A busca por maior confiabilidade operacional tem levado tem levado cada vez mais gestores de manutenção a investir em estratégias que aumentem a durabilidade e disponibilidade de máquinas e reduzam custos de manutenção, especialmente após o advento da indústria 4.0, que, com a utilização de sensoriamentos consegue captar mais dados dos equipamentos. Nesse cenário, a seleção de materiais tornou-se uma atividade fundamental para empresas que desejam produzir mais, reduzir paradas não programadas e aumentar a sua competitividade.
A escolha correta de materiais para uma determinada aplicação pode representar uma diferença de mais de 1000% na durabilidade de um componente. Por outro lado, seleção de material mal feita pode representar altos custos, trocas frequentes e consequente redução na disponibilidade dos ativos.
Neste artigo você verá como uma seleção de materiais bem executada pode aumentar significativamente o MTBF de equipamentos industriais e quais fatores devem ser considerados para alcançar os melhores resultados técnicos e econômicos.
O que é seleção de materiais?
A seleção de materiais é o processo de seleção de materiais mais apropriados para uma determinada aplicação, tanto técnica como economicamente falando. Pra isso, devem ser levadas em consideração as condições reais de operação do equipamento. Nesse processo, os fatores de seleção de materiais giram em torno de temperatura de trabalho, pressão, vazão, fluídos em contato com a superfície, carga de trabalho, rugosidade exigida, presença de partículas abrasivas, lubrificação, etc.
Muito embora pareça simples, a seleção de materiais com base em experiências anteriores ou tentativa e erro podem custar muito tempo, dinheiro e indisponibilidade para as empresas. Um material que apresenta excelente desempenho em uma determinada aplicação pode fracassar rapidamente em uma peça que opera em um ambiente diferente.
Por que a seleção de materiais é tão importante para a manutenção?
Grande parte das falhas de equipamentos industriais está associada a mecanismos de desgastes que poderiam ter sido eliminados ou minimizados através de uma seleção adequada.
Quando a seleção de materiais de uma determinada peça é assertiva, os resultados técnicos e econômicos são expressivos para as empresas.
Para o gestor de manutenção, isso significa maior previsibilidade e melhoria dos principais indicadores de manutenção.
Os 4 passo para uma seleção de materiais assertiva
1 – Análise do ambiente tribológico
O primeiro passo é conseguir identificar todas as variáveis que atuam na superfície do componente. Entre elas, podemos destacar:
Temperatura de trabalho
Pressão
Rotação
Velocidade
Rugosidade
Materiais em contato
Lubrificantes
Produtos corrosivos
Presença de partículas sólidas
Quanto maior for a identificação e entendimento dessas variáveis, maior será a assertividade do profissional na seleção de materiais
2 – Identificação do mecanismo de desgaste
Após compreender o ambiente de operação do componente, é importante identificar qual o mecanismo de desgaste está agindo na superfície e ocasionando a falha.
Os mecanismos de desgastes mais comuns identificados nos mais variados ramos da indústria são:
Desgaste por Abrasão
Desgaste por Erosão
Desgaste por Corrosão
Desgaste por Cavitação
Desgaste Adesivo
Oxidação
Fadiga Superficial
A correta identificação do mecanismo de desgaste ou dos mecanismos de desgastes que estão agindo na superfície é fundamental por que direciona a seleção de materiais, tratamentos térmicos e revestimentos contra desgaste mais apropriados para a aplicação.
3 – Definição de Alternativas Técnicas
A partir das informações de processos coletadas é possível identificar duas ou mais alternativas de materiais para fabricação ou mesmo tratamentos superficiais para proteção do componente.
Nessa etapa, podem ser considerados além dos materiais de fabricação, tratamentos térmicos e revestimentos superficiais ou uma combinação deles.
O objetivo é conseguir selecionar uma alternativa que tenha a melhor relação entre desempenho e custo.
4 – Realização de Testes
Os ensaios são as ferramentas mais rápidas e baratas para se reduzir riscos no desenvolvimento.
Com eles, é possível avaliar o comportamento dos materiais quando submetidos a ambientes simulados e normalizados.
Aqui na Rijeza temos um Centro de Pesquisa e Tecnologia e no nosso laboratório de desempenho é possível simular o desgaste por abrasão (normalizado pela ASTM G65) e erosão molhada (normalizado pela ASTM G76).
Nem sempre é necessário trocar o material da peça
É um erro pensar que sempre que tivermos um problema de desgaste é necessário substituir o material da peça. Pode ser que esse material seja adequado em função da sua resistência mecânica, por exemplo.
Em muitos casos, a melhor solução técnica e econômica seja proteger somente a região de trabalho com revestimentos superficiais.
