Post on 31-Oct-2015
description
UNIVERSIDADE DO OESTE DE SANTA CATARINA
MOISS TOIGO
PROJETO DE PESQUISA INTITULADO ESTUDO DO PROCESSO
DE VULCANIZAO DE EMENDAS DE BORRACHA NITRILICA
PARA VEDAO DE VALVULAS BORBOLETAS UTILIZADAS EM
CONDUTOS DE PCHS.
JOAABA SC
2013
Moiss Toigo
PROJETO DE PESQUISA INTITULADO ESTUDO DO PROCESSO DE
VULCANIZAO DE EMENDAS DE BORRACHA NITRILICA PARA VEDAO DE
VALVULAS BORBOLETAS UTILIZADAS EM CONDUTOS DE PCHS.
Trabalho Acadmico apresentado ao Colegiado do Curso de Engenharia de Produo Mecnica da Universidade do Oeste de Santa Catarina com finalidade de relatrio de projeto de pesquisa.
Orientador: Prof. Joo Henrique Bagetti
JOAABA SC
2013
AGRADECIMENTOS
Neste espao dedico meu agradecimento a todos aqueles que me apoiaram e
incentivaram durante o perodo acadmico e em especial ao decorrer deste projeto
de pesquisa.
Ao Professor Joo Henrique Bagetti por ter orientado o meu trabalho. Por
suas recomendaes e conselhos que contriburam para a elaborao deste
trabalho.
Ao Professor Srgio Luiz Marquezzi, coordenador dos laboratrios de
materiais da Unoesc pelo apoio prestado e ao Professor Guido Willian Navia Valrio.
A Unoesc e a Empresa Fabricante de Turbinas Hidrulicas, que no ter seu
nome citado neste trabalho, por viabilizar o projeto de pesquisa, tanto pela estrutura,
materiais utilizados e acervo bibliogrfico. Em particular tambm aos seus
funcionrios, Diego Gadler e Mauricio Viero e ao funcionrio da Unoesc Ricardo
Bilibio, que foram de vital importncia para a realizao deste trabalho.
Meus colegas que de alguma forma me ajudaram na realizao deste
trabalho.
Por fim, o agradecimento mais especial que para minha famlia, a qual
base de toda minha educao carter e disposio para seguir buscando o
conhecimento.
RESUMO
Buscando solucionar problemas e desenvolver novas tecnologias, e assim o
fortalecimento das empresas da regio, este trabalho de pesquisa foi realizado com
base nas atividades de pesquisa realizadas nos laboratrios da UNOESC em
parceria com uma empresa Fabricante de Turbinas Hidrulicas. O objetivo do
trabalho foi estudar o processo de vulcanizao de emendas em borracha nitrlica
para uso em vedaes de vlvulas borboletas de PCHs. Para atingir o objetivo,
efetuou-se uma reviso bibliogrfica sobre borrachas nitrlicas, tipos de emendas
vulcanizadas e processos de vulcanizao. Baseado na norma ASTM D412-06 ,
foram realizados ensaios para verificao da resistncia da junta vulcanizada em
mquina universal de ensaios. Durante o trabalho pode-se constatar que os fatores
que mais afetaram a resistncia da emenda vulcanizada foram temperatura e o
tempo. Os resultados levaram concluso de que a temperatura utilizada estava
demasiadamente excessiva, estando 60C acima do ideal, bem como os ciclos de
aquecimento se apresentavam excessivos, sendo em torno de 50% acima do
necessrio. O que pode provocar a degradao do material e consequente reduo
na resistncia da junta.
Palavras chave: Vulcanizao, borracha nitrlica, emenda vulcanizada, vlvula
borboleta.
LISTA DE ILUSTRAES
Desenho 1: Tipos de vlvulas borboleta.........................................................
Desenho 2: Projeto de uma vlvula borboleta com segmento em cone.......
Desenho 3: Primeiras cadeias de vulcanizados..............................................
Desenho 4: Reao de vulcanizao utilizando enxofre sem aceleradores.
Desenho 5: Desenho perfil borracha de vedao da vlvula borboleta........
Desenho 6: Perfil de corte da borracha para colagem....................................
Fotografia 1:Borrachas com emenda vulcanizada, processo Empresa..........
14
15
22
22
25
25
26
Fotografia 2: Frma para vulcanizao e colagem da borracha.....................
Desenho 7: ngulos das emendas propostas.................................................
Desenho 8: Corpo de prova padro segundo ASTM D412-06 ..................
Desenho 9: Comprimento da amostra e seo...............................................
Fotografia 3: Corpo de prova na maquina de trao.......................................
Fotografia 4: (a) Emenda processo original empresa descolada. (b)
momento exato da separao na emenda de 60. (c) detalhe da emenda
descolada processo original Empresa.
Fotografia 5: Emenda proposta 3 descolada...................................................
Fotografia 6:Detalhe de emenda descolada processo proposto 3..................
Fotografias 7 e 8: Emenda em V metade rompida, metade descolada..........
Fotografias 9 e 10: Emenda em V rompida.....................................................
26
28
29
30
30
33
34
34
35
35
6
Lista de tabelas e graficos
Diagrama 1: Significados de letras e nmeros referentes a ASTM D2000....
Grfico 1: Temperatura no processo de vulcanizao....................................
Quadro 2: Denominao das amostras...........................................................
Grfico 2: Fora mxima mdia para cada tipo de amostra............................
Tabela 2: Fora mxima dos corpos de prova................................................
24
27
31
32
32
7
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
NBR Borracha Nitrlica.
NR - Borracha Natural.
SBR - Borracha de Butadieno Estireno.
ACN Acrilonitrilo.
ASTM American Society for Testing and Materials.
8
SUMRIO
1 INTRODUO ........................................................................................
1.1 CONTEXTUALIZAO.................................................................
1.2 DEFINIO DO PROBLEMA........................................................
1.3 JUSTIFICATIVA............................................................................
1.4 OBJETIVO GERAL.......................................................................
1.4.1 OBJETIVOS ESPECFICOS.................................................
1.5 QUESTES DA PESQUISA........................................................
1.6 ORGANIZAO DO TRABALHO................................................
2 REVISO BIBLIOGRAFICA .............................................................
2.1 VALVULAS BORBOLETA.............................................................
2.2 POLMEROS, ELASTMEROS E BORRACHAS .......................
2.2.1 Borracha Nitrlica...................................................................
2.2.1.1 Aplicaes........................................................................
2.3 VULCANIZAO...........................................................................
3 MATERIAIS E MTODOS ..................................................................
3.1 MATERIAIS UTILIZADOS..............................................................
3.2 METODOS.....................................................................................
3.2.1 Processo original .................................................................
3.2.2 Processos propostos...........................................................
3.3 ENSAIOS.......................................................................................
4 RESULTADOS E DISCUSSES ........................................................
4.1 FORA MXIMA.............................................................................
4.2 FRATURAS....................................................................................
5 CONCLUSES......................................................................................
10
10
10
11
11
12
12
12
14
14
16
18
20
20
24
24
25
25
27
28
31
31
33
36
9
REFERNCIAS .........................................................................................
