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:
- 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.
- Seleção de Materiais, Tratamentos de Superfícies e Revestimentos Adequados – Escolher materiais com propriedades específicas para resistir aos esforços mecânicos, químicos e térmicos do ambiente.
- 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.
Nos três processos acima é possível realizar a proteção de diâmetros internos de tubos que sofrem desgastes.
Impactos Diretos da Engenharia de Materiais na Gestão da Manutenção
Os revestimentos contra desgastes trazem impactos positivos e mensuráveis para a manutenção industrial:
- 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
- Aumento da Vida Útil dos Equipamentos – A melhoria da resistência ao desgaste reduz a necessidade de substituições frequentes.
- Diminuição dos Custos Operacionais – Materiais selecionados de maneira assertiva conseguem garantir melhor desempenho técnico e menores custos relativos para a empresa
- Melhoria na Produtividade – Um componente que foi fabricado com material apropriado pode trabalhar dentro dos padrões especificados pelo fabricante por um período muito maior.
- 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.
