Revista Industrial Heating - Junho/2010 by SF Editora

Junho 2010

FORNOS CONTÍNUOS

de Têmpera e Revenimento de Parafusos pág. 31

Queimadores Recuperativos: Evolução no Projeto pág. 25

Cerâmicas Avançadas para Sensores Térmicos pág. 29

Soluções Práticas para Economizar Energia

IFHTSE

Programação Oficial pág.10

pág. 36 A maior e mais conceituada publicação da indústria térmica www.revistaIH.com.br • www.industrialheating.com

CONTEÚDO

Junho 2010 • Número 7

Gases Industriais/Combustão

Avanços no Projeto de Queimadores Autorrecuperativos Jim Roberts – Eclipse, Inc.; Rockford, Illinois, EUA Para entender os avanços realizados na indústria da combustão e na execução de projetos de queimadores, primeiramente precisamos rever o desenvolvimento dos queimadores de

a r t i g o s

velocidade dos últimos 50 anos.

Cerâmicas e Refratários/Insulação

Cerâmicas Avançadas para Sensores Térmicos Fred Kimock – Morgan Technical Ceramics; Fairfield, EUA Bem Fasel – Morgan Technical Ceramics – Alberox Products, EUA As cerâmicas avançadas são projetadas para aplicações industriais que necessitam de uma interface física entre diferentes componentes devido a sua habilidade de suportar elevadas temperaturas, vibrações e choques mecânicos.

Tratamento Térmico

Têmpera e Revenimento de Parafusos e Porcas Peter Kreimer - Aichelin Heat Treatment Systems Inc., Mödling, Áustria Este artigo, de uma forma geral, descreve o processo de têmpera e revenimento e a tecnologia da planta que é comumente empregada na indústria moderna dos fixadores. É dada ênfase no monitoramento do fluxo como um todo, em relação à uniformidade das propriedades finais como resistência à tração e tenacidade de cada fixador.

Resistentes ao Calor e a Corrosão

Soluções Práticas e com Rápido Retorno para Poupar Energia Neils Bogh – Bogh Industries LLC; Puyallup, Washington, EUA. Reduzir os custos fixos de manufatura é a área onde a maior parte das companhias tem procurado poupar dinheiro. O problema é encontrar áreas que possam ter seus custos reduzidos com o mínimo gasto de capital. Muitas soluções necessitam de investimentos significantes e um prazo de retorno longo.

4 Industrial Heating - Junho 2010

CONTEÚDO COLUNAS Editoriais 06 Energia e seu Desdobramento Por Reed Miller - EUA A política energética pode revelar-se uma questão importante nos próximos meses. Nós analisamos a situação e discutimos o que algumas associações de nossa indústria estão fazendo sobre isso.

EQUIPE DE EDIÇÃO BRASILEIRA S+F Editora (19) 3288-0437 ISSN 2178-0110 www.sfeditora.com.br

Udo Fiorini - Editor udo@revistaIH.com.br • (19) 9205-5789

Sunniva Simmelink - Marketing sunniva@revistaIH.com.br • (19) 9229-2137

Alexandre Farina - Redação Paula Farina - Redação Ricardo Zanon - Diagramação redacao@revistaIH.com.br

08 Congresso IFHTSE no Brasil Por Udo Fiorini - Brasil Em 2010, o congresso IFHTSE (International Federation for Heat Treatment and Surface Engineering), criado desde 1971, será sediado pela primeira vez no Brasil.

18 O Doutor em Tratamento Térmico™ Dicas para Escolher Equipamentos de Aquecimento por Indução Indução de equipamentos de aquecimento é uma daquelas áreas que muitos de nós precisamos aprender mais. Dan Herring discute quando e como aplicar essa tecnologia, se é a certa para o trabalho e como adquiri-lo se precisarmos fazê-lo.

22 Você Sabia? A Arte da Ourivesaria A beleza da joia é atemporal. A arte de transformar a matéria-prima em joias torna essa beleza mais agradável. Sem tratamento a altas temperaturas, nada disto possível. Saiba mais como nós caminhamos através da história e da técnica de fazer joias.

DEPARTAMENTOS 08 Índice de Anunciantes

ESCRITÓRIO CORPORATIVO NOS EUA Manor Oak One, Suite 450, 1910 Cochran Road, Pittsburgh, PA 15220, EUA • Phone: +1 412-531-3370 Fax: 412-531-3375 • www.industrialheating.com

Doug Glenn Diretor de Núcleo +1 412-306-4351 • doug@industrialheating.com

EDIÇÃO E PRODUÇÃO NOS EUA Reed Miller Associate Publisher/Editor–M.S. Met. Eng., reed@industrialheating.com • +1 412-306-4360 Bill Mayer Editor Associado, bill@industrialheating.com • +1 412-306-4350 Dan Herring Editor Técnico Beth McClelland Gerente de Produção, beth@industrialheating.com • +1 412-306-4354 Brent Miller Diretor de Arte, brent@industrialheating.com • +1 412-306-4356

REPRESENTANTE DE PUBLICIDADE NOS EUA Kathy Pisano Advertising Director, kathy@industrialheating.com Ph: +1 412-306-4357 - Fax: +1 412-531-3375

DIRETORES CORPORATIVOS Edição: Timothy A. Fausch Edição: David M. Lurie Edição: John R. Schrei Desenv. de Mercado: Christine A. Baloga Custom Media: Steve M. Beyer Estratégia Corporativa: Rita M. Foumia Tecnologia da Informação: Scott Kesler Produção: Vincent M. Miconi Finanças: Lisa L. Paulus Criação: Michael T. Powell Marketing: Douglas B. Siwek Guias: Nikki Smith Recursos Humanos: Marlene Witthoft Conferências e Eventos: Scott A. Wolters

09 Eventos da Indústria

A opinião expressada em artigos técnicos ou pelos entrevistados são de responsabilidade dos autores e não refletem necessariamente a opinião dos editores.

17 Cobertura TTT

Filiado à

23 Novidades da Indústria 41 Catálogos

BNP Media Helps People Succeed in Business with Superior Information

Junho 2010 - www.revistalH.com.br 5

Editorial Reed Miller, Editor da IH nos EUA | +1 412-306-4360 | reed@industrialheating.com

Energia e seu Desdobramento

ssim que você ler este artigo, os planos de controle de energia e emissões poderão ser melhores compreendidos. No entanto, o que escrevo é uma suposição. Queremos esclarecer o assunto apresentando nossas idéias em comparação com aquelas emitidas por especialistas de outros setores. O envolvimento de Washington poderá vir na forma de lei, de regulamento ou de ambos. Ao tempo desta publicação, o projeto de lei do Senado corre perigo devido à de Lindsay Graham e por conta do impacto do vazamento de óleo no Golfo. O projeto é uma maneira de o senado responder à solicitação do presidente Obama, após a reunião de Copenhagen, de cortar os gases do efeito estufa numa margem de 17% menor que os níveis de 2005 no ano de 2020 e de 80% em 2050. Se o Congresso não conseguir este feito, aí a EPA, agência de proteção ambiental americana, parece tender impor uma regulamentação imediata, baseada numa interpretação errônea do Documento sobre o Ar Limpo, de 1970. É espantoso para mim a continuidade deste esforço, aparentemente não afetada pelos acontecimentos do “ClimateGate”, que foram reveladas nos poucos meses que se passaram. Para todos aqueles que acordaram agora desta longa hibernação, “ClimateGate” implica a revelação de que, virtualmente, todos os dados da GW (Global Warninng - Clima Global) gerados nas décadas passadas recentes estão sob suspeita devido à fraude ou falsificação. Uma parte disso já havia sido decidido e por outra parte era um desejo pelo fato de se tentar evitar o descrédito. Deixem-me dar alguns exemplos: • Dos anos 60 a 80, o número de estações usadas para calcular as temperaturas da superfície global era de aproximadamente 6000. Nos anos 90, foram reduzidas para 1500. A maior parte destas estações desativadas estavam nas regiões mais frias, onde a Rússia relatava que a Unidade de Pesquisa Climática East Anglia (CRU) estava ignorando dados obtidos pelas regiões mais frias. • Não obstante toda a controvérsia, os ursos polares, hoje, ultra passaram o número total registrado em 1950. • Relatórios como os do Centro de Astrofísica de Harvard-Smithonian, EUA, de 2003, não foram revelados e até ignorados. Entre suas muitas conclusões, o relatório afirmava: "O século 20, provavelmente, não é o mais quente nem é o único período climático extremo do último milênio". • O relatório que antecedeu o "ClimateGate", onde 2500 cientistas concordaram que o problema do clima global (GW) é real é louvável, enquanto que a petição assinada no ano passado por mais de 31000 cientistas – dos quais 9021 eram Ph.D.- recusando a alegação da ingerência humana no aquecimento global foi ignorada. • Em Copenhagen, Dinamarca, Al Gore continuou a mentir ao afirmar 6 Industrial Heating - Junho 2010

que um pesquisador o tinha dito de que havia 75% de possibilidade de a calota polar poder descongelar inteiramente (durante o verão) nos próximos 5 a 7 anos. O pesquisador negou qualquer afirmação neste sentido. Por que eles fazem isto? Creio que a causa principal seja o prestígio ou poder. Um professor e ativista de Stanford, Stephen H. Schneider, uma pessoa chave no movimento ambientalista, formulou o seguinte em 1989: "Nós temos que maquiar cenários amedrontadores, simplificar afirmações dramáticas e mencionar muito pouco quaisquer dúvidas que pudéssemos ter." Antes disso, o senador do Colorado, EUA, Tim Wirth, atual presidente da Fundação das Nações Unidas, afirmou: “Temos que administrar a questão do clima global. Mesmo que a teoria do clima global fosse errada, estaremos fazendo a coisa certa , tanto em termos de segurança econômica como em termos de controle ambiental”. Embora tanta outra coisa ainda possa ser dita a respeito do abuso destes acontecimentos, - e a mídia certamente é cúmplice - o espaço não nos vai impedir de continuar. O segredo é o que nós podemos fazer para antagonizar esta ignorância ruidosa dos fatos para buscar uma agenda, a todo custo. Diversas associações industriais estão buscando este caminho. Aqui estão alguns exemplos: • Em 16 de fevereiro de 2010, a National Association of Manufactorers (NAM), propôs uma petição numa corte de apelação federal desafiando a decisão da EPA para ordenar os gases do efeito estufa a partir de fontes fixas em decorrência da Declaração do Ar limpo. • O American Iron and Steel Institute (AISI) descreveu o plano da EPA como equivalente a um controle imediato, em verdade, desprezando os planos de grandes investimentos em fábricas e equipamentos necessários para alavancar a frágil recuperação econômica americana. A AISI está solicitando do Congresso - e não da EPA - para que decida a respeito do destino dos padrões de emissão nos EUA. • A North American Die Casting Association (NADCA) juntou um grupo de 20 associações e câmaras de comércio que, em 18 de março de 2010, apresentou uma proposta de intervenção em favor da posição da NAM. • A Industrial Heating Equipment Association (IHEA) veio de encontro com o departamento de ecologia em Washington, no dia 16 de abril de 2010, para enfatizar a advertência da IHEA e encorajar uma futura colaboração numa ampla carteira de assuntos que afetam a nossa indústria. Vamos nos empenhar em dar nosso apoio a organizações que se posicionem contrárias à intervenção governamental que atentem contra a razão e o senso comum. IH