ANEXOS.....................................................................................................
37
39
10
1 INTRODUO
1.1 CONTEXTUALIZAO
Devido ao crescimento da economia brasileira, nos ltimos anos houve um
acrscimo considervel na demanda de energia eltrica. Para suprir toda essa
demanda o Brasil vem aumentando a utilizao do seu potencial Hdrico, com a
construo de hidroeltricas. Tal fato apresenta-se de modo a se obter melhores
maneiras de gerar energia eltrica de forma mais barata e limpa, seguindo as
constantes tendncias mundiais de preservao dos ecossistemas.
Sempre tentando diminuir os impactos ambientais e problemas com redes de
transporte e abastecimento de energia, a construo de PCHs tem sido uma
alternativa, pelo fato, de o Brasil apresentar uma grande quantidade de pequenos a
mdios leitos de rio disponveis, os quais so suficientemente adequados para a
instalao das PCHs.
Sendo assim, muitas empresas surgiram e se especializaram na construo
de turbinas hidrulicas para PCHs, bem como outros componentes dessas
pequenas usinas, tais como vlvulas borboleta, condutos e comportas. Tal situao
tambm pe a prova antigos mtodos e tecnologias utilizados por essas indstrias,
sendo necessria uma constante atualizao nos processos e produtos criados, com
a inteno de se obter equipamentos mais seguros, eficientes e confiveis.
1.2 DEFINIO DO PROBLEMA
Vlvulas borboletas so utilizadas em larga escala em PCHs (Pequenas
Centrais Hidreltricas). So posicionadas na casa de fora, prximas ao tubo de
entrada da turbina, para barrarem a passagem de gua do conduto forado para
turbina, nos caso em que haja necessidade de parada da mquina.
Por esse motivo, imprescindvel que o tipo de borracha de vedao utilizada
nestas vlvulas fornea excelente estanqueidade, para que ocorra a parada total da
mquina (devido a um disparo do rotor ou mesmo para uma manuteno
programada). Bem como, para evitar possveis inundaes na casa de mquina.
Conforme trabalho realizado por Viero M. (2010), importante que o material
do vedador seja compatvel com o produto a ser vedado, evitando assim a
11
ocorrncia de uma reao qumica entre eles, que pode acarretar no vazamento do
sistema.
Outros fatores como: detritos contidos na gua, grande rugosidade na sede
metlica da vlvula borboleta, bem como desgaste natural do conjunto, so fatores
que podem ocasionar vazamentos.
Por motivos econmicos, as borrachas de vedao normalmente no so
adquiridas com o permetro especfico para cada vlvula, ou seja, so compradas
em quantidades maiores, sendo necessrio o corte no permetro desejado em
fbrica. Em funo disso, necessrio que seja realizado o processo de
vulcanizao na emenda da borracha, que muitas vezes feito de maneira artesanal
nas empresas fabricantes de vlvulas, podendo gerar vazamentos prematuros.
1.3 JUSTIFICATIVA
Buscando sempre o desenvolvimento de novas tecnologias e assim o
desenvolvimento regional, que um dos princpios de uma universidade bem como
de seus colaboradores e alunos, um projeto de pesquisa tem como sua base a
inteno do pesquisador em demonstrar a importncia de seguir valores ticos,
morais e do desenvolvimento humano no melhoramento da qualidade de vida.
Todo o processo de criao e desenvolvimento de novos produtos e
tecnologias esta diretamente ligada busca do conhecimento para sua posterior
aplicao na conquista de melhores resultados, independente da rea em que esteja
aplicado.
Neste contexto, a ideia de se desenvolver um trabalho de pesquisa estudar
o processo de vulcanizao da emenda das borrachas de vedao utilizadas em
vlvulas borboletas, a fim de se consolidar um processo que garanta a integridade
da junta vulcanizada e consequentemente a estanqueidade da vlvula.
Os resultados desta pesquisa serviro para consolidar um processo de
vulcanizao seguro para as borrachas de vedao utilizadas nas vlvulas
borboletas fabricadas por uma empresa fabricante de turbinas hidrulicas.
1.4 OBJETIVO GERAL
Estudar o processo de vulcanizao das emendas de borrachas de vedao
12
de vlvulas borboletas utilizadas em Pequenas Centrais Hidreltricas.
1.4.1 Objetivos Especficos
Levantar os fatores que influncia no processo de vulcanizao da
borracha atravs de uma reviso bibliogrfica detalhada.
Propor processo de vulcanizao que garantam as caractersticas de
resistncia junta vulcanizada prxima as do restante da borracha.
Definir uma metodologia de ensaios destrutivos e no destrutivos em
componentes desta natureza a fim de estabelecer critrios tcnicos que
envolvem o processo de vulcanizao.
Elaborar um relatrio de atividades, apresentando os resultados obtidos.
Contribuir para o desenvolvimento regional atravs da melhoria na
qualidade de produtos fabricados pelas empresas metal-mecnicas, as
quais enfrentam concorrncia acirrada.
1.5 QUESTES DE PESQUISA
Para orientar a execuo da pesquisa foram elaborados alguns tpicos que no
desenvolvimento do trabalho devem ser investigados e assim sanados quaisquer
duvidas:
a) Como e o processo utilizado atualmente?
b) Como melhorar esse processo?
c) Qual a importncia da temperatura e do tempo no processo?
1.6 ORGANIZAO DO TRABALHO
O presente trabalho encontra-se dividido em cinco captulos, afim de melhor
contextualizar o tema em abrangncia.
A primeira seo contextualiza o tema exposto no trabalho, explicando suas
causa. Abrange a introduo, seguido pela definio do problema, explanando os
objetivos e objetivos especficos, terminando com as questes de pesquisa.
A segunda seo tem-se a reviso bibliogrfica com base na descrio da
borracha nitrlica, da vlvula borboleta, bem como do processo de vulcanizao e
13
sua utilizao.
A terceira seo abrange a parte de materiais e mtodos, e quais procedimentos
foram estabelecidos para obteno dos resultados.
Na quarta seo h a parte de resultados e discusses, onde so apresentados
os resultados obtidos.
Na quinta seo ocorre a concluso do presente trabalho obtido atravs dos
ensaios.
Por fim, as referncias utilizadas para este trabalho e na sequncia os anexos.
14
2. REVISO BIBLIOGRAFICA
2.1 VALVULAS BORBOLETA
Segundo Eduardo von Dreifusas (2012), engenheiro naval e representante da
Atwood & Morrill Brasil, grande fabricante de vlvulas borboleta, as mesmas so
leves e econmicas e tem boa performance como vlvula de controle e aplicveis
numa larga faixa de tamanhos. Sofrem restries a sua aplicao quanto a sua
estanqueidade. So estanques para baixas presses e temperaturas ou permite-se
um determinado nvel de vazamento para condies de operao presso e
temperatura mais elevadas.
Podem ser utilizadas para interrupo de fluxo, e podem ser utilizadas em
conjunto com turbinas hidrulicas.
