Motores de Passo

O solenóide do topo (1) esta ativado, atraindo o dente superior do eixo.

O solenóide do topo (1) é desativado, e o solenóide da direita (2) é ativado, movendo o quarto dente mais próximo à direita. Isto resulta em uma rotação de 3.6°.

O solenóide inferior (3) é ativado; outra rotação de 3.6° ocorre.

O solenóide à esquerda (4) é ativado, rodando novamente o eixo em 3.6°. Quando o solenóide do topo (1) for ativado novemante, o eixo terá rodado em um dente de posição, como existem 25 dentes, serão necessários 100 passos para uma rotação completa.

Um motor de passo é um tipo de motor elétrico usado quando algo tem que ser posicionado muito precisamente ou rotacionado em um ângulo exato.

Neste tipo de motor a rotação do balancete é controlado por uma série de campos eletromagnéticos que são ativados e desativados eletronicamente.

Motores de passo não usam escovas ou comutadores e possuem um número fixo de pólos magnéticos que determinam o número de passos por revolução. Os motores de passo mais comuns possuem de 3 a 72 passos/revolução, significando que ele leva de 3 a 72 passos para completar uma volta. Controladores avançados de motores de passo podem utilizar modulação por largura de pulso para realizarem micropassos, obtendo uma maior resolução de posição e operação mais macia, em detrimento de outras características.

Os motores de passo são classificados pelo torque que produzem. Para atingir todo o seu torque, suas bobinas devem receber toda a corrente marcada durante cada passo. Os seus controladores devem possuir circuitos reguladores de corrente para poderem fazer isto. A marcação de tensão (se houver) é praticamente sem utilidade.

O controle computadorizado de motores de passo é uma das formas mais versáteis de sistemas de posicionamento, particularmente quando digitalmente controlado como parte de um servo sistema.

O motor de passo foi inventado em 1936 por Marius Lavet

Tipos

Os motores de passo são classificados em relação ao seu tipo construtivo, e podem ser de três tipos: relutância variável, imã permanente e híbridos com escovas redundantes.

Relutância Variável

É o tipo mais simples, o estator é formado, em geral, por quatro pólos usinados de forma que apresentem ranhuras, chamadas dentes devido ao seu aspecto. O rotor é também dentado, lembrando uma engrenagem, onde cada dente corresponde a um pólo saliente, assim, o número de dentes do rotor determina o número de passos do motor.

O controle deste tipo depende unicamente da ordem de energização das bobinas e dos detalhes mecânicos.

Ímã permanente

Similar ao motor de relutância variável, porém o rotor é construído com ímãs permanentes, o que determina uma característica importante deste tipo, que é a de manter a última posição mesmo quando não energizado. O torque (binário) proveniente dessa característica é conhecido torque de detenção.

Híbridos

O tipo híbrido apresenta um rotor formado por um "sanduíche" de engrenagens. Entre as engrenagens que o formam, é colocado um imã permanente que polariza cada engrenagem. Seu aspecto construtivo mistura aspectos dos outros dois tipos, e garante características comuns a ambos também.

Aplicações

Os motores de passo são usados em:

• Drives de disquete;
• Scanners planos;
• Impressoras;
• Injeção eletrônica nos automóveis e muitos outros dispositivos;
• Motores de automóveis.

A Importância e Benefício da Filtragem nos Sistemas Hidráulicos

 

Componentes de proteção aos sistemas podem oferecer uma economia importante em problemas básicos.

Os sistemas hidráulicos são compostos por componentes oferecendo potência por meio da movimentação de fluido de modo controlado. Um sistema é composto por uma linha de elementos sendo: motores, bombas, filtros, válvulas direcionais, controladores de vazão, manômetros, limitadores de pressão, tubulações e reservatórios. A variedade de uso é extensa, pois onde há necessidade de força e velocidade para acionar algum objeto e/ou obstáculo de forma mecânica existe a possibilidade de utilização de um Sistema Hidráulico.

Dentre os elementos que compõe o sistema, os elementos de filtragem tem um destaque de importância similar a outros elementos de maior custo. A contaminação do fluido é responsável por aproximadamente 80% das falhas nos componentes hidráulicos de um sistema. Essa contaminação trata-se de um problema crítico a ser controlado e evitado visto que pode resultar na quebra de bombas, desgaste de válvulas e cilindros, travamento de válvulas, retardo em comutações, imprecisão nos movimentos, variação de viscosidade, envelhecimento prematura do fluido, surgimento de riscos e sulcos, aumento do vazamento interno e outras situações que podem ocasionar além de danos não apenas financeiros riscos de acidentes graves.

No sistema hidráulico há necessidade de uma filtragem que possa eliminar o máximo de substâncias danosas. Partículas maiores que 5µ já podem causar grandes problemas de modo imediato a um sistema, e mesmo a utilização de fluido novo não garante a isenção de partículas contaminantes. Essa contaminação pode ocorrer em situações de abastecimento de óleo novo, montagem, vazamentos, consertos e reparos, por meio de reservatórios sem vedação adequada, cilindros com vedação de haste problemática além de outras causas.

Quanto à classificação dos filtros são eles de sucção, pressão, retorno e off-line. Os dimensionamentos dos filtros dos sistemas irão depender da vazão, da pressão, do tipo de fluido, da temperatura de trabalho, do grau de contaminação. A falta de uma filtração eficiente, dimensionamento errado e/ou um elemento de má qualidade pode comprometer o equilíbrio entre o desempenho na retenção de partículas comprometendo o sistema e vida útil do elemento filtrante.