Reed Miller EUA

Editorial Udo Fiorini, Editor | 19 9205-5789 | udo@revistaIH.com.br

Congresso IFHTSE no Brasil

ela primeira vez na história, o Brasil (e a América do Sul) irá sediar neste mês de Julho, dos dias 26 ao dia 30, no Hotel Intercontinental, no Rio de Janeiro, o congresso internacional da IFHTSE, a Federação Internacional para Tratamentos Térmicos e Engenharia de Superfícies. Este congresso faz rotação em diferentes países do mundo, procurando promover a ciência, a prática e as aplicações industriais de tratamento térmico e da engenharia de superfícies, como diz o seu site oficial. Atendendo ao que se propõe a IFHTSE, ou seja, a de “linkar” organizações a nível mundial engajadas em tratamentos térmicos e de engenharia de superfície, no Brasil os seus interesses são representados pela ABM, a Associação Brasileira da Metalurgia, Materiais e Mineração, com sede em São Paulo. O encontro IFHTSE será realizado juntamente com o congresso anual da ABM, marcado para a mesma data e local. O surgimento da organização IFHTSE, criada em 1971, começou muito antes. Depois do final da segunda guerra mundial, houve um crescimento do interesse em processos de tratamento térmico. Congressos, conferências sobre o tema, começaram a ter maior interesse a nível internacional, mas principalmente na Europa e nos Estados Unidos. Organizados em grupos, cientistas da área começaram a tratar da criação de uma entidade que agrupasse os interesses a nível internacional. Assim, em 1971, a Associação Suíça para o Tratamento Térmico de Materiais, ofereceu as condições para a criação da Federação internacional, sendo o seu primeiro presidente Dr H. U. Meyer, naquela época diretor da empresa Climax Molibdenium, de Zurique, Suíça. A partir daí, países do mundo todo começaram a participar da Associação. Estados Unidos entrou como membro em 1976. China em 1981. Na América Latina, o Brasil é membro da Associação. O evento deste ano terá como mote “Conferencia Especial em Honra

ao Prof. Tom Bell”. Professor Tom Bell foi professor de metalurgia da Universidade de Birmingham e diretor da área de pesquisa e desenvolvimento de engenharia de superfície da Universidade Xi’an Jiaotong, na China. Foi diretor do grupo Bodycote International durante o período de 1983 a 2005. Respeitado autor de inúmeros trabalhos técnicos e livros da área, o Professor Bell, falecido em 2008, esteve diretamente envolvido com a criação da Federação IFHTSE, do qual foi presidente por duas vezes, de 1983 a 1984, e de 2000 a 2001. A revista INDUSTRIAL HEATING estará presente neste evento e trará uma reportagem completa sobre ele na próxima edição, dedicada ao Guia de Compras do setor. Thermprocess 2011- Dusseldorf Alemanha Em tempo: se você é fornecedor de equipamentos térmicos, seus insumos, serviços ou periféricos, temos uma boa noticia. A BNP Media, editora da revista Industrial Heating nos EUA, juntamente com a IHEA, a Associação dos fabricantes de equipamentos térmicos dos EUA, acaba de fechar um contrato com a Messe Dusseldorf, promotora do evento Thermprocess, para um pavilhão de stands de expositores americanos na próxima edição, a acontecer de 28 de Junho a 2 de Julho de 2011. Dependendo da aceitação brasileira, este espaço será intitulado “Pavilhão das Américas”. As vantagens para os expositores participarem deste grupo são inúmeras, frente a participar individualmente. A começar pelo preço do stand, muito mais atrativo, já incluindo montagem, móveis e uma dispensa com porta. Entre em contato conosco, para podermos iniciar o cadastro de interessados. IH Boa leitura!

Udo Fiorini Brasil

Índice de Anunciantes Pág

Empresa

Telefone

ABM - IFHTSE

11 5534-4333 11 2113-1201

ABP Induction

Aquecimento Industrial

Febramec

Pág

Empresa

Telefone

Website

www.abmbrasil.com.br

Website

Mecminas

31 3371-3377

www.mecminas2010.com.br

www.abpinduction.com

Metalurgia

47 3451-3000

www.metalurgia.com.br

www.aquecimentoindustrial.com.br

Moldes

11 5534-4333

www.abmbrasil.com.br

51 3357-3131

www.febramec.com.br

2ª capa

Nanmac

1-508-872-4811

www.nanmac.com

First Fornos

11 3209-0306

www.firstfornos.com.br

Rio Industrial

41 3075-1100

www.rioindustrial.com.br

4ª capa

H.C. Starck

21 8148-7000

www.hcstarck.com

Sauder

11 4661-8000

www.sauder.com.br

Machroterm

11 4653-1122

www.machroterm.com.br

Trebi

19 3854-6699

www.industrialheating.com.br

3ª capa

Marwal

11 2954-5466

www.marwal.com.br

Termotech

11 3868-1818

www.termotech.tmp.br

8 Industrial Heating - Junho 2010

Eventos da Indústria

JULHO

OUTUBRO

26-30 18th Congress of IFHTSE– São Paulo, SP - www.abmbrasil.com.br/seminarios

03-05 Titanium 2010 Florida, EUA - www.titanium.org

28-30 Mec Show 2010 – São Paulo, SP - www.mecshow.com.br

AGOSTO 09-13 Febramec 2010– Aproveite a melhor oportunidade de negócios da Região Caxias do Sul - RS www.febramec.com.br

05-06 Furnaces North America 2010 Florida, EUA - www.heattreatonline.com/ fna2008/index2.php 10-14 Powder Metallurgy World

11-12 Moldes 2010 – 8º encontro da cadeia de ferramentas, moldes e matrizes. São Paulo, SP www.abmbrasil.com.br/moldes

Congress & Exhibition

12-13 Treinamento em Forjamento– tem como objetivo apresentar os princípios básicos dos processos de conformação mecânica por Forjamento Porto Alegre-RS www.ufrgs.br/ldtm

20-22 30º SENAFOR Forjamento e Conformação de Chapas Porto Alegre-RS www.senafor.com.br

SETEMBRO

17-21 Materials Science & Technology 2010 Texas, EUA - www.tms.org

14-16 Aluminium 2010 – Essen, Alemanha http://www.aluminium-messe.com

Florença, Itália - www.epma.com/pm2010

27-29 Expofun 2010 Buenos Aires, Argentina www.colfun-expofun.com.ar

14-17 Metalurgia 2010 – Joinville, SC www.feiras.messebrasil.com.br/metalurgia/inicio.htm

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Antes

Depois

ABP INDUCTION BRASIL Avenida Tégula, No. 888, Modulo 16 • Atibaia, São Paulo, BR. Tele#: +55-11-2113-1201 • Fax#: +55-11-2119-1210 Website: www.pillar.com; www.ABPinduction.com/HEATING E-mail: heating@ABPinduction.com

Junho 2010 - www.revistalH.com.br 9

Especial IFHTSE

18 IFHTSE CONGRESS th

International Federation for Heat Treatment and Surface Engineering

th IFHTSE July 26 - 30Sobre , 2010 A Federação Internacional de Tratamento Térmico e Engenharia

ntre os dias 26 a 30 de julho, será realizado no Rio th de Janeiro, o 18 º Congresso da Federação Internacional de Tratamento Térmico e Engenharia de Superfície (IFHTSE). O evento será sediado na América Latina pela primeira vez e acontecerá simultaneamente ao congresso anual da Associação Brasileira de Metalurgia (ABM). Por ser um evento que circula ao redor do mundo, o inglês se tornou a língua oficial do congresso. Na edição passada, a cidade escolhida foi Kobe, no Japão. O congresso internacional busca promover a informação das práticas e aplicações industriais e científicas, baseando-se em termos de cobertura do assunto. Este ano, o 18º Congresso contará com trabalhos orais e sessão de posteres, e sessões especiais de homenagem para o trabalho do Prof. Tom Bell (Universidade de Birmingham, Reino Unido, e Jiao Tong Universidade de Xi'an, China). Os trabalhos serão publicados nas revistas Tecnologia em Metalurgia, Materiais e Mineração, Materials Research e Matéria, previsão de publicação para 2011. A próxima edição do evento está programada para acontecer em 2011, na Escócia.

de Superfície é uma instituição sem fins lucrativos fundada na SuHotel Intercontinental | Rio de Janeiro | Brazil íça, durante 1971-1972.

10 Industrial Heating - Junho 2010

Fazem parte da IFHTSE, associações, grupos ou empresas, que tenham interesse no tratamento térmico, bem como cientistas e especialistas em tecnologia térmica. Em particular, mantém contato regular entre a ciência de materiais e os interesses e os interesses da engenharia mecânica. As ações mais conhecidas pela federação são as conferências e grupos para abordar questões específicas de interesse. IH Local: Intercontinental Rio: Avenida Aquarela do Brasil, 75 - São Conrado, Rio de Janeiro - RJ Telefone: 55 (21) 3323-2200 Mais informações: www.ifhtse.org ou www.abmbrasil.com.br - Tel: 55 (11) 5534-4333 Patricia Dias Ferreira e-mail: patricia@abmbrasil.com.br Reinaldo Nascimento e-mail: reinaldo@abmbrasil.com.br

July 26th - 30th, 2010

Hotel Intercontinental | Rio de Janeiro | Brazil

Junho 2010 - www.revistalH.com.br 11

Eventos da Indústria 18º IFHTSE Congress | Official Program - Oral

12 Industrial Heating - Junho 2010

Eventos da Indústria 18º IFHTSE Congress | Official Program - Oral

Junho 2010 - www.revistalH.com.br 13

Eventos da Indústria 18º IFHTSE Congress | Official Program - Oral

14 Industrial Heating - Junho 2010

Junho 2010 - www.revistalH.com.br 15

Eventos da Indústria 18º IFHTSE Congress | Official Program - Poster

16 Industrial Heating - Junho 2010

Conferência TTT

Conferência Sobre Temas de Tratamento Térmico Debate sobre Processos e Novas Tecnologias

ntre os dias 25 a 28 de abril deste ano, a Metallum, empresa especializada em Eventos Técnicos e Científicos, promoveu a V Conferência Brasileira sobre Temas de Tratamento Térmico, no Centro de Convenções do Hotel Tauá, em Atibaia – SP, que reuniu aproximadamente 235 participantes. De acordo com coordenador do evento, Lucio Salgado, a conferência foi um sucesso e proporcionou aos participantes o aprimoramento de processos e novas tecnologias em tratamento térmico, através da realização de 17 palestras, 15 apresentações orais, e 45 sessões de pôsteres. “Conseguimos atingir o nosso objetivo, que é promover um melhor contato entre os profissionais envolvidos na atividade de tratamento térmico, qualidade, engenharia do produto e pós-venda, bem como representantes, fabricantes de equipamentos e insumos, institutos de pesquisas e instituições acadêmicas e profissionais com interesse nesse setor, em seus equipamentos e acessórios”, afirma. Os principais assuntos abordados foram referentes a tratamentos térmicos e termoquímicos de ferrosos; tratamentos térmicos de não ferrosos; metalurgia física e transformação de fases; técnicas de caracterização microestrutural; efeito de elementos de liga

sobre a microestrutura e propriedades; análise de defeitos e falhas; banhos de sal, atmosferas e meios de resfriamento; equipamentos para controle de processos e de qualidade; sistemas de aquecimento por indução; fornos, periféricos e insumos; limpeza, preparação e acabamento; manutenção; automação e instrumentação; simulação; qualidade e produtividade; tendências, desenvolvimentos e novas tecnologias; novos mercados e perspectivas; gestão; segurança e meio ambiente.