Ainda segundo o mesmo autor, mesmo as vlvulas inicialmente estanques,
com determinado tempo de operao, apresentam nveis crescentes de
vazamentos, decorrente do desgaste natural das suas partes internas. Isso
causado pelo grande numero de ciclos de abertura e fechamento, sendo necessrio
aps algum tempo de uso, a substituio dos elementos vedantes.
Para solucionar este problema, as vlvulas evoluram a partir do modelo
convencional, com disco simtrico, para as vlvulas de alto desempenho, sendo uni
excntricas ou bi excntricas, at as vlvulas tri excntricas. As vlvulas com disco
simtrico tm o eixo no plano de selagem, e a vedao entre a interferncia do
disco com o assento, deformando o elastmero ou outro material na sede,
garantindo a estanqueidade da vlvula (desenho 1).
Convencional
Alto desempenho
Tri excntrica
Desenho 1: Tipos de Vlvulas.
Fonte: http://www.quimica.com.br/revista/qd382/valvulas.htm, acessado
em 28/02/2012.
15
Conforme Eduardo von Dreifusas (2012) as vlvulas de alto desempenho
(high performance), uni ou bi excntrica, tm como caracterstica principal a
localizao do eixo de movimentao do disco deslocado em relao ao plano da
vedao e nos casos de bi excentricidade, o eixo tambm localizado fora do eixo
do disco. Esse arranjo cria um movimento tipo came do disco, eliminando o contato
entre o anel de vedao e a sede quando a vlvula encontra-se aberta.
Conforme Viero M. (2010), para as vlvulas tri excntricas a sede e o anel de
vedao so projetados e construdos como troncos de cone, isto , inclinados em
relao linha de centro da tubulao ou conduto. As excentricidades deste tipo de
vlvula esto relacionadas ao posicionamento do eixo. Sendo o eixo do disco
(obturador) localizado na frente do plano de vedao (desenho 2), eixo do disco fora
da linha de centro do disco, e o eixo do cone fora do eixo do disco. Essas relaes
fazem com que o contato entre o anel de vedao e a sede ocorra somente no
momento exato do seu fechamento, sendo assim, sem atrito entre a sede e a
vedao, eliminando o desgaste prematuro dos elementos de vedao.
Desenho 2: Projeto de uma vlvula borboleta com segmento em cone.
Fonte: Engenharia Empresa Fabricante de Turbinas.
Seguindo conforme Viero M. (2010), esta configurao da vlvula implica em
muitas vantagens, como por exemplo, em relao presso do sistema, que quando
submetida a altas presses, a presso de vedao do anel de vedao sobre o
16
assento (sede), tanto maior quanto maior a presso do conduto, garantindo a
estanqueidade da vlvula. Para que isso ocorra, a borracha usada na vedao deve
ser dimensionada para suportar tal carga de presso, para que no haja rompimento
e consequentemente, ocorrncia de vazamentos na vlvula.
O nvel de vedao est vinculado presso e a temperatura de operao.
Se o fludo contm algum tipo de material slido, isto , impurezas slidas junto com
a gua, areia ou pedras, por exemplo, a sede metlica e a borracha podem sofrer
com esse impacto, provocando desgaste e danificando o sistema, comprometendo a
vedao.
O elemento de vedao, anel de borracha, preso no obturador por meio do
anel prensa borracha, onde a regulagem de presso da borracha dada por meio
de parafusos que prendem o prensa borracha ao obturador. Esse modelo permite
que os anis de vedao possam ser substitudos assim que necessrio.
Ainda segundo Viero M. 2010 em comparao com outros tipos de vlvulas,
esfera, gaveta e globo, as vlvulas borboleta so as nicas com garantia de
vazamento zero mesmo aps longo perodo de operao. Deve-se levar em conta
para isso, que o projeto e a montagem da vlvula estejam de acordo com sua
necessidade, e que a manuteno realizada de acordo com o especificado.
Por serem altamente confiveis e possveis de utilizao em condies
extremas de presso e temperatura, as vlvulas tri excntricas podem substituir as
vlvulas gaveta e globo em inmeras aplicaes, com vantagens econmicas, seja
sob o ponto de vista do investimento inicial como operacional, atravs da reduo de
manutenes e horas paradas ou devido s perdas por vazamento de fluido.
A cada dia, as vlvulas borboleta, encontram uma nova aplicao. Desde
refinarias, a leo ou gs, isolamento nos parques de estocagem de combustveis;
em controle e vedao de vapor; em controle das linhas dos condensadores de
enxofre; em hidrognio e gs de refinaria; at em controle da gua de refrigerao.
Para o uso em PCHs, a vlvula borboleta pode ser usada como vlvula de
segurana. Instalada logo a montante da entrada da caixa espiral da turbina, para
controlar seu fluxo ou fechamento, evitando que uma grande massa de gua passe
pela turbina aps a rejeio de carga, assumindo as funes de comporta de
emergncia da tomada de gua, interrompendo o fluxo e protegendo a unidade.
2.2 POLMEROS, ELASTMEROS E BORRACHAS.
17
Os termos polmero, elastmero e borracha so definidos, de acordo com a Norma
ISO 1382:1996 - Rubber Vocabulary como:
Polmero - Substncia composta por molculas caracterizadas pela repetio
mltipla de uma ou de vrias espcies de tomos ou de grupos de tomos
ligados entre si em quantidade suficiente para conferir um conjunto de
propriedades que no variam de uma forma marcada por adio ou remoo
de uma ou de algumas unidades constitutivas;
Elastmero - Material macromolecular que recupera rapidamente a sua forma
e dimenses iniciais, aps cessar a aplicao de uma tenso;
Borracha - Elastmero que j est ou pode ser modificado para um estado no
qual essencialmente insolvel, se bem que, susceptvel a aumentar de
volume num solvente em ebulio, tal como benzeno, metiletilcetona e etanol-
tolueno azeotrpico, e que, no seu estado modificado, no pode ser
reprocessado para uma forma permanente por aplicao de calor e presso
moderadas.
Segundo Manuel Morato Gomes (2012), editor e principal autor de
rubberpedia portal da indstria da borracha, nem todos os polmeros amorfos so
elastmeros. Alguns so termoplsticos, dependendo a classificao da temperatura
de transio vtrea (Tg), definida como a temperatura acima da qual um polmero se
torna mole e dctil e abaixo da qual se torna duro e quebradio, como vidro. Pode-se
dizer como regra geral s aplicvel a polmeros amorfos, que um polmero amorfo
que tenha uma Tg inferior temperatura ambiente ser um elastmero, enquanto
que um polmero amorfo que tenha uma Tg superior temperatura ambiente ser um
termoplstico.
Ainda segundo o mesmo autor, a propriedade predominante dos elastmeros
o comportamento elstico aps deformao em compresso ou trao. possvel,
por exemplo, esticar um elastmero at dez vezes o seu comprimento inicial, e aps
remoo da tenso aplicada, verificar que ele voltar, sob circunstncias ideais,
forma e comprimento originais.
