Você sabe o que é tribologia? A Tribologia é o estudo do atrito, desgaste e lubrificação de superfícies. É uma área multidisciplinar que envolve ciência dos materiais, mecânica, química e física. A tribologia na engenharia é fundamental para o desenvolvimento de tecnologias que melhoram a eficiência e a vida útil de equipamentos e maquinários, reduzem o consumo de energia e melhoram os principais indicadores de manutenção, como, por exemplo, os indicadores de MTBF e OEE. O termo tribologia vem do grego, onde: tribo = esfregar e logos = estudo. Podemos, então, defini-lo como sendo uma ciência que avalia a interação entre superfícies em movimento relativo. Ele foi estabelecido, em 1966, pelo governo do Reino Unido (UK). H. Peter Jost gerou um relatório para o departamento inglês de educação e ciência dos impactos econômicos associados ao seu estudo.
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Segundo o trabalho do Engenheiro de Materiais Adilson Rodrigues da Costa, da Universidade Federal de Ouro Preto, as inovações geradas pelo estudo da tribologia são vitais para a redução dos desperdícios ocasionados pelos desgastes, para a redução dos descartes de lubrificantes e para a melhoria do desempenho energético dos sistemas tribológicos.
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Os 3 pilares da tribologia são então o atrito, a lubrificação e o desgaste. Veja a seguir uma breve descrição de cada um deles:
O atrito é a resistência ao movimento entre duas superfícies em contato. Ela pode ser benéfica, como no caso de freios de carro, que precisam de atrito para parar o veículo. No entanto, em muitos casos, o atrito é indesejado, pois pode causar desgaste excessivo, aquecimento, falhas mecânicas e perda de energia. Ele é o principal causador do desgaste por abrasão. Por isso, a sua redução é um dos principais objetivos dessa temática.
O desgaste é a perda gradual de material devido ao contato entre as superfícies. Ele pode ser causado por diversos mecanismos de desgastes como o desgaste por abrasão, desgaste por erosão, fadiga e desgaste por corrosão. O desgaste é um problema comum em muitos equipamentos e máquinas, pois pode levar à falha mecânica e a custos de manutenção elevados. Por isso, o estudo do desgaste e a sua prevenção são fundamentais para a indústria.
A lubrificação é a aplicação de um material intermediário, como óleo ou graxa entre as superfícies em contato para reduzir o atrito e o desgaste. A lubrificação também ajuda a dissipar o calor gerado pelo atrito, o que aumenta a vida útil dos componentes. Existem vários tipos de lubrificantes, como líquidos, sólidos e gases. A escolha do lubrificante adequado depende das condições de operação do sistema, das características dos materiais e das exigências de desempenho. Outra função da lubrificação é evitar que partículas sólidas cheguem na região de atuação, como no caso da graxa. Ela além de lubrificar, cria uma camada protetora, como pode ser evidenciado na imagem abaixo.
Lubrificação com graxa, além de lubrificar, protege a região da entrada de partículas sólidas que geram desgaste por abrasão.
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A tribologia é aplicada em uma ampla gama de setores, como a indústria automotiva, aeroespacial, naval, de energia, de mineração e de alimentos. Em cada setor, existem desafios específicos que exigem soluções tribológicas adequadas. Por exemplo, na indústria automotiva, a tribologia é fundamental para o desenvolvimento de motores mais eficientes e duráveis, freios mais seguros e pneus com menor resistência ao rolamento. Na indústria de alimentos, a tribologia é importante para garantir a qualidade e a segurança dos alimentos, reduzindo o desgaste de equipamentos e evitando a contaminação por lubrificantes. Já na mineração, os componentes necessitam possuir além da resistência ao desgaste por abrasão, resistência ao impacto.
A importância do conhecimento de tribologia para a melhoria a gestão da manutenção
- Melhoria no desempenho dos equipamentos: A aplicação da tribologia pode melhorar o desempenho dos equipamentos, reduzindo o atrito e o desgaste dos componentes. Isso pode resultar em uma redução nos custos de manutenção, aumento da disponibilidade do equipamento e maior eficiência no processo produtivo.
- Redução dos custos de manutenção: A tribologia pode ajudar a reduzir os custos de manutenção, evitando falhas prematuras dos equipamentos e aumentando sua vida útil. Esse resultado pode ser obtido através análise de falhas e simulação do comportamento do sistema mecânico, além da seleção adequada de materiais, lubrificantes e processos de fabricação,
- Redução do consumo de energia: A tribologia pode ajudar a reduzir o consumo de energia, uma vez que o atrito é responsável por uma grande perda de eficiência em equipamentos mecânicos. A aplicação de técnicas de tribologia, como o uso de materiais com baixo coeficiente de atrito e sistemas de lubrificação eficazes, pode reduzir o consumo de energia em processos produtivos.