 

 

Atente-se aos detalhes do dimensionamento e aquisição de elementos filtrantes com desempenho adequado ao seu sistema hidráulico. A utilização de elementos filtrantes de alto desempenho proporciona uma vida operacional maior, diminuindo os custos operacionais indiretos.

Para maiores informações consulte o Manual de Filtragem Hidráulica desenvolvido pela PARKER.

 

 

Tratamento Térmico dos Aços

 Queremos expor como, por meio de tratamentos térmicos e termoquímicos, é possível alterar a estrutura interna do material e exercer uma extraordinária influência sobre as propriedades mecânicas

Em um artigo anterior intitulado “Elementos de Máquinas”, abordamos alguns fatores relativos aos componentes mecânicos, a saber: resistência , corrosão, desgaste, ruído e vibração. Dissemos que resistência é uma propriedade inerente à peça devido ao seu material, tratamento térmico a ela aplicado e ao processo de fabricação utilizado para a sua produção.


Apresentamos na oportunidade conceitos e propriedades mecânicas de grande importância, como dureza, ductilidade e fragilidade através de gráficos do diagrama tensão x deformação.

Desta vez, queremos expor como, por meio de tratamentos térmicos e termoquímicos, é possível alterar a estrutura interna do material e exercer uma extraordinária influência sobre as propriedades mecânicas e os fatores descritos acima.

Discorrer sobre tratamento térmico é tratar de processos como a têmpera, o revenimento, o recozimento, a normalização, a cementação, entre outros que iremos abordar ao longo desta leitura.

Esses processos são aplicáveis na grande maioria aos aços, e sua importância é tal que um aço tinha como principal característica a condição de ser temperável, hoje tem sua definição muito mais abrangente, embora os tratamentos térmicos continuem tendo grande importância.

Tratar uma peça termicamente implica basicamente em aquecê-la a uma determinada temperatura, deixá-la nesta temperatura por um período de tempo, e em seguida resfriá-la de maneira controlada, ou seja, tratar termicamente é aplicar um ciclo térmico à peça que se deseja trabalhar.

O material tratado termicamente na indústria que mais nos interessa é o aço, e para falar sobre ele se faz necessária a introdução de alguns conceitos de estrutura de materiais, falar da liga Ferro – Carbono (Fe – C), além de relacionar estes conceitos com a variação de temperatura.

Outros metais não menos importantes são os elementos de liga, porém estão aplicados em porcentagens muito baixas ou em peças específicas. Os aços com elementos de liga são denominados de “aços-liga”, pois, além do carbono, contêm outros elementos de liga especiais.


Na indústria, costuma-se usar aços produzidos em larga escala e, portanto, com menor custo: são aqueles sem elementos de liga, fornecidos em dimensões padronizadas como produtos semi-acabados, pré-forjados ou laminados (oferecidos sob a forma de lingotes, chapas ou barras) ou acabados, disponíveis na forma de chapa, tubo, fitas e arames, muito interessantes, principalmente por causa de sua resistência.

Quando em razão de uma necessidade específica ou aplicação especial os aços básicos (ou comuns) não atendem satisfatoriamente, busca-se usar aços-liga, também chamados de alta liga (uma vez que os aços sem elementos de liga contêm pequenos e inevitáveis teores de elementos de liga como, por exemplo, o níquel e o cromo). Os aços de alta-liga, também conhecidos por aços nobres, têm um custo bem mais elevado, pois os elementos de liga estão em proporções bem definidas e conferem propriedades interessantes aos aços. Vejamos alguns exemplos:

Carbono : O carbono eleva os limites de resistência à tração, ao escoamento e também à dureza do aço, porém reduz a ductibilidade, e quanto mais carbono no material, mais difícil a usinagem, a soldagem e processos de forjamento. Associado a outros elementos de liga e ao tratamento térmico, é possível associar a resistência que o carbono confere sem perder muito a ductibilidade.

Fósforo : O fósforo aumenta a resistência à ferrugem. Misturado com o enxofre melhora a usinabilidade, porém altos teores deste elemento no aço são prejudiciais, pois causam uma certa fragilidade. Entretanto, em pequenas proporções melhora a resistência, o teor máximo está em torno de 1,5 %.

Níquel e Cromo : Melhoram a resistência à corrosão, ao calor, aos ácidos, sendo comum associar os dois materiais em uma mesma liga.

Manganês : Melhora a resistência ao choque e ao desgaste por atrito.

Tungstênio : Promove a dureza e resistência a altas temperaturas.

Silício : Promove a formação de grafite e atribui resistência aos ácidos, reduz a deformidade causada pelo frio, portanto em processos de estampagem as porcentagens devem ser muito bem controladas.

Molibdênio : Este elemento protege eficazmente o aço contra a fragilidade decorrente do revenimento, elevando a resistência do aço para altas temperaturas.

Vanádio : Melhora a resistência às altas temperaturas e a capacidade de ferramentas de corte resistirem ao superaquecimento durante os processos de usinagem.

Alumínio : Age como desoxidante.

Enxofre : Melhora a usinabilidade, porém reduz a resistência à fadiga.


Apesar destas impor tantes propriedades, deve-se ter em mente que os elementos de liga estão presentes em toda a estrutura do material, sendo que o fabricante fornece atestado descrevendo quais são os elementos da liga e quais suas porcentagens. Isso requer maior controle do processo de fabricação e encarece consideravelmente o produto, pois o fabricante desconhece qual aplicação o cliente dará para o material, se para a produção de uma peça de avião ou para um eletrodoméstico.

