A busca por maior confiabilidade operacional leva gestores de manutenção a procurar formas de aumentar a durabilidade e a disponibilidade das máquinas. Além disso, as empresas querem reduzir custos e produzir mais.
Com a Indústria 4.0, sensores ajudam a coletar mais dados sobre os equipamentos. Assim, as equipes podem tomar decisões de manutenção com mais informações. Nesse cenário, a seleção de materiais tornou-se importante para reduzir paradas não programadas e melhorar a competitividade.
A escolha adequada pode aumentar significativamente a vida útil de um componente. Em algumas aplicações, a diferença pode superar 1.000%. Por outro lado, uma seleção inadequada pode elevar os custos, exigir trocas frequentes e reduzir a disponibilidade dos ativos.
Neste artigo, você verá como selecionar materiais pode aumentar o MTBF dos equipamentos industriais. Além disso, conhecerá fatores que ajudam a alcançar resultados técnicos e econômicos melhores.
O que é seleção de materiais?
A seleção de materiais consiste em escolher a opção mais adequada para determinada aplicação, considerando fatores técnicos e econômicos.
Para isso, é preciso avaliar as condições reais de operação do equipamento. Entre os principais fatores estão:
- Temperatura de trabalho;
- Pressão;
- Vazão;
- Fluidos em contato com a superfície;
- Carga de trabalho;
- Rugosidade exigida;
- Presença de partículas abrasivas;
- Condições de lubrificação.
Embora pareça simples, escolher materiais apenas com base em experiências anteriores ou na tentativa e erro pode custar tempo e dinheiro. Além disso, essa prática pode aumentar a indisponibilidade dos equipamentos.
Um material que apresenta bom desempenho em uma aplicação pode falhar rapidamente em outra, caso as condições de trabalho sejam diferentes.
Por que a seleção de materiais é importante para a manutenção?
Muitas falhas de equipamentos industriais estão associadas a mecanismos de desgaste que uma seleção adequada pode reduzir.
Quando a equipe escolhe um material compatível com a aplicação, a empresa pode obter ganhos técnicos e econômicos. Para o gestor de manutenção, isso significa mais previsibilidade e melhores resultados nos indicadores.
Quatro etapas para selecionar materiais
1. Analise o ambiente tribológico
O primeiro passo é identificar as variáveis que atuam sobre a superfície do componente. Entre elas, estão:
- Temperatura de trabalho;
- Pressão;
- Rotação;
- Velocidade;
- Rugosidade;
- Materiais em contato;
- Lubrificantes;
- Produtos corrosivos;
- Presença de partículas sólidas.
Quanto melhor a equipe compreender essas condições, mais adequada poderá ser a seleção de materiais.
2. Identifique o mecanismo de desgaste
Depois de compreender o ambiente de operação, a equipe deve identificar o mecanismo — ou os mecanismos — que atuam na superfície e provocam a falha.
Entre os mecanismos de desgaste mais comuns na indústria estão:
- Desgaste por abrasão;
- Desgaste por erosão;
- Desgaste por corrosão;
- Desgaste por cavitação;
- Desgaste adesivo;
- Oxidação;
- Fadiga superficial.
A identificação correta direciona a escolha de materiais, tratamentos térmicos e revestimentos. Dessa forma, a equipe evita soluções incompatíveis com as condições de operação.
3. Defina alternativas técnicas
Com as informações sobre o processo e o ambiente de operação, a equipe pode comparar diferentes alternativas.
Nessa etapa, vale considerar materiais de fabricação, tratamentos térmicos, revestimentos superficiais ou a combinação dessas opções. Assim, o objetivo é encontrar uma solução que equilibre desempenho e custo.
4. Realize testes
Os ensaios podem ajudar a reduzir riscos durante o desenvolvimento ou a seleção de materiais. Por meio deles, a equipe avalia o comportamento dos materiais em condições controladas.
A Rijeza conta com um Centro de Pesquisa e Tecnologia. Nesse espaço, a equipe realiza ensaios de abrasão conforme a ASTM G65 e ensaios de erosão por partículas sólidas em jato gasoso conforme a ASTM G76.
Nem sempre é necessário trocar o material da peça
Quando uma peça sofre desgaste, nem sempre a melhor solução é substituir seu material de fabricação. Isso porque esse material ainda pode atender a requisitos importantes, como a resistência mecânica.
Em muitos casos, a equipe pode proteger apenas a região de trabalho com um revestimento superficial. Dessa forma, é possível combinar a resistência mecânica do material de base com a resistência à abrasão ou à corrosão oferecida pelo revestimento.
