Revista Industrial Heating - Jan a Mar/2019 by SF Editora

BRASIL

The International Journal Of Thermal Processing

Benefícios da Sinterização a Vácuo

Jan a Mar 2019

Como Cortar Custos com Datalogger 34 Tratamento Criogênico Profundo 38 Oxidação Intergranular: Castigo ou Vantagem?

Vendido o Maior Forno a Vácuo da América do Sul Seminário de Processos de TT em Abril na Delphi, em Piracicaba (SP) 16 Seminário de Manutenção e Segurança de Fornos em Junho na Combustol Fornos, em Jundiaí (SP) 17

REVISTAS TÉCNICAS

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Na Capa: Foto de um forno de sinterização (cortesia TAV Vacuum Furnaces) Confira na página 42.

34 CONTEÚDO

JAN A MAR 2019 - NÚMERO 42

ARTIGOS 34

Controle de Processo & Instrumentação

Sete Maneiras de um Datalogger Cortar seus Custos Stew Thompson – CAS Dataloggers Inc.; Chesterland, Ohio, EUA

Registradores de dados são dispositivos que coletam dados fazendo leituras físicas ou elétricas de sensores externos ou internos durante um período prolongado. Eles são uma maneira ideal de monitorar, registrar e alarmar temperatura e outros valores de medição.

Materiais Resistentes ao Calor

Tratamento Criogênico Profundo (TCP) Para Componentes da Indústria Naval e de Óleo e Gás Jack Cahn – Deep Cryogenics International; Nova Scotia, Canadá

Processos criogênicos, aplicados a componentes metálicos empregados na indústria naval e de óleo e gás, proporcionam aumentos significativos de suas resistências ao atrito e à corrosão. Isto significa que é possível obter um aumento bastante considerável na vida útil dos materiais tratados, bem como uma redução dos custos para sua manutenção.

Sinterização & Manufatura Aditiva

Os Benefícios da Sinterização a Vácuo Andrea Alborghetti – TAV Vacuum Furnaces SPA; Caravaggio, Itália

A sinterização a vácuo é um dos heróis desconhecidos da metalurgia industrial. Neste processo crucial, os materiais são aquecidos em um ambiente de vácuo até que estejam quase no ponto de fusão. À medida que o calor é aplicado, os materiais se tornam compactados, criando novos materiais com propriedades completamente diferentes.

Tratamento Térmico

Oxidação Intergranular: Flagelo ou Isso Realmente Importa? Wallace (Jack) Titus – AFC-Holcroft; Toledo, Ohio, EUA Historicamente, quando a reação de gás de água entrou em nosso entendimento depois que o gás endotérmico se tornou o principal agente de cementação, o vapor de água pelo ponto de orvalho foi o principal mensurável porque os analisadores de infravermelho ainda tinham que ser inventados.

4 JAN A MAR 2019

Industrial Heating

BRASIL

EQUIPE DE EDIÇÃO BRASILEIRA SF Editora é uma marca da Aprenda Eventos Técnicos Eireli (19) 3288-0437 - ISSN 2178-0110 Rua Ipauçu, 178 - Vila Marieta, Campinas (SP) www.sfeditora.com.br Udo Fiorini Publisher, udo@sfeditora.com.br • (19) 99205-5789 Gabrielly Guimel Redação - Diagramação, gabrielly@sfeditora.com.br • (19) 3288-0437 André Júnior Vendas, andre@grupoaprenda.com.br • (19) 3288-0437 Igor Cerqueira Marketing, igor@grupoaprenda.com.br • (19) 3288-0437

DEPARTAMENTOS 06 Índice de Anunciantes 12 Eventos 12 Indicadores Econômicos 14 Produtos 16 Notícias

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CONTEÚDO

JAN A MAR 2019 - NÚMERO 42

COLUNAS 08 Editorial EUA

Manufatura Aditiva e Prêmios na Metalurgia do Pó Manufatura Aditiva está certamente se tornando a “tecnologia disruptiva” prevista por alguns na indústria. Não passa um dia em que não nos deparamos com notícias de empresas de AM (Additive Manufacturing) fazendo movimentos ou novas peças sendo projetadas.

10 Editorial Brasil

Reiniciando as Atividades

Este ano novo começa com um ritmo diferente, claramente motivado pelo nova situação política que resulta do presidente da República eleito em outubro último.

18 Educação & Pesquisa Engenheiros Para o Amanhã

Preparando os

As intensas transformações tecnológicas, econômicas e sociais proporcionadas pela revolução digital demandam um perfil de engenheiro.

20 Combustão

Regulagem de Queimadores

Embora não seja nenhuma novidade, este tema ressurge periodicamente. No Brasil houve uma grande ênfase durante a segunda crise do petróleo, com o objetivo de economizar combustível.

Simulação Computacional Eliminando Trincas na Têmpera

O processo industrial de tratamentos térmicos envolve o controle de diversos parâmetros como temperatura, tempo e meios de resfriamento. Esses tornam-se ainda mais complexos devido às diferentes geometrias trabalhadas.

24 Siderurgia

Tarifa: A Chave Para a Renascença da Siderurgia Americana?

Há cerca de um ano os Estados Unidos impuseram tarifas à importação de aço sob o pretexto de se tratar de um material estratégico para o país. Não deixa de ser verdade, uma vez que a siderurgia americana não tem mais condições de fabricar alguns produtos.

26 Processos Térmicos 4.0

A Manutenção é a Porta de Entrada da Indústria 4.0?

Segundo levantamento da Agência Brasileira de Desenvolvimento Industrial, a estimativa anual de redução de custos industriais no Brasil, a partir da migração da indústria para o conceito 4.0, será de, no mínimo, R$ 73 bilhões/ano.

28 Pesquisa e Desenvolvimento Futuro Já Virou Presente!

Grafeno, o

O setor automotivo é carente em aplicação de materiais de alto desempenho, como a fibra de carbono, Kevlar®, titânio e alguns outros que passam longe de qualquer discussão, mas no caso do grafeno a história está mudando.O grafeno parece ser um remédio para tudo; como ironiza um grande amigo, “está com dor de cabeça, toma Grafeno”.

30 Doutor em Tratamento Térmico

Manufatura Aditiva - A Próxima Revolução Industrial Alguns dizem que estamos à beira de outra revolução industrial, a saber, a descentralização da fabricação anunciada pelo crescimento da tecnologia de manufatura aditiva (Additive Manufacturing - AM). O Doutor em Tratamento Térmico concorda. Industrial Heating

JAN A MAR 2019 7

EDITORIAL EUA

Manufatura Aditiva e Prêmios na Metalurgia do Pó

anufatura Aditiva (AM - Additive Manufacturing) está certamente se tornando a “tecnologia disruptiva” prevista por alguns na indústria. Não passa um dia em que não nos deparamos com notícias de empresas de AM fazendo movimentos ou novas peças sendo projetadas. Vamos ganhar alguma perspectiva dando uma olhada em algumas dessas histórias. REED MILLER A indústria aeroespacial tem sido uma Associate Publisher/Editor das primeiras a adotar a tecnologia AM +1 412-306-4360 reed@industrialheating.com por várias razões, entre as quais o custo. Os trabalhos iniciais têm sido caros e limitados a pequenos lotes. Nenhum desses fatores é bom para a indústria automotiva, por exemplo. Uma notícia recente confirma o interesse da Boeing pela AM. Um representante da Boeing, Terry McGowan, foi citado recentemente: “Acreditamos que haverá um enorme potencial para essa tecnologia.” As razões dadas para o otimismo da Boeing são as seguintes: • Redução de custos de peças: Permite montagens unitizadas, reduzindo o número de peças e reduzindo custos. • Disponibilidade de peças: Quando você pode imprimir sua peça com o pressionar de um botão, o tempo de espera e o gerenciamento de estoque tornam-se coisa do passado. • Melhoria do desempenho da peça: As peças impressas permitem projetos (por exemplo, redução de peso otimizada) que não podem ser alcançados com os métodos tradicionais de fabricação. • Segurança Conjunto de porta-escovas removível da EASYCHANGE usado em geradores aprimorada: A redução de de turbina para a indústria de energia massa e número de peças significa uma instalação mais segura e as peças impressas em AM / 3D podem ser feitas tendo em mente a ergonomia. 8 JAN A MAR 2019