A partir dessa premissa, é possível combinar resistência mecânica de um material com resistência à corrosão e abrasão de um revestimento, como o de carboneto de tungstênio, por exemplo.
Além disso, através dessa técnica, é possível fabricar componentes de alto desempenho sem ter a necessidade de eles serem manufaturados inteiros com ligas de alto custo.
Como os revestimentos contra desgastes contribuem para a seleção de materiais?
Atualmente, os revestimentos industriais são considerados uma das ferramentas mais importantes na engenharia de superfícies. Eles também são considerados um processo de manufatura aditiva.
Dependendo da aplicação, eles podem substituir materiais de alto valor agregado e ainda assim conseguir desempenhos expressivamente superiores.
Alguns processos também são muito versáteis por conseguirem aplicar uma grande variedade de ligas e, a partir dessa característica, se consegue customizar a superfície de trabalho ao meio da operação. Abaixo, destacamos 3 processos que podem contribuir dessa maneira.
1 – Aspersão Térmica
O processo de Aspersão Térmica é amplamente utilizado para aplicação de ligas compostas metais cerâmicas, especialmente carbonetos de cromo e carbonetos de tungstênio.
É muito utilizado para componentes que necessitam elevada resistência superficial
2 – PTA (Plasma de Arco Transferido
O PTA é utilizado para componentes que operam em ambientes severos de abrasão, especialmente quando necessitam resistir ao impacto.
A tecnologia permite a aplicação de revestimentos espessos unidos metalurgicamente ao substrato.
3 – Laser Cladding
O Laser Cladding deposita revestimentos finos unidos metalurgicamente ao substrato e é muito utilizado para proteção de superfícies que necessitam de alto desempenho. Ele produz revestimentos unidos metalurgicamente ao substrato com baixíssima diluição.
Quando utilizar revestimentos em vez de substituir o material?
Em muitas situações, o revestimento apresenta vantagens significativas em relação à substituição completa do material.
Peças de maior massa por exemplo, podem ser fabricadas com material menos nobre e serem revestidas nas regiões de operação, como, por exemplo, um eixo de grande porte, que pode ser revestido na região de vedação.
Outro exemplo são as peças que se desgastaram e tem lead time alto para reposição. Nesses casos, a aplicação de revestimentos com objetivo de recuperação dimensional passa ser bastante interessante e ainda assim a empresa consegue ter um componente com desempenho superior ao original.
Nesses casos, a utilização de revestimentos pode gerar redução de custos e aumento expressivo da vida útil.
Case de sucesso: aumento de vida útil superior a 500%
Um gestor de manutenção de uma indústria alimentícia enfrentava um problema recorrente de desgaste abrasivo em uma luva de bomba centrífuga.
A peça era fabricada em aço inoxidável e operava em contato com água de pH neutro contendo partículas sólidas em suspensão.
Após análise das condições operacionais, foram selecionadas duas alternativas de revestimento:
Foram realizados ensaios de desgaste abrasivo para comparar o desempenho das duas soluções.
O resultado mostrou uma diferença superior a 5000% entre as alternativas avaliadas.
Com base nos resultados técnicos e econômicos, foi definida a especificação mais adequada para a aplicação.
Os resultados obtidos em campo foram expressivos:
- Aumento superior a 500% na vida útil da luva;
- Aumento superior a 700% na vida útil da gaxeta;
- Redução das intervenções de manutenção;
- Maior confiabilidade operacional.
- Redução do custo de aquisição desse componente, no ano, em mais de 70%
Esse exemplo demonstra como uma seleção de materiais baseada em análise técnica e testes pode gerar ganhos significativos sem alterações no projeto do equipamento.
Como a Rijeza auxilia na seleção de materiais?
A Rijeza possui um Centro de Pesquisa e Tecnologia composto de dois laboratórios, sendo um de caracterização e outro de desempenho. Ele é especializado no desenvolvimento de soluções para aumento da durabilidade de equipamentos industriais.
Através de análises laboratoriais, ensaios de desgaste e conhecimento em engenharia de materiais, nossa equipe auxilia empresas na definição de materiais, revestimentos e processos capazes de aumentar significativamente a vida útil de componentes críticos com uma baixa relação de custo/benefício.
Se sua empresa enfrenta problemas de desgaste prematuro, falhas recorrentes ou altos custos de manutenção, uma análise técnica pode identificar oportunidades de melhoria com elevado retorno sobre o investimento.
Mais do que escolher um material, o objetivo é encontrar a solução que entregue o melhor desempenho para cada aplicação.
Veja a seguir como uma boa seleção de materiais pode aumentar a durabilidade de equipamentos e a vida útil de peças em mais de 1000%.