- Melhoria na qualidade dos produtos: A tribologia pode contribuir para a melhoria da qualidade dos produtos, uma vez que o desgaste dos componentes pode afetar a qualidade dos produtos fabricados. Um ferramenta desgastada, por exemplo, pode danificar o acabamento superficial de um produto ou pode até mesmo comprometer a conformidade da sua medida final.
- Maior segurança no ambiente de trabalho: A tribologia pode contribuir para um ambiente de trabalho mais seguro. O desgaste de um equipamento tem como efeito a parada da produção para sua substituição. Toda vez que há ocorrência de um evento desses a equipe de manutenção fica exposta à riscos. Ou seja, dobrar a durabilidade de um componente reduz a necessidade de intervenção pela metade, e consequentemente o risco de exposição é reduzido na mesma proporção.
Essa ciência vem ganhando cada vez mais espaço nas engenharias de projetos de novos equipamentos e nas engenharias de manutenção das empresas. Isso por que a busca pela competitividade impulsiona as empresas a buscarem soluções que obtenham maiores níveis de produtividade com baixos custos de manutenção. A melhoria em uma superfície, como, por exemplo, aplicar um revestimento de carboneto de tungstênio, pode aumentar a sua resistência ao desgaste por abrasão e consequentemente a sua durabilidade, em mais de 1000%. Essa atenção tem proporcionado o surgimento de novos materiais, novas tecnologias de lubrificação e novas técnicas no tratamentos de superfícies.
O bom conhecimento sobre o que é tribologia também proporciona decisões assertivas pelos especialistas de manutenção e engenheiros de produto que, por consequência, vão reduzir custos com paradas de máquina por manutenções corretivas, perdas de produção e garantias.
Aumentar a disponibilidade dos equipamentos com redução dos custos de manutenção é o principal objetivo de todo gestor de manutenção. Atingir essa meta passa, necessariamente, pela redução das paradas para manutenção corretiva. Claro, em equipamentos que não exercem impacto no resultado da empresa ou que o componente seja de fácil substituição, a manutenção corretiva acaba sendo uma estratégia importante. É comum os setores de manutenção investirem consideráveis valores financeiros em soluções que não são as mais apropriadas, e acabam perdendo para a manutenção corretiva os recursos que antes eram disponíveis para melhorias de produtividade.
A Aspersão Térmica, PTA, Laser Cladding e a tribologia
Os revestimentos são aplicados por meio da projeção de partículas de material sobre a superfície do componente. As partículas são aquecidas por uma fonte de calor e pulverizadas sobre um substrato previamente preparada (limpeza e jateamento)
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A grande vantagem desse processo é que a sua versatilidade permite a aplicação de uma grande variedade de ligas. Uma mesma peça pode ser revestida com carboneto de tungstênio, carboneto de cromo, Stellite, Níquel ou mesmo alumínio. Qual é a melhor delas? A melhor alternativa é a que se adapta ao ambiente de trabalho e o conhecimento de tribologia por parte dos engenheiros de manutenção passa ser fator determinante na assertividade dessa seleção.
Além disso, esse processo também pode ser utilizado como estratégia de recuperação dimensional. Uma peça recuperada com revestimentos aspergidos normalmente possui desempenho bastante superior ao de peças originais.
Existem também outros processos para a aplicação de revestimentos contra desgastes em peças industriais. O PTA, por exemplo, é um processo de soldagem apropriado para aplicação de coberturas. A vantagem desse processo é que ele consegue depositar espessuras superiores a 1 mm com união metalúrgica ao substrato. São revestimentos muito apropriados para proporcionar resistência à abrasão e ao impacto simultaneamente. Já o processo de Laser Cladding, agrega uma característica adicional. Ele consegue revestir superfícies com espessuras finas (0.5 mm, por exemplo), com união metalúrgica ao substrado e com uma zona termicamente afetada praticamente inexistente.
Os revestimentos contra desgastes estão ganhando espaço importante para a melhoria das propriedades tribológicas e melhorar o desempenho dos equipamentos industriais com confiabilidade na manutenção industrial. Os resultados atingidos com essas técnicas proporcionam grandes ganhos técnicos e financeiros para as empresas dos mais variados ramos da indústria.
Como a tribologia contribui para o projeto de máquinas?
- Seleção de materiais: A tribologia pode ajudar a selecionar materiais adequados para os componentes mecânicos, considerando as condições de operação, como temperatura, pressão, velocidade e carga. Materiais com coeficientes de atrito e desgaste adequados podem ser selecionados para reduzir o desgaste e prolongar a vida útil do equipamento.