Aconteceu também o II Seminário de Indução, que foi coordenado pela empresa Inductotherm. E para o entretenimento e descontração dos participantes, foram realizados um coquetel de boas vindas, happyhour, coffe-break e uma festa de confraternização, onde foi sorteado um forno Mufla, oferecido pela empresa EDG. IH Veja as fotos no blog: blog.revistaIH.com.br

Mais Atrações Paralelamente à Conferência, ocorreu uma exposição, que contou com 15 estandes, onde as empresas e instituições de ensino e pesquisa tiveram a oportunidade de divulgar seus produtos e serviços. E entre as empresas expositoras e patrocinadoras, estavam a Air Products, Archem, Arotec, Brasimet, BW (Brasmetal Waelzholz), CK, Leica, Combustol/Metalpó, Contemp, EDG Equipamentos, Engefor, First Fornos, Houghton, Inductotherm, Industrial Heating, Isoflama, Instrutécnica, Jung, Linde, Machro Peças, Mangels, Machroterm, Marwal, Maxitrate, Tecefil, Tecnocom e Zeiss. E ainda contou com o apoio da Associação Brasileira de Cerâmica, da Capes e do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). Junho 2010 - www.revistalH.com.br 17

O Doutor em Tratamento Térmico Daniel H. Herring | +1 630-834-3017 | heattreatdoctor@industrialheating.com

Dicas para a Seleção de Equipamentos de Aquecimento Indutivo

quipamentos para aquecimento indutivo representam uma das áreas em que mais precisamos ter informações. Nós precisamos saber quando e como aplicar esta tecnologia, se ela é certa para uma determinada atividade e como comprá-la caso necessitemos dela. Assim, vamos saber mais. Os fatores a seguir são tipicamente aqueles que influenciam o projeto dos equipamentos: • Material • Microestrutura antes do tratamento • Geometria da peça • Têmperatura de austenitização • Taxa de produção • Potência necessária, kW* • Escolha da frequência de trabalho, kHz* • Geometria/propriedades da área aquecida • Projeto da bobina indutiva • Necessidades de projeto-desenvolvimento • Aplicação de critérios específicos (por exemplo: água ou polímero) • Método de carregamento e descarregamento da peça de trabalho (por exemplo: manual ou mecânico) • Remoção da peça após o tratamento térmico • Tipo de revenimento (em forno ou indutivo) * Parâmetros selecionados pelo vendedor baseados em informações recebidas. Parâmetros chave de processo para o aquecimento indutivo incluem: • Tipo (pontual ou de varredura) • Frequência • Posicionamento da peça (rotação) • Fluxo e pressão do meio de resfriamento • Têmperatura do meio de resfriamento • Tempo de resfriamento • Concentração do meio de têmpera (se polímeros) Questões a Perguntar As questões a seguir, bem como suas respostas, podem ajudar a instruir o comprador: • Quantos kilowatts são necessários para fazer este trabalho? • Qual frequência é necessária para o trabalho? • Como a peça é colocada e removida do equipamento? • Quantos e quais são os tipos de bobinas de indução necessários para tratarmos nossas peças? • Como funcionam os sistemas de controle? Há uma interface de conversação amigável? Ela tem as informações que precisamos? • É necessário o uso de pirômetro ótico como parte do sistema de 18 Industrial Heating - Junho 2010

controle? Quais os efeitos de superaquecimento e de sub-aquecimento, e como podemos rejeitar peças baseados em critérios térmicos? • Quais, se existirem, são os gradientes térmicos de ponta a ponta da peça, e do centro para a superfície? • Qual é a voltagem que deve estar disponível no local? • Qual é o tipo de sistema de resfriamento necessário? Se já existe, há capacidade não utilizada? • Qual é o custo de operação do equipamento por unidade de tempo? Há custo adicional para uso de energia elétrica em horários de pico ou fora de pico? • Qual é o custo de instalação do equipamento? • Quais são as necessidades de manutenção no equipamento? Com que frequência elas devem ser realizadas? • Qual é o espaço necessário para a instalação do equipamento em uma dada configuração? • É necessário um sistema de ventilação ou de exaustão? • É necessário lavar as peças antes dos tratamentos térmicos indutivos? Além destas perguntas, há alguns aspectos que deverão tratados com maior ênfase. Alimentação de Energia A energia, expressa em kilowatts (kW), refere-se a quantidade de energia que deve ser alimentada ao equipamento indutivo. A potência deve ser dimensionada para permitir o quecimento de uma determinada massa ou uma determinada área, em uma têmperatura específica por um tempo específico. Uma regra geral é que a área

Fig. 1. Sintonização quase perfeita

•

rial H

tanto da potência quanto do tempo de aquecimento, mas é considerada típica para a maioria dos casos encontrados na indústria: • A 450 kHz obtém-se profundidades de cerca de 0,7-1,0 mm • A 100 kHz obtém-se profundidades de cerca de 1,3-2,0 mm • A 30 kHz obtém-se profundidades de cerca de 2,0-3,0 mm • A 10 kHz obtém-se profundidades de cerca de 2,3-5,1 mm

Fig. 2. Componente do sistema de direção automotiva aquecido com uma bobina usinada de uma volta

exposta as bobinas tenha energia da ordem de 6-12 kW/pol2. A microestrutura da peça (recozida, normalizada, têmperada e revenida) também influencia na densidade de potência (kW/pol2) necessária. Por exemplo, uma peça com microestrutura têmperada e revenida é ótima para a maioria das aplicações indutivas. No entanto mais potência não é necessariamente melhor. Unir a potência à frequência é a chave para melhorar. Enquanto mais potência permite que o aquecimento seja mais rápido, ela também pode fundir a superfície ou produzir uma superfície irregular, que é mais prejudicial que o próprio endurecimento, além de uma maior dificuldade para controle do crescimento de grão. Frequência Alta frequência na forma de corrente alternada é passada através das bobinas indutoras para criar um campo magnético que produz correntes elétricas na peça de trabalho. Estas correntes são geradas no metal da peça, abaixo da superfície. A resistência à passagem destas correntes é a principal fonte de aquecimento do metal. As seguintes regras para se obter uma taxa de penetração relativa (profundidade de camada) podem ser úteis. Esta informação depende da aplicação específica e também

A profundidade de penetração da corrente (profundidade têmperada) é uma função do diâmetro da peça e da resistividade do material. Existe uma profundidade ótima de penetração da corrente, que é o que cada fabricante tenta atingir. Elevadas frequências tem uma distinta vantagem quando não se tem uma boa microestrutura de partida (recozida ou normalizada). Elevadas frequências permitem uma maior concentração de energia próxima a superfície da peça, evitando a necessidade de um maior tempo de aquecimento ou de uma maior densidade de energia, o que seria mais custoso em termos do consumo de energia. Sintonização Sintonizar o gerador de energia é muito importante para se atingir o perfil de têmpera desejado e para a eficiência do sistema. Isto é feito através do ajuste da taxa do transformador ou pela adição/subtração de parte do capacitor, de modo a atingir a frequência desejada, com um balanço entre a carga de entrada em relação a corrente, tensão e potência. Estes dados são em geral avaliados no painel do gerador de energia. O objetivo é ter um sistema que precise da menor quantidade de sintonização, a qual se torna mais importante quando os níveis de energia se aproximam do limite da taxa de transformação. Para uma consistência do aquecimento, a energia de entrada deve ser sintonizada de modo que o indutor não atinja seu limite. Capacitores controlados por computador ou automatizados para uma receita pré-definida podem ser utilizados para o carregamento de peças de dimensões diferentes e que são

aquecidas em um mesmo equipamento. A maioria dos fabricantes de transformadores projetam uma janela de sintonização que permite que sejam feitas algumas mudanças antes do início do ciclo de tratamento. Quando apenas uma peça de trabalho é tratada em um sistema, a sintonização é necessária somente para cada inicialização ou para testes. Bobinas Todas as peças de trabalho tem suas próprias funções, formatos e propriedades. As bobinas indutoras são refrigeradas à água através de sistemas de tubos de cobre ou usinadas a partir de blocos sólidos de cobre. Elas são projetadas e construídas especificamente para atingir as necessidades metalúrgicas e as taxas de produção das peças de trabalho. As bobinas necessitam de manutenção periódica (reparos) e devem ser escolhidas para as aplicações de varredura, aquecimento estático ou pontual. Os indutores de varredura (Fig. 2) podem ser de uma volta ou de múltiplas voltas. O número de voltas necessário é determinado pela habilidade em carregar a carga (sintonização) da bobina para o transformador externo no sistema de energia ou em atingir determinados critérios de processos. Uma zona de aquecimento muito ampla afeta o final da zona de transição da peça. A varredura permite o uso de um gerador de potência pequeno e é facilmente adaptável

Fig. 3. Bobina pontual (ou estática) Junho 2010 - www.revistalH.com.br 19

rial H

•

para um processo manual ou automatizado para o tratamento de diversos diâmetros ou comprimentos da peça de trabalho. Os indutores pontuais (também conhecidos como indutores estáticos) são projetados para um determinado padrão de tratamento térmico em uma peça de trabalho específica e são comumente utilizados em aplicações de elevada produção (Fig. 3). Eles usualmente apresentam tempos de aquecimento muito baixos e tem uma posição fixa em relação a peça, sendo rotacionados enquanto aquecem. A têmpera pode ocorrer com a peça dentro da bobina, ou a peça pode ser conduzida para um anel de resfriamento ou submergida em um tanque com agitação. Os sistemas de indução que precisam de diferentes bobinas para tratar diferentes peças utilizam conectores rápidos que não precisam de ferramentas para trocar as bobinas. Os sistemas que trabalham com um tipo único de peças podem utilizar conexões com parafusos e grampos (precisando de ferramentas para substituição). Controles Os sistemas de controle devem ser baseados na funcionalidade, precisão e nas necessidades de gerenciamento. Fatores como: a frequência de substituição dos indutores, o número de etapas da operação, o grau de instrução do

operador, a complexidade da peça de trabalho (ou da carga) e a utilização final do produto, devem ser considerados quando da seleção do melhor tipo de controle. Os controles podem ser simples como um temporizador no gerador de energia. Um sistema de controle ideal deve utilizar, um programa baseado em Windows, um computador com um monitor colorido, que seja capaz de armazenar centenas de processos de diferentes peças. Um sistema computacional pode armazenar dados como tempo, pressão de têmpera, fluxos e têmperaturas para uma peça em particular, potência na bobina e velocidade de varredura. Cronogramas de manutenção e plantas ou mesmo vídeos mostrando o funcionamento da bobina podem ser armazenados no HD. Necessidades Futuras O ingrediente chave para uma compra bem sucedida é a flexibilidade e a adaptabilidade a inovações. A lista a seguir pode ajudar a determinar se você precisa desta característica agora ou se ela deve ser incorporada no equipamento no futuro. Também o ajudará saber: Quanto isso irá custar? • Ajuste automático da frequência do gerador de energia • Carrossel automático de troca do indutor • Desenvolvimento de receitas automatizadas

• Cálculo computacional dos níveis de energia, velocidade de varredura e tempos necessários para processamento da primeira amostra para subseqüente avaliação metalúrgica baseada nos dados de entrada (diâmetro da peça a ser processada, profundidade de camada necessária, tipo de material, face e dimensões do indutor) • Testes automatizados de dureza e de profundidade de endurecimento na máquina de tratamento térmico • Processamento rápido e em tempo real dos dados • Controles simples e menos dispendiosos • Uma bobina que se ajuste a todas as peças. IH Referências 1. Mr. Fred Specht, Ajax-Tocco-Magnethermic, private correspondence and editorial review. 2. Doyon, Gary and Rudnev, Valery, Basics of Induction Heating, ASM Heat Treating Conference & Exposition (Detroit), 2007. 3. Specht, F. R., Rules of Thumb for Forging Installations, 19th Conference Proceedings (Cincinnati) ASM International, 1999. 4. Specht, Fred R., Controls for Induction Heating Systems A to Z, ASM Heat Treating Conference & Exposition (Indianapolis), 1997.