O perfil das propriedades que pode ser obtido depende fundamentalmente do
elastmero escolhido, da formulao do composto utilizada, do processo de
produo e da forma e desenho do produto. As propriedades que definem um
elastmero s podem ser obtidas usando compostos adequadamente formulados e
aps vulcanizao subsequente.
18
Elastmeros, ou borrachas, so classes de materiais que, como os metais, as
fibras, as madeiras, os plsticos ou o vidro so imprescindveis tecnologia
moderna.
Relativamente ao termo borracha que abrange um grande nmero de
compostos macromoleculares que podem ser reticulveis para formar estruturas
tridimensionais, deve referir-se que usual dizer-se que A borracha, matria-prima,
est para os compostos de borracha assim como a farinha est para o po,
pretendendo-se assim frisar que, apesar da escolha dos aditivos utilizados e da
quantidade usada de cada um deles num composto poderem originar variaes
considerveis nas propriedades do produto final, a caracterstica determinante
dada pela borracha utilizada nesse composto.
O termo borracha tinha inicialmente por significado, somente borracha
natural e o termo vulcanizao somente reticulao com enxofre. Face ao
aparecimento de muitas borrachas sintticas e de novos sistemas de reticulao, o
alcance daqueles termos foi alargado, para que passem a serem termos genricos.
As borrachas, matria-prima, podem ser transformadas em elastmeros pela
vulcanizao.
2.2.1 Borracha Nitrlica
Conforme Manuel Morato Gomes (2012), a borracha nitrlica (NBR) oferece
um bom balano entre a resistncia a baixa temperatura (entre -10C e -50C), ao
leo, a gasolina e aos solventes, resistncia essa funo do teor em Acrilonitrilo.
Estas caractersticas combinadas com uma boa resistncia alta temperatura e
abraso tornam a borracha de NBR aconselhada para uma grande variedade de
aplicaes. Apresenta tambm boa resistncia fadiga dinmica, baixa
permeabilidade ao gs e a possibilidade de ser misturada com materiais polares
como o PVC.
Ainda segundo o mesmo autor, existem tipos especficos de NBR, os quais
so denominados de grau. Cada grau contm ligados cadeia do polmero,
antioxidantes que se tornam assim menos volteis, fazendo com que esses graus de
NBR sejam menos solveis em gasolina e leo, aumentando tambm a resistncia
ao calor. H ainda vrios outros graus especiais de NBR, no s para serem usados
com vantagem nos processos de vulcanizao por transferncia ou por injeo,
19
como tambm, para que a necessidade de limpeza do molde seja menor, uma vez
que diminui a ocorrncia do fenmeno conhecido por mold fouling. Os graus
referidos podem ser encontrados em vrios produtores de NBR, tais como, por
exemplo, Korea Kumho Petrochemical Co, Nitriflex, Polimeri Europe e Zeon, sendo
conhecidos como graus limpos, green grades ou GNR ou ainda Nitriclean (caso
da Nitriflex).
Seguindo com o pensamento do autor acima citado, a resistncia ao leo a
propriedade mais importante da borracha nitrlica. A grande maioria das
propriedades dos vulcanizados de NBR depende do teor em ACN e do tipo e
quantidade de plastificante usado na formulao. Uma maior resistncia ao leo, a
gasolina, benzina ou a qualquer outro lquido, traduz-se num menor aumento de
volume dos provetes de NBR quando mergulhados nos lquidos referidos.
Analisando em particular o aumento de volume da borracha de NBR, pode-se
referir que quanto maior for o contedo aromtico do leo ou do combustvel no qual
o vulcanizado de NBR mergulhado maior ser a variao de volume por ele
sofrido. Deve-se ter tambm em considerao que a maioria dos plastificantes
usados para melhorar a resistncia a baixa temperatura extravel, o que pode
influenciar bastante o inchamento que, para alm dos fatores anteriormente
referidos, depende tambm da densidade de reticulao do vulcanizado.
A borracha de NBR combinada com cargas reforantes, negro de carbono ou
slica, permite a obteno de vulcanizados com excelentes propriedades fsicas. As
propriedades mecnicas dependem da temperatura de vulcanizao.
A resistncia deformao por compresso depende principalmente do
contedo em ACN do tipo de NBR usado e do sistema de vulcanizao escolhido,
conseguindo-se obter excelentes valores para esta propriedade. Quanto maior for a
resistncia deformao por compresso, menor ser o valor obtido nos ensaios de
compresso.
A elasticidade do NBR consideravelmente menor do que a de vulcanizados
comparveis de NR ou SBR, conseguindo-se obter uma elasticidade relativamente
elevada usando misturas de borracha baseadas em graus de NBR com um baixo
teor em ACN, negros de carbono e plastificantes tipo ster ou baseados em ster.
A resistncia abraso dos vulcanizados de NBR formulados com cargas
reforantes cerca de 30% superior de vulcanizados comparveis de NR cerca
de 15% superior de vulcanizados comparveis baseados em SBR.
20
A dureza dos vulcanizados de NBR com baixo e mdio teor em ACN,
mantm-se constante num intervalo grande de temperatura (70C a 130C)
enquanto a tenso de ruptura diminui significativamente com o aumento da
temperatura.
A borracha nitrlica tem uma fraca resistncia ao ozono, ao envelhecimento e
intemprie, embora superior da borracha natural (NR).
Particularizando um pouco relativamente resistncia qumica, referimos que
os vulcanizados de NBR apresentam boa resistncia qumica:
- aos hidrocarbonetos alifticos como, por exemplo, propano, butano e
benzina;
- ao leo e massa mineral;
- gua;
- a muitos cidos diludos, bases e soluo salina temperatura ambiente.
2.2.1.1 Aplicaes
Segundo Manuel Morato Gomes (2012), devido ao seu preo, o NBR usado
em aplicaes onde, para alm de boas propriedades mecnicas e/ou boa
resistncia fadiga dinmica, tambm exigida boa resistncia ao inchamento em
leo ou em gua, boa resistncia ao envelhecimento por calor e abraso.
utilizada na indstria em geral, indstria automvel e no sector dos leos minerais.
O NBR tipicamente usado em membranas, foles, tubos e mangueiras quer
para aplicaes hidrulicas ou pneumticas, para transporte de hidrocarbonetos
alifticos (propano e butano), correias transportadoras, material de frico, cobertura
de rolos para diversos fins especialmente para as indstrias de pintura e txtil e
solas para calado de segurana. Tambm bastante usado na indstria alimentar.
A borracha de NBR tem vindo a ser substituda por outras borrachas em algumas
aplicaes, nomeadamente na indstria automvel, devido s maiores exigncias
impostas pelos construtores no respeitante temperatura de utilizao e resistncia
aos leos.
2.3 VULCANIZAO
A vulcanizao pode ser descrita com uma troca das propriedades fsicas da
21
borracha de um estado predominantemente plstico para um estado
predominantemente elstico atravs de temperatura, presso e tempo.
Segundo Helson M. da Costa, Leila L. Y. Visconte, Regina C. R. Nunes (2003)
a borracha faz parte de um grupo de materiais industriais conhecidos como materiais
de engenharia, que inclui tambm metais, fibras, concreto, madeira, plsticos,
vidros, dos quais depende parte da tecnologia moderna.
