O desgaste de componentes e equipamentos - parte 2

1

Objetivos

Causas de falha de componentes

Regimes de desgaste ao longo da vida dos componentes

Impactos sociais, ambientais e econômicos

Desafios

01 - O desgaste de componentes e equipamentos

"você só vive a vida olhando para a frente e só a compreende olhando para trás".Arthur Schopenhauer (1788-1860) filósofo alemão

4

O fim de vida de componentes e equipamentos se deve á corrosão, fadiga, fluência, sobrecarga, desgaste ou á obsolescência.


Holmberg 2001

5

O fim de vida de componentes e equipamentos se deve á corrosão, fadiga, fluência, sobrecarga, desgaste ou á obsolescência.


É uma triste ironia que a companhia que inventou a “obsolescência planejada” – a decisão de fabricar carros que cairiam aos pedaços após poucos anos de forma que o freguês então tivesse de comprar um novo – se tornou agora ela própria obsoleta. Ela se recusou a fabricar automóveis que o público queria, carros que tivessem uma grande milhagem por litro de gasolina, que fossem tão seguros quanto possível, e extraordinariamente confortáveis de dirigir. Oh – e que não começassem a cair aos pedaços após dois anos.

-Adeus, GM MICHAEL MOORE*-

6

Exemplo 1: Rolos de equipamento para secagem de polpa de eucalipto.


Azevedo 2008

Região oxidada

Quais as perdas econômicas e de produtividade?Notar a expressão “região oxidada”

7

Quais as perdas econômicas e sociais?Notar a expressão “severe wear”


Exemplo 2: Falha de pás de turbina a vapor

Azevedo 2009

8

Desgaste típico onde se nota o maior desgaste no PMS,

velocidade nula. Pistão 900mm diâmetro

Câmara de combustão de um motor 2T. Válvula ~250mm

8

Exemplo 3: Falha em umcilindro de motor diesel

9

01 - O desgaste de

componentes e equipamentos

Desafios técnicos para a previsão de vida de componentes e equipamentos.

O desgaste acumulado (perda de massa ou de volume) atinge níveis que colocam em risco o componente, o equipamento,....

Holmberg 2001

10

01 - O desgaste de



Holmberg 2001

Waterhouse 1979

Exemplo: FrettingO tipo de óxido interposto entre os corpos que oscilam determina a intensidade e a forma de cada região da curva de vida em desgaste.

11

01 - O desgaste de



Tempo, distância percorrida, número de peças, toneladas produzidas, número de operações, .......

Per

da d

e m

assa

, per

da d

e vo

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ção

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..

ϴ

Regime permanenteRun outFalha

Run in Running in

Amaciamento

Objetivos de engenharia: Mininizar ϴ, ampliar e prever a extensão do regime permanente. Desafios:Modelos (analíticos) confiáveis do regime permanente – real entendimento do mesmo.Entendimento e previsão do amaciamento

12

Exemplo 1:

01 - O desgaste de



Castro 2007

13

Exemplo 2. Modelo estatístico de previsão de desgaste na laminação

Bernardes (2005)

14

Exemplo 2: Modelo para previsão de desgaste de cilindros na laminação

Modelos permitem além da previsão de vida, o controle do processo de fabricação

15



Holmberg 2001

Modelos permitem além da previsão de vida, o controle do processo de fabricação mantendo as variáveis que atuam no equipamento em níveis que maximizem a extensão da região de operação, o que tecnicamente, estudaremos como regime permanente.

Pires 2006

16

01 - O desgaste de componentes e equipamento

A tribologia requer, para a aplicação de seus conhecimentos, uma forte atuação multidisciplinar. Notar que são considerados apenas sistemas de engnharias

17

01 - O desgaste de componentes e equipamento

A BIO-tribologia requer, para a aplicação de seus conhecimentos, uma forte atuação multidisciplinar.