Industrial Heating

Um exemplo do recurso de redução de peso da AM vem da Airbus. Trabalhos recentes feitos com o software Materialize demonstram que as peças podem ser 15% mais leves devido a um design mais complexo. Projeto complexo seria mais caro e poderia ser impossível com os métodos convencionais de produção, mas isso não acontece com o AM. Os vencedores do Prêmio anual MPIF de Excelência em Design de Metalurgia do Pó foram anunciados durante o evento POWDERMET 2018 em San Antônio, Texas, EUA, no mês de Junho. Peças Vencedoras do Grande Prêmio MPIF A GKN Powder Metallurgy conquistou dois prêmios nas categorias de Transmissão e Motor Automotivo. A parte de transmissão é uma planetária feita para a novíssima transmissão de 9 marchas GM 9T50. A peça do motor é uma capa do rolamento principal de aço-cobre feita para a FCA US LLC. É usado no motor de 4 cilindros turbo alimentado 2.0 L de alumínio, lançado no Alfa Romeo Guilia. O projeto oferece uma peça que é 23% mais leve, oferecendo 10% a mais de resistência à fadiga. Um dos 12 Prêmios de Distinção foi uma peça que entra em um conjunto de portaescovas removível usado em geradores de turbina para a indústria de energia. A peça era anteriormente 100% usinada, e você pode ver a complexidade dela na foto nesta página. Seja usando um processo MIM convencional ou fazendo uma parte em AM, a complexidade e os detalhes não são um problema. Redesenhar peças com um design mais complexo geralmente resulta na redução de peso mencionada anteriormente. Nesse caso, o processo MIM reduziu o custo por peça em 60%. A Industrial Heating parabeniza todos os vencedores do prêmio deste ano.

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EDITORIAL BRASIL

Reiniciando as Atividades

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10 JAN A MAR 2019

ste ano novo começa com um ritmo diferente, claramente motivado pela nova situação política que resulta do presidente da República eleito em Outubro último. Que promete dar uma guinada forte para a direita saindo da ideologia que reinou no Brasil nos últimos 4 mandatos presidenciais. A reação do mercado começou já no final do ano passado, antes mesmo da posse que foi efetivada no início de janeiro. Como já havíamos anunciado no editorial da edição passada, olhamos com bastante otimismo ao ano que se inicia. Um exemplo é o lançamento de uma nova revista, entitulada Estampagem - Stamping Magazine. Talvez audacioso, este lançamento é quase que natural, dado os campos que vão sendo atendidos pelas atividades de nossas mídias. O editor da revista será o Prof. Dr-Ing. Lirio Schaeffer, professor, pesquisador e coordenador do Laboratório de Transformação Mecânica - LdTM da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Prof. Lirio também é o organizador do evento SENAFOR, realizado anualmente em Porto Alegre. Estampagem também será o tema do novo seminário que estaremos lançando este ano. Previsto para se realizar em Novembro nas dependências da UFMG, Universidade Federal de Minas Gerais, em BH. Coordenador técnico deverá ser Prof. Dr. Paulo Roberto Cetlin, da própria UFMG. Este evento se junta ao já realizado PHS, Press Hardening Steel, bastante dirigido às novas tecnologias necessárias para atender às exigências de redução de peso com manutenção ou mesmo melhoria no quesito segurança dos ocupantes dos automóveis. Este ano teremos o II PHS, em Outubro próximo na cidade de São Paulo, os coordenadores são PhD Jesualdo Rossi (IPEN) e Marco Colosio (GM, Fundação Santo André, SAE Brasil). Além dos eventos que esperamos realizar

Industrial Heating

e participar no Brasil durante este ano, lembro ao leitor que teremos a nível internacional mais uma edição da THERMPROCESS em 2019. Realizada a cada 4 anos, essa feira, sem dúvida a maior no setor de processamento térmico a nível mundial, ocorrerá de 25 a 29 de Junho próximo em Duesseldorf na Alemanha. Grandiosa em seus 14 pavilhões lotados por cerca de 2000 fornecedores e quase 80.000 visitantes, na verdade se trata de 4 eventos em 1: GIFA (foco na Fundição), METEC (Metalurgia), THERMPROCESS (Processamento Térmico) e NEWCAST (Fundidos não ferrosos). Estaremos presentes neste evento trazendo as novidades aos leitores de nossas revistas e nas nossas mídias digitais e sociais. Por falar em mídias digitais, informamos que estamos com o PORTAL AQUECIMENTO INDUSTRIAL em nova configuração. A principal novidade é o acesso gratuito a todo o conteúdo técnico e informativo disponível no site. As revistas editadas pala SF Editora e de empresas parceiras estarão com as edições em formato digital a disposição dos leitores no Portal, em www.aquecimentoindustrial. com.br. Lembrando que todo o material de informação dos eventos realizados pelo Grupo Aprenda se encontra disponível em www. grupoaprenda.com.br. Esta edição contempla alguns artigos que são de leitura obrigatória: 1) Os Benefícios da Sinterização a Vácuo, 2) 7 Maneiras de um Data Logger Cortar seus Custos, 3) Tratamento Criogênico Profundo (TCP) para Componentes da Indústria Naval e de Óleo e Gás, 4) Oxidação Intergranular: Flagelo ou Isso Realmente Importa? e 5) Manufatura Aditiva – A Próxima Revolução Industrial – Doutor em Tratamento Térmico. Lembrando que a continuação da sua série, Software de Simulação parte III, será apresentada na próxima edição. Boa leitura!

EDITORIAL BRASIL

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Indústria & Negócios

Novidades

INDICADORES ECONÔMICOS NÚMERO DE CONSULTAS 5,0

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NÚMERO DE PEDIDOS 4,0

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CARTEIRA

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FUTURO

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jul a set/18

out a dez/18

Confira o resultado da pesquisa de opinião feita com os nossos leitores quanto à tendência (de crescimento ou diminuição) dos números do mercado de tecnologias térmicas. Foram feitas as seguintes perguntas aos cadastrados em nosso banco de dados: 1) O número de consultas de clientes mudou de Outubro a Dezembro de 2018 em comparação com o trimestre anterior? Defina um ponto na escala entre -10 a +10. 2) O número de pedidos de clientes mudou de Outubro a Dezembro de 2018 em comparação com o trimestre anterior? Defina um ponto na escala entre -10 a +10. 3) Como mudou a sua carteira de pedidos de Outubro a Dezembro de 2018 em comparação com o trimestre anterior? Defina um ponto na escala entre -10 a +10. 4) Olhando o futuro próximo, na sua opinião, como deve se comportar o mercado da indústria de tecnologias térmicas nos próximos 30 dias? Defina um ponto na escala entre -10 a +10.

EVENTOS Outubro 22-23 II Seminário de Conformação e Aplicação de Aços de Alto Desempenho São Paulo (SP) www.grupoaprenda.com.br

Abril 03-04 VI Seminário de Processos de Tratamentos Térmicos Delphi - Piracicaba (SP) www.grupoaprenda.com.br

Setembro 17-20 FENAF - Feira Latino Americana de Fundição São Paulo (SP) www.abifa.org.br/feira

Maio 07-11 EXPOMAFE Feira Internacional de MáquinasFerramenta e Automação Industrial São Paulo Expo - São Paulo (SP) www.expomafe.com.br

Setembro 17-20 INTERMACH - Feira e Congresso Internacional de Tecnologia, Máquinas, Equipamentos Joinville (SC) www.intermach.com.br

Junho 25-29 Thermprocess Düsseldorf (Alemanha) www.thermprocess.de

Setembro 18-19 III Engrenagens - Usinagem e Tratamento Térmico UniFACENS - Sorocaba (SP) www.grupoandrenda.com.br

Novembro 27-28 I Seminário de Tecnologia de Estampagem UFMG - Belo Horizonte (MG) www.grupoaprenda.com.br

Outubro 01-03 V ABM Week São Paulo (SP) www.abmbrasil.com.br

A SF Editora não se responsabiliza por alterações em data, local e/ou conteúdo dos eventos.

