A Engenharia de Materiais como Aliada Estratégica na Gestão da Manutenção

Você sabe o que é e o que faz a engenharia de materiais? Como ela pode impactar nos resultados da gestão da manutenção e na competitividade industrial? Nesse artigo vamos abordar a importância dessa ciência para empresas de qualquer ramo da indústria;

A gestão eficiente da manutenção é um fator determinante para a competitividade industrial, especialmente em setores como mineração, siderurgia, papel e celulose, agricultura e geração de energia. As empresas desses segmentos operam em ambientes bastante severos e desafiadores e naturalmente exigem soluções que garantam a disponibilidade e a confiabilidade dos equipamentos. Nesse contexto, a engenharia de materiais tem importância estratégica por que seus profissionais são capazes  de desenvolver métodos e tecnologias para proteger componentes críticos contra os principais mecanismos de desgaste.

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Entre as soluções mais eficazes estão os revestimentos contra desgastes, que oferecem proteção localizada e customizadas às condições operacionais, prolongando a vida útil dos equipamentos e reduzindo custos de manutenção. Mais do que uma medida corretiva, essas tecnologias representam um diferencial estratégico na gestão de ativos industriais.

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.

A Engenharia de Materiais e as Tecnologias de Revestimento Contra Desgastes e Suas Aplicações

A aplicação de revestimentos contra desgastes utiliza processos avançados para garantir aderência, resistência e precisão. Atualmente, existem diversas tecnologias disponíveis. Abaixo vão ser abordadas a três que vem sendo amplamente utilizadas com o objetivo de aumentar durabilidade de componentes industriais. Elas atualmente são definidas com tecnologias de manufatura aditiva por conseguir aportar ligas complexas em substratos não necessariamente nobres, o que pode fazer com que as empresas tenham uma grande economia.

1. Aspersão Térmica

Aspersão Térmica é um conjunto de processos de aplicação de revestimentos. Essa técnica projeta materiais metálicos, compostos ou cerâmicos fundidos sobre uma superfícies preparada, formando uma camada protetora unida mecanicamente. A grande vantagem desse processo é a possibilidade de aplicar revestimentos sem ocasionar alterações na estrutura da peça.

2. PTA (Plasma Transfer Arc)

O processo de PTA utiliza um arco plasma para fundir e depositar materiais altamente resistentes sobre a superfície do componente. Esse processo aplica revestimentos espessos (a partir de 1 mm de camada) com elevadíssima resistência ao desgaste por abrasão e impacto. Muito utilizado para revestir peças de equipamentos de mineração, siderurgia, indústria de fabricação de cimento e agricultura.

3. Laser Cladding

A deposição de revestimentos por Laser Cladding emprega um feixe de laser para fundir materiais com precisão, criando uma camada protetora com mínima distorção térmica. Esse processo tem a capacidade de aplicar camadas finas ( a partir de 0.3 mm de espessura ) com união metalúrgica ao substrato. Seu baixo aporte térmico permite a aplicação de revestimentos com essas características em peças com pouca massa, sem ocasionar deformação.

Impactos Diretos da Engenharia de Materiais na Gestão da Manutenção

Os revestimentos contra desgastes trazem impactos positivos e mensuráveis para a manutenção industrial:

1. Redução de Paradas Não Programadas – Um componente revestido pode ter a sua durabilidade incrementada em mais de 1000%, como veremos em estudos de caso abaixo. Essa melhoria reduz expressivamente o nível de manutenção corretiva e garante uma maior disponibilidade da planta
2. Aumento da Vida Útil dos Equipamentos – A melhoria da resistência ao desgaste reduz a necessidade de substituições frequentes.
3. Diminuição dos Custos Operacionais – Materiais selecionados de maneira assertiva conseguem garantir melhor desempenho técnico e menores custos relativos para a empresa
4. Melhoria na Produtividade – Um componente que foi fabricado com material apropriado pode trabalhar dentro dos padrões especificados pelo fabricante por um período muito maior.
5. Sustentabilidade e Eficiência – Recuperar componentes desgastados reduz o consumo de matéria-prima e os impactos ambientais.

Estudos de Caso: Resultados Reais com Revestimentos Contra Desgastes

Caso 1 – Aumento de Durabilidade de matriz de conformação a frio
Desafio: Aumentar a durabilidade de uma ferramenta de conformação tradicionalmente revestida por PVD. Na condição atual, a ferramenta produzia 10.000 peças e necessitava de parada para recuperação dimensional
Solução: Foi desenvolvido um revestimento de carboneto de tungstênio com rugosidade bastante baixa para reduzir o atrito da chapa com a superfície da ferramenta
Resultado: A ferramenta que produzia 10.000 unidades passou produzir 1.500.000 unidades. Esse número representou um aumento de 15.000% no indicador de MTBF. Além disso, o cliente conseguiu um grande aumento de lucratividade por que o custo da ferramenta sobre o produto produzido caiu 98%

Caso 2 – Aumento da Durabilidade de chapas de desgaste do processo de laminação à quente em uma siderúrgica
Desafio: A chapa guia do processo de laminação a quente sofre severo desgaste por abrasão, associada com impacto do lingote. A durabilidade desse componente era de 3 dias e necessitava de parada da linha para a sua substituição. Além disso, o desgaste ocasionava a deformação do lingote que estava sendo laminado.
Solução: Foi desenvolvida a aplicação de um revestimento batizado de RW1000. Esse revestimento é muito resistente à abrasão quando submetido à temperaturas superiores a 800ºC. Ele consegue manter as suas características quando exposto à esse meio
Resultado: Foi possível obter um aumento de durabilidade de 3 para 30 dias. Esse número representa um aumento do Indicador de MTBF em 1000%, além de uma redução de custos de substituição de peças na casa de 50%

A engenharia de materiais conhecimento e recursos essenciais para lidar com os desafios enfrentados na gestão de manutenção para manter a disponibilidade industrial com confiabilidade. Os revestimentos industriais, aliados ao conhecimento técnico sobre mecanismos de desgastes conseguem garantir que componentes que operam em ambientes severos consigam trabalhar com alto desempenho e longa durabilidade.

Mais do que reduzir custos, essa abordagem permite aumentar a confiabilidade na manutenção e impulsionar a produtividade industrial. Em um cenário onde a eficiência e a sustentabilidade ganham cada vez mais relevância, investir em tecnologias avançadas de revestimento é um passo estratégico para garantir competitividade e crescimento sustentável no longo prazo.