18

Abrasivo ANB 100 e aço AISI 1004, 15 N


0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0 100 200 300 400 500 600Distância Percorrida [m]

Per

da d

e m

assa

[mg]

Vidro # 240, AISI 1070, 20 N ( 2,83 MPa)

Regime permanente

Regime permanente + running in

Villabón 2005

Santos 2005

19

y = 5E-06x + 0,0005

R2 = 0,9627

0,0000

0,0005

0,0010

0,0015

0,0020

0 50 100 150Quantidade de lixas

Per

da d

e m

assa

ac

umul

ada

(10

-3 k

g)

0,0000

0,0005

0,0010

0,0015

0,0020

0 50 100 150Quantidade de lixas

Pe

rda

de

ma

ssa

acu

mu

lad

a (

10-3 k

g)


Runing in, regime permanente e run out. Bernardes 2005

A determinação do regime permanente pode exigir análises mais detalhadas. Notar que no amaciamento (25 lixas) a perda de massa foi aproximadamente igual a do resto do ensaio (+175 lixas)

20


Godoy 2006

A determinação dos regimes permanentes pode exigir apurada análise estatística.

1045 running in + regime permanente

1045 + Cr1-x

Nx running in + 2 regimes permanentes

21

01 - O desgaste de componentes e equipamentosEstruturação da tribologia (com breve histórico)

9 de maio de 1966 “...The science and technology of

interacting surfaces in relative motion and the practices related thereto”

“tribos” roçar/esfregar + “logos”,

estudo.

[DOWSON, 1979Trib. Int, 38 (2005),449

Dr. H. Peter JOST

AtritoAtrito

DesgasteDesgaste

Atrito

Desgaste

1/2

Tribologia

Lubrificação

22

Tribologia?

CAMPOSmecânicafísicaquímica materiais

predizer comportamento

de sistemas físicos

CONHECIMENTOSlubrificaçãoatrito desgaste

[WINER, 1990]

unificador da aplicação dos

conhecimentos básicos

Tribologia!

1966

2/2

23

CAMPOSMecânicaFísicaQuímicaMateriaisBiologiaMedicina

Predizer comportamento

tribológico e entender a resposta

biológica aos debris de desgaste e

conseqüências clinicas de sistemas

biomecânicos para seus usuários

Biotribologia

Dowson D and Wright V, “Bio-Tribology”, The Rheology of Lubrication, Institute of Petroleum, 1973, pp.81-88.

Biotribologia (1973)

All aspects of tribology related to biological systems

24Erosão eólica próximo ao mar: Olinda, Pernambuco

Cidade de Medellin

La ciudad roja

Valle de Aburrá

Vento norte - sul

DADOS ECONÔMICOS - Exemplos

25

DADOS ECONÔMICOS – Reino Unido – Jost 1966

Economias devidas a aplicação da tribologia Reino Unido 1966.[DOWSON, 1979]. Adaptado.

3036

Valores de 1966

Valores de 2002

Milhões de Libras1518

1320

106

1313

290

26

DADOS ECONÔMICOS

1% do PNB = 17.000.000.000 R$

6% do PNB = 104. 000.000.000 R$

Brasil/Estimativa 2004

(PNB) 1.700 bi R$

Conhecimento existente:

20% redução

3.400.000.000 R$

20.800.000.000 R$

Perdas econômicas.

Relatório Jost e estudos posteriores

1 a 10% do PIB/PNB

Sinatora 2005

27

Exemplo: frota veicular paulistana

1 275 000 m2 / 82 875 000 R$Aço inox

41 555 000 m2 / 15 582 000 R$Pinheiros

187.500 toneladasCO2 devido a atrito (15%)

250g/l / (1.250.000 t/ano)CO2 / CO2 total da frota 5 109X (250)g/l

1,5 109reais/anoValor perdido por ano por atrito em veículos na cidade de São Paulo (R$/ano) (2,0R$/l)

750 000 000 lVolume de combustível devido a perda por atrito

5 000 000 000 l/anoConsumo veicular anual médio (10 000km/ano x 5 000 000 veículos /10km/l

15%Perdas mecânicas por veículo

ValorFator

20% = - 37.500 t/ CO2 ano

30

USP LESTE 1.000.000 m2 Pinheiros 41X

USP S. P. 4.165.644 m2 Pinheiros 10x

1 275 000 m2 / 82 875 000 R$Aço inox

41 555 000 m2 / 15 582 000 R$Pinheiros

20% = - 37.500 t/ CO2 ano

- 20% de Pinheiros – 8USP Zona Leste

- 20% de Pinheiros - 2USP – S.P.