Junho 05-06 VI Seminário de Manutenção e Segurança em Fornos Industriais Combustol Fornos - Jundiaí (SP) www.grupoaprenda.com.br 12 JAN A MAR 2019

Industrial Heating

Novembro 04-05 VII Seminário de Tecnologia do Forjamento FEI - São Bernardo do Campo (SP) www.grupoaprenda.com.br

Indústria & Negócios

Novidades

Industrial Heating

JAN A MAR 2019 13

Indústria & Negócios

Novidades

PRODUTOS Cestos para Fornos de Tratamento Térmico

Fonte e Potência Por Indução Statipower® IFP™

First Fornos

Inductotherm

A First Fornos está completando 28 anos no mercado de Fornos Industriais e suas partes e peças. Dentre os produtos oferecidos ao mercado, consagram-se as grelhas e cestos fundidos para os fornos de cementação e têmpera que hoje já são usados pelos principais tratamentos térmicos, bem como o fornecimento de rotores à pronta entrega. A empresa oferece também soluções para manutenção e reformas de fornos de pequeno à grande porte; fornos novos; esteiras e correntes microfundidas; esteiras de arame; resistências; queimadores e sistemas de combustão. www.firstfornos.com.br

O Statipower® IFP™ é a tecnologia mais recente em fontes de potência por indução. Ele usa um design de bobina única para o tratamento térmico de uma variedade de configurações de peças, permitindo que o operador altere simultaneamente a potência e a frequência de saída sob demanda enquanto obtém diferentes profundidades de camadas de têmpera durante um ciclo contínuo de tratamento térmico. Atendendo, efetivamente às necessidades da indústria moderna em termos de custo-benefício e flexibilidade de processo. www.inductothermgroup.com.br

Câmeras Termográficas Fixas Tim Micro-Epsilon

Equipamento para Recobrimento PowerFlex 650CR

Contemp

Protec Surface Technologies A fabricante italiana Protec Surface Technologies e sua representante no Brasil, LMTerm, lançaram recentemente o mais novo equipamento para Recobrimento PVD Técnico e Decorativo, a PowerFlex 650CR. Trata-se de uma máquina extremamente robusta, com alta produtividade e fácil manutenção, projetada para otimizar aplicações Técnicas e Decorativas. A PowerFlex 650CR possui um sistema inovador projetado para revestimentos avançados de películas finas e conta com dimensões de volume de plasma úteis de 650 x 650mm, possuindo porta de abertura frontal com visor para controle de processo. A câmara de deposição é construída completamente em aço inoxidável com canais de refrigeração liquida. A PowerFlex 650CR foi projetada com design otimizado para que os processos de revestimento técnicos e decorativos sejam rápidos e exijam pouca manutenção. A LMTerm possui 3 Centros de Serviços na América do Sul oferecendo todo o suporte pósvenda necessário para início e longevidade dos equipamentos de seus clientes, atendendo todo o mercado com peças e serviços através de seu corpo técnico experiente e especializado. www.lmterm.com.br

A Contemp lança as Câmeras Termográficas Fixas TIM Micro-Epsilon para monitoramento térmico contínuo de processos de fundição e envase do ferro e aço, tratamento térmico de peças metálicas e processamento do vidro. Compactas e robustas, as câmeras disponibilizam recursos únicos: software “free” para monitoramento on-line, registro e tratamento de vídeos e imagens; interface de comunicação com sistemas de registro e controle: supervisórios e CLPs; linha completa de acessórios e periféricos para instalação em chão-de-fábrica. www.contemp.com.br

Bobina de Aquecimento do Elemento da Gaiola Kerfa® SAVAC®

A Kerfa® SAVAC®, é uma empresa que fabrica sob medida sistemas de isolamento e aquecimento para fornos, equipamentos industriais elétricos e a gás. Os produtos são projetados em placas conformadas a vácuo e fio de resistência ao calor de diferentes ligas. A empresa oferece ampla gama de serviços, desde estudos de viabilidade até peças de reposição. www.kerfa.com 14 JAN A MAR 2019

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Indústria & Negócios

Novidades

TOP OF TOP OF NITRIDING NITRIDING MICROPULS® EVEREST FORNOS DE NITRETAÇÃO A PLASMA MICROPULS® EVEREST FORNOS DE NITRETAÇÃO A PLASMA

GASCON K2 FORNOS DE NITRETAÇÃO GASOSA GASCON K2 FORNOS DE NITRETAÇÃO GASOSA

Os Fornos de nitretação a plasma Rübig oferecem o

Mais de 20 anos de experiência levaram Rübig ao

máximo em tecnologia de nitretação. Os Fornos de nitretação a plasma Rübig oferecem o Usados Indústria Automobilística, na Indústria máximona em tecnologia de nitretação.

desenvolvimento de fornos de nitretação gasosa. Mais de 20 anos de experiência levaram Rübig ao Modelos dedicados suanitretação integração tanto em desenvolvimento defacilitam fornos de gasosa.

seus lucros com tratamento térmico.

nitretação gasosa.

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Industrial Heating

JAN A MAR 2019 15

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Novidades

NOTÍCIAS Feiras: GIFA, METEC, THERMPROCESS e NEWCAST em Junho deste ano na Alemanha

Cerca de 2.000 expositores de todo o mundo se reunirão em Düsseldorf, Alemanha, de 25 a 29 de junho de 2019, no conjunto de feiras GIFA, METEC, THERMPROCESS e NEWCAST. São esperados mais de 78.000 visitantes, número da última edição em 2015. Mais da metade desses visitantes vieram de fora da Alemanha. Os dez principais países com visitantes estrangeiros foram Brasil, China, Irã, Índia, EUA, França, Itália, Áustria e Reino Unido. As feiras apresentam tecnologias de fundição, produtos de fundição, metalurgia e tecnologia de processamento térmico. Para mais informações, acesse: www.gifa. de, www.metec.de, www.thermprocess.de e www.newcast. de ou www.tbwom.com.

Última reunião de 2018 da CSFEI na ABIMAQ No dia 11 de dezembro foi realizada a última reunião do ano dos membros da CSFEI, Câmara Setorial de Fornos e Estufas Industrias da ABIMAQ – Associação Brasileira da Indústria de Máquinas e Equipamentos. A reunião, dirigida pelo seu presidente Aparício V. Freitas, da empresa Combustol Fornos Industriais, ocorreu nas dependências da ABIMAQ situada na cidade de São Paulo. Após a reunião foi realizado um almoço de confraternização com os membros presentes em restaurante próximo a sede da ABIMAQ. Na foto, primeiro da esquerda para direita é Marcos Perez - Superintendente de Mercado Interno da ABIMAQ, depois Rafael Belini, Chefe de Gabinete da Presidência da ABIMAQ. Udo Fiorini, Diretor do Grupo Aprenda e SF Editora, Aparicio V. Freitas VicePresidente da Combustol Fornos Industriais, Paulo Antonio Jimenez da Sauder Equipamentos Industriais, José Velloso Dias Cardoso - Presidente Executivo da ABIMAQ, Ralph Trigueros da Industrial Heating Fornos Industriais e Nelton Carlos Cristofani da Conai Equipamentos Industriais.

Grupo Aprenda realizará VI Seminário de Manutenção e Segurança de Fornos Industriais Com o patrocínio Diamante da Combustol Fornos, o Grupo Aprenda realizará, nas dependências da fábrica de fornos situada em Jundiaí (SP), o VI Seminário de Manutenção e Segurança de Fornos Industriais, nos dias 05 e 06 de Junho próximo. Informações no site: www.grupoaprenda.com.br

Membros da CSFEI pós reunião

Delphi Technologies sediará VI Seminário de Processos de TT A empresa Delphi Technologies em sua planta de Piracicaba (SP), sediará o VI Seminário de Processos de Tratamentos Térmicos, a ser realizado em 03 e 04 de Abril deste ano. O setor de Tratamentos Térmicos da empresa, chefiado pelo engenheiro Adimilson da Silva, está festejando este ano 20 anos de prestação de serviços ao mercado brasileiro. O evento será coordenado tecnicamente pelo próprio Adimilson e por Lauralice Canale, da USP São Carlos.

16 JAN A MAR 2019

Industrial Heating

Indústria & Negócios

Novidades

NOTÍCIAS Forno de nitretação a plasma de grandes dimensões da Rübig instalado na China

Forno de nitretação a plasma de grandes dimensões da Rübig

No final do ano passado a Rübig, fabricante austríaco de Fornos de Nitretação forneceu e instalou o seu maior forno. A unidade em breve estará em operação em um fabricante de engrenagens na China que fornece anéis de engrenagem para a indústria eólica. Com um diâmetro efetivo de 2,2 m, é o maior equipamento de nitretação por plasma de seção transversal produzido até hoje pela Rübig. A aplicação de nitretação aumenta consideravelmente na fabricação de sistemas de acionamento, porque o baixo nível de distorção faz com que os procedimentos de acompanhamento, como rebarbação e jateamento, sejam obsoletos e, portanto, reduzam significativamente os custos. Juntamente com o fato de, em oposição ao tratamento térmico tradicional, não serem utilizados gases tóxicos e não ser necessária uma chama aberta, torna a tecnologia bastante utilizada para estas aplicações.