- Seleção de lubrificantes: A seleção adequada de lubrificantes pode melhorar o desempenho do equipamento e prolongar a vida útil dos componentes mecânicos. A tribologia pode ajudar na seleção de lubrificantes adequados para cada aplicação, levando em consideração as propriedades do lubrificante, como viscosidade, ponto de fluidez, aditivos e capacidade de carga. Além disso pode ajudar a projetar sistemas de lubrificação eficazes para reduzir o atrito e o desgaste em componentes mecânicos críticos. A seleção adequada de tipos e quantidades de lubrificantes, juntamente com o design de sistemas de distribuição e filtragem, pode garantir uma lubrificação adequada em todos os pontos críticos do equipamento.
- Análise de falhas: A tribologia pode ser usada para analisar falhas em componentes mecânicos, identificar a causa raiz do problema e propor soluções para evitar recorrência. A análise de falhas pode incluir a análise de desgaste, fricção, corrosão e danos térmicos.
- Modelagem e simulação: A tribologia pode ser usada para modelar e simular o comportamento de sistemas mecânicos sob diferentes condições de operação, permitindo prever o desempenho do equipamento e identificar problemas potenciais antes da fabricação. Modelagem e simulação podem incluir a análise de desgaste, fricção, lubrificação e estresse em componentes mecânicos.
Atualmente, diversas universidades contam com a formação de engenharia de materiais e as empresas estão percebendo que esse perfil profissional pode trazer resultados incríveis para a qualidade dos seus produtos. Eles possuem um olhar diferente do engenheiro mecânico, que tem uma vocação maior para o dimensionamento de equipamentos. A tribologia na engenharia tem papel fundamental, tanto no desenvolvimento de produtos, como na melhoria do desempenho através dos gestores de manutenção.
Como esse conhecimento pode gerar ganhos para as indústrias de todos segmentos?
Reverter a manutenção corretiva em disponibilidade, claro, é trabalhoso, mas poderíamos determinar um processo de seis passos. E note como o conhecimento de tribologia está inserido nesse contexto:
1 – Selecione a situação problema: É importante ter foco. Atacar todos os problemas ao mesmo tempo pode ser mais complexo do que se imagina.
2 – Identifique as variáveis do processo: Quando se trata de aumentar a durabilidade ou melhorar a superfície que está sendo exposta à um determinado meio, temos que observar com cuidado todas as variáveis que estão envolvidas, tais como: material base, temperatura de trabalho, velocidade, pH, viscosidade, lubrificação, rugosidade, etc. Quanto mais precisa for essa identificação, mais assertivo o profissional vai conseguir ser nas suas escolhas.
3 – Classifique o mecanismo de desgaste: É importante ter clareza de como a superfície está sendo degradada. Não existe material milagroso. Todos eles são projetados para suportar alguns ambientes e não são resistentes a todos mecanismos de desgastes. Nessa etapa, o conhecimento da tribologia dos materiais é o diferencial. Aqui é importante o profissional ter clareza do que é um desgaste por abrasão, como ocorre um desgaste por corrosão, como ocorre um desgaste por erosão, etc. Para quem não tem esse domínio, leia o texto sobre mecanismos de desgastes.
4 – Selecione materiais que suporte o ambiente: Em muitos casos, existem mais de uma liga disponível com boa resistência ao desgaste. Se existem mais de um mecanismo agindo sobre a superfície, convém avaliar os prós e contras de cada um. Por exemplo, um problema de desgaste por abrasão pode ser solucionado com revestimento de carboneto de tungstênio ou com um revestimento de Ferro alto Cromo. Eles possuem diferenças técnicas e de custo.
5 – Teste: Realizar ensaios é uma alternativa rápida e de baixo custo. Atualmente, existem inúmeros laboratórios especializados na realização de ensaios destrutivos, como, por exemplo, o Instituto SENAI de Inovação – Engenharia de Superfícies.
No Centro de Pesquisa e Tecnologia da Rijeza, tem um laboratório de desempenho. Nesse laboratório é possível realizar ensaios de desgaste por abrasão (normalizado pela ASTM G65) e ensaio de desgaste por erosão úmida (normalizado pela ASTM G73). Esses dois ensaios são de baixo custo e tempo de execução. É muito mais barato e rápido testar uma alternativa em uma bancada de testes. Se algo der errado, o impacto não vai ser no seu processo.
6 – Selecione a melhor alternativa: Agora fica fácil. Você realiza a avaliação dos melhores resultados técnicos e econômicos, e aplica a melhor alternativa para o seu processo. Esse conceito foi utilizado para aumentar a durabilidade de uma bomba centrífuga que trabalha na indústria de mineração.
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Siga esses passos e transforme a manutenção corretiva em maior disponibilidade de equipamentos, com confiabilidade e redução de custos de manutenção.
Que tal continuar entendendo mais sobre tribologia? Confira o estudo técnico que preparamos a seguir.
