDRADE, A. F. Abreu de. Introdução ao Monitoramento de Equipamentos por  Análise de Vibrações. Salvador – BA: Apostila SENAI – CIMATEC, 2004.  ARAÚJO, R. A.; BARBOSA, L. C.; SINISCALCHI, R. T. X EDAO – Encontro para debates de assuntos de operação.  São Paulo, 2008. Disponível em: .  Associação Brasileira de Ensaios Não Destrutivos e Inspeção (ABENDE). Artigos diversos. Disponível em: http://www.abende.org.br/ BARONI, Tarcísio D’Aquino; GOMES, Guilherme Faria. Resultados Práticos Obtidos com a Ferrografia no Brasil. I Seminário de Manutenção Preditiva. São Paulo-SP,

 junho/ 95. BRITO, J. N.; ALVES, P. A. S.; FILHO, P. C. M. L. Painéis elétricos. Disponível em .  Acesso em: 02 jun. 2011. CUNHA, Rodrigo Carvalho. Análise do estado de conservação de um redutor de velocidade através da técnica de partículas de desgaste no óleo l ubrificante auxiliada pela análise de vibrações. Ilha Solteira (SP): Unesp, 2005. Dissertação de

Mestrado. Disponível em:  S ite: www.ucamprominas.com.br [email protected] ou [email protected] Telefone: (0xx31) 3865-1400 Horários de Atendimento: manhã - 08:00 as 12:00 horas / tarde - 13:12 as 18:00 horas e-mail:

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