Dependendo da aplicação, não é interessante que a peça seja dura desde sua camada superficial até o núcleo, ou que seja dúctil no interior e também nas extremidades. Na verdade, o que estamos esclarecendo aqui é que, na indústria, o que desejamos é que o componente mecânico, o elemento de máquina tenha determinadas características decorrentes de sua aplicação. Muitas vezes não é interessante ter um material que possua as mesmas propriedades ao longo de toda a sua estrutura.

O tratamento superficial nos dá a possibilidade de mudar as características internas ou externas não apenas do material, mas da peça acabada, de maneira que impomos à peça as características necessárias para sua aplicação.

É importante lembrar que para especificar um material para determinada aplicação é necessário conhecer bem as características dos materiais e as concentrações básicas de acordo com a aplicação, tarefa indicada para um profissional graduado na área. Já para o tratamento térmico, entrando-se em contato com as empresas especializadas, obtem-se todo o suporte e conhecimento que elas adquiriram ao longo dos anos.

Conceitos

Como foi dito anteriormente, abordaremos basicamente a liga Fe-C, ou seja, os aços em geral para apresentar os conceitos de tratamento térmico.

O ferro, o elemento em maior quantidade na liga, é derivado de minérios que, na natureza, reúnem alguns elementos; os minérios de ferro mais conhecidos são a hematita, a siderita, a limonita e a magnetita.

Ainda que o nosso interesse seja saber o que acontece com a liga quando a aquecemos ou resfriamos, é bom ter em mente que o ferro na forma pura se funde a 1.539 ºC.

Os átomos de um metal no estado sólido se arranjam de uma forma bastante definida, de maneira ordenada e que se repete em todas as direções. Este arranjo metálico é conhecido como estrutura cristalina.

A estrutura cristalina é formada de células unitárias, as quais representam um conjunto de átomos que estão dispostos de forma específica, compondo uma figura geométrica definida O ferro pode assumir diferentes estruturas cristalinas, dependendo da temperatura e porcentagem de carbono presente na liga, vejamos duas delas. Na estrutura cúbica de face centrada (C.F.C.) – vide figura 1, os átomos estão dispostos nos vértices e no centro das faces de um cubo imaginário; na estrutura cúbica de corpo centrado (C.C.C.) – vide figura 2, os átomos estão dispostos nos vértices e no centro do cubo, esta é a estrutura do ferro a temperatura ambiente e é chamado de ferro α, e na (C.F.C.) é chamado de ferro γ.

 

Alotropia ou poliformismo é a propriedade de alguns materiais possuírem estruturas cristalinas diferentes de acordo com a temperatura a que estão submetidos sob mesma pressão atmosférica. O ferro muda para a estrutura (C.F.C.) na temperatura logo acima de 911 ºC.

É interessante observar que quando o ferro está na condição γ, as esferas atômicas estão dispostas de maneira mais densa que no ferro α, ou seja, com o aumento da temperatura o peso específico aumenta, o que acontece é que os átomos vibram oscilando com maior intensidade em torno de suas posições espaciais, abrindo espaços para outros átomos ocuparem. Na prática, chamamos este fenômeno de dilatação térmica, e se aumentarmos a temperatura até o ponto de fusão, a vibração dos átomos será tão intensa que a estrutura cristalina desmoronará, e o ferro assumirá então a forma líquida.

Outro conceito importante em relação à estrutura cristalina é quanto aos defeitos ou falhas que ela apresenta, pois na realidade uma peça de ferro não possui uma estrutura cristalina perfeita. Na verdade, a estrutura cristalina apresenta lacunas, impurezas e intersticidades, vide figura 3.

Até então falamos apenas do ferro, mas e a liga Fe-C ? O diâmetro do átomo do carbono é próximo de 1,5 Å (diâmetro atômico) e o tamanho do átomo do ferro é próximo de 02,5 Å, de maneira que, quando juntos em uma determinada proporção, podem assumir uma estrutura cristalina parecida com a da figura 4 estrutura do aço com elementos de liga.

     

Os diagramas de fase podem ser usados como ferramentas no estudo dos tipos de tratamento, sendo bastante conhecidos no meio industrial (área mecânica).

São representações do que acontece com uma determinada liga em condições de equilíbrio químico e térmico.

A estabilidade se refere aos níveis de composições e de temperatura da liga e mostra as áreas de estabilidade das fases puras e de fases combinadas (compostos).

Nós iremos nos ater às ligas ferrosas, as quais são tratáveis termicamente. Uma liga tratável termicamente é uma liga em que se pode alterar suas propriedades através da aplicação de um ciclo térmico.

Para melhor entendimento do diagrama Fe – C, vejamos um diagrama mais simples, o diagrama da liga de Cobre e Níquel – vide figura 5. Baseado nele, podemos perceber que as transformações ocorrem a partir da mudança de duas variáveis, a temperatura e a composição da mistura. Observemos que o cobre puro se funde a 1083 ºC e que o níquel puro se funde numa temperatura bem superior (a 1455 ºC); acima da linha liquidus a mistura (liga) e os componentes estão totalmente no estado líquido e abaixo da linha solidus, a mistura e os componentes em estado puro estão no estado sólido; a área delimitada entre as linhas liquidus e solidus compreendem uma mistura pastosa, ou melhor dizendo com cristais sólidos e fases líquidas; no eixo das ordenadas totalmente a direita temos 100% de Níquel e no eixo das ordenadas totalmente a esquerda temos 100% de cobre. Conforme se desvia do eixo das ordenadas à esquerda e dirige-se em direção ao eixo da direita, diminui-se a porcentagem de cobre e aumenta-se a porcentagem de níquel, exatamente no centro do eixo das abcissas tem-se uma liga com 50% de cada componente.