Ainda segundo os mesmos autores, os ndios americanos foram os primeiros
a descobrir e fazer uso das propriedades singulares da borracha. Os aventureiros
espanhis, que sucederam Colombo no princpio do sculo XVI, os encontraram
praticando um jogo organizado com uma bola que saltava melhor do que qualquer
coisa conhecida na Europa, at ento. Durante os cem anos que se seguiram, os
europeus descobriram, gradativamente, uma srie de outras utilizaes que os
ndios davam a este extraordinrio material. Eles o espalhavam em roupas para
torn-las impermeveis, moldavam-no em forma de argila para produzir uma espcie
primitiva de botina, ou em vasilhames flexveis e seringas, e tambm o ofereciam a
seus deuses, como incenso.
Entretanto, este material apresentava dois grandes problemas: os usurios
encontravam dificuldades em trabalhar com a borracha slida e os artefatos
tornavam-se moles e pegajosos quando submetidos ao calor. Em tempo frio,
tornavam-se progressivamente duros e rgidos, at que no rigor do inverno,
tornavam-se quase completamente inflexveis. Alm disso, desenvolviam odores
desagradveis aps um perodo curto de tempo.
Cerca de 450 anos depois, em torno de 1800, esse material ganhou aceitao
universal em funo da descoberta do processo de vulcanizao.
A descoberta da vulcanizao atribuda a Charles Goodyear, nos Estados
Unidos, e a Thomas Hancock, na Inglaterra. Ambos desenvolveram patentes em
1840. A vulcanizao da borracha provocava uma melhora pronunciada nas
propriedades qumicas e fsicas, em relao ao material no vulcanizado. No havia
mais o amolecimento do material em temperaturas elevadas ou o congelamento em
contato com o frio, alm de torn-lo mais resistente quimicamente. Embora os
artefatos de borracha desenvolvidos a partir das formulaes de Goodyear e
Hancock fossem superiores em muitos aspectos, quando comparados com a
borracha no vulcanizada, eles ainda estavam longe do ideal.
22
Desenho 3: Primeiras cadeias de vulcanizados.
Fonte: Hills, D. A. (1971).
Grandes quantidades de enxofre e tempos de cura relativamente longos eram
necessrios. Alm disso, a reverso, processo pelo qual se produz uma marcante
deteriorao das propriedades fsicas, era um problema srio na poca. Os
vulcanizados apresentavam colorao intensa, indesejada migrao do enxofre para
a superfcie (afloramento) e exibiam muito pouca resistncia ao envelhecimento.
Basicamente a vulcanizao um processo em que se adiciona enxofre a borracha,
processo descoberto pelos inventores Charles Goodyear e Thomas Hancock.
Hoje sabido que a rede de ligaes cruzadas formada pela vulcanizao
sem aceleradores ou em presena de aceleradores inorgnicos (em geral xidos
metlicos tais como de zinco, clcio, magnsio ou chumbo) muito complexa. Alm
dos diferentes tipos de ligaes cruzadas com enxofre, os vulcanizados contm uma
grande proporo de modificaes na cadeia principal tais como: ciclizaes
sulfdicas, insaturaes conjugadas, e isomerizao cis/trans da dupla ligao. A
vulcanizao com enxofre em ausncia de aceleradores , portanto, um processo
ineficaz.
Desenho 4: Reaes de vulcanizao utilizando enxofre sem aceleradores.
Fonte: Morton, M. Rubber Technology (1981).
23
Seguindo com o a linha de pesquisa dos autores j citados acima, o passo
mais importante com relao qumica da vulcanizao ocorreu com a descoberta
dos aceleradores orgnicos, em 1900. Alm de aumentarem a velocidade de
vulcanizao, esses aditivos trouxeram muitas outras vantagens. O uso de
aceleradores permitiu o emprego de temperaturas mais baixas e tempos de cura
menores. Consequentemente, no houve mais a necessidade de submeter a
borracha a condies drsticas e, desse modo, a possibilidade de degradao
trmica e oxidativa foi minimizada. Alm disso, o nvel de enxofre pode ser reduzido
e, ainda assim, sem prejuzo para as propriedades fsicas do vulcanizado. O
resultado foi a reduo do afloramento de enxofre e a maior resistncia ao
envelhecimento. A possibilidade de reverso tambm foi reduzida. Vulcanizados
transparentes ou coloridos puderam ser preparados. Negro de fumo e outras cargas
foram incorporados na mistura para melhorar as propriedades fsicas do produto
final, sem afetar drasticamente a velocidade da reao de cura. Por fim, a rede de
ligaes cruzadas derivada da vulcanizao em presena de aceleradores orgnicos
mostrou ser mais simples e com menos modificaes do que a rede produzida
somente com o enxofre, da o processo ser chamado de eficiente.
Dentro do processo de vulcanizao os parmetros de tempo, temperatura e
presso, so a base para se conseguir os mais diversos tipos e qualidades de
vulcanizado, portanto, so calculados para se obter uma tima vulcanizao dentro
do seu ciclo.
tima Vulcanizao usualmente as condies requeridas dos itens citados
acima, para se obter 90% da mxima fora de tenso (T90), comparada a fora
original suportada pela borracha sem emendas e remendos vulcanizados.
24
3.0 MATERIAIS E METODOS
Neste captulo sero descritos os materiais e mtodos utilizados para a
realizao da pesquisa. Estaro aqui descritas as normas utilizadas bem como os
processos utilizados para a realizao dos ensaios e obteno dos resultados.
3.1 MATERIAIS UTILIZADOS
O material utilizado nesse projeto de pesquisa foi a Borracha Nitrlica (NBR)
Conforme norma ASTM D2000 M5BG 714 A14 B14 EA14 Z1, Z1 = Dureza 75/80
Shore A. No diagrama 1 est descrito cada item da especificao.
Diagrama 1: Significado das especificaes referentes a ASTM D2000.
Fonte: Engenharia Empresa Fabricante de Turbinas Hidrulicas
Essa borracha foi escolhida aps um trabalho j realizado por Viero M. (2010)
segundo as normas ASTM D2000 para a obteno da melhor resistncia possvel a
gua e a deformao, j que o material fica em contato direto com a gua a alta
presso.
A borracha possui um formato j definido pela engenharia da empresa, a fim
de possibilitar melhor estanqueidade e durabilidade nas condies de uso, conforme
desenho 5.
25
Desenho 5: Desenho perfil borracha de vedao da vlvula borboleta.
Fonte: Engenharia Empresa Fabricante de Turbinas Hidrulicas.
3.2 METODOS
A seguir ser explicado os mtodos utilizados para a realizao da
vulcanizao da emenda, primeiramente o mtodo utilizado atualmente na empresa
fabricante de turbinas hidrulicas e posteriormente os mtodos propostos pelo autor.