Fornos para Fundição A Sauder, comemorando 25 anos de existência em 2010, agradece a confiança, apoio e credibilidade dedicada por nossos inúmeros clientes, fornecedores e amigos orgulhando-se do privilégio de ter contribuído no desenvolvimento de soluções produtivas junto aos mais diversos setores industriais, fornecendo

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Você Sabia? Processamento Térmico e Metais no Dia-a-Dia

A Arte de Fazer Joias

epois de ter dispensado um tempo com alguns joalheiros recentemente, é nítido que o talento artístico é uma exigência para esta vocação. Embora a tecnologia tenha progredido através dos anos, a ourivesaria usa de técnicas ainda dos dias antigos. Enquanto a ourivesaria possa ser (e é) feita de uma variedade de metais, o ouro continua a ser a escolha principal hoje assim como no Egito há 3000 anos A.C. Assim como naquela época, usa-se o ouro, pois ele é raro, não mancha e é maleável. Isto significa que o ouro pode ser moldado intensamente com facilidade. A palavra joalheria deriva da palavra jóia. Esta é uma versão anglicanizada da palavra no francês antigo “joule”. Originalmente, parece ser a palavra latina “jocale”, significando brinquedo. As técnicas para criar as jóias podem nos soar mais parecidas com um dia numa fundição de aço: um cadinho, forjaria, fundição, soldagem, laminação, rebarbar e entalhar. A foto nesta página mostra a técnica de fundição de um joalheiro fazendo um anel e cinco penas de escrever usando ouro amarelo. A segunda foto mostra um produto fundido ainda aderido à base (lingote). A matéria prima do ouro é comercializada tanto pelas refinarias quanto por pessoas dispostas a dispor de jóias que não usem mais. Assim como em muitos processamentos e não diferente de outros, o material de joalheria permite reciclagem indefinidamente. A pureza do ouro de 14K é de 58.5% e o do ouro de 18K é de 75%. Ouro amarelo é uma liga com algum montante de cobre, zinco, níquel e prata. Ouro branco vem crescendo em popularidade. É uma liga de níquel e prata e tende a ser pouco mais duro que ouro amarelo graças a um teor mais elevado de níquel. O processo para criar uma peça fundida para ourivesaria começa com a criação de um modelo. Este modelo é, então, entalhado em cera exatamente como deve aparecer na peça final. Esta peça em cera é daí moldada no gesso para obter-se um molde daquele produto.O molde em gesso é então levado num forno à temperatura de 648-760°C para que a cera se volatilize. Por uma boa razão, isto foi conhecido por longo tempo de processo da” perda de cera”. Até o final deste processo, o metal - ouro de 14K, neste casoserá derretido à parte num cadinho de carbono. O ponto de fusão para o ouro de 14k é de cerca de 900°C, e para purificá-lo será necessária a temperatura de 954-982°C. Carbono é auto-limpante, resultando num produto final da maior pureza possível. Quando o ouro estiver totalmente derretido, remove-se o molde de gesso de dentro do forno e coloca-se sobre uma fonte de vácuo.O ouro é, então, drenado para dentro do molde e o vácuo faz com que o ouro se instale dentro dos menores detalhes do desenho da peça a ser obtida que foram deixados pela cera volatilizada . O molde de cera é, então, removido do vácuo e a peça de 22 Industrial Heating - Junho 2010

metal preparada adequadamente. Usa-se, então, fazer outro molde de borracha silicone. Este molde será usado para criar tantas peças quanto necessárias para a linha de produção, que serão usadas para demais fusões conforme descrito anteriormente. A foto da fundição mostra que um anel foi fundido com cinco penas de escrever. Para cada pena foi feito um molde de cera. Diversos deles foram colocados no molde de gesso para facilitar o enchimento. O botão de ouro na base, que era a parte superior do molde, simplesmente será reciclado e reaproveitado. Agora que a peça fundida está completa, as peças individuais serão separadas do “lingote”. Devido a detalhes delicados do material fundido, neste caso será necessário pouco trabalho para dar acabamento no produto obtido. Normalmente, somente um tapa suave ou uma leve torcida é suficiente para remover as sobras da fundição. Para peças como o anel, poderão ser ajustadas pedras preciosas (gemas) após providenciar um assento dentro do metal inserindo aí a pedra e envolvendo-a com ouro para fechá-la em seu lugar. Agora que você já sabe o que é necessário para produzir estas jóias lindamente detalhadas, você certamente vai querer para dar a alguém nesta estação de festas, pois o natal vai estar aqui antes que você saiba, passe, então, logo na sua joalheria favorita. IH

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Novidades da Indústria

Usiminas divide grupo para valorizar ativos

grupo Usiminas, tradicional produtor de aço, anunciou ontem a criação de uma empresa nova. O grupo vai repassar os ativos de logística e de mineração para a Mineração Usiminas S.A., que terá participação em ferrovias e portos. A nova empresa do grupo nasce com capital de US$ 4,5 bi; Sumitomo investe US$ 1,929 bi e terá 30% do capital. “O objetivo da mudança é fazer com que o mercado tenha uma melhor percepção desses ativos, que, no grupo, não tinham visibilidade”, diz Wilson Brumer, presidente do conselho de administração da Usiminas. Segundo Brumer, o valor de mercado da Usiminas varia entre R$ 25 bilhões e R$ 28 bilhões. A expectativa é que, separadas, siderurgia e mineração resultem em maior valor de mercado. A Usiminas ainda considera abrir o capital da mineradora. A nova empresa nasce com capital de US$ 4,5 bilhões e deve chegar a US$ 6,4 bilhões a partir da entrada da japonesa Sumitomo, prevista para agosto. O sócio estratégico injetará US$ 1,929 bilhão com a aquisição

Resistências e Bancos de Aquecimento

Peças em Aço Inox para Altas Temperaturas Fornos e Estufas Industriais

das ações emitidas pela nova empresa. O aporte dará à Sumitomo 30% do capital da Mineração Usiminas. Os Ativos Além das quatro jazidas de minério de ferro (com 2,6 bilhões de toneladas da matéria-prima em reservas), a nova empresa terá outros ativos. Receberá ações da MRS Logística, grande transportadora de minério de ferro. O grupo Usiminas repassará lote de 16,6% do capital da MRS para a nova empresa. Ficará apenas com 3,4%. A Mineração Usiminas receberá um terreno para a construção do porto em Itaguaí (RJ). O plano da mineradora é produzir 29 milhões de toneladas de minério a partir de 2015. Hoje, a produção é de 7 milhões. Para alcançar essa marca, a nova empresa investirá R$ 4,1 bilhões. Com essa produção será possível atender a demanda anual de até 14 milhões de toneladas das unidades siderúrgicas. A Sumitomo terá prioridade na aquisição do minério excedente até o limite da participação na nova empresa, de 30%.

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Novidades da Indústria

Metalpó adquire equipamento de eletroerosão para ferramentaria

Metalpó, empresa do Grupo Combustol & Metalpó, dedicada exclusivamente à metalurgia do pó, produzindo pós metálicos não ferrosos e peças sinterizadas, adquiriu, no início de junho, um novo equipamento de eletroerosão para sua área de ferramentaria, com o objetivo de ganhar velocidade e precisão, agregando maior qualidade ao produto final na linha de produção da fábrica. O equipamento é da empresa Agie Charmilles, líder mundial na venda deste tipo de produto de alta tecnologia. “Este equipamento faz perfis em machos, punções e matrizes usados na conformação de peças fabricadas por metalurgia do pó, utilizando eletrodo de grafite ou cobre como elemento condutor para erodir o componente da ferramenta a ser fabricada. A conformação por eletroerosão de penetração está entre os métodos mais sofisticados e utilizados pela indústria e ganhou espaço considerável nos últimos anos nas fábricas de todo território nacional devido ao seu avanço tecnólogico”, declara Silvio Bartoletti, gerente de engenharia da área de projetos da Metalpó. Entre outros benefícios gerados pela instalação deste novo equipamento, de acordo com Bartoletti, destacam-se a economia na compra de serviços terceirizados, obtenção de um estoque de componentes de reserva e uma alavancada no atendimento à própria fábrica. De acordo com o engenheiro, a aquisição do equipamento foi necessária para que a área ganhasse mais força na produção de peças. “A fabricação de produtos mais complexos nos exigiu uma atualização técnica. Este recurso fará com que a área obtenha maior velocidade, o que certamente impacta no atendimento ao cliente, que deverá ser atendido em menor tempo”, explica Bartoletti. Na usinagem por eletroerosão, a peça permanece submersa em um líquido e, portanto, há rápida dissipação do calor gerado. Nela, não há força de corte, pois o contato entre a ferramenta e a peça não é efetuado, por isso, não se formam as tensões comuns dos processos convencionais de usinagem. Como vantagem adicional, o processo permite um controle rigoroso da ação da ferramenta sobre a peça usinada, graças a um servo mecanismo que reage rapidamente às pequenas variações de intensidade de corrente, tornando-o adequado para atender às exigências atuais de qualidade e produtividade, com grande aplicação na confecção de matrizes para estampos de corte, moldes de injeção, cunhagem e fabricação de ferramentas de metal duro. 24 Industrial Heating - Junho 2010

Avanços no Projeto de Queimadores Autorrecuperativos Jim Roberts – Eclipse, Inc., Rockford, Illinois, EUA. Mudanças significativas nas necessidades e nos processos do mundo industrial moderno forçaram também a mudança da tecnologia dos queimadores. Para entender os avanços realizados na indústria da combustão e na execução de projetos de queimadores, primeiramente precisamos rever o desenvolvimento dos queimadores de velocidade dos últimos 50 anos.

o final da década de 1950, prevalecia uma metalurgia simples, baseada em têmpera e recozimento. A produção metalúrgica, na maioria dos casos, era realizada em fornos do tipo caixa com chama direta e o mesmo processo de aquecimento era utilizado na produção de equipamentos pesados. Fornos com atmosfera controlada, em geral, eram utilizados na indústria de parafusos e para a produção de engrenagens para transmissão para a indústria automotiva. Estes fornos eram de construção estanque ao ar e a atmosfera, com a utilização de tubos metálicos para a transferência de calor. Os fornos

Fig. 2. Pré-aquecimento do ar de combustão por meio de um recuperador

caixa com chama direta, em geral, utilizavam um tipo de queimador de velocidade do tipo premix (Fig. 1). O conceito destes queimadores era obter uma mistura gasosa entre ar e combustível, forçando com que o produto da combustão saísse do bloco queimador com altas velocidades. Devido a esta velocidade, era produzida uma uniformidade de temperatura muito boa no forno, melhorando a transferência de calor para as peças, de forma que o usuário podia contar com uma qualidade constante tanto do processo quanto do produto. Havia, no entanto, desvantagens com o uso da tecnologia premix – baixa eficiência do combustível, limitando o turndown e a possibilidade do retorno da chama. Isto criou a necessidade de desenvolvimento de um grande número de tecnologias de queimadores com tubos misturadores para suprir estas limitações. O Custo da Energia Promove a Inovação Na década de 1970, o preço do combustível começou a subir, fazendo com que os usuários da combustão criassem uma demanda por novas tecnologias para di-

Fig. 1. Queimador de velocidade do tipo Premix, por volta do ano de 1950

minuir os custos com energia. Na Grã Bretanha e Alemanha, em particular, o custo do combustível fez com que os fabricantes desenvolvessem projetos com alta eficiência de combustível. Este foi o início de projetos dos processos atualmente conhecidos, modificando os bocais misturadores e adicionando elementos de pré-aquecimento do ar de combustão. No final da década de 1980, percebeu-se que com a utilização do ar de combustão em altas temperaturas em um queimador, a temperatura de chama aumentaria em algumas centenas de graus. Esta técnica poderia aumentar a transferência de calor para as peças, e produzir uma economia de combustível de cerca de 35%. Esta descoberta levou os projetistas a um desenvolvimento e refinamento do equipamento de chama direta e dos queimadores em tubos radiantes. Logo, seria alcançada uma eficiência de 55-65%, integrando-se uma seção recuperativa como parte do queimador (Fig. 2). Este tipo de projeto, agora, é amplamente aceito pelo mercado mundial, no qual os custos com combustíveis alcançaram os níveis vistos anteriormente na Europa e Ásia. Assim, no período de soJunho 2010 - www.revistalH.com.br 25

Gases Industriais / Combustão

vimento dos projetos dos queimadores autorrecuperativos.

Fig. 3. Economia de energia por tipo de queimador *Eficiência %

Economia/ano

Base de cálculo dos custos

Economia de energia em dólares

Atmosférico

$107,989

Atmosférico – corrigido

2,992

$107,989

$15,379

Bocal Selado – mistura no queimador

3,369

$107,989

$20,217

Recuperador remoto w/ selado misturador no bocal

8,992

$107,989

$53,956

Queimador autorrecuperativo

10,281

$107,989

$61,689

Tipo de queimador

Aquecimento necessário de 1 MMBtu. Baseado em $ 6,00 o gás, 7.200 horas de produção por ano e demanda de chama de 75%. *Baseado em HHV

mente 30 anos, houve uma modificação completa na tecnologia e na aceitação destas tecnologias tanto pelos fabricantes de fornos como pelos usuários finais dos fornos industriais A Nova Regra para Tecnologia de Controle Foi também neste período que um novo tipo de método de controle foi desenvolvido. Até a década de 1980, o controle dos queimadores era predominantemente ou uma operação de chama alta/baixa ou um controle modular ou proporcional. Nestes sistemas, a chama vinda dos queimadores era cíclica, subindo ou descendo com base na temperatura lida no forno, de forma a tentar alcançar a temperatura desejada. Com a operação alto/baixo, os ciclos dos queimadores estavam programados para duas condições diferentes. Com o controle modular ou proporcional, os queimadores poderiam ter um ciclo de ar e fluxo de combustível para atingir a temperatura almejada. Com a disponibilidade de controles computadorizados e válvulas para uso em altos ciclos, um novo tipo de sistema para controle do queimador, ou esquema, foi desenvolvido. Este tipo de controle, conhecido como chama pulsada, foi incorporado aos elementos de controle dos esquemas anteriores. Isto também permitiu que os queimadores aque26 Industrial Heating - Junho 2010

cessem de forma independente um dos outros, por tempos maiores ou menores. Isto, por outro lado, possibilitou um controle mais preciso da temperatura, sendo possível atender receitas de forma eficaz, para o aquecimento de produtos com especificações mais complexas. Com a tecnologia recuperativa alcançando níveis refinados, os projetos dos queimadores têm sido desenvolvidos para acomodar os novos métodos de aquecimento. Isto levou ao desenvolvimento de queimadores como o Eclipse Term Jet-style, que utiliza múltiplos níveis de ar para obter as características de aquecimento desejadas (Fig. 4). As vantagens deste tipo de queimador são: • Velocidades de saída extremamente altas, injetando os gases de combustão no forno para uma transferência de calor mais eficaz; • Níveis de emissão mais baixos devido às temperaturas de pico da chama serem mais baixas; • Um ajuste extremamente amplo das faixas de operação do ar de excesso e do gás para atingir a temperatura e configurações do processo. A característica básica desta tecnologia Jet continua avançando junto ao desenvol-

As Emissões Viram o Centro das Atenções Na metade da década de 1990, surgiu um novo problema para os projetistas de equipamentos para combustão e usuários – regulamentações sobre o meio ambiente e qualidade do ar, como o protocolo de Kyoto. Nos Estados Unidos, marcos regulatórios, como o California South Coast Air Quality Board, iniciaram uma demanda por qualidades do ar similares àquelas promovidas na Europa desde o início da década de 1990. Os mercados emergentes como o da Ásia seguiram a tendência mundial por queimadores projetados para maior eficiência e menos poluentes. Havia uma demanda por queimadores mais eficientes e com menores emissões. A técnica mais simples para diminuir os níveis das emissões de NOx dos queimadores com chama indireta foi o projetar o queimador como um equipamento para recirculação, retornando

Fig. 4. Corte do queimador estilo Jet, da Eclipse, ilustra o fluxo do ar

o produto gás de combustão para uma mistura com o ar de combustão. Isto foi possível com os avanços nas superligas e materiais com base cerâmica que poderiam suportar o aumento dos choques térmicos e as temperaturas dos gases de combustão e altas velocidades (Fig. 5).

Gases Industriais / Combustão

Fig. 5. Novo queimador autorecuperativo indireto da Eclipse, modelo SER V5

Novos Materiais Fornecem Maior Eficiência O queimador, o trocador de calor e o recirculador foram projetados para ser parte do queimador. O projeto deste engenhoso recuperador interno reduziu as dimensões dos fornos e aliviou a necessidade de trocadores de calor grandes, pesados e remotos para recuperar o calor perdido com os gases de combustão e devolvê-los aos queimadores. Com a demanda contínua por maiores eficiências e menores manutenções, os novos projetos de queimadores autorrecuperativos (Self Recuperative Burners, ou SRBs) para aplicações com chamas diretas e indiretas ainda estão melhorando. • O projeto do trocador de calor foi otimizado com o aumento da área superficial e o aumento da turbulência para melhorar a

Fig. 6. Novo queimador Eclipse TSJR com chama direta, autorrecuperativo, queimador de alta velocidade

transferência de calor por convecção. • Está se tornando comum nos novos projetos de queimadores uma eficiência na faixa de 70% (baseado nos valores de aquecimento mais baixos). • As emissões de NOx estão muito menores, como resultado da recirculação interna do gás de combustão. • Foi adicionado um isolamento interno para melhorar o ambiente de trabalho. • A cerâmica tem sido utilizada de forma mais frequente no trocador de calor e no bocal do queimador, permitindo assim a possibilidade de operação em temperaturas mais elevadas e aumento da vida útil. • A cerâmica também tem sido cada vez mais utilizada como recobrimento interno e externo para aplicações de chama indireta, aumentando a densidade de energia de saída e a vida útil destes componentes. Recentemente, o conceito de oxidação sem chama foi desenvolvido. Esta tecnologia existe para uma mistura muito lenta e controlada do combustível com o ar dentro da câmara do forno (ou tubo radiante, se for utilizada chama indireta). Como resultado, o pico de temperatura da chama fica abaixo dos estágios críticos nos quais são formados altos níveis de óxido de nitrogênio (NOx) Na página anterior, já faz referência ao NOx, portanto, deve-se explicar a sigla na primeira vez em que aparece, sendo desnecessário aqui. O desenvolvimento desta inovação na tecnologia de combustão está em andamento.

Projetos de Queimadores para o Futuro O SRB de hoje (e os de amanhã) é um projeto muito avançado. As características incluem: • O uso de superligas e cerâmicas assegura que a vida dos componentes seja medida em décadas em vez de anos; • O uso de trocadores térmicos avançados aumenta a eficiência de 25% para 80% ou mais; • As velocidades de saída são projetadas para o processo exato no qual será utilizado; • Opera em quase todos os processos baixo/ alto, modulado, ou chama pulsada; • Redução dos níveis de emissão em quase 90% em somente 10 anos. Concluindo, a tecnologia dos queimadores de amanhã continuará sendo refinada e deverá conter um controle de processo ainda maior, eficiências mais altas e menores emissões. Com todas estas melhorias, certamente será alcançada uma combustão perfeita. IH Revisão de tradução gentilmente cedida por César Augusto Pedrazza, Combustherm Montagem e Comércio de Equipamentos. Tel: (11) 4596-5757. www.combustherm.com. br; cesar@combustherm.com.br Para mais informações contate: Jim Roberts, gerente industrial – mercado de metais; Eclipse, Inc., 1665 Elmwood Road, Rockford, IL, EUA 61103; tel: +1-815-637-7217; e-mail: jroberts@eclipsenet.com; web: www. eclipsenet.com Junho 2010 - www.revistalH.com.br 27

Tratamento Térmico

Têmpera e Revenimento de Parafusos Peter Kreimer – Aichelin Heat Treatment Systems Inc.; Mödling, ÁUSTRIA As exigências atuais de qualidade e as restrições econômicas tem contribuído com o avanço da tecnologia dos fornos para tratamento térmico de parafusos e porcas, com fornos tipo esteira se destacando como projeto dominante. Este artigo, de uma forma geral, descreve o processo de têmpera e revenimento e a tecnologia da planta que é comumente empregada na indústria moderna de componentes de fixação em especial parafusos. É dada ênfase no monitoramento completo do fluxo da carga, em relação à uniformidade das propriedades finais como resistência à tração e tenacidade de cada parafuso.

têmpera e o revenimento são sem dúvida os tratamentos térmicos mais importantes na indústria de parafusos. Esta etapa importante da produção quase sempre é empregada em peças de segurança automotiva. A base para o tratamento térmico de parafusos é a norma EN ISO 898-1, a qual demanda uma estrutura homogênea do aço temperado e revenido. Nos aços não ligados e de baixa liga a quantidade de carbono deve estar entre 0,25 e 0,35%, para que ocorra a melhor combinação entre resistência à tração e tenacidade. Uma resistência à tração na faixa de 800 a 1.300 N/mm2 talvez possa ser atingida sob certas condições sem o tratamento térmico final, se for empregado forjamento a frio e envelhecimento ou micro liga, mas, até agora, estas aplicações tem sido limitadas. Tecnologia do Forno As exigências por determinadas características do parafuso demandam um forno

projetado especialmente para tratar estas peças, uma instalação com tecnologia confiável, experiência de campo, conhecimento dos parâmetros físicos e metalúrgicos do processo, além das respectivas influências nos resultados do tratamento térmico. Isto é especialmente importante para produções em massa de parafusos com diâmetros que vão de menores que 2 mm a maiores que 50 mm. Em geral, espera-se que todas as peças estejam livres de defeitos e tenham propriedades bem definidas com pequenas distorções de dureza, resistência à tração, tenacidade e resistência à fadiga, entre outros. Os objetivos da instalação e do forno são os seguintes: • A mais alta capacidade de processamento dentro de uma faixa de tolerância e confiabilidade dos parâmetros da instalação • Disponibilidade e produtividade da planta • O mais baixo custo por ciclo, considerando custos de operação (consumíveis) e vida em serviço (manutenção preventiva) • Mínimo impacto ambiental

Fig. 1. Vista parcial de uma linha de têmpera e revenimento com carregamento nominal de 2.000 kg/h

Para atingir tais objetivos, os parafusos são tratados termicamente principalmente em linhas de fornos contínuos projetados para as necessidades do cliente e possivelmente projetados para que todas as peças tenham o mesmo impacto gás/fluido e ambiente/temperatura. Os valores estatísticos característicos que descrevem o grau no qual as propriedades necessárias são satisfeitas são Cmk e Cpk, para equipamento e processo, respectivamente, com o fator “k” ajudando para indicar a posição do desvio entre os limites de tolerância especificados. Freqüentemente os valores de k podem ser adaptados para a temperatura de revenimento, por exemplo. Um valor usual aceitável para Cmk e Cpk é >1,67. As faixas de tolerância para resistência à tração prescritas na EN ISO 898-1 são, em geral, reduzidas para 50 MPa, especialmente para a indústria automotiva. Observando de forma precisa as curvas teóricas de têmpera e revenimento torna-se secundária a distribuição homogênea das propriedades de Junho 2010 - www.revistalH.com.br 29

Tratamento Térmico

cada parafuso, no entanto, é crucial um monitoramento contínuo dos parâmetros como temperatura, fluxo de recirculação e composição do gás de proteção. Devido as desvantagens econômicas com grandes produções, fornos de câmara universal são utilizados para aplicações especiais tais como o posicionamento de parafusos longos e finos que estão sujeitos a flexão ou para melhorar a flexibilidade com cargas pequenas. A figura 1 mostra uma linha completa de forno contínuo de esteira, que consiste (na sequência) de uma estação de carregamento para container, uma máquina de pré-lavagem com desfosfatização, o forno de austenitização, um tanque de têmpera em óleo, uma maquina de lavar para póslavagem, o forno de revenimento (brilhante), seguido de resfriamento em óleo solúvel e uma estação de descarga para container. As linhas de operação de fornos contínuos com esteira para parafusos podem ser divididas tanto em fornos com esteiras de elos fundidos como com esteiras em malha de arame. Os fornos com esteiras de elos fundidos são empregados para têmpera e revenimento de parafusos mais complexos de M5 a M48 com cargas entre 500 e 3.000 kg/h (Fig. 2). Uma característica adicional destes fornos com esteiras mais robustas

é que a carga pode ser aproximadamente duas vezes maior que a carga com esteira de malha de arame, e que a entrada do forno pode ser fechada com uma comporta vedada para gás de proteção. Estas características reduzem consideravelmente o consumo de energia e de gás de proteção. O forno, em geral, é aquecido com queimadores recuperativos a gás usando tubos radiantes de cerâmica ou aço refratário fundido, e é economicamente viável para produções em larga escala, com grandes lotes de tratamento térmico. As linhas de fornos contínuos com esteira malha de arame são ideais para fixadores de M2 a M24, com carregamentos menores de aproximadamente 100 a 1.000 kg/h (Fig. 3). Características adicionais destes fornos: • Apropriado para fixadores menores • A esteira de carregamento pode ser monitorada facilmente pelo lado externo • O acionamento da esteira é feito pela movimentação de uma placa alveolada ou por um suporte de roletes • Aquecimento elétrico para cargas menores As máquinas de lavar contínuas são disponíveis nas versões rosca sem fim e esteira transportadora para uma limpeza alcalina dos parafusos antes e após a têm-

Fig. 2. Forno com esteira fundida para a produção de até 3.000 kg/h com a porta frontal aberta para manutenção

30 Industrial Heating - Junho 2010

pera. A pré-lavagem também consiste de um estágio de desfosfatização necessário para o grau 12,9 pela EN ISO 898-1, já que o fosfato criado pelo recobrimento do arame pode resultar em uma perigosa descarbonetação da superfície. A pós-lavagem, além de limpar o óleo de têmpera, deve também garantir que os parafusos sejam secos de forma apropriada antes de entrarem no forno de revenimento. Têmpera As temperaturas de austenitização para os parafusos estão, em geral, na faixa de 880-900°C. O objetivo deste forno é austenitizar de forma homogênea e dissolver os carbonetos de ferro e de liga presentes no aço, isto porque, os carbonetos ou um menor teor de carbono na austenita, deterioram a dureza dos parafusos na têmpera subsequente. O processo ocorre sob uma atmosfera protetora endotérmica e neutra, que pode ser de gás natural ou de propano. De forma alternativa, também pode ser utilizado, no interior do forno, nitrogênio com metanol craqueado no interior da câmara do forno. O controle do potencial de carbono para adaptá-lo ao teor de carbono do aço do parafuso pode ser feito para ambos os processos e com ferramentas como sonda Lambda ou com sonda de oxigênio. O tempo de austenitização e dissolução dos carbonetos em parafusos conformados a frio e baixa liga varia entre 10 e 15 minutos, com um bom recozimento anterior. Além disso, os tempos de aquecimento e de encharque para parafusos com maior diâmetro e maior peso são maiores. Isto implica que o carregamento ~ (peso da carga)/ (tempo de permanência no forno) depende das dimensões do parafusos, da densidade da carga e da distribuição da temperatura no forno. Um exemplo de curva de temperatura medida de um parafuso e a derivada do tempo de permanência em um forno de austenitização é apresentado na Fig. 4. O duto de queda para transferir os parafusos para o banho de têmpera é aquecido para prevenir o resfriamento prematuro dos parafusos de forma que pudessem permanecer moles. Há uma cortina de óleo que previne que o vapor do óleo têmpera entre

Tratamento Térmico

de cada parafuso, devido à falta de circulação de ar. A técnica de têmpera supõe que a quantidade de elementos de liga presente no parafuso seja alta o suficiente para que ele atinja a velocidade crítica de têmpera na seção total do parafuso. Em têmperas rápidas para M48, ligas como a 34CrNiMo6 tem que ser utilizadas para endurecer o núcleo. O risco com têmperas rápidas é de que ocorram trincas devido a alta concentração de tensões internas causadas pela transferência de calor durante a têmpera. O conhecimento da dureza do parafuso baseado na concentração de carbono com 99,9% de martensita pode ser facilmente utilizado para confirmar se ocorreu a transformação completa da austenita, retirando-se amostras durante o processo de produção. Revenimento O revenimento controla as propriedades finais dos parafusos. Os parâmetros que determinam as propriedades finais, como resistência à tração e tenacidade são a temperatura de revenimento e o tempo de aproximadamente 60-120 minutos. Como regra, quanto mais alta a temperatura e mais longo o tempo de permanência do parafuso no forno de revenimento, menor será a resistência à tração e maior será a tenacidade. A velocidade de decomposição da martensita é uma função exponencial da fração de martensita não transformada de forma que tanto o tempo de aquecimento quanto o tempo de permanência à temperatura são somados. Para se alcançar resultados com uma faixa de tolerâncias menor não é suficiente se

concentrar nas quantidades de carbono e de elementos de liga do parafuso. As análises metalúrgicas (18 elementos) de cada lote do tratamento térmico tem que ser realizadas para uma configuração refinada dos parâmetros do forno. Outro fator importante na determinação da qualidade é a distribuição dos parafusos na esteira. Se eles estiverem empilhados, o aquecimento e o tempo de permanência podem variar e, assim, pode haver uma dispersão significativa das propriedades mecânicas finais. Os fornos de revenimento também podem ser com esteiras transportadoras do tipo de malha de arame ou de elos fundidos, ligadas à saída dos fornos de têmpera. A saída também é uma função da densidade geral. Como a transferência de calor no revenimento, em uma faixa típica de temperatura entre 350 e 570°C depende principalmente da convecção provocada pelos recirculadores ou ventiladores, a menor densidade geral (parafusos finos) permite que pesos mais elevados tenham propriedades finais constantes. Para se atingir uma atmosfera de recirculação eficiente, o forno é dividido em múltiplas zonas e controlado de forma precisa. De forma alternativa às atmosferas de ar ou nitrogênio, o processo chamado de “revenimento brilhante” pode ser realizado com gás de proteção. O objetivo é reduzir o risco de fragilidade ao hidrogênio. Como os modernos recobrimentos lamelares superficiais com zinco requerem uma superfície brilhante (não é permitido cores do revenimento), assim, normalmente reduz-se a camada oxidada de forma que a

1000

900

Temperatura, ˚C

800

(Acima) Fig. 3. Seção do forno de austenitização com esteira de malha de arame com um sistema integrado de têmpera em óleo para uma carga de 500 kg/h (Cortesia de SAFED) (Direita) Fig. 4. Termopar para medir a uniformidade de temperatura em um forno de têmpera com 1.000 kg/h

700

Tempo de encharque

Aquecimento

600

Austenitização

14 12

Tempo de permanência à temperatura (D T<10°C)

500

400

8 Temp. lado direito da cinta Temp. lado esquerdo da cinta Temp. centro da cinta Temp. espalhada

300 200 100

Temperatura dT (K)

no forno de austenitização. Acima disso, na parte superior do duto de queda, há um sistema para sucção de gás com vapor de óleo para proteger a atmosfera. A têmpera da martensita de parafusos de boro ou de aço alta-liga é feita em óleo mineral para atingir a velocidade crítica necessária de resfriamento para a transformação austenítica e para evitar flexão ou até mesmo trincas. A profundidade de têmpera depende principalmente do diâmetro do parafuso, e então da quantidade de elementos de liga na sua composição. A velocidade de têmpera varia de 1-2 m/s praticamente independente do tamanho. A descarga é normalmente realizada utilizando uma esteira transportadora, sendo os parafusos de menor dimensão retirados também com o auxílio de transportador magnético. Como a maioria dos parafusos, devido a física de transferência de calor, precisa de um tempo maior para o resfriamento, eles chegam a esteira transportadora ainda na forma mole, vermelho incandescente, ou seja, no estado austenítico. Como exemplo, o tempo para resfriar um parafuso M16 de 20MnB4 a partir de 500°C é de aproximadamente 10 segundos. Isto significa que a mínima velocidade de têmpera de acordo com o tipo de aço deve ser função da capacidade do meio de têmpera de entrar na área de impacto. Se a esteira transportadora estiver muito lenta, com o objetivo de extrair o calor de forma a evitar a fumaça do óleo, os parafusos poderão acumular-se na esteira e reduzir a velocidade de têmpera

4 2

15 20 Tempo, min

Junho 2010 - www.revistalH.com.br 31

Tratamento Térmico

preparação superficial possa ser reduzida ou até mesmo eliminada. Após o revenimento, os parafusos são resfriados em um banho de óleo solúvel com 1 metro de profundidade. Na maioria dos casos, a propriedade superficial dos parafusos ainda pode ser preta (após o óleo). Os poros da camada do óxido Fe3O4 com espessura de 1-3µm são preenchidos com óleo residual. Para criar esta aparência preta, a temperatura de revenimento mínima deve ser de 400°C. A superfície resultante protegerá o suficiente contra corrosão durante o armazenamento dos parafusos. Problemas Comuns Originados no Tratamento Térmico dos Parafusos A produção em massa dos parafusos causa problemas específicos que devem ser considerados e minimizados durante o projeto e a operação das instalações de fornos contínuos. Os mais importantes são: • Danos nas roscas devido ao manuseio da carga, especialmente na estação de carregamento do container e na máquina de prélavagem, quando os parafusos ainda estão moles. A rosca fina somente deve ser feita após o tratamento térmico. • Mistura de lotes de tratamento térmico nas esteiras. • Flexão dos parafusos com relação comprimento/diâmetro > 12. Estes parafusos devem ser posteriormente removidos ou tratados

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termicamente em um forno do tipo câmara universal. • Contaminação por depósitos alcalinos vindos do forno de alta temperatura e a sua influência no tratamento térmico dos parafusos. Isto pode ser reduzido por um estágio de dupla lavagem após a desfosfatização na máquina de pré-lavagem e empregar uma tripla cascata de água com água fresca diretamente jateada nos parafusos no estágio final de lavagem. Conclusão O desafio do tratamento térmico de parafuso está na habilidade da produção em massa enquanto é necessário que cada peça saia do processo com os mesmos valores finais de resistência à tração e tenacidade. O desenvolvimento dos fornos atuais está focado em reduzir as faixas estatísticas de tolerância destas propriedades. IH Revisão de tradução gentilmente cedida por Irineu S. Rocha, Aichelin Brasil Ltda. Para mais informações: Contate AICHELIN BRASIL Ltda. Av. Vela Olímpica, 450 CEP 18087-350 – Sorocaba – São Paulo Email: info@aichelin.com.br Tel.: +55 15 2101-1188 / Fax: + 55 15 3325-4178 www.aichelin.com.br

Cerâmicas e Refratários / Insulação

Cerâmicas Avançadas para Sensores Térmicos e seu Revestimento Fred Kimock – Morgan Technical Ceramics; Fairfield, Nova Jersey, EUA Bem Fasel – Morgan Technical Ceramics – Alberox Products; Bedford, Massachussets, EUA As cerâmicas avançadas são especialmente projetadas para as aplicações industriais que necessitam de uma interface física entre diferentes componentes devido a sua habilidade de suportar elevadas temperaturas, vibrações e choques mecânicos.

xemplos de aplicações de cerâmicas avançadas da Morgan Technical Ceramics – Alberox business (MTC-Alberox) são os sensores para monitoramento térmico, revestimentos de termopares e detectores de incêndio construídos com uma variedade de componentes metálicos e alumina de alta pureza. Inicialmente, estes componentes foram utilizados para aplicações aeroespaciais, mas eles também podem ser utilizados para a confecção de sensores para o monitoramento de temperatura e de pressão industriais. Brasagem Metal-Cerâmica Assegura Isolamento Elétrico A brasagem de conexões metais-cerâmicas é utilizada quando se faz necessário um isolamento elétrico. Ela consiste de um componente metálico, em geral, uma tampa ou tubo, brasado a um isolante feito de cerâmica, em uma variedade de purezas, o qual é então brasado com um outro componente metálico (novamente um tubo ou uma tampa). A cerâmica

faz o isolamento elétrico entre os dois componentes metálicos. Estes componentes metálicos-cerâmicos são selados por brasagem com metais e ligas de alto

desempenho, que geram uma selagem de alta qualidade. As caixas de junção para termopares consistem em pares de materiais para ter-

Motivados pela busca da indústria aeroespacial por materiais de alto desempenho com menores custos, os cientistas de materiais e os fabricantes de componentes cerâmicos continuam a desenvolver novos materiais e processos que utilizem as propriedades das cerâmicas de alto desempenho, particularmente aquelas que permitem que motores trabalhem em temperaturas mais altas e mais eficientemente. Junho 2010 - www.revistalH.com.br 33

Cerâmicas e Refratários / Insulação

mopares unidos a um conjunto isolante, o qual é brasado em uma carcaça metálica. O material é característicamente do tipo K com um terminal tipo plug. O material tipo K (cromel-alumel) é o mais comum para a maioria dos termopares de uso geral. A conexão para as saídas do plug do termopar é feita e, então, anexada ao conjunto do termopar. Exemplos de Cerâmicas Utilizadas para Aplicações Térmicas Óxido de Alumínio (Alumina) Uma grande variedade de materiais cerâmicos é utilizada para aplicações térmicas. Por exemplo, o óxido de alumínio (Al2O3) é a cerâmica de engenharia que oferece a melhor combinação de propriedades mecânicas e elétricas, permitindo diversas aplicações. A alumina pode ser produzida em uma grande variedade de purezas com a inclusão de aditivos que melhoram suas propriedades. Diferentes técnicas de processamento de cerâmicas podem ser aplicadas, incluindo-se a usinagem e a sinterização, de modo a se produzir uma grande variedade de tamanhos e formas de componentes. Além disso, a alumina pode ser unida a metais ou outras cerâmicas através das técnicas de brasagem ou de metalização. Um exemplo importante de aplicação é o detector de incêndio para aplicações aeroespaciais. O detector de incêndio é construído com uma grande variedade de componentes feitos de ligas resistentes à corrosão e de alumina de alta pureza, permitindo que ele se mantenha estável e hermético, mesmo em ambientes muito severos. A durabilidade dos componentes é testada através da ciclagem térmica entre -50ºC e 500ºC, assim como grandes períodos em temperaturas acima de 500ºC. Fabricados com materiais para brasagem à alta temperatura, os termopares são testados com gás hélio, assegurando sua confiabilidade e selagem. As características típicas da alumina incluem boa resistência mecânica e rigidez, boa resistência ao desgaste e dureza, boa resistência à corrosão e boa estabili34 Industrial Heating - Junho 2010

Componentes de titanato de zircônio e chumbo (PZT) da Morgan Technical Ceramics podem ser encontrados em muitos veículos atuais, aumentando a segurança, o desempenho, a eficiência energética e o conforto. Você pode encontrar exemplos de componentes de PZT embaixo do capô regulando o motor do carro; transdutores de PZT no sistema de medição do tanque de combustível; atuadores de PZT operando as válvulas pneumáticas ajustando a altura dos bancos; transdutores ultra-sônicos de PZT na frente, traseira e laterais, nos sensores de estacionamento; e geradores PZT nas rodas convertendo a energia da pressão para o sistema de monitoramento da pressão do pneu.

dade térmica. Estas propriedades fazem com que a alumina seja uma excelente escolha na fabricação de tubos para termopares e anéis de selagem, bem como para aplicações em isolantes elétricos e tubos para laser. Óxido de Magnésio (Magnésia) A magnésia densa não é, em geral, utilizada como uma cerâmica de engenharia. Entretanto, a magnésia de baixa densidade (30% de porosidade, por exemplo) é utilizada em uma grande variedade de aplicações devido a suas propriedades elétricas e refratárias. A MTC fabrica a magnésia de baixa densidade em uma ampla faixa de densidade chamada de Luminex. As características típicas do óxido de magnésio incluem elevada capacidade térmica, baixa condutividade elétrica, elevada condutividade térmica e boa resistência à corrosão. Este material é ideal para aplicações em elementos de aquecimento, tubos para termopares, cadinhos para altas temperaturas e revestimento de fornos.

Nitreto de Silício O nitreto de silício apresenta uma boa resistência mecânica à alta temperatura, resistência à fluência e resistência à oxidação. Além disso, ele apresenta baixo coeficiente de expansão térmica, o que gera uma elevada resistência ao choque térmico, quando comparado aos demais materiais cerâmicos. Tipicamente, o nitreto de silício é aplicado para fabricação de bainhas de termopares, esferas e roletes de rolamentos, ferramentas de corte, ferramentas para trabalho com metais fundidos, gabaritos, acessórios e bocais para soldagem. IH Para mais informações visite: www.morgantechnicalceramics.com ou contate um de nossos escritórios de vendas. Na Europa: Morgan Technical Ceramics, Bewlew Road, Stourport, Worcestershire, DY13 8QR; tel +44 1299 872210; fax: +44 1299 872218; e-mail: mtcuksales@morganplc.com. Nos EUA, Morgan Technical Ceramics, 26 Madison Road, Fairfield, NJ 07004; tel: +1 800-433-0638; fax: +1 973-227-7135.

Materiais Resistentes ao Calor e a Corrosão

Soluções Práticas e com Rápido Retorno para Poupar Energia Neils Bogh – Bogh Industries LLC; Puyallup, Wash, EUA. Reduzir os custos fixos de manufatura é a área onde a maior parte companhias tem procurado poupar dinheiro. O problema é encontrar áreas que possam ter seus custos reduzidos com o mínimo gasto de capital. Muitas soluções necessitam de investimentos significativos e um prazo de retorno longo.

experiência nos conta que pequenas mudanças e investimentos podem impactar significativamente nos custos da linha de produção. Este artigo irá apresentar áreas onde pequenos investimentos podem produzir um rápido retorno no gasto energético, e em alguns casos, uma melhoria do sistema de controle. Ventilador de Combustão Muitos fornos de queima direta e indireta ou mesmo equipados com múltiplos queimadores tem um ventilador de combustão comum. O ventilador é projetado para produzir um determinado fluxo e pressão de ar para a combustão de modo a vencer as

restrições da tubulação e prover uma vazão suficiente para os queimadores individuais de modo a sustentar a combustão em chama alta. A máxima vazão de ar é utilizada no início da produção. No encharque ou na produção estável, entretanto, as necessidades de vazão caem significativamente. Com um turndown de 20:1 nos queimadores, por exemplo, a válvula do ar de combustão deve ser fechada para as operações de encharque e de chama baixa. Através da instalação de um transdutor de pressão diretamente na tubulação do ar de combustão e ligação do transdutor com um controlador de freqüência variável (CFV), instalado na cabine de controle, é possível controlar a pressão do ar de combustão na

Fig. 2. Neste trocador de calor, o fluxo de ar vem da base para o topo. O pequeno espaçamento dos tubos é uma grande restrição à capacidade de recirculação do ar pela ventilador.

36 Industrial Heating - Junho 2010

das Fig. 1. Válvula de controle de ar removida para inspeção e que apresenta uma grande camada de sujeira

faixa de trabalho ótima para os queimadores. Quando os queimadores são colocados em chama alta, o CFV aumenta a pressão do sistema. Quando eles são colocados em chama baixa, ele reduz a vazão nas válvulas. Uma economia de 50% tem sido reportada em amperagem de motores. Adicionalmente, o controle do queimador torna-se mais linear visto que o ar de combustão é fornecido em uma pressão constante pelo controle das válvulas em todas as faixas de trabalho. Benefícios adicionais são a redução de barulho e de desgaste nos queimadores devido a menor vazão durante a maior parte do processo. A manutenção de rotina como a limpeza das hélices dos ventiladores dos queimadores de combustão também pode aumentar significativamente a eficiência. Muitos queimadores não tem acesso fácil aos ventiladores para inspeção e limpeza. Adicionarse uma porta de inspeção na carcaça do queimador pode ajudar nas tarefas de limpeza e de inspeção. Outra área de manutenção periódica é o interior da tubulação de ar de combustão. Poeira e sujeira acumulamse nas bordas e nos desvios. Temos observado que as válvulas de controle podem estar quase que completamente preenchidas com sujeira após poucos anos de operação (Fig. 1), o que gera um controle ruim do sistema. A tubulação de ar de combustão deve ser projetada / modificada de modo a permitir fácil inspeção e limpeza dos componentes.

Materiais Resistentes ao Calor e a Corrosão

Exaustão da câmara

Exaustão do queimador e recirculação Queimadores

Entrada de ar fresco

Trocadores de calor

Soprador de combustão

recirculador de ar

recirculação de ar

Câmara de estufa

Fig. 3. Configuração da estufa em uma visão esquemática

Queimadores de Chama Indireta O correto ajuste dos queimadores é crítico para a eficiência do sistema. Uma leve camada de fuligem na tubulação pode reduzir a troca térmica em mais de 20%. Boas práticas de manutenção preventiva como a verificação mensal / trimestral em adição a verificação anual dos níveis de O2 dos queimadores são excelentes métodos de assegurar uma boa economia. Também deve ser lembrado que em alguns casos, novos queimadores e misturadores também podem elevar as economias energéticas. Temos observado que regimes mais lineares com menores níveis de O2 em excesso são possíveis. Sistemas antigos trabalham normalmente com excesso de 3% de O2 em chama alta e 13-16% de O2 em chama baixa. Com misturadores / queimadores novos tem sido possível trabalhar com 2-3% de O2 em excesso para chama alta e 6-8% para chama baixa, sem a formação de fuligem

Fig. 4. Tubos de queimadores na última etapa de soldagem da fabricação

no exaustor. O aumento da linearidade da combustão é acompanhado por uma significativa economia visto que o excesso de ar consome combustível. O uso e a recuperação dos gases de exaustão podem recuperar entre 15-20% da energia do gás de exaustão e reintroduzi-lo no queimador. No entanto, observe que os custos de manutenção destes dispositivos são custos adicionais. Exaustores de Fornos e Estufas Equipamentos de combustão direta com exaustão apresentam maiores oportunidades para economia energética. Um sistema tradicional tem dampers fixos ou motorizados no sistema de exaustão com uma velocidade de exaustão fixa. Quando o sistema é acionado em chama alta, a pressão do forno/estufa torna-se positiva. Quando o sistema é acionado para encharque ou chama baixa, a pressão é levemente positiva ou até mesmo negativa. Para compensar a

pressão negativa, dampers manuais são frequentemente utilizados para permitir que o ar fresco entre na câmara de combustão. O ar fresco introduz no sistema uma queda térmica que é compensada pelo queimador. Uma solução para isso é instalar um transdutor de pressão no forno/estufa e conectá-lo diretamente com o soprador do exaustor do CFV. A pressão deve ser programada para cerca de +0,05 a 0,1 pol. de Coluna de Água de modo a assegurar uma boa uniformidade do selo da porta e de outras aberturas. O soprador do exaustor não deve acelerar quando o queimador é colocado em chama alta ou quando ele é reduzido para operação em chama baixa. A entrada de ar fresco pode então ser reduzida ou eliminada, e as economias energéticas são imediatas. (Favor notar que um mínimo de fluxo de ar é necessário se produtos com solvente estão sendo processados, conforme NFPE 86). É recomendada a instala-

Fig. 5. Estufa na posição fechada Junho 2010 - www.revistalH.com.br 37

Materiais Resistentes ao Calor e a Corrosão

ção de sensores nos exaustores como parte do equipamento de segurança do sistema. O fluxo de ar não deve estar ativo com baixas rotações dos ventiladores durante o encharque. Uma redução de mais de 50% na potência do motor dos ventiladores é possível ao aquecer o ar de entrada. Exaustor de Fornos de Alta Temperatura Diretamente aquecidos, os fornos de alta temperatura oferecem diversas maneiras de recuperação de energia. A maneira mais simples é assegurar que os selos e o isolamento estejam em perfeito estado. Em segundo lugar, os sistemas devem ser aquecidos com um leve excesso de ar, tanto quanto os queimadores e o processo permitirem. Se os queimadores estiverem desligados durante o ciclo de encharque, estes queimadores devem ter um mínimo absoluto de ar passando para a zona quente. A maioria dos queimadores apresenta um fluxo de ar mínimo, passando por eles para proteção do equipamento. Temos observado sistemas onde os queimadores estão desligados, no entanto a mesma quantidade de ar é injetada, como se eles estivessem ligados. Alterando-se a tubulação de ar de combustão pela adição ou fechamento das válvulas de controle elimina-se este inconveniente gasto energético. Em algumas instalações é possível adicionar trocadores de calor no exaustor de modo a pré-aquecer o ar de combustão para o forno. Pré-aquecer e secar o alumínio antes dele ser fundido, utilizando o gás do exaustor no homogenizador, é um excelente método de utilização desta energia. O exaustor do homogenizador pode ser canalizado

Fig. 6. Estufa na posição aberta

38 Industrial Heating - Junho 2010

para o secador e então recirculado antes de ser lançado na atmosfera. O pré-aquecimento deve ter uma fonte independente de calor de modo a compensar os períodos que o homogenizador não está operando. Pré-aquecer uma caldeira de água é um outro uso. Adicionar um trocador de calor de fluído em sistema fechado ao exaustor do forno e utilizar sua elevada temperatura para transferir calor pode economizar significativamente os custos operacionais de uma caldeira. Reformas e Atualização A decisão de reformar ou de atualizar um forno / estufa existente depende de muitos fatores, como o custo de substituição de um equipamento por um novo ou por uma associação de novos equipamentos na planta. Dois exemplos quanto a máquinas existentes que foram modificadas com excelentes resultados tanto na capacidade de produção quanto na economia energética serão revistos. Temos observado que a maioria dos fornos tipo caixa tem estado em boa condição. Os controles e os equipamentos de aquecimento são os maiores desafios nas plantas. O exemplo a seguir é de um equipamento existente que foi reformado. Exemplo A indústria Bogh Industries LLC juntamente com a American Controls and Engineering Service completaram uma reforma total dos controles e dos elementos de aquecimento de uma grande estufa de cura. O projeto foi iniciado quando foi verificado que os trocadores de calor tinham atingido o limite de utilização

devido aos danos pelo calor e pelos numerosos reparos ao longo dos anos. As medições de fluxo de ar também mostravam que cerca de 30% da capacidade dos ventiladores tinha sido perdida por entupimentos nestes trocadores de calor. O ar fresco e o de exaustão eram utilizados nas operações de baixa temperatura devido a baixa capacidade de fechamento dos quatro queimadores existentes. As significantes perdas de energia eram óbvias. Especificações do Equipamento • Tamanho da câmara da estufa: 12,2m comprimento x 6,1m de largura x 3,7m de altura • Duas zonas quentes com 10 milhões de BTU de calor em cada uma • Aquecimento: Quatro queimadores Maxon Kinnemax queimando a cerca de 5 milhões de BTU cada. • Temperatura de trabalho verificada: 65177 +/- 12°C Modificações As modificações consistiram tanto na substituição dos queimadores quanto dos controles; 1. Os trocadores de calor foram substituídos por oito novos queimadores de tubos radiantes em “W” de 10 pol. anexados a dois queimadores plug de fácil remoção no caso de reparos futuros. 2. Oito queimadores de 10 pol. Eclipse Tuboflame com potência de 2,5 milhões de BTU cada para substituição dos queimadores Kinedizer de 5 milhões de BTU. 3. O gás piloto foi eliminado com queimadores de ignição direta. 4. Novos motores de alta resolução con-

Materiais Resistentes ao Calor e a Corrosão

Fig. 7. Estufa na etapa final de instalação

trolam cada queimador para um controle preciso da combustão. 5. Dois ventiladores de combustão para recirculação de 50HP cada foram eliminados do projeto. 6. Todo o ar fresco foi eliminado para controle da temperatura em operações de baixa temperatura devido ao melhor controle de desligamento dos oito novos queimadores em relação aos quatro queimadores antigos. Os queimadores agora são desligados quando não necessários. 7. O ar de combustão é controlado com sopradores que tem CFVs e operam em pressões definidas. Isto reduziu o gasto de energia em 50%. Resultados O fluxo de ar aumentou com uma média de 1,016 m/s medidos nas saídas da tubulação de alimentação. Isto resultou em uma melhor uniformidade na zona de trabalho. A máxima temperatura verificada passou de 177-232°C. Economia Energética Eliminando-se os dois ventiladores recirculadores de 50HP, dois exaustores de 15HP (utilizados somente para res-

friamento) e redução de 50% dos sopradores de combustão, economizando 155HP de eletricidade em cada hora de utilização da estufa – uma estimativa de US$ 1400 por ano. A eliminação do uso de ar fresco para as operações em baixa temperatura gerou uma economia de US$ 51.000 a US$ 54.000 por ano em gás natural. Adicionalmente, a melhoria das trocas térmicas mostrou que a estufa tem mais calor disponível que o necessário para o processo. Economias no Trabalho A atualização e simplificação da manutenção das linhas de gás e os novos componentes proporcionaram ao cliente uma redução significativa dos custos de manutenção e de tempo parado. Economia de Capital O custo dos reparos e modificações reduziu em cerca de 15-20% comparando-se com a substituição do equipamento. Adicionalmente o tempo parado para manutenção era de 5 semanas comparado com seis meses para a instalação do novo equipamento. A estufa teve sua vida útil estendida em mais 20-25 anos.

Novo Equipamento A decisão de adquirir um novo equipamento deve incorporar as técnicas de economia de energia descritas anteriormente. O equipamento também deve ser construído para deixar o processo mais eficiente. Utilizar um equipamento já existente pode não ser a melhor opção para o processo como um todo. Recentemente, construímos uma nova estufa utilizando as técnicas descritas neste artigo. Esta estufa reduziu o tempo de aquecimento do cliente de 18-22h para 6,5h com uma carga de 110 toneladas de matrizes de aço. Esta nova estufa eliminou três outros fornos utilizados para esta tarefa na planta. Esta estufa tem 14m de comprimento por 4m de altura por 5,8m de largura com abertura para o tratamento de 110ton de matrizes de aço em temperatura da ordem de 430°C. Esta estufa foi instalada e comissionada em cinco semanas e seu projeto é de duas zonas quentes e fluxo reversível de ar. Esta estufa tem reversão de ar para assegurar a uniformidade térmica e aquecimento rápido de uma carga pesada. Os dados do aquecimento mostram que as peças atingem a temperatura em aproximadamente 30% do tempo que levava no antigo equipamento. O gasto energético foi reduzido pelo uso de queimadores projetados para aplicações de ar aquecido e sopradores de exaustão controlados por CFV. Este projeto eliminou a necessidade de um carro transportador da carga. Esta estufa é especialmente aplicável para situações onde é necessário o tratamento térmico de cargas pesadas. O carregamento das peças na câmara da estufa através de gruas ou empilhadeiras torna a operação mais simples. IH Para mais informações: Contate Bogh Industries diretamente no telefone: +1 253732-8476 ou pela internet: www.boghindustries.com.; ou a American Controls & Engineering Service pelo telefone: +1 316-776-7500 ou pela internet: www.theacesinc.com. Junho 2010 - www.revistalH.com.br 39

Catálogos

Fornos e Estufas Industriais

CALDEIRAS E TROCADORES DE CALOR CALDEIRA DE VAPOR SATURADO, Tipo CVS-HP Capacidade: De 100 a 10.000 kg/h de vapor Combustíveis: Gás GLP, Natural, Diesel ou Óleo BPF CALDEIRA DE AQUEC. DIRETO, Tipo CAD-CL Capacidade: De 500.000 a 4.000,000 kcal/h Combustíveis: Lenha, Resíduos, Cavacos e outros

CALDEIRA DE AQUEC. DIRETO, Tipo CAD-HP Capacidade: De 20.000 a 500.000 kg/h Combustíveis: Gás GLP, Natural ou Óleo BPF

CALDEIRA DE VAPOR, Tipo CVS-HL Capacidade: De 2.000 a 15.000 kg/h Combustíveis: Lenha,Resíduos de Serraria e Agrícolas

SISTEMA COMPACTO DE AQUECIMENTO CALDEIRA DE VAPOR, Tipo CVS-CL Capacidade: De 500 até 2.000 kg/h Combustíveis: Lenha, Resíduos de serraria e Agrícolas

Refratários

Nabertherm Representante: Industrial Heating Equipamentos e Componentes Rua Angelino Ferreira Vinagre, 81 Jardim São Francisco Sumaré - SP Fone: 19 3854.6699/ Fax: 19 3854-6700 www.industrialheating.com.br vendas@industrialheating.com.br

Cerâmica Ziegler LTDA Rua 1º de Janeiro, 111 Itopava Norte, Blumenau - SC Fone/Fax: 47 3144.5454 ziegler@ziegler.com.br

Produtos Industriais

Máquinas Metalográficas

Rua Felisberto Tamião, 965 Jardim Golive, Sertãozinho - SP vendas.sp@ekwziegler.com.br www.ziegler.com.br

Houghton Brasil Ltda Rua Alpont, 170 Capuava Mauá - SP Fone: 11 4512.8200 Fax: 11 4512.8300 www.houghton.com.br

Teclago Tecnologia em Máquinas Metalográficas Estrada da Lagoinha, 175, Bairro Lagoa Vargem Grande Paulista - SP Fone/Fax: 11 4158.4225 teclago@teglago.com.br www.teclago.com.br

Caldeiras e Trocadores de Calor

Medição de Temperatura Sem Contato

Arauterm Av. Frederico Ritter, 3150 Cachoeirinha - RS Fone: 51 3406.6979 comercial@arauterm.com.br www.arauterm.com.br

Infratemp Rua Américo de Carvalho, 916 Sorocaba SP Fax: 15 3217.5694 / Fone: 15 3217.6046 info@infratemp.com.br www.infratemp.com.br

Fornos Industriais

Sistemas de Fundição

Rübig Representante: Industrial Heating Equipamentos e Componentes Rua Angelino Ferreira Vinagre, 81 Jardim São Francisco - Sumaré - SP Fax: 19 3854.6700 / Fone: 19 3854.6699 vendas@industrialheating.com.br www.industrialheating.com.br

ABP Induction Sistemas de Fundição Ltda Avenida Tégula, 888 Módulo 16 - Bloco F Atibaia - SP Fone: 11 2119.1201 Fax: 11 2119.1210 heating@abpinduction.com www.abpinduction.com

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Instrumentos de Medição

Fornos Industriais

Tecnovip Rua São Paulo, 467 - Vila Santana Valinhos - SP Fax: 19 3859.9458 / Fone: 19 3859.9459 vendas@tecnovip.com tecnovip@tecnovip.com www.tecnovip.com

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42 Industrial Heating - Junho 2010

Catálogos

Resistência Para Fornos

Telas e Esteiras Metálicas

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Gases Industriais

Peças em Aço Inox

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Fornos Industriais

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