31

Impactos sociais e ambientaisO presidente Obama, agora que tomou controle da GM, necessita converter as fábricas aos novos e necessários usos imediatamente. 2. Não enfie outros US$ 30 bilhões nos cofres da GM para fabricar carros. Ao invés disso, use o dinheiro para manter a atual força de trabalho – e a maioria daqueles que foram demitidos – empregados de forma que possam construir os novos modos de transporte do século XXI. Permita que eles comecem o trabalho da conversão agora.......7. Transforme algumas das fábricas vazias da GM em instalações que produzam moinhos eólicos, painéis solares e outros meios de formas alternativas de energia. Necessitamos de dezenas de milhões de painéis solares já. E há uma força de trabalho zelosa e habilitada que pode fabricá-los.

-Adeus, GM MICHAEL MOORE*-

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1966: 1) Ensino Graduação/ Pós Graduação em Tribologia

(UK) 2) Livro sobre tribologia

3) Programa governamental de pesquisa

Atualização e comentários

Japão [SAKURAI, 1984] – [SASADA, 1984]

Alemanha [CZICHOS, 1984]

URSS [AVDUEVSKY & BRONOVETS,1984]

Mundo [JOST, 1990]

Alemanha/ Mundo [CZICHOS, 1995]

Mundo [LUDEMA, 2000]

4) Estudo Prospectivo de MATERIAIS AVANÇADOS - Relatório de

Perspectivas – Fase I Dezembro 2007. Fase II Junho 2008. Brasilia – CGEE –

Tribologia. Pg 107 – 118. José Daniel Biasoli de Mello.

ASPECTO ECONOMICO / AMBIENTAL - Conseqüências

33

HOMLBERG, K. Reliability aspects of tribology. Tribology International , 34, 801-808,2001

AZEVEDO, C.R.F., SINATORA, A. Erosion-fatigue of steam turbine blades.Engineering Failure Analysis (2009) xxx-xxx

AZEVEDO, C.R.F., KLEIN, J.C. N., SINATORA, A. Erosion-fatigue of steam turbine blades.Engineering Failure Analysis (2008) 165-181

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CASTRO, G. FERNÁNDEZ-VICENTE, A., CID, J. Influence of the nitriding time in the wear behaviour of an AISI H 13 steel during a crankshaft forging process. Wear (2007) 1375-1385.

BERNARDES, F. G. Desempenho dos cilindros de trabalho num trem acabador de chapas a quente. In. SINATORA, A. Materiais Avançados para Cilindros de Laminação. Projeto Verde Amarelo, CNPQ Processo 400622/2004-1. Relatório Final.

PIRES, C.T.A., FERREIRA, H.C. SALES, R.M., SILVA, M.A. Set-up optimization for tandem coil mills: A case study. Journal of Materiails Processing Technology 173 (2006) 368-375

VILLABÓN, L Construção e instrumentação de abrasômetro do tipo roda-de-borracha para o estudo do comportamento tribológico de aços. Dissertação de Mestrado (CNPQ). 2005. PPGEMecânica EPUSP.

SANTOS, M.M. Estudo da influência de lubrificante nos regimes de desgaste abrasivo (moderado e severo) de aços e ferros fundidos) Dissertação de Mestrado (FAPESP). 2005. PPGEMecânica EPUSP.

BERNARDES, F.G. Desgaste abrasivo de um ferro fundido branco multi componente. Dissertação de Mestrado (FAPESP). 2005. PPGEMecânica EPUSP.

GODOY, C., MANCOSU, R.D., LIMA, M.M. BRANDÃO, D. HOUSDEN, J., AVELAR-BATISTA, J.C. Influence of plasma nitriding and PAPVD Cr 1-xNx coating on the cavitation erosion resistance of an AISEI 1045 steeel. Surface & Coatings Technology 200 (2006) 5370-5378.

SINATORA A. Tribologia: Um resgate histórico e o estado da arte. 2005, 32p.

DE MELLO, J. D. B.Materiais Avançados para Sistemas Tribológicos in Estudo Prospectivo de MATERIAIS AVANÇADOS - Relatório de Situação (Fase I – dezembro 2007) & Relatório de Perspectivas – Fase II Junho 2008. Brasilia – CGEE

Referências01 - O desgaste de componentes e equipamentos

O desgaste de componentes e equipamentos - parte 2

Technology

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