A engenharia de materiais como aliada estratégica na gestão da manutenção

Você sabe o que faz a engenharia de materiais e como ela pode melhorar a gestão da manutenção e a competitividade industrial? Neste artigo, vamos explicar por que essa ciência é importante para empresas de diferentes setores.

A gestão eficiente da manutenção é determinante para a competitividade, especialmente em áreas como mineração, siderurgia, papel e celulose, agricultura e geração de energia. Como essas empresas operam em ambientes severos, elas precisam manter a disponibilidade e a confiabilidade dos equipamentos. É nesse cenário que a engenharia de materiais ganha importância estratégica: seus profissionais desenvolvem métodos e tecnologias para proteger componentes críticos contra os principais mecanismos de desgaste.

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Entre as soluções disponíveis, destacam-se os revestimentos contra desgaste, que oferecem proteção localizada conforme as condições de operação. Com isso, eles podem prolongar a vida útil dos equipamentos e reduzir os custos de manutenção. Além de apoiar ações corretivas, essas tecnologias também ajudam as empresas a gerir seus ativos de forma estratégica.

Engenharia de Materiais e o Combate ao Desgaste Prematuro

A engenharia de materiais fornece ferramentas para compreender e solucionar os desafios relacionados ao desgaste e à degradação de componentes. Esse conhecimento é aplicado em três etapas principais, como veremos logo a seguir:

1. Análise dos Mecanismos de Falha – Identificar os processos que causam o desgaste, como abrasão, erosão, corrosão e fadiga. Nesse sentido é importante o conhecimento de tribologia, que é a ciência que estuda a interação entre as superfícies. Nela, são aprofundadas as questões relacionadas à lubrificação, atrito e desgastes.
2. Seleção de Materiais, Tratamentos de Superfícies e Revestimentos Adequados – Escolher materiais com propriedades específicas para resistir aos esforços mecânicos, químicos e térmicos do ambiente.
3. Aplicação de Tecnologias de Proteção – Criar barreiras protetoras sobre superfícies críticas, minimizando os impactos das condições de operação.

Esse ciclo de análise e intervenção permite customizar os componentes às demandas operacionais, prevenindo falhas prematuras e otimizando o desempenho do sistema como um todo.

Desafios de Desgaste e Como os Revestimentos Atuam

Em ambientes industriais, os componentes estão sujeitos a diversos mecanismos de desgaste que comprometem sua integridade. Entre os mais comuns pode-se destacar os seguintes

• Desgaste por Abrasão: Resulta do atrito com partículas duras, como minério e areia.
• Desgaste por Erosão: Ocorre pelo impacto de partículas transportadas por fluidos, como lama ou água.
• Desgaste por Corrosão: É causada por reações químicas com substâncias corrosivas ou umidade.
• Desgaste por Cavitação: Decorre da formação e colapso de bolhas em líquidos, típica em bombas e turbinas hidráulicas.
• Desgaste por Impacto: Provocado por choques mecânicos repetitivos e cargas elevadas.

Para combater esses mecanismos, os revestimentos contra desgastes criam uma camada protetora que resiste a essas agressões, preservando a integridade do material-base.

Tecnologias de revestimento e suas aplicações

Cada tecnologia apresenta características próprias. Por isso, a equipe deve considerar o componente, o mecanismo de desgaste e as condições de operação antes de escolher o processo.

Além disso, alguns processos de deposição adicionam material de forma controlada e podem integrar rotas de manufatura aditiva. Essa abordagem permite combinar um substrato adequado à estrutura da peça com uma liga de proteção na região exposta ao desgaste.

1. Aspersão Térmica

A aspersão térmica reúne processos que projetam materiais metálicos, compostos ou cerâmicos sobre uma superfície preparada. As partículas formam uma camada protetora com união mecânica ao substrato.

Como o processo aquece e projeta o material, mas não funde todo o componente, a equipe pode controlar o aporte térmico conforme a tecnologia e os parâmetros utilizados.

2. PTA (Plasma Transfer Arc)

O PTA usa um arco de plasma para fundir e depositar ligas na superfície do componente. Como resultado, o processo forma uma união metalúrgica com o substrato.

O PTA pode aplicar camadas espessas, a partir de 1 mm em determinadas aplicações. Além disso, ligas adequadas podem oferecer resistência à abrasão e ao impacto. Por isso, empresas avaliam essa tecnologia para peças usadas em mineração, siderurgia, fabricação de cimento e agricultura.

3. Laser Cladding

O Laser Cladding usa um feixe de laser para fundir e depositar material com precisão. Durante o processo, o revestimento forma uma união metalúrgica com o substrato.

Essa tecnologia permite aplicar camadas a partir de 0,3 mm em algumas aplicações. Além disso, o controle do aporte térmico pode reduzir a distorção da peça. Ainda assim, a geometria, a massa do componente e os parâmetros do processo influenciam o resultado.

Impactos na gestão da manutenção

Quando a equipe seleciona e aplica o revestimento adequado, a solução pode trazer ganhos para a manutenção industrial. Entre eles estão:

1. Menos paradas não programadas: componentes mais duráveis podem exigir menos intervenções corretivas.
2. Maior vida útil: o aumento da resistência ao desgaste pode reduzir a frequência de substituição.
3. Redução de custos operacionais: a escolha adequada de materiais pode equilibrar desempenho e custo ao longo da operação.
4. Mais produtividade: componentes que mantêm suas características por mais tempo ajudam os equipamentos a operar dentro dos parâmetros de projeto.
5. Mais eficiência no uso de recursos: recuperar componentes pode reduzir o consumo de matéria-prima e a geração de resíduos.

Os resultados variam conforme a peça, o processo, a liga e as condições de trabalho. Os casos a seguir mostram exemplos específicos.

Estudos de caso: resultados com revestimentos contra desgaste

Caso 1 — Matriz de conformação a frio

• Desafio: aumentar a durabilidade de uma ferramenta de conformação, que usava revestimento PVD e produzia 10 mil peças antes de precisar de recuperação dimensional.
• Solução: a equipe desenvolveu um revestimento de carboneto de tungstênio com baixa rugosidade para reduzir o atrito entre a chapa e a ferramenta.
• Resultado: a ferramenta passou a produzir 1,5 milhão de peças. A Rijeza relata aumento superior a 15 mil% no indicador de MTBF. Além disso, o custo da ferramenta por peça produzida caiu de R$ 2,00 para R$ 0,015.

Caso 2 — Chapas de desgaste na laminação a quente

• Desafio: uma chapa guia sofria abrasão e impacto durante a laminação a quente. O componente durava três dias e, portanto, exigia paradas frequentes para substituição. O desgaste também deformava o lingote durante o processo.
• Solução: a equipe aplicou o revestimento RW1000, desenvolvido para resistir à abrasão e ao impacto em ambientes de alta temperatura.
• Resultado: a durabilidade da chapa passou de três para 30 dias, ou seja, ficou dez vezes maior. Com isso, o intervalo entre as substituições aumentou e o indicador de MTBF melhorou. O custo de substituição das peças também caiu cerca de 50%.

Engenharia de materiais como aliada da manutenção

A engenharia de materiais ajuda as equipes a entender por que os componentes falham e a escolher soluções compatíveis com cada operação. Quando profissionais combinam essa análise com revestimentos adequados, podem aumentar a disponibilidade dos equipamentos e reduzir intervenções recorrentes.

Além de controlar custos, essa abordagem pode melhorar a confiabilidade e a produtividade industrial. Por isso, em operações que enfrentam desgaste severo, a análise do componente e das condições de trabalho é um passo importante para selecionar a tecnologia de proteção mais adequada.