Fabricante de fornos industriais Grefortec abre filial em Indaiatuba A fabricante de fornos industriais Grefortec, com fábricas no Rio Grande do Sul, acaba de instalar uma filial em Indaiatuba, interior de São Paulo. Será um posto avançado da Grefortec Equipamentos no qual irá prestar assistência técnica, try out de novos equipamentos, instalações, todo o suporte rápido e técnico necessário que os clientes necessitem. A Grefortec vem ganhando mercado e crescendo juntamente com a economia do Brasil. Neste crescimento a busca de conhecimento se faz cada vez mais necessária. Neste mês de fevereiro os Diretores Andrea e Rodrigo estão na Europa visitando Aichelin - Noxmat - Bosio - EMA, buscando novas tecnologias e produtos. Na foto, Antonio Gremes, diretor da Grefortec e Udo Fiorini, editor da revista Industrial Heating.

Antonio Gremes (Grefortec) e Udo Fiorini (SF Editora) na filial de Indaiatuba (SP) da Grefortec

LMTerm vende o maior forno a vácuo da América do Sul A LMTerm comercializou e irá instalar o maior forno a vácuo horizontal na América do Sul. Fabricado pela TAV, fabricante italiana de fornos a vácuo representada desde 2008 pela LMTerm, o forno a vácuo TAV horizontal H12 será utilizado para processos de tratamento térmico e brasagem de

Forno horizontal a vácuo TAV

peças. O TAV H12 entrará em operação no segundo semestre de 2019 e conta com dimensões úteis de 1200 x 1200 x 1800 mm, capacidade de carga de até 3.200 Kg com um volume útil de aproximadamente 3.000 litros, porta motorizada e pressão positiva de resfriamento de 12 bar. A LMTerm é uma empresa nacional com atuação em todo o continente, possuindo 3 centros de serviços na América do Sul. Atende o mercado com peças e serviços para todas as marcas e modelos de fornos a vácuo. Conta com corpo técnico especializado oferecendo suporte pós-venda necessário para início e operação dos equipamentos por ela comercializados. A TAV possui mais de 35 fornos a vácuo instalados no Brasil e está presente desde a década de 90 em nosso país. Industrial Heating

JAN A MAR 2019 17

EDUCAÇÃO & PESQUISA

Preparando Engenheiros Para o Amanhã

Centro Universitário FEI (11) 4353-2900/ 3274-5200 www.fei.edu.br

GUSTAVO HENRIQUE B. DONATO Doutor em Engenharia pela Escola Politécnica da USP e formado em Engenharia Mecânica pela FEI. Coordenador de Inovação do Centro Universitário FEI.

s intensas transformações tecnológicas, econômicas e sociais proporcionadas pela revolução digital demandam um perfil de engenheiro que combine uma sólida formação técnicocientífica com competências comportamentais e profissionais que lhe proporcionem maior grau de autonomia, criatividade e capacidade de aprendizado e adaptação às circunstâncias. Este perfil de egresso é ainda mais importante no caso do Brasil, que ocupou em 2018 o 64º lugar entre 126 países no Índice Global de Inovação (IGI), desempenho considerado fraco e em parte atribuído às deficiências em pesquisa e formação de profissionais em Ciências e Engenharia. A necessidade de maior competitividade, especialmente na indústria, e a rápida disseminação de novas tecnologias fizeram com que as Diretrizes Curriculares Nacionais (DCNs) dos cursos de Engenharia fossem revisadas com participação de representações do governo, dos órgãos de classe, da academia e da Confederação Nacional das Indústrias (CNI) por meio da Mobilização Empresarial pela Inovação (MEI) – as novas DCNs das engenharias Per. 01

Per. 02

Per. 03

Per. 04

Per. 05

acabam de ser aprovadas pelo Conselho Nacional de Educação – CNE em janeiro de 2019 e aguardam homologação do Ministro. Citando como exemplo o setor automotivo, as inovações recentes envolvem conectividade embarcada, veículos híbridos, elétricos, autônomos, novos materiais e técnicas de fabricação, além do rápido fortalecimento da economia compartilhada (sharing) que se expande rapidamente a outros modais elétricos de mobilidade urbana (patinetes, bicicletas). Ficam evidentes as transformações tecnológicas e seus impactos nos mercados e, naturalmente, na demanda à educação de Engenharia. São novos paradigmas, com novas perguntas e, certamente, novas respostas. É diante de tais desafios que o Centro Universitário FEI, com seus mais de 70 anos de tradição na formação de Engenheiros, dedicouse por 2 anos ao redesenho e atualização dos cursos de engenharia. Os novos projetos pedagógicos passaram a vigorar em 2019 e valorizam de forma central o desenvolvimento das competências, tanto técnico-científicas como comportamentais, em um contexto de domínio do processo inovador e com Per. 06

Per. 07

Núcleo Transversal Núcleo Comum

Núcleo Profissional

MARKO ACKERMANN

Práticas de Inovação , Projetos ou Integradoras

Doutor pela Universität Stuttgart e formado em Engenharia Mecânica pela Poli-USP, Chefe do Departamento de Engenharia Mecânica do Centro Universitário FEI.

Atividades Complementares

18 JAN A MAR 2019

Estágio Curricular Obrigatório Fig.1. Estrutura curricular do curso de Engenharia Mecânica da FEI

Industrial Heating

Per. 08

Per. 09

Per. 10

Redução de carga horária no final do curso. Dedicação ao trabalho de conclusão e inserção no mercado.

Optativas e Eletivas

TCC

EDUCAÇÃO & PESQUISA alinhamento a uma agenda de futuro pautada pelas grandes tendências das próximas décadas. A Fig. 1 ilustra a nova estrutura curricular do curso de Engenharia Mecânica da FEI. Além das disciplinas do núcleo comum das engenharias, contemplando as tradicionais disciplinas de Física, Cálculo e Mecânica Geral, e do núcleo transversal, contando com disciplinas como Ecologia e Sustentabilidade, Economia e Ética, ocupa posição central o Núcleo profissional, cujo objetivo principal é a imprescindível formação sólida nos fundamentos da Engenharia Mecânica nos quatro grandes pilares formativos, a saber: Energia e Fluidos, Projeto Mecânico e Materiais, Cinemática e Dinâmica e Processos de Fabricação. A flexibilidade curricular se revela nas disciplinas eletivas e optativas, que em variados momentos do curso, possibilitam aprofundamento em áreas de interesse do aluno tais como Simulação e Otimização Estrutural, Geração e Conversão de Energia e Veículos Autônomos. O desenvolvimento de uma cultura de inovação e o aprendizado baseado em projetos inspirados em problemas reais da indústria e da sociedade é central no Plano Pedagógico do Curso, sendo contemplados em uma espinha dorsal de componentes curriculares e atividades integradoras

que permeia todos os ciclos do curso. Este intinerário fortemente integrado inicia-se com duas disciplinas dedicadas ao processo inovador e a técnicas de criatividade e culmina em Trabalhos de Conclusão de Curso com forte alinhamento às demandas do setor produtivo. Inclui ainda uma disciplina no início da formação profissional com o objetivo de apresentar e discutir os grandes desafios e contribuições no âmbito da Engenharia Mecânica, três disciplinas de projeto com a função de desenvolver e integrar competências técnicas e comportamentais, duas disciplinas voltadas à modelagem e simulação para solução de problemas e confrontação com resultados experimentais e, finalmente, uma disciplina dedicada ao empreendedorismo e à preparação para a entrada no mercado de trabalho. Nesta concepção pedagógica, a articulação docenteestudante em um contexto de metodologias ativas e de construção de competências se torna chave no processo de ensino-aprendizagem e o objetivo principal é que os estudantes estejam expostos a problemas multidisciplinares, não estruturados e de alta complexidade que por isso demandam visão crítica, ampliação de repertório e soluções criativas para que tenham alto impacto na sociedade de hoje e do amanhã. Boa leitura!