3.2.1 Processo original
Segundo trabalho realizado por Viero M. (2010), com j citado, atualmente o
processo utilizado para a emenda vulcanizada na empresa Fabricante de Turbinas
Hidrulicas, realizado da seguinte forma;
As borrachas utilizadas na vedao so adquiridas em metro, sendo assim,
necessrio que seja realizado o corte da borracha no tamanho exato do permetro
do canal de alojamento da borracha no obturador.
Para a colagem, a borracha cortada em 45, de maneira que a fora de
colagem seja distribuda uniformemente entre as superfcies da borracha,
aumentando a resistncia trao, por estar tencionada no canal.
Desenho 6: Perfil de corte da borracha para colagem.
Fonte: Viero M. (2010)-RE-Estudo do comportamento do
sistema de vedao da vlvula borboleta.
26
Cortada a borracha, a colagem realizada, aplicando-se uma camada de
Cola Vulk, fabricada pela VIPAL, a qual um acelerador com base em composto de
borracha natural, cargas reforantes, resinas de pegajosidade, xidos metlicos,
cidos carboxlicos, aceleradores de vulcanizao, enxofre e hidrocarbonetos
alifticos. A cola aplicada em ambas as superfcies da extremidade da borracha,
sendo adicionada uma tira de borracha de ligao a frio tambm fabricada pela
VIPAL para que ocorra a juno das partes. A combinao dos dois aceleradores
busca uma melhor ligao entre as partes, bem como um aumento na velocidade de
ligao, acelerando o processo e conferindo melhores resultados.
Fotografia 1: Borrachas com emenda vulcanizada, processo utilizado pela
empresa fabricante de turbinas hidrulicas.
As superfcies preparadas, unidas com a cola e a tira do material fundente,
so colocadas em gabarito (Fotografia 2), e este inserido em um forno com
resistncia eltrica para aquecimento, o qual controlado por CLP (Controlador
Lgico Programvel).
Fotografia 2: Frma para vulcanizao e colagem da borracha. Fonte: Empresa Fabricante de Turbinas Hidrulicas.
27
ento realizado um ciclo de aquecimento, previamente programado no CLP,
que garante o aumento de temperatura do forno, sendo este um processo alternante
que eleva temperatura mxima de 180 C e em seguida resfriado, em condies
ambientes temperatura de 80 C. Este processo realizado trs vezes.
Grfico 1: Temperatura no processo de vulcanizao
Fonte: Viero M. (2010)-RE-Estudo do comportamento do sistema
de vedao da vlvula borboleta
3.2.2 Processos propostos
Com base no material encontrado sobre o assunto assumiu-se as seguintes
alternativas baseadas no processo original:
1. Diminuir a temperatura de vulcanizao para 130 C; Tal situao proposta
devido possibilidade de a temperatura utilizada seja excessiva, sendo assim
as ligaes da borracha estariam sendo quebradas e por consequncia
fragilizando a mesma. Essa proposio baseada utilizando-se de alguns
manuais de vulcanizao de borrachas e a prpria reviso bibliogrfica sobre
borrachas nitrlicas, onde consta que essas borrachas tem sua estrutura
elementar alterada com temperaturas acima de 130 a 150 C.
2. Utilizar um nico processo de vulcanizao; Tal fato baseia-se em manuais
de vulcanizao para recuperao de pneus, onde consta que quando uma
borracha aquecida at a temperatura limite para danos estruturais, se esse
mesmo processo for repetido, em um ciclo de aquecimento e resfriamento, a
borracha tem grandes chances de desenvolver em seu interior um efeito
esponja, caracterizado pela criao de bolhas de ar. Tal situao fragiliza de
forma significativa a estrutura da borracha.
28
3. Prope-se um tipo de emenda com o ngulo de corte em 60, aumentando
assim a afinidade das ligaes. Prope-se essa soluo baseando-se em
manuais de emendas de esteiras de borracha e nas propriedades da
borracha nitrlica, como j citado na reviso bibliogrfica item 2.2, onde consta
que as ligaes das cadeias dos polmeros surtem maior efeito com
determinados ngulos.
4. Tambm se prope o formato da emenda para um estilo tipo V aumentando
a rea de contato e a presso exercida. Tal fato deve-se as recomendaes
de manuais de emenda, como j citado anteriormente, onde de fcil
compreenso que quando se aumenta a rea de contato em uma emenda,
maior quantidade de ligaes e consequentemente maior eficincia.
Desenho 7: ngulos das emendas propostas
O procedimento descrito no item 1 e 2 foram utilizados tanto para as amostras com
emenda com ngulo de 60 (descrito no item 3), como para as amostras com
emenda tipo V, descrita no item 4.
3.3 ENSAIOS
Para testar os novos modelos de emenda bem como o antigo modelo e a
prpria borracha no vulcanizada, optou-se pelo teste de trao, sendo que seu
nico interesse observar as cargas mximas de ruptura e os tipos de ruptura.
Para tanto se utilizou de uma mquina universal de trao EMIC DL30000F,
com mtodo de ensaio Trao Cilndrico com celulade 30 tf, que se encontra no
laboratrio de materiais da UNOESC.
Devido a algumas limitaes de materiais e mquinas para esse projeto,
algumas situaes referentes norma foram alteradas, mas buscou-se aproximar ao
mximo os valores referidos na norma. Portanto, segue abaixo um breve resumo da
norma ASTM D412-06 e em seguida, uma explicao do que foi alterado ou
adaptado atravs da norma para a realizao dos ensaios deste projeto.
29
Os corpos de prova para ensaio de trao em elastmeros devem ser
preparados conforme a norma ASTM D412-06 , que especifica o modelo na forma
de halteres, preferencialmente com o molde de corte tipo C. Quando o tamanho da
amostra disponvel no for ideal para o molde de corte C, outro tipo dever ser
escolhido em acordo com as partes interessadas.
As espessuras das amostras devem ser no mnimo 1,3 mm, e no mximo 3,3
mm.
Desenho 8: Corpo de prova padro segundo ASTM D412-06
Fonte: ASTM D412-06
Ainda segundo a norma ASTM D412-06 , as propriedades de trao por si
s no podem ser relacionadas diretamente com o desempenho total da utilizao
final do produto, devido vasta gama de requisitos de desempenho potencial em
utilizao real.
As propriedades de trao dependem tanto do material como das condies
de teste (taxa de extenso, temperatura, umidade, geometria da amostra,
condicionamento pr-teste), portanto os materiais devem ser comparados somente
quando testada sob as mesmas condies.
Abaixo est descrito como foram preparadas as amostras para os testes:
Conforme a norma, a borracha deve possuir uma seo reduzida no
centro da amostra, para possibilitar a ruptura nesse ponto e no na base,
como seria o esperado de uma amostra de seo constante. Mas pelo fato
das amostras utilizadas j terem um formato definido, optou-se por utilizar
a borracha com seo constante, para aproximar das condies reais as
quais so submetidas em campo. Para tal, testes prvios de ruptura
mostraram-se eficazes, sendo que a borracha rompeu em reas bem
afastadas da zona de engate da mquina, mostrando assim a viabilidade
de utilizar amostras deste tipo.