O Diagrama Fe - C, que é o diagrama de estado da liga Ferro e Carbono - vide figura 6, também possui uma região acima da qual temos apenas líquido. Na extrema direita temos um composto chamado cementita, que contém aproximadamente 6,7% de carbono, sendo que acima deste valor já não há interesse comercial no estudo da liga.

O diagrama também mostra o ponto de fusão do ferro puro que comentamos anteriormente, ou seja, 1536ºC. À medida que nos afastamos do eixo da esquerda, aumentamos a quantidade de carbono na liga e diferentes compostos vão se formando.

O ponto C no gráfico indica que nessa porcentagem de carbono, ou de mistura do ferro com a cementita, ocorre a fusão da liga com maior facilidade e na menor temperatura.

O nosso interesse está em um diagrama parcial do diagrama Fe – C, pois um aço já é considerado duro com uma porcentagem de carbono acima de 0,5 %, e um aço extremamente duro tem em torno de 1,0 % de carbono.


O diagrama parcial da liga Fe – C está apresentado na figura 7, e é de melhor compreensão. Os próximos comentários estão relacionados a este gráfico :

- Como dissemos, até a temperatura de 910ºC o ferro possui estrutura cristalina cúbica de corpo centrado e é chamado de ferro alfa, ferrita é uma solução sólida de carbono dissolvido no ferro alfa. Na temperatura ambiente, cerca de 0,008% de Carbono se dissolve no ferro alfa e esta solubilidade aumenta com o aumento da temperatura, na temperatura de 723ºC a solubililidade do carbono é máxima e chega a 0,02%.

- Entre a temperatura de 910ºC e 1390ºC , o ferro possui estrutura cristalina cúbica de face centrada e é chamado de ferro gama, ou seja austenita, que é uma solução sólida de carbono dissolvido no ferro gama, sendo que a solubilidade máxima do carbono no ferro gama ocorre na temperatura de 1147ºC com 2,06% de carbono. Na temperatura de 723ºC a solubilidade do carbono no ferro gama é de 0,8%.

- As ligas de ferro-carbono com porcentagem de carbono maior que 2,06% de carbono são denominadas de ferros fundidos; já os aços com porcentagem de carbono inferior a 0,008% de carbono são considerados como ferro comercialmente puro.

O que acontece com uma peça de aço com 0,8% de carbono a 1.150ºC quando se inicia um processo de resfriamento lento (acompanhar no gráfico da figura 6)?

A porcentagem de carbono está inicialmente totalmente dissolvida na austenita, ou seja, na estrutura cristalina CFC. Quando o resfriamento alcança o valor de 723ºC, a austenita não pode se manter abaixo desta temperatura e se transforma, e a estrutura agora é a ferrita, que não pode dissolver esta quantidade de carbono. Ocorre, então, a difusão do carbono de maneira que se formam placas de ferrita e carbonetos, ou seja, um composto heterogêneo chamado ferrita+carbonetos.


Difusão é a fuga dos átomos de ferro e de carbono dentro da estrutura espacial formada pelos átomos. Estes migram de vazio em vazio, de interstício para interstício, isto leva um certo tempo.

O que acontece com uma peça de aço com 0,8% de carbono a 1.150ºC quando se inicia um processo de resfriamento rápido ?

Quando aplicamos um resfriamento rápido em uma peça, a temperatura de transformação de austenita para ferrita + carbonetos cai para um valor bem abaixo dos 723ºC do diagrama e, na realidade, os átomos de carbono perdem sua mobilidade, pois antes que eles consigam saltar ou migrar da rede espacial da austenítica para carbonetos, a temperatura já está muito baixa, de maneira que a difusão vai parando, e os átomos de carbono alojados na cadeia austenítica (CFC) não cabem na estrutura da ferrita (CCC) que está se formando. Isto não só deforma a estrutura cristalina, como pode até rompê-la.

A retenção dos átomos de carbono na estrutura (CCC) cria grandes tensões internas, de maneira que a superfície fica extremamente dura, sendo que a esta ocorrência chamamos de têmpera !

Em função da altas tensões internas, o aço também torna-se frágil, devendo receber um tratamento de elevação da temperatura para um valor pré-determinado para que os átomos possam se rearranjar, reduzindo considerávelmente a fragilidade e, com certeza, perdendo um pouco da dureza, mas possuindo ainda uma dureza bem acima da que teria se fosse resfriado de maneira lenta, a este processo chamamos de revenimento.

Depois desta explicação sobre o que ocorre na estrutura interna do material, podemos explanar com mais facilidade os principais tratamentos conhecidos no mercado.

Tipos de Tratamento Térmico
Pode-se classificar os tipos de tratamento térmico em tratamentos com simples aquecimento e resfriamento e tratamentos com aquecimento e resfriamento com reações químicas.

Tratamentos com simples aquecimento e resfriamento Têmpera

O aço é aquecido a uma temperatura igual ou um pouco acima do ponto de transformação da estrutura e em seguida é resfriado bruscamente pela imersão na água, no óleo ou mesmo no ar; cada um destes ambientes produz um tipo específico de transformação, a temperatura destes meios afeta diretamente o resultado do tratamento térmico.

O resultado esperado da têmpera é um aço endurecido e é o que se consegue com este processo. No entanto, o aço torna-se também frágil, como o vidro que é muito duro, mas também é frágil. Assim torna-se o aço depois de receber o tratamento da têmpera.