FORNOS INDUSTRIAIS PARA TRATAMENTO TÉRMICO

Processos de tratamento térmico de alta precisão: Têmpera Cementação Carbonitretaçaõ

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Nitretação CODERE SA CH - 2942 Alle | Suíça T +41 32 465 10 10 info@codere.ch

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Industrial Heating

JAN A MAR 2019 19

COMBUSTÃO

Regulagem de Queimadores

FERNANDO CÖRNER DA COSTA fcorner@uol.com.br Doutor em Energia pela USP, Mestre em Engenharia de Processos Químicos e Bioquímicos pela Mauá, Eng. de Segurança pela UERJ e Eng. Mecânico pela PUC-RJ, consultor sênior da ULTRAGAZ.

mbora não seja nenhuma novidade, este tema ressurge periodicamente. No Brasil houve uma grande ênfase durante a segunda crise do petróleo, em 1979, permanecendo acima de 80 dólares por barril até 1982, com o objetivo de economizar combustível. Posteriormente, com a ISO 14001 – Sistema de Gestão Ambiental, o objetivo era mais amplo englobando todas as emissões da queima. E agora com a ISO 50001 – Gestão de Energia, o tema retorna com mais importância ainda. O procedimento para se otimizar a regulagem dos queimadores não é nada complexo. Primeiramente é necessário definir o objetivo da regulagem: priorizar a economia de combustível, minimizar as emissões ou gerar uma atmosfera específica (neutra, redutora ou oxidante) exigida pelo processo térmico. Cabe afirmar que nem sempre é possível atender à condição desejada com uma simples regulagem, pois atingir o objetivo também depende do projeto do queimador e do seu estado de conservação. Para a regulagem de queimadores é necessário dispor de analisadores de produtos da combustão, existindo uma ampla gama disponível no mercado. Os mais comuns são os analisadores portáteis de células eletroquímicas que indicam os teores em base seca de oxigênio (%), dióxido de carbono (%), monóxido de carbono (% ou ppm) e óxidos de nitrogênio (ppm).

“Muitos analisadores informam a eficiência de combustão, cujas sondas dispõem ainda de sensores de temperatura.” 20 JAN A MAR 2019

Industrial Heating

Os analisadores vêm acompanhados de sondas para coleta e condicionamento das amostras quando estão sendo analisados produtos da combustão razoavelmente limpos e temperaturas não muito elevadas. Casos especiais, como produtos da combustão com temperaturas elevadas, geralmente acima de 800°C, e elevados teores de materiais particulados exigem sistemas especiais de condicionamento da amostra para não danificar o analisador. Muitos analisadores informam a eficiência de combustão, cujas sondas dispõem ainda de sensores de temperatura. Muitas vezes, a maior dificuldade é o posicionamento da sonda no ponto adequado à obtenção de uma amostra significativa dos produtos da combustão. O ponto ideal para a tomada da amostra dos gases, nem sempre acessível, seria após o final da chama em zona de pressão positiva de forma a evitar sua diluição com a infiltração de ar do ambiente externo que não participou da combustão. Já o ponto da tomada de temperatura para o cálculo da eficiência seria no plano transversal ao fluxo

COMBUSTÃO Tabela 1. Economias teóricas com a redução do excesso de ar Combustível GLP Gás natural Óleo diesel Óleo OC-1A

Temp. “P”

XS original

XS otimizado

Economia

200°C

25%

1,0%

1.000°C

25%

8,2%

200°C

25%

0,9%

1.000°C

25%

8,6%

200°C

35%

15%

1,0%

1.000°C

35%

15%

11,3%

200°C

40%

20%

1,0%

1.000°C

40%

20%

11,5%

Obs: XS: excesso de ar de combustão Temp. “P”: temperatura no ponto onde deixa de trocar calor com o processo Ar de combustão a 20°C Ref.: Beräkning av termisk verlningsgrad, AGA AB, Swenden, 1998

de produtos da combustão, a partir do qual os gases não mais trocariam calor com o processo térmico. Assim seria possível obter o que poderia se definir com “eficiência de combustão”, ou seja, a parcela do calor fornecido pelo combustível que seria absorvido pelo equipamento térmico. Note-se que devido às perdas térmicas do equipamento, apenas parte desse calor seria incorporado pelo produto. Existem ainda analisadores que indicam a presença de partículas de carbono não queimado, onde o mais comum é o “smoke tester” conhecido como “bomba de fumaça”. O deslocamento de determinado volume dos produtos da combustão por êmbolo através de papel de filtro deixa uma impressão circular, cuja concentração pode ser estimada por comparação da sua cor com uma escala padrão (índice Bacharach), desde branca, passando por matizes de cinza progressivos até atingir a cor negra na intensidade mais elevada. Este analisador de fumaça deve ser usado principalmente quando se trata de combustíveis líquidos e sólidos, complementando a análise dos produtos da combustão. Também é possível a utilização de processos analíticos de laboratório, mais utilizados quando a finalidade é a emissão de laudos para os órgãos ambientais. Porém os analisadores

portáteis apresentam maior versatilidade para uma imediata regulagem de queimadores. Em linhas gerais, para se obter uma boa regulagem de queimadores é necessário: reduzir ao máximo o excesso de ar de combustão, desde que se mantenha os teores de frações não queimadas (monóxido de carbono – CO, hidrocarbonetos – HC e fuligem - C) dentro dos limites aceitáveis. Este excesso de ar se refere ao ar excedente que ultrapassa a necessidade de ar teórico para a queima do combustível, conhecido como ar estequiométrico. As economias que podem ser obtidas com a regulagem de queimadores tornam-se mais significativas na medida em que a temperatura dos produtos da combustão, no ponto “P” onde deixem de trocar calor com o processo, seja mais elevada. Processos de baixa temperatura como caldeiras de vapor saturado e aquecedores de água apresentam um potencial muito mais baixo do que fornos de fusão e de tratamento térmico que não tenham recuperação de calor. A Tabela 1 mostra os valores teóricos que podem ser obtidos, considerando-se apenas a redução do excesso de ar de combustão, desde que as perdas com as emissões de CO, HC e C se mantenham nos limites aceitáveis para cada combustível. Os valores indicados na Tabela 1 servem apenas como exercício de referência, pois na prática existem outros fatores que influenciam nos resultados como a tecnologia do queimador, fator de carga e manutenção do sistema de queima. Mas a conclusão, sem sombra de dúvida, indica a necessidade de se manter um programa contínuo de monitoramento da regulagem de queimadores de forma a minimizar o consumo de combustíveis e suas emissões para o meio ambiente, além dos ganhos em competitividade, notadamente em processos de média e alta temperatura. Industrial Heating

JAN A MAR 2019 21

SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL

Eliminando Trincas na Têmpera

MARIANA MEDEIROS mariana.medeiros@sixpro.pro Departamento Comercial da Sixpro Virtual&Practical Process, empresa especializada em simulação computacional. Engenheira Metalurgista pela PUC-MG.

processo industrial de tratamentos térmicos envolve o controle de diversos parâmetros como temperatura, tempo e meios de resfriamento. Esses tornam-se ainda mais complexos devido às diferentes geometrias trabalhadas e ao curto tempo de acerto do processo e entrega do produto ao cliente. Nesta coluna eu busco mostrar como a simulação computacional pode ser utilizada para se definir uma solução viável na eliminação de defeitos de têmpera. Frente a uma peça cilíndrica, aplicada à perfuração de solos, com histórico de trincas ocorridas após o processo de têmpera em água, elaborou-se um modelo computacional capaz de simular a têmpera (Fig.1). Foram utilizados os softwares JMatPro®, na previsão do material, e o DEFORMTM, na previsão do processo de tratamento térmico. As simulações permitiram entender a ocorrência das fraturas neste processo, levando em consideração uma análise conjunta do efeito das microestruturas obtidas e, como consequência, o surgimento de tensões trativas devido à formação superficial de martensita, microconstituinte frágil, e de bainita ao centro, microconstituinte relativamente mais tenaz. Uma vez compreendido que as máximas tensões principais podem ser correlacionadas com a ocorrência de trincas em um material

martensítico, proveniente da têmpera em água, testou-se virtualmente diferentes meios de resfriamento e até mesmo a combinação desses meios de resfriamento. A água e o óleo foram escolhidos para demonstrar esses testes. Inicialmente, para a representação do modelo que apresentava fratura, simulou-se o processo de têmpera em água. Observou-se elevadas tensões máximas principais nos pontos P1 e P2, sendo essas correlacionadas com a ocorrência das trincas. Assim, prosseguiu-se com novas simulações considerando-se o resfriamento em óleo, o qual reduziu significativamente a máxima tensão principal, chegando a torná-la compressiva, ou seja, eliminando a ocorrência de trincas. Entretanto, obteve-se uma quantidade de martensita abaixo da especificação, o que invalidou o uso do óleo como meio de têmpera. Buscando-se reduzir as máximas tensões principais, e assim o risco de trincas, mas ao mesmo tempo garantir uma fração martensítica aceitável na superfície da peça, implementouse um resfriamento combinado de meios de têmpera. A peça foi mergulhada primeiro em óleo e depois em água, conforme tempos previamente definidos. Como pode ser visto na Fig. 2, o meio de resfriamento combinado reduziu em aproximadamente 60% a máxima tensão Fração de Volume - MARTENSITA 1.00 0.875 0.750 0.675 0.500 0.375 0.250

y x

0.125 0.000

Fig. 1. Trincas em cunha pós-têmpera em um cilindro de aço SAE 4140 (Medeiros et al., Combinação de Meios de Têmpera, 38º Senafor) 22 JAN A MAR 2019