Ainda segundo a norma, a mquina de trao deve ser programada para
um afastamento constante de 500 50 mm/min. Porm, a mquina
30
disponvel para os testes possui um afastamento mximo de 100 mm/min.
Quanto ao comprimento total da amostra a mesma norma estabelece
medidas como mostra o desenho. Mas, devido ao fato de que quanto
menor a amostra maiores seriam as chances de a fratura ocorrer no
engate, e tambm por limitaes do equipamento de vulcanizao que
necessita de um comprimento mnimo para melhor segurana, as
amostras foram inicialmente feitas com 450 mm e depois adaptadas para
270 mm para atender as demandas da maquina universal de trao.
Portanto, as amostras para os testes ficaram com uma seo de 120 mm
livres e o restante foi utilizado para dar uma boa fixao na maquina, evitando
deslizamento e/ou ruptura no ponto de engate, como mostra o modelo a seguir e na
fotografia 3.
Desenho 9: Comprimento da amostra e seo.
Para manter a comparao dos resultados, os parmetros de teste foram
mantidos, e assim todas as amostras foram testadas sobre as mesmas condies de
temperatura, umidade, taxa de carga e deslocamento.
Todas as amostras foram confeccionadas pela empresa parceira na pesquisa,
e entregues posteriormente para teste com suas respectivas identificaes, bem
como cada lote de amostras teve seus testes realizados separadamente para evitar
possveis trocas de amostras, como podem ser observadas fotografias em anexo.
Fotografia 3: Corpo de prova posicionado na
mquina de trao.
31
4.0 RESULTADOS E DISCUSSES
Para facilitar a identificao das amostras submetidas ao procedimento de
vulcanizao descrito no item 3.2.2., as mesmas foram denominadas conforme
descrito no quadro 2.
Borracha Processo Original Borracha com emenda utilizada at a presente data pela Empresa Fabricante de Turbinas Hidrulicas.
Borracha Processo 130 C 60 Borracha com emenda proposta pelo autor descrita tambm como processo proposto 3 no item 3.2.2 do trabalho.
Borracha Processo em V Borracha com emenda proposta pelo autor descrita tambm como processo proposto 4 no item 3.2.2 do trabalho.
Borracha Original Borracha sem emenda, utilizada como base de referencia para as demais.
Quadro 1: Denominao das amostras.
Os ensaios de trao realizados na Unoesc Joaaba foram avaliados
conforme sua fora mxima e fratura ocorrida. Todos os Relatrios de Ensaio
encontram-se anexo I do trabalho.
4.1 ANALISE DOS DADOS DE FORA MXIMA
A fora mxima suportada pelas amostras esta descrita no Grfico 2. Estes
valores so as mdias de foras mximas encontradas para cada tipo de amostra.
J na Tabela 1, tm-se os dados obtidos com seus respectivos desvios padres.
Observando a Tabela 2, pode-se notar que o processo proposto em que a
temperatura de 130 C com emenda de 60, obtm valores no muito maiores do
que os j obtidos no processo atual da empresa, mas em compensao o desvio
padro foi menor, aumentando a confiabilidade.
Aliado a isso, tm-se o fator econmico, pois se reduziu o ciclo de
vulcanizao, tanto em temperatura como em tempo, mantendo-se os i, os valores
de fora mxima, quando comparado ao processo atual. Portanto, mesmo no
alcanando os valores esperados de fora mxima, ainda torna-se vivel o processo
proposto para a empresa no que diz respeito ao fator econmico.
32
Grfico 2: Fora mxima mdia para cada tipo de amostra.
Tabela 2: Fora mxima dos corpos de prova
Fora mxima de ruptura em N
Tipo de Processo CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 Mdia Desvio Padro
Borracha Processo Original 1423 1702 1165 1314 1453 1423 197,31
Borracha Processo 130C 60 1473 1443 1633 1453 1294 1453 120.40
Borracha Processo em V 966 1085 1195 1085 955 1085 90
Borracha Original 2601 2290 2797 2742 2539 2593 200
J o processo em V obteve valores mais baixos do que o processo atual, mas
obteve o melhor resultado quanto ao desvio padro, dando a esse processo a maior
confiabilidade das amostras. O fato de o desvio padro estar com valores to baixos,
demonstra que o processo de vulcanizao foi executado dentro do especificado em
todas as amostras. Tal fato, pode ser creditado, a maior cautela do operador na sua
execuo, por ser um processo que exige um corte mais preciso para a realizao
da emenda. Caso contrrio, a junta no encaixa devidamente. Entretanto, no que
diz respeito a fora mxima, os valores encontrados para as amostras em V, no
obtiveram os resultados esperados, demonstrando que o fator, tipo de emenda,
realmente possui ligao direta com os resultados de fora mxima. Tal fato
demonstra, que como observado anteriormente, a temperatura inferior e o menor
tempo do processo no influenciaram negativamente na emenda, ressaltando assim
a confiabilidade dos processos propostos 1 e 2 descritos no item 3.2.2.
Pode-se observar tambm no grfico 2, que nenhuma das amostras em que
existem emendas atingiram valores mnimos ideais de fora mxima, comparadas as
amostras sem emenda, chegando a no mximo T66 (processo proposto 3) de um
0
250
500
750
1000
1250
1500
1750
2000
2250
2500
2750
0 1 2 3 4 5
For
a M
xim
a e
m N
Mdia das amostras
Borracha ProcessoOriginal
Borracha Processo 130 C60
Borracha Processo em V
Borracha Original
33
fator que deveria ser de T90. Tambm se observa um dos maiores desvios padres
nessas amostras, caracterizando assim, levando-se em considerao as mesmas
condies de teste, uma disparidade elevada na borracha em estado natural de
fabricao. Deve-se ento se observar fatores externos como lotes diferentes e ate
mesmo condies de armazenamento, que poderiam vir a explicar tal diferena.
Essa situao demonstra, que ainda existem aspectos desconhecidos neste
processo, sendo necessrios testes com diferentes tipos de emenda, cola,
acelerador, para que talvez fosse possvel encontrar melhores resultados, no que diz
respeito a fora mxima.
Pode-se ressaltar tambm, que o parmetro de T90, esta embasado em um
manual de recuperao de pneus, que possui caractersticas bem prximas ao
processo de vulcanizao de emendas em borracha nitrlica. Tal fato no torna
totalmente confivel a aplicao do processo na emenda, por possuir diferentes
caractersticas quanto a formatos e aplicao, mas sim apenas aceitvel e suscetvel
a maiores investigaes futuras.
4.2 FRATURAS
Complementando a anlise de resistncia, fez-se a anlise da fratura das
amostras.
Nas amostras do processo original da Empresa, se observou um
descolamento na rea da emenda e uma pequena ruptura de material adjacente
(fotografia 6). Em alguns casos uma pequena ruptura nos momentos finais da
separao foi relevante nos resultados de desvio padro elevados.
Tambm foi possvel observar, conforme Fotografia 5, que o descolamento
ocorre sempre da seo menor para a maior da borracha, caracterizando um
problema, j que essa parte fica em contato direto com a agua que passa pela
vlvula aumentando o risco de ruptura e falha.