Por exemplo, um revestimento de carboneto de tungstênio pode proteger uma superfície sujeita a desgaste abrasivo, conforme as condições da aplicação. Além disso, essa estratégia pode permitir a fabricação de componentes de alto desempenho sem usar ligas de alto custo em toda a peça.
Como os revestimentos ajudam na seleção de materiais?
Os revestimentos industriais são ferramentas importantes da engenharia de superfícies. Além disso, alguns processos de deposição de materiais se relacionam com conceitos de manufatura aditiva.
Dependendo da aplicação, um revestimento pode reduzir a necessidade de usar materiais de alto valor em todo o componente. Da mesma forma, alguns processos permitem aplicar diferentes ligas e adaptar a superfície às condições de operação.
A seguir, veja três tecnologias que podem atender a diferentes aplicações.
1. Aspersão térmica
A aspersão térmica aplica materiais metálicos, cerâmicos ou compósitos sobre uma superfície preparada. Entre os materiais usados, estão carbonetos de cromo e de tungstênio.
Por isso, a tecnologia pode ser considerada para componentes que precisam de maior resistência superficial. Ainda assim, a equipe deve escolher o processo conforme os requisitos da peça e as condições de trabalho.
2. PTA (Plasma de Arco Transferido)
O PTA pode atender componentes que operam em ambientes severos de abrasão, especialmente quando também precisam resistir a impacto.
Além disso, a tecnologia permite aplicar camadas mais espessas, unidas metalurgicamente ao substrato. Assim, a equipe pode avaliá-la em aplicações que exigem esse tipo de revestimento.
3. Laser Cladding
O Laser Cladding deposita revestimentos unidos metalurgicamente ao substrato. Além disso, o processo permite aplicar camadas com precisão e baixa diluição, conforme os parâmetros utilizados.
Por essas características, a equipe pode considerar essa tecnologia para proteger superfícies que exigem alto desempenho.
Quando usar revestimentos em vez de substituir o material?
Em muitas situações, o revestimento pode ser uma alternativa à substituição completa do material. Por isso, a equipe deve avaliar essa possibilidade ainda durante o projeto mecânico.
Peças de grande massa, por exemplo, podem ser fabricadas com um material estrutural adequado e receber revestimento apenas nas regiões de operação. Um eixo de grande porte, por exemplo, pode receber proteção na região de vedação.
A recuperação também pode ser interessante quando uma peça desgastada tem longo prazo de reposição. Nesse caso, a equipe pode avaliar um revestimento para recuperar as dimensões e melhorar o desempenho do componente.
Como resultado, a aplicação pode reduzir custos e aumentar a vida útil, desde que a solução corresponda às condições de trabalho.
Caso de sucesso: aumento superior a 500% na vida útil
Um gestor de manutenção de uma indústria alimentícia enfrentava desgaste abrasivo recorrente em uma luva de bomba centrífuga.
A peça era fabricada em aço inoxidável e operava em contato com água de pH neutro, que continha partículas sólidas em suspensão.
Após analisar as condições de operação, a equipe selecionou duas alternativas de revestimento:
Em seguida, a equipe realizou ensaios de desgaste abrasivo para comparar as duas soluções. Os resultados mostraram uma diferença superior a 5.000% entre as alternativas avaliadas.
Com base nos resultados técnicos e econômicos, a empresa definiu a especificação mais adequada para a aplicação. Em campo, os resultados incluíram:
- 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 superior a 70% no custo anual de aquisição desse componente.
Esse caso mostra como a análise técnica e os testes podem apoiar a seleção de materiais e revestimentos sem alterar o projeto do equipamento.
Como a Rijeza auxilia na seleção de materiais?
A Rijeza conta com um Centro de Pesquisa e Tecnologia formado por dois laboratórios: um de caracterização e outro de desempenho. Neles, a equipe desenvolve soluções para aumentar a durabilidade de equipamentos industriais.
Por meio de análises laboratoriais, ensaios de desgaste e conhecimento em engenharia de materiais, a equipe auxilia empresas na definição de materiais, revestimentos e processos. O objetivo é, assim, aumentar a vida útil de componentes críticos com uma relação custo-benefício favorável.
Se sua empresa enfrenta desgaste prematuro, falhas recorrentes ou altos custos de manutenção, uma análise técnica pode revelar oportunidades de melhoria.
Mais do que escolher um material, o objetivo é encontrar uma solução adequada ao desempenho esperado em cada aplicação.
Estudo de caso: aumento da vida útil em mais de 1.000%
Quer ver como a seleção de materiais e a aplicação de revestimentos podem aumentar a vida útil de componentes? Então, acesse o estudo de caso e conheça os resultados apresentados.