Industrial Heating

SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL Fração de Volume - MARTENSITA

P1 Água

Óleo

Água e Óleo

1.00 0.875 0.750 0.675 0.500 0.375

Máxima Tensão Principal (Valor Relativo) Meio de Resfriamento

0.125

Água

1,00

0,74

Óleo

-0,37

-0,56

0,39

0,15

Óleo e Água

0.250

Fig. 2. Análise das tensões máximas principais nos pontos P1 e P2 para cada condição de resfriamento (Medeiros et al., Combinação de meios de resfriamento, 38º Senafor)

principal no ponto P1. Isso representa uma sensível tendência à eliminação da ocorrência de trincas. A Fig. 3 mostra que a quantidade de martensita se manteve relativamente alta para o meio de resfriamento combinado, atendendo às especificações de produto.

0.000 Fig. 3. Análise da formação martensitica na seção longitudinal do cilindro para o resfriamento em: (a) água, (b) óleo e (c) óleo e água (Medeiros et al., Combinação de meios de resfriamento, 38º Senafor)

Outras alternativas, além da modificação do meio de têmpera, podem ser empregadas, dependendo de cada caso, especialmente em abordagens de peças complexas. Modificações nas geometrias, no material, nos parâmetros de forno, nos processos anteriores, nos tipos de dispositivos, nas formas de carregamentos e outros podem também vir a ser soluções. Todas essas alternativas devem sempre ser simuladas, visando um menor tempo de desenvolvimento e uma redução nos custos de tryout.

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JAN A MAR 2019 23

SIDERURGIA

Tarifas: A Chave para a Renascença da Siderurgia Americana?

ANTONIO AUGUSTO GORNI agorni@iron.com.br www.gorni.eng.br Engenheiro de Materiais pela Universidade Federal de São Carlos (1981); Mestre em Engenharia Metalúrgica pela Escola Politécnica da USP (1990); Doutor em Engenharia Mecânica pela Universidade Estadual de Campinas (2001); Especialista em Laminação a Quente. Autor de mais de 200 trabalhos técnicos nas áreas de laminação a quente, desenvolvimento de produtos planos de aço, simulação matemática, tratamento térmico e aciaria.

24 JAN A MAR 2019

á cerca de um ano os Estados Unidos impuseram tarifas à importação de aço sob o pretexto de se tratar de um material estratégico para o país. Não deixa de ser verdade, uma vez que a siderurgia americana não tem mais condições de fabricar alguns produtos siderúrgicos mais sofisticados como, por exemplo, os modernos aços API para tubos de grande diâmetro usados na condução de hidrocarbonetos com alto teor de ácido sulfídrico. Apesar de ser aplicável a qualquer país, essas salvaguardas se enquadram dentro da guerra comercial dos Estados Unidos com a China, país cujo protagonismo internacional vem aumentando par a par com seu desenvolvimento econômico e, portanto, está ameaçando se tornar um rival geopolítico formidável num futuro próximo. É bem verdade que não há inocentes nessa história. Recentemente a China investiu muito em modernas usinas siderúrgicas e há quem tema que ela terá competitividade insuperável nesse setor assim que absorver e aplicar adequadamente a tecnologia embarcada nessas plantas. Mas o fato é que o preço muito baixo de seu aço também se deve a subsídios e apoios governamentais. É difícil algum país questionar essa situação nos fóruns internacionais, dado que isso levaria a retaliações nas importações que a China faz dele – e ela se tornou um formidável parceiro comercial. Mas Trump precisa agradar seu eleitorado, a classe média atemorizada pela perda de poder aquisitivo decorrente da globalização e, em especial, a população do Rust Belt, ou seja, das regiões onde se concentram os trabalhadores em setores industriais decadentes da América. E está dando certo: várias usinas paradas há vários anos retomaram suas

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operações e o próprio presidente da Nucor, uma das principais siderúrgicas americanas, declarou recentemente que “Nunca houve melhor época para fabricar aço nos Estados Unidos”. Essa atitude protecionista por parte dos antigos campeões do liberalismo econômico é muito curiosa, pois há décadas a siderurgia americana não se moderniza como deve. Foi exatamente por esse motivo que, no passado, os processadores locais de aço passaram a preferir o aço importado, mais barato e com melhor qualidade. A repentina inviabilização das importações provocou protestos desse setor, que agora vê sua competitividade ameaçada: um estudo feito no final do ano passado indicou que os clientes americanos estavam pagando 17,2% a mais pelo aço do que seus

SIDERURGIA competidores estrangeiros. Mas isso começa a ser resolvido através de soluções criativas: ao invés de se importar aço, o setor passou a importar conjuntos e peças de aço já prontos, logicamente a preços mais favoráveis do que a alternativa doméstica. Preservou-se assim a competitividade das empresas, mas não os empregos especializados do setor. O setor manufatureiro alega que emprega 46 vezes mais do que o siderúrgico e acena com a possibilidade de extinção de 460.000 empregos por conta do aço mais caro. Resta saber os efeitos disso na próxima eleição. A questão agora é ver se as siderúrgicas americanas ficarão deitadas eternamente em berço esplêndido, acomodadas na proteção concedida por Trump, ou se aproveitarão a vantagem para se tornarem competitivas mesmo sem salvaguardas, garantindo sua sustentabilidade a longo prazo. Várias siderúrgicas já estão anunciando novos projetos e modernizações, o que parece indicar uma reação do setor. Uma delas é a Nucor, empresa que, por sinal, revolucionou a siderurgia em 1989, quando implantou industrialmente, numa de suas plantas americanas, o então inédito conceito de lingotamento de placas finas acoplado diretamente a um laminador de tiras a quente - e que a partir de então se

espalharia pelo mundo. Ela acabou de anunciar a construção de um moderno laminador de chapas grossas no meio-oeste americano, com capacidade para produzir 1,2 milhões de toneladas por ano, e que deverá estar pronto em 2022. De acordo com a empresa, ela deverá suprir até 97% dos tipos de chapas grossas demandados nos E.U.A. A Steel Dynamics, por sua vez, anunciou a construção de uma nova planta para produção de laminados planos a quente e a frio no sudoeste americano, especialmente voltada para a fabricação dos modernos aços AHSS para a indústria automotiva, que deverá entrar em funcionamento em 2021. Aqui a novidade será o uso de forno elétrico para refino do aço líquido – uma alternativa mais ecológica, pois a geração de gás carbônico é bem menor do que a que ocorre na siderurgia integrada. Contudo, a empresa reconhece que deverá aperfeiçoar o processo de refino no forno elétrico para que os aços elaborados tenham o mesmo grau de pureza conseguido pelas aciarias a oxigênio. Por sua vez, a ArcelorMittal e U.S. Steel anunciaram um pacote de investimentos da ordem de seis bilhões de dólares para a modernização de plantas já existentes, de forma a garantir a fabricação de produtos com alta qualidade e baixo custo.

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PROCESSOS TÉRMICOS 4.0

A Manutenção é a Porta de Entrada da Indústria 4.0?