(A) (B)
34
Fotografia 4: (a) Emenda processo original Empresa Fabricante descolada. (b) Momento exato da
separao na emenda de 60. (c): Detalhe de emenda descolada com resduos de ruptura, processo
original Empresa Fabricante.
Posteriormente, nas amostras do processo proposto 3 (Borracha Processo
130 C 60), obteve-se resultados bem semelhantes ao processo anterior, original
empresa, mas observou-se na maioria dos casos, um maior descolamento aparente
sem a ruptura do material adjacente (Fotografias 7 e 8). Tal situao no explica o
fato da maior fora mxima, mas explica um desvio padro menor, j que todas as
amostras descolaram da mesma forma.
Fotografia 5: Emenda proposta 3 descolada.
Fotografia 6: Detalhe da emenda descolada processo proposto 3.
(C)
35
J nas emendas do processo proposto 4, as rupturas ocorreram na sua grande
maioria no material adjacente (Fotografias 11 e12) e no na emenda em si, no
ocorrendo descolamento na maioria dos casos, tal situao pode ser explicada pelo
fato da emenda possuir uma maior rea de contato. Tambm se observou que nas
emendas em que ocorriam o descolamento, o mesmo era apenas parcial
(Fotografias 9 e 10) em todos os casos aps atingir a metade da emenda, os
mesmas sofriam uma ruptura da borracha adjacente e ainda nesses mesmos casos,
a borracha rompia da seo maior para a menor.
Tais situaes deveriam reafirmar que os valores de fora final deveriam ser
maiores, o que no aconteceu na realidade, impedindo assim, a total compreenso
dos resultados.
Ressalta-se ainda que essas emendas obtiveram os melhores ndices de
confiabilidade, mantendo o desvio padro abaixo dos 100 N.
Fotografias 7 e 8: Emenda em V metade rompida, metade descolada.
Fotografias 9 e 10: Emenda em V rompida.
36
5 CONCLUSES
Com a realizao deste projeto, pode-se avaliar algumas propriedades
mecnicas das emendas de borracha nitrlica vulcanizadas para vedao de
vlvulas borboletas utilizadas em condutos de PCHs, com utilizao de processos j
usuais e propostos. Os parmetros aqui avaliados, no tornam esse trabalho uma
garantia de funcionalidade.
Para que haja uma garantia de eficcia dos mtodos descritos nessa
pesquisa, necessita-se de mais ensaios para diminuir a margem de erro..
Com relao aos parmetros avaliados neste projeto, observando a fora
mxima, tem-se que as amostras com apenas um processo de aquecimento at 130
C mostram uma resistncia mdia maior comparada s amostras do atual processo.
Comparando as amostras pelo tipo de fratura, observa-se que as amostras
com emenda em V possuem uma fratura com maior homogeneidade, e um
rasgamento da borracha e no um simples descolamento, como observado nas
demais. Tambm se admite, que a rachadura iniciar da seo maior para a menor
da borracha, caracteriza uma maior segurana para as amostras, visto que, nas
situaes de uso normais, a parte com menor espessura da borracha que fica em
contato com a gua e sujeita ao desgaste prematuro.
Comparando tambm os desvios padres, as emendas vulcanizadas em V
mostraram-se mais confiveis que as demais, possuindo valores de desvio bem
inferiores a elas.
Quanto ao fator econmico, tem-se que ambos os processos propostos 3 e 4,
possuem uma economia considervel de horas operador e mquina, devido
alterao da temperatura limite e processo de aquecimento/resfriamento. Tais
processos mostram-se eficientes e usuais comparados ao processo original.
Ainda seria necessrio para tornar mais eficientes os processos aqui
descritos, a substituio da Borracha de Ligao a Frio utilizada no processo, bem
como outros modelos de emenda e cola, e assim, realizar uma maior bateria de
testes, visando ajustar o processo, em termos de aumento de fora mxima
suportada.
Acredita-se que os processos aqui propostos possam ser utilizados de forma
equivalentes ao processo atual, ficando a cargo da empresa apenas decidir qual dos
dois mais adequado assuas necessidades.
37
REFERNCIAS
Canevarolo Jr. Sebastio V. Cincia dos Polmeros: Um texto bsico para
tecnlogos e engenheiros So Paulo: Artliber Editora, 2006.
Canevarolo Jr. Sebastio V. Tcnicas de Caracterizao de Polmeros. So
Paulo: Artliber Editora, 2004.
MORTON, M. - Rubber Technology, 2nd Edition, Van Nostrand Reinhold, New
York, 1989.
Viero M. (2010) - RE-Estudo do comportamento do sistema de vedao da
vlvula borboleta.
Manuel Morato Gomes. Borracha Nitrlica (NBR), disponvel em:
. Acesso em
03/08/2012.
Manuel Morato Gomes. Introduo aos Polmeros, Elastmeros e Borrachas,
disponvel em: .Acesso em
21/02/2013.
Manual de Emendas Sampla do Brasil indstria e comrcio de correias Ltda.
Disponvel em . Acesso em 03/05/2012.
Hills, D. A. Heat Transfer and vulcanization of rubber. Londres: Elsevier
Publishing Company Limited, p. 4, n. 8, 72-75, 1971.
Meyer, Adailze L.; Souza, Gabriel P. de; Oliveira, Suely M. de; Tomczak, Fbio;
Wasilkoski, Cleuza; Pinto, Carlos Eduardo da S. Avaliao das propriedades
termomecnicas de borracha nitrlica aps ensaio de compatibilidade de
acordo com ASTM D 3455. Polmeros: Cincia e Tecnologia Vol. 16, Nm. 003,
2006, pp. 230-234, 2005.
38
Helson M. da Costa, Leila L. Y. Visconte, Regina C. R. Nunes. Aspectos Histricos
da Vulcanizao. Polmeros: Cincia e Tecnologia, vol. 13, n 2, p. 125-129, 2003.
Borracha Sinttica A histria de uma indstria, International Institute of
Synthetic Rubber Producers Inc., Holanda (1973).
Stern, H. J. History, in: Rubber Technology and Manufacture, cap.1, C. M.
Blow (ed), Newnes-Butterworths, London (1975).
Shreve, R. N. & Brink Jr., J. A. Indstrias da borracha, in: Indstria de
Processos Qumicos, cap.36, Horcio Macedo, Editora Guanabara (1977).
ASTM D412-06 Standard Test Methods for Vulcanized Rubber and
thermoplastic Elastomers Tension.
39
ANEXOS
40
Anexo 1
41
Anexo 2
42
Anexo 3
43
Anexo 4
44
Anexo 5
45
Anexo 6
46
Anexo 7
47
Anexo 8
48
Anexo 9
49
Anexo 10
50
Anexo 11
51
Anexo 12
52
Anexo 13
53
Anexo 14
54
Anexo 15
55
Anexo 16
56
Anexo 17
57
Anexo 18
58
Anexo 19
59
Anexo 20
60
Anexo 21
61
Anexo 22
62
Anexo 23
63
Anexo 24