A têmpera só é realizada em aços com no mínimo 0,4% de Carbono, ou seja, aços 1040 de acordo com a norma brasileira. Aqueles com menor quantidade de carbono, por exemplo 1020 (0,2% de carbono), não devem sofrer processo de têmpera diretamente, pois não se consegue bom resultado; a figura 8 - gráfico representativo da têmpera - mostra que, após um aquecimento, chega-se a temperatura de transformação da estrutura e logo depois realiza-se o resfriamento de forma brusca, considerando que o tempo gasto para baixar a temperatura da faixa de têmpera até a temperatura ambiente é quase nulo, guardadas as devidas proporções.

Revenimento
Para retirar a fragilidade do aço, depois da têmpera realiza-se o revenimento. O aço é então aquecido a uma temperatura abaixo do ponto de transformação, valor bem abaixo do valor do processo de têmpera (este valor varia um pouco, a título de referência podemos citar uma faixa em torno de 150ºC à 350ºC) lembrando que, quanto mais alta a temperatura do revenimento, mais se perde a dureza, em seguida o aço é resfriado, geralmente de forma lenta. Este valor de aquecimento permite que as moléculas que depois da têmpera ficaram extremamente desarranjadas possam agora se arranjar, resultando no alívio das tensões e, conseqüentemente, na redução da fragilidade, vide figura 9 - gráfico representativo do revenimento.

        



 Recozimento
O recozimento recupera o aço temperado prejudicado pelo superaquecimento, melhorando o arranjo estrutural. Neste processo pretende- se anular as tensões internas.

Sobre o recozimento podemos dizer que existem dois tipos basicamente: um recozimento de alivio de tensões (vide figura 10) e um recozimento de redução de dureza. Não é difícil deduzir a esta altura que o primeiro se processa em uma temperatura inferior à do segundo. A temperatura do primeiro está em torno de 500ºC, enquanto que o recozimento de redução de dureza precisa alcançar temperaturas um pouco abaixo de 700ºC, lembrando que a temperatura de transformação da estrutura cristalina é de 723ºC. Entretanto, quando o aquecimento é realizado de forma rápida, a estrutura se altera um pouco abaixo deste valor, a diferença aqui é que o tempo de resfriamento é bem mais longo que no revenimento, e quanto mais longo, menos tensões internas.

O resfriamento neste caso se dá dentro de cinzas, cal ou areia, existe um recozimento chamado de NORMALIZAÇÃO, aplicável a aços laminados, fundidos ou forjados, como o próprio nome sugere, o que ocorre é a recuperação da estrutura do aço, vide figura 11 - normalização.

Têmpera superficial

A têmpera superficial é um recurso interessante em termos de custo e de tempo, uma vez que o aquecimento superficial do material pode ser realizado por chamas, por exemplo, através de maçarico ou em fornos específicos para realizar este aquecimento rápido, aplicável a peças relativamente pequenas, tais como parafusos, onde se deseja que a camada superficial seja dura com o corpo resistente a tensões.

Tratamentos com aquecimento e resfriamento com reações químicas

Cementação
Dissemos que aços com baixo teor de carbono não “pegam” têmpera justamente por causa do conceito de difusão do carbono na estrutura cristalina. Através da cementação podemos adicionar carbono à camada superficial do material, e em seguida realizar a têmpera. A cementação seguida da têmpera é aplicável a peças onde é desejável que o núcleo seja dúctil, resista a uma sobrecarga de tensão e a camada superficial seja dura, e um bom exemplo onde se aplica este tipo de tratamento é em engrenagem.

A cementação consiste em aquecer a peça a uma determinada temperatura e deixá-la assim por um longo período de horas. Juntamente com a peça colocamos algum material rico em carbono, que pode estar na forma de pó, pasta ou mesmos gases, a atmosfera rica em carbono possibilita à peça absorver o carbono existente e fixá-lo em sua camada superficial.

A cementação só permite a adição de carbono pela peça. Assim, para aumentar a dureza é preciso realizar posteriormente a têmpera, seguida do revenimento, vide figura 12 – que representa o processo da cementação seguido de têmpera e revenimento.

 

É de fato notável o que se pode conseguir com este processo, pois uma peça com aproximadamente 0,2% de carbono e com determinados elementos de liga, possibilita a cementação, o que significa dureza superficial com núcleo altamente tenaz.


Nitretação e cianetação
São processos que objetivam introduzir substâncias na camada superficial do aço, visando aumento de dureza e resistência. A nitretação adiciona nitrogênio à superfície do material, e este processo não é seguido de têmpera ou revenimento, já a cianetação adiciona nitrogênio e carbono a superfície do material.

Controle de temperatura
Depois desta explanação, pode-se perceber que a variável temperatura é de suma importância nos processos de tratamento térmico, precisando ser muito bem controlada. Os processos industriais de produção fabricam milhares de peças e com a necessidade de manter um nível de qualidade determinado, geralmente os procedimentos de tratamento térmico funcionam em batelada, de maneira que, se uma malha de controle de temperatura falha, muito se perde.

Este artigo, além de trazer conhecimento desta matéria aos leigos, reforça o aprendizado daqueles que já viram alguma coisa sobre o tema, além de dar uma idéia da importância da temperatura e seu correto controle para aqueles que atuam e querem trabalhar com malhas de controle de temperatura e aplicar corretamente os sensores de temperatura como, por exemplo, os termopares.

 

 

Conclusão

Tentamos apresentar de maneira simples e bastante resumida alguns tratamentos que mais ocorrem na indústria. Para isso, não bastava simplesmente apresentar definições tais quais apresentadas em livros próprios da área. Assim, fizemos uma breve introdução sobre a estrutura cristalina do ferro e quais transformações acontecem com a variação da temperatura. Entendemos que esta seqüência facilita o aprendizado e ajuda a fixar os conceitos, por isso, apresentamos o diagrama do Fe-C, importantíssimo na área de materiais metálicos. Porém, não discorremos de maneira abrangente, apenas focamos sobre o que tínhamos mais interesse.

Expusemos os tratamentos que são bastante conhecidos na indústria, todavia existem outros derivados destes ou combinações dos apresentados. Aqui fica uma fonte de referência, um primeiro passo, para aqueles que querem conhecer esta matéria chamada Tratamento Térmico. Até a próxima!

Compreendendo os Dados Técnicos das Graxas

É preciso ter conhecimento básico para entender os dados, de modo que você possa escolher a graxa mais apropriada. Este trecho foi extraído dos principais termos mencionados nos dados técnicos das graxas SKF.

Consistência

Uma medida da rigidez da graxa. A consistência correta fará com que a graxa permaneça no rolamento, sem gerar muito atrito. Ela é classificada de acordo com uma escala desenvolvida pelo NLGI (National Lubricating Grease Institute). Quanto mais macia a graxa, menor o número. Geralmente, as graxas para rolamentos são NLGI 1, 2 ou 3. O teste mede a profundidade atingida por um cone em uma amostra de graxa, em décimos de mm.

Classificação de graxas por número de consistência NLGI
Número NLGI	Penetração ASTM (10–1 mm)	Aparência em temperatura ambiente
000	445–475	muito fluida
00	400–430	fluida
0	355-385	semifluida
1	310–340	muito macia
2	265-295	macia
3	220-250	dureza média
4	175-205	dura
5	130-160	dureza alta
6	85-115	extremamente dura

Faixa de temperatura

Abrange a linha de trabalho adequada para a graxa. Ela fica entre o LTL (Low Temperature Limit, limite em temperatura baixa) e o HTPL (High Temperature Performance Limit, limite de desempenho em alta temperatura). O LTL é definido como a temperatura mais baixa na qual a graxa permitirá que o rolamento comece a funcionar sem dificuldade. Abaixo desse limite, ocorre falta de lubrificante e falha. Acima do HTPL, a graxa é degradada de maneira descontrolada, impossibilitando a determinação precisa de sua vida útil.

Ponto de gota

Temperatura na qual a amostra de graxa, quando aquecida, irá fluir através de uma abertura de acordo com a norma DIN ISO 2176. É importante entender que esse ponto tem importância limitada no desempenho da graxa, já que está sempre muito acima de HTPL.

Viscosidade

Medida da resistência de vazão de um fluido. Em lubrificantes, a viscosidade apropriada deve garantir uma separação adequada entre as superfícies, sem causar muito atrito. De acordo com a norma ISO, ela é medida a 40 °C, conforme a viscosidade muda com a temperatura. Os valores a 100 °C permitem calcular o índice de viscosidade (por exemplo, quanto a viscosidade irá diminuir quando a temperatura aumentar).

Estabilidade mecânica

A consistência de graxas de rolamentos não deve mudar significativamente durante sua vida útil. Há três testes principais que costumam ser usados para analisar esse comportamento

 

• Penetração prolongada
  A amostra de graxa é submetida a 100 mil cursos em um dispositivo chamado trabalhador de graxa. Em seguida, a penetração é medida. A diferença entre uma penetração de 60 cursos é informada, conforme a mudança em 10–1 mm.
• Estabilidade de rolagem
  Uma amostra de graxa é colocada em um cilindro com rolo interno. O cilindro é girado por 72 ou 100 horas a 80 ou 100 °C (175 ou 210 °F). O teste padrão necessita de apenas duas horas em temperatura ambiente. Ao fim do período de teste, quando o cilindro for resfriado até a temperatura ambiente, a penetração da graxa será medida e a mudança na consistência será informada em 10–1 mm.
• Teste V2F
  Uma caixa de mancal ferroviário é submetida a choques de vibração de 1 Hz, usando-se uma marreta e produzindo um nível de aceleração de 12 a 15 g. Após 72 horas a 500 r/min., a graxa que vazar do mancal pela vedação de labirinto será coletada em uma bandeja. Se pesar menos de 50 g, será classificada como "m", caso contrário, será classificada como "falha". Em seguida, o teste continuará por mais 72 horas a 1.000 r/min. Se menos de 150 gramas de graxa tiver vazado, após a conclusão de ambos os testes, a classificação será "M".

Proteção contra corrosão

Ambientes corrosivos exigem dimensões especiais para graxas de rolamentos. Durante o teste Emcor, os rolamentos são lubrificados com uma mistura de graxa e água destilada. Ao final do teste, é fornecido um valor entre 0 (sem corrosão) e 5 (corrosão muito grave). A água salgada pode ser usada no lugar de água destilada ou fluxo contínuo de água (teste de lavagem) para tornar o teste mais severo.

Resistência à água

 Uma tira de vidro é revestida com a graxa candidata, que é colocada em um tubo de ensaio cheio de água. O tubo de ensaio é imerso em banho-maria por três horas na temperatura de teste determinada. A alteração na graxa é analisada visualmente e informada como um valor entre 0 (sem alteração) e 3 (grande alteração) juntamente com a temperatura de teste.

A. Placa de vidro ou de metal
B. Camada fina de graxa na placa
C. Água destilada
D. Banho em temperatura controlada, por exemplo, 90 ±1 °C

Separação de óleo

As graxas lubrificantes liberam óleo quando armazenadas por longos períodos ou quando usadas em rolamentos como uma função da temperatura. O grau de separação do óleo depende do espessante, do óleo base e do método de fabricação. No teste, um recipiente é preenchido com uma determinada quantidade de graxa (e é pesado antes do teste) e um peso de 100 gramas é colocado sobre a graxa. A unidade completa é colocada em um forno a 40 °C (105 °F) por uma semana. Ao final da semana, a quantidade de óleo que vazou pela peneira é pesada e informada em porcentagem de perda de peso.

A. Peso morto (exerce pouca pressão na amostra de graxa)
B. Peneira
C. Óleo separado

Capacidade de lubrificação                    

 O teste R2F avalia o desempenho em alta temperatura e a capacidade de lubrificação da graxa. Um eixo com dois rolamentos autocompensadores de rolos em seus respectivos mancais é acionado por um motor elétrico. Os rolamentos funcionam sob carga, a velocidade pode variar e o calor ser aplicado. O método de teste é realizado sob duas condições diferentes, após as quais o desgaste dos rolos e da gaiola é medido. O teste A é conduzido em temperatura ambiente, sendo que a classificação “aprovado” significa que a graxa pode ser usada para lubrificar rolamentos grandes, em temperaturas operacionais normais, e também em aplicações de baixa vibração. O teste B é realizado a 120 °C (250 °F), sendo que a classificação “aprovado” indica a adequação para rolamentos grandes em temperaturas altas.

Corrosão de cobre

As graxas lubrificantes protegem as ligas de cobre usadas em rolamentos contra os ataques corrosivos que ocorrem durante o funcionamento. Para avaliar essas propriedades, uma tira de cobre é imersa na amostra de graxa e colocada em um forno. Em seguida, a tira é limpa e sua degradação é observada. O resultado é classificado por um sistema numérico, sendo que uma classificação acima de 2 indica baixa proteção.

Vida útil da graxa de rolamento                    

 Os testes R0F e ROF+ determinam a vida útil da graxa e seu HTPL (High Temperature Performance Limit, limite de desempenho em alta temperatura). Dez rolamentos rígidos de esferas são ajustados em cinco mancais e preenchidos com a quantidade de graxa determinada. O teste é conduzido sob velocidade e temperatura predeterminados. As cargas axiais e radiais são aplicadas e os rolamentos são usados até falharem. O tempo até a falha é registrado em horas, sendo realizado um cálculo de vida útil Weibull para determinar a vida útil da graxa. Essas informações podem ser usadas para estabelecer os intervalos de relubrificação em uma aplicação.

Desempenho em EP (Extreme Pressure, pressão extrema)

O aparelho de teste de carga de solda de quatro esferas usa três esferas de aço mantidas em um recipiente. Uma quarta esfera é girada contra as três esferas em uma determinada velocidade. A carga inicial é aplicada e aumentada em intervalos predeterminados, até que a esfera que está sendo girada fique presa às esferas estacionárias. Geralmente, valores acima de 2.600 N são esperados para graxas EP. Durante o teste de marca de desgaste de 4 esferas, a SKF aplica 1.400 N (o teste padrão é de 400 N) na quarta esfera durante 1 minuto. O desgaste nas três esferas é medido e os valores abaixo de 2 mm são considerados adequados para graxas EP.

Corrosão por contato

As condições de vibração ou oscilação são as causas típicas para corrosão por contato. No teste FAFNIR, dois rolamentos axiais de esferas são carregados e submetidos à oscilação. Então, o desgaste em cada rolamento é medido. Um desgaste abaixo de 7 mg indica boa proteção contra contato.

 

No link abaixo você verá uma tabela de equivalência de graxas dos mais diversos fabricantes e que irá lhe auxiliar na escolha da graxa mais adequada.

 

Tabela de Equivalência de Graxas

 

OEE e a Eficiência Geral do Equipamento.

A sigla OEE vem do inglês “Overall Equipament Effectivences” => Eficiência Geral de Equipamento; e é um indicador desenvolvido pelo Japan Institute of Plant Maintenance.
 
O indicador é capaz de medir os resultados que surgem do conceito TPM (Total Productive Maintenance).
 
Ele representa a medida de agregação de valor de um equipamento ou uma linha de montagem.
 
O OEE é o produto dos 03 fatores:

•    Disponibilidade

•    Performance

•    Índice de Qualidade
 

O valor encontrado / medido varia entre 0 a 1 ou 0% a 100% .

 

Não existe uma definição deste indicador em normas, porém é uma maneira de medir uma situação atual e identificar o campo de atuação onde há um maior retorno.

 

Cada empresa desenvolve individualmente uma definição relacionada às suas necessidades.

 

Um ponto importante é que deve se criar um ambiente de pensamento e aplicação do OEE para melhorar o desempenho de equipamentos em cada empresa.

 

O OEE identifica “Perdas não planejadas” do equipamento.

 

No primeiro passo é subtraído da disponibilidade teórica (24 horas / dia; 365 dias / ano), o montante de “paradas planejadas”.

 

Exemplo:

 

Disponibilidade teórica por ano => 34 horas/dia x 365 dias/ano = 8.760 horas

 

Motivos para paradas planejadas, p.ex.

 

•    Manutenção planejada (vem do plano de manutenção preventiva);

•    Horários de almoço, jantar e ceia;

•    Greve;

•    Falta de ordem de produção (não há produtos a serem produzidos);

•    Férias ou paradas planejadas da operação (feriados etc.).

 

A soma das horas de paradas planejadas será subtraída da disponibilidade teórica e será a base para o cálculo do OEE e igual a 100%.

 

Exemplo:

 

Disponibilidade Teórica anual = 8.760 horas

Paradas Planejadas / ano = 2.260 horas

Horas p/ ano = 6.500 horas => 100%

 

Desta base de 100% serão “debitados” agora as paradas relacionadas à disponibilidade, perfomance e qualidade.

 

1-) Fator de Disponibilidade

 

O fator de disponibilidade é um indicador para medir perdas por paradas não planejadas.

 

A definição é como a seguir:

 

Fator de disponibilidade = Período de Produção / Período de Produção + Tempo de Paradas

 

O fator de disponibilidade se reduz pelas paradas de equipamento causado por ocorrências, como p.ex.

•         Falta temporária de mão-de-obra (período curto);

•         Falta temporária de materiais;

•         Falta de ordem de produção;

•         Aguardando manutenção;

•         Aguardando liberação do Setor de Qualidade;

•         Queda de energia.

 

Deve se chegar em cada empresa num consenso, a partir de quando se trata de uma parada não planejada.

 

Apontar cada segundo de parada e justificá-la, certamente significa um trabalho muito grande na maioria das empresas. Na prática é possível apontar paradas a partir de um minuto de parada de máquina.

 

As “perdas” causadas por ocorrências menores entrarão assim no fator de perfomance.

 

Se a troca de ferramentas, dispositiva ou semelhante, reduz o OEE é uma questão de definição pela empresa.

 

Quando set up reduzirá o indicador, se implica uma motivação de reduzir estes tempos p.ex. com a técnica de SMED (o SMED será tratado em um outro artigo).

No outro lado devia para aumentar o OEE através do aumento de lotes de produção, o que é contra os princípios de uma produção enxuta e aumentará os estoques e assim o custo com despesas financeiras, impactando negativamente na liquidez da empresa.

 

Se as atividades de set up não impactarão no OEE, existe o perigo que paradas de equipamentos serão apontadas como troca de ferramenta, e na verdade não são.

 

A melhor maneira de lidar com tempos de set up é trabalhar com um tempo padrão para trocas.

 

Tempo de set up planejado não vai reduzir o set up enquanto a duração é inferior ou igual na real comparando com o tempo objetivo.

 

De qualquer maneira, já é um começo para analisar o assunto de trocas e estudar melhorias através de classificação ABC para obter um aproveitamento melhor dos equipamentos cujos índices representam um alto investimento e assim uma despesa grande de depreciação.

 

Como o indicador de disponibilidade é o mais fácil a ser levantado, as empresas deveriam começar com ele.

 

2-) Fator de Perfomance

 

Este fator é a medida de perdas em relação ao volume a ser produzido dentro do período determinado.

 

Fator de Perfomance = Quantidade de Peças Produzidas / Quantidade a serem produzidas

 

Deve ser considerado que o fator de perfomance apenas se baseia no tempo realmente produzido e não ao tempo de disponibilidade.

 

Enquanto a perfomance real facilmente é apontável, há em muitas empresas dificuldades de estipular uma meta planejada. Aqui entra a questão de gerenciar o assunto dos tempos padrão (que é matéria de um outro artigo meu).

 

Em linhas de montagem em que no caso há apenas um ou poucos produtos a serem produzidos em uma linha de montagem ou com um determinado equipamento, o cálculo do indicador de perfomance é fácil. Se for uma variedade maior tem talvez uma necessidade maior de estipular ou definir metas de produção.

 

3-) Fator de Qualidade

 

Este indicador é a medida para perdas devido produtos defeituosos. A definição é

 

Fator Qualidade =   Qtde peças produzidas – qtde refugo – qtde retrabalho / Quantidade de peças produzidas

 

Na prática, às vezes, existe uma dificuldade de identificar o “real culpado”, porque não se identifica os problemas no equipamento causador e sim no lugar onde o problema foi detectado. Isto causa que haverá um débit no equipamento “descobridor”, e assim o OEE se torna um indicador de processo e não apenas de equipamento.

 

Importante é que os apontamentos ocorrem em tempo “real” e não com atraso de alguns dias ou até mais. O ideal seria no fim de cada lote produzido.

 

Cálculo do OEE

 

Como o OEE é o produto dos fatores de disponibilidade, perfomance e qualidade, o cálculo é:

 

OEE = Fator Disponibilidade x Fator Perfomance x Fator Qualidade x 100%

 

Exemplo:

 

OEE = 0,75 x 0,85 x 0,95 x 100% = 60,56%

 

Este percentual demonstra quanto do percentual planejado realmente foi utilizado para uma produção eficiente; no exemplo tem quase 40% de perda. É visível onde há um potencial de melhoria.

 

Entrando na análise critica e elaborando planos de ação, facilmente daria para estabelecer metas (p.ex. aumentar o OEE em 15%) e promover trabalhos interdisciplinares (conjunto de produção / manutenção / qualidade / RH / engenharia / etc.).

 

Esta análise parte da questão porque o equipamento:

•    Não produziu 100% do tempo disponível;

•    Não rendeu 100% da velocidade planejada;

•    Não obteve 100% de produtos na qualidade desejada?

 

Apontando os dados manualmente com certeza é mais trabalhoso do que fazer de maneira automatizada (p.ex. com sistemas de TI). No outro lado já dá para ter uma base de dados mais apurada e começar o trabalho de identificar os pontos das maiores perdas e iniciar projetos de melhoria.

 

Essencial é entender que o OEE não mede o desempenho dos funcionários; meramente do equipamento, e o que existe no começo é uma necessidade em treinamento para promover a filosofia com a finalidade de obter dados confiáveis.

O impacto será um melhor aproveitamento do investimento em equipamentos, evitando a compra de mais máquinas,e um aumento significativo do nível de qualidade e da lucratividade da empresa.