CLAUDIO H. GOLDBACH chg@termica.solutions www.termica.solutions Engenheiro Químico com pós em Gerenciamento Ambiental na Indústria, ambos pela UFPR, com 25 anos de experiência na área térmica. Atualmente, é CEO da PERFIL Group, controladora da Perfil Térmico, TERMIA TECHNOLOGY e TERMICA Solutions. Também é diretor da ABII Associação Brasileira de Internet Industrial (www.abii.com.br)

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egundo levantamento da Agência Brasileira de Desenvolvimento Industrial, a estimativa anual de redução de custos industriais no Brasil, a partir da migração da indústria para o conceito 4.0, será de, no mínimo, R$ 73 bilhões/ano. Essa economia envolve ganhos de eficiência (R$ 34 bilhões/ano), redução nos custos de manutenção de máquinas (R$ 31 bilhões/ ano) e consumo de energia (R$ 7 bilhões/ano). A oportunidade é enorme e o benefício não é só econômico já que todas estas melhorias impactam positivamente no meio ambiente. Apesar dos ganhos de eficiência operacional aparecerem como a maior oportunidade, tenho visto que não é tão fácil e rápida a adoção das tecnologias habilitadoras para a obtenção destes ganhos. Talvez porque outras metodologias e tecnologias já tenham explorado os ganhos mais óbvios, as frutas mais baixas da árvore. Com quase o mesmo valor de oportunidade, (R$ 31 versus R$ 34 bilhões/ano) está a redução dos custos de manutenção das máquinas. Neste campo vejo belas e frondosas frutas caindo das inúmeras árvores de oportunidades e ilustrarei

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com alguns exemplos: Manutenção Preditiva Através de IIoT Atualmente, quando uma máquina quebra, os operadores têm que reativamente solicitar um manutentor para descobrir a causa e consertar o defeito. Com sensores e conectividade, uma máquina se torna inteligente, enviando dados para uma análise computacional com capacidade de avaliar tendências. Este software processa os dados em tempo real e informa problemas que podem aparecer em um dia, uma semana, um mês – fazendo com que o trabalho da manutenção possa ser muito mais eficiente. O DynaPredict, é um exemplo de sensor, desenvolvido no Brasil, que cumpre esta função onde há movimentação. Outra oportunidade, a mais longo prazo, vem do encaminhamento destes dados para os fabricantes dos equipamentos os quais poderão melhorar os seus projetos ou montagens para aumentar a vida útil e facilitar a manutenção dos itens com maior desgaste. Nas plantas industriais de papel e celulose, petroquímica e de alimentos, um dos

PROCESSOS TÉRMICOS 4.0 pesadelos da manutenção é a corrosão sob isolamento (CUI - Corrosion Under Insulation). É fácil entender: muitos tubos que transportam fluidos de um ponto a outro precisam ser isolados termicamente, para manter a temperatura ou para garantir a proteção pessoal dos operadores. Como estes isolamentos são porosos e é praticamente impossível vedá-los, a umidade acaba se acumulando no isolamento e aí acontece a corrosão. Se não é nada legal ter um vazamento de água em casa então imagine os inúmeros problemas causados por um vazamento em uma tubulação transportando produto químico quente. A iSENSpro, empresa belga, acabou de desenvolver sensores que são instalados sobre o isolamento ao longo da tubulação, monitorando 24/7 a fim de antecipar vazamentos e corrosão. Autoatendimento com Suporte Usando Realidade Aumentada e Virtual Um exemplo do nosso dia-a-dia é a máquina Nespresso. Com a ajuda de um smartphone, o cliente lê o QR Code e é guiado de forma interativa, passo a passo, de forma que possa operar e consertar sua máquina. Este modelo de realidade aumentada (AR - augmented reality), onde objetos físicos são incrementados por informações geradas por computação, melhora significativamente a experiência do usuário. A viralização do Pokemon GO é prova disso. No mundo industrial, a GoEpik tem ajudado a Renault a aplicar estas tecnologias tanto em manutenção quanto em treinamento. Assista aqui a este belo case contado pela BBC: Imagining innovation in Industry 4.0. Brazil Where Elese? Outra solução da GoEpik que faz muito sentido

para o mercado da manutenção é o Especialista Remoto. Recentemente usamos esta tecnologia durante o Desafio IIoT promovido pela Associação Brasileira de Internet Industrial. Trata-se de um aplicativo que conecta um técnico local a um especialista remoto. Com o uso do smartphone (ou smartglasses ou tablet) o técnico local demonstra qual sua dúvida. Com ajuda da realidade aumentada o especialista remoto disponibiliza desenhos e indicações visuais na tela do smartphone, guiando o técnico para a solução do problema. Isso evita um enorme desperdício de tempo e dinheiro com deslocamentos, hospedagens, alimentação, além de colocar o equipamento em operação em muito menos tempo. Falando em diferentes realidades, recentemente tive a oportunidade de instalar o escapamento de um trator na linha de produção da CASE. O vídeo está no meu canal no Youtube: Claudio Henrique Goldbach, Testando a Realidade Virtual em Ambiente de Hiper Realismo. Não mostra isso, mas foi o que senti. Na prática, a fábrica, o escapamento e o trator eram virtuais. A realidade virtual em ambiente de hiperrealismo foi criada pela BEENOCULUS e serve para treinar os colaboradores fora da linha para que desempenhem seu máximo quando estiverem no mundo real. Como estas soluções para manutenção são de fácil adoção e baixo custo, entendo que haverá ganhos significativos e rápidos fazendo com que as empresas se motivem a continuar explorando as tecnologias habilitadoras para a resolução dos seus problemas. É o que eu sempre sugiro: comece pequeno, erre logo, aprenda rápido e explore as infinitas possibilidades da transformação digital. Viva a Revolução!

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PESQUISA E DESENVOLVIMENTO

Grafeno, o Futuro Já Virou Presente!

MARCO ANTONIO COLOSIO marcocolosio@gmail.com Diretor da Regional São Paulo da SAE BRASIL. Engenheiro Metalurgista e Doutor em Materiais pelo Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares-USP, pós doutorado pela EESC-USP. Professor titular do curso de Engenharia de Materiais da Fundação Santo André e professor da pós graduação em Engenharia Automotiva do Instituto de Tecnologia Mauá. Colaborador e associado da SAE BRASIL com mais de 30 anos de experiência no setor automotivo nos campos de especificações de materiais, análise de falhas, P&D e inovações tecnológicas.

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aros leitores, devo dedicar esta coluna ao assunto grafeno, que parecia algo para um futuro muito distante e muito além de nossas prioridades, mas já de início relato que estamos muito desatualizados e desinformados; a grande maioria das empresas e especialistas não tem uma noção razoável de quanto este tema é importante e está próximo da nossa realidade. O setor automotivo é carente em aplicação de materiais de alto desempenho, como a fibra de carbono, Kevlar®, titânio e alguns outros que passam longe de qualquer discussão, mas no caso do grafeno a história está mudando. O grafeno parece ser um remédio para tudo; como ironiza um grande amigo, “está com dor de cabeça, toma Grafeno”. Os materiais compósitos podem se beneficiar fortemente do grafeno como carga em suas aplicações, com propriedades dezenas de vezes superiores nas peças tradicionais e boa viabilidade técnica no processamento, diferentemente dos primeiros materiais da nanotecnologia, como por exemplo, as nano argilas. Desde que o grafeno foi descoberto, multiplicaram-se aplicações e muitas delas convergem para os nossos interesses automobilísticos e é neste ponto que devo dedicar esta discussão [1]. Os veículos eletrificados carecem de materiais mais leves e o grafeno tem inúmeras

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aplicações nos compósitos e materiais injetados, por outro lado, a alta condutividade elétrica do reticulado de carbono abre um enorme espaço para baterias, capacitores e materiais para motores elétricos; propriedades de vidrificação dão oportunidades para peças transparentes no lugar de vidros e policarbonatos, as quais já têm sido estudadas para telas de equipamentos eletrônicos, imunes ao risco e por fim, a sua classificação como um nano material acrescenta outras propriedades exclusivas para este material, com as de repelente em superfícies pintadas e vidros e a possibilidade de aplicação na micro manufatura aditiva. A literatura moderna tem mostrado um grande universo de informações que podemos consultar e explorar dentro do campo de aplicação em grafeno [2], mas o importante neste tema e que todos procuram a viabilidade econômica e demanda de fornecimento, por isto estou abordando um tema sensível estrategicamente em nosso meio. O grafeno se origina a partir da grafita, que é um minério encontrado na natureza em minas ou em céu aberto, levando alguns países a uma tremenda vantagem e neste ponto o Brasil está entre os mais favorecidos, sem contar da importância da pureza da grafita na geração do grafeno, que neste caso, somos os primeiros em qualidade. Estes fatos têm levado as reservas brasileiras

PESQUISA E DESENVOLVIMENTO a despertarem grande interesse global e ao mesmo tempo a muitas especulações comerciais e ainda, o aparecimento do fator segurança para proteção de furto e grilagem destas terras e minérios. As técnicas de conversão da grafita para grafeno são diversas e a maioria protegida por patentes e outras ainda mantidas em segredos, mas o que mais impressiona é que algumas técnicas estão levando a produção industrial a valores na ordem de centenas de quilos por mês, fato ainda desconhecido em muitas comunidades. Para a discussão final deste tema e ainda diria a mais importante para o setor automotivo é o custo, que impressionantemente tem sido reduzido na casa de mil vezes nestes últimos 10 anos e provavelmente tem espaço para melhorias, tornando este material a “menina dos olhos” nas comunidades científicas daqui para frente. A ignorância existente neste campo é muito presente em nosso meio e causam muitas controvérsias nas informações discutidas acima, algumas sendo frutos do desconhecimento do assunto, outras vezes como proteção dos investimentos e por fim à distância e o desacoplamentos de interesses nacionais públicos com os investidores internacionais privados, sendo este último, outra parte deste assunto que atualmente permeia as discussões comerciais fechadas e as distanciam

dos interesses públicos. De tudo que foi apresentado anteriormente, não há dúvida que este assunto merece muita dedicação e imersão e prevejo que abrirão muitas linhas de pesquisas e desenvolvimento nos mais diversos setores; mas o setor automotivo promete investir muito nisto nos próximos anos, porque o custo benefício está entrando na realidade de nosso mundo. Também, como uma vantagem brasileira, a rede de laboratórios nacionais é muito grande e bem equipada para os avanços necessários em P&D [3], somados a ocorrência e multiplicação de pequenas e médias empresas investindo pesadamente neste meio dentro do Brasil. Finalizando este tema, basta um mínimo de conhecimento em grafeno para se encantar com as oportunidades, por isto convido-os para olhar com atenção esta novidade e realidade deste meio. Um abraço e até a próxima coluna da IH. Referências [1] https://www.graphene-info.com/ [2] http://www.nanomercosur.org.ar/wp-content/PPT/ANTUNES.pdf [3] http://www.mctic.gov.br/mctic/opencms/tecnologia/incentivo_desenvolvimento/sisnano/laboratorios.html

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DOUTOR EM TRATAMENTO TÉRMICO

Manufatura Aditiva - a Próxima Revolução Industrial

DANIEL H. HERRING +1 630-834-3017 dherring@heat-treat-doctor.com

lguns dizem que estamos à beira de outra revolução industrial, a saber, a descentralização da fabricação anunciada pelo crescimento da tecnologia de manufatura aditiva (Additive Manufacturing - AM). O Doutor em Tratamento Térmico concorda. Então, o que é manufatura aditiva, como ela difere de outras tecnologias de fabricação convencionais e como isso afetará a comunidade de tratamento térmico? Vamos aprender mais. A metalurgia do pó sempre foi uma alternativa atraente à fabricação tradicional de produtos de materiais forjados, e a sinterização (a união de partículas de pó adjacentes para formar um componente de metal coeso) é o método de tratamento térmico associado a essa tecnologia. A indústria automotiva, em particular, adotou seu uso. Quando maiores densidades são necessárias, outros métodos de sinterização, como Moldagem por Injeção de Pós Metálicos (Metal Injection Molding MIM), são usados. O Que é Manufatura Aditiva? A manufatura aditiva não é nova, tendo sido introduzida pela primeira vez na década de

Fornecimento de adesivo líquido

Cabeça de impressão a jato de tinta

Rolo de nivelamento

Fornecimento de pó

Peças construídas Cama de pó Plataforma de construção

Fig. 1. Função de uma impressora de jato aglutinante[2] 30 JAN A MAR 2019

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1980 e desenvolvida para peças plásticas tridimensionais com um polímero termofixo endurecido por luz ultravioleta. Inicialmente, a tecnologia era muito lenta para produção em massa e usada principalmente para prototipagem rápida. Hoje, os metais foram adicionados à lista de materiais que podem ser usados, e a velocidade do processo se acelerou até o ponto em que é viável para fabricação em grande volume. AM refere-se a um processo no qual a matéria-prima é adicionada camada sobre camada para criar uma parte componente. Isso é o oposto da usinagem, muitas vezes agora referida como “fabricação subtrativa”, porque cria uma peça removendo material de uma forma de matéria-prima. Uma das versões mais promissoras de Manufatura Aditiva com metal atualmente é a tecnologia de jateamento de ligantes (binder jetting technology). A sinterização a laser e os métodos de feixe de elétrons são alternativas. [4] O jateamento de ligantes de metais é um processo no qual um agente aglutinante líquido é depositado seletivamente em um leito de partículas de pó-metal à medida que as camadas da parte componente são construídas. O objetivo é reduzir a quantidade de aglutinante líquido usado, pois o menor aglomerante permite um acesso mais fácil aos poros e uma remoção mais rápida do aglutinante. Um cabeçote de impressão móvel (Fig. 1) mistura estrategicamente o aglutinante no pó enquanto ele está sendo depositado no leito de impressão. Após cada passagem, a altura do leito é reduzida pela espessura de uma camada de impressão, 25-100μm, e outra camada de pó e ligante é adicionada em cima da anterior. Quando isso é repetido, as camadas de metal colado são sucessivamente depositadas até que a peça totalmente formada seja criada.

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Fig. 2. Uma estrutura leve de suporte de drone criada usando AM[3]

Fig. 3. Fornos de sinterização a vácuo para AM utilizando zonas quentes totalmente de metal (esquerda) ou grafite (direita) (cortesia da Centorr Vacuum Industries)

Após a impressão, é necessária a sinterização em um forno a vácuo, o mesmo que com a tecnologia MIM. O jateamento de ligantes é usado para criar peças feitas de Inconel, aço inoxidável, carboneto de tungstênio, titânio, cobre, latão e alumínio, entre outros. Como as camadas impressas podem ser extremamente finas, a peça resultante pode ser produzida em um nível extremamente alto de detalhes com recursos físicos muito precisos. Tolerâncias e especificações típicas da tecnologia de jateamento de ligantes metálicos incluem: [2] • Envelope de construção máxima de 4.000 mm x 2.000 mm x 1.000 mm • Tamanho mínimo de recurso de 0,1 mm • Tolerância típica de ± 0,13 mm • Espessura mínima da camada de 0,09 mm • Velocidade de construção rápida (em comparação com outras tecnologias aditivas) O Binder Jetting é o método de Manufatura Aditiva Metálica mais rápida disponível. A velocidade máxima de construção é atualmente de aproximadamente 2.500 cm3 / hora, e um fabricante planeja introduzir uma máquina de 8.200 cm3 / hora em 2019. Carrocerias de carros e outras peças de compósito plástica de grande porte foram impressas usando a tecnologia AM, e é apenas uma questão de tempo antes que isso se expande para a impressão de metal. A AM é considerada pela maioria na indústria como uma tecnologia “disruptiva”; em que revolucionará muitos setores industriais à medida que se torna mais rápido e mais barato. Ela também afetará fundamentalmente como, quando e onde o tratamento térmico é realizado, uma vez que a sinterização se tornará parte de uma célula de fabricação de AM. À medida que a AM se torna mais sofisticada e a compreensão e a conscientização crescerem entre os fabricantes, as usinagens, como as conhecemos atualmente, serão fundamentalmente alteradas. AM oferece claras vantagens nisso: 1. Pequenas tiragens de peças únicas ou complexas podem

ser produzidas rapidamente e com baixo custo. Ao contrário do MIM, fundição ou forjamento, não são necessários moldes caros. Isso reduz o tempo de comercialização, uma mercadoria muito valiosa hoje. 2. O encolhimento é significativamente menor que o das peças produzidas pelo MIM, aumentando a precisão e a repetibilidade. Uma descrição da AM é que é um processo MIM sem a distorção. 3. A AM tem a capacidade de buscar novas inovações sem estender o ciclo de design. Isso permite muitas gerações de alterações de design no tempo que normalmente levaria para fazer uma única alteração usando tecnologias convencionais. Esse pode ser o aspecto mais revolucionário da tecnologia. 4. Projetos de favo de mel são possíveis, reduzindo o peso da peça enquanto mantém ou até aumenta a resistência. 5. AM oferece a capacidade de fazer alterações dinâmicas. Se há uma coisa com a qual os engenheiros de projeto podem contar, são as revisões do cliente e as mudanças no projeto. Com a tecnologia AM, o designer simplesmente faz uma alteração no modelo digital 3D e é baixado para a impressora para fabricação. 6. Peças altamente complexas podem ser produzidas (Fig. 2) o que seria literalmente impossível com qualquer outra tecnologia. Existem algumas formas e recursos intrincados que não podem ser moldados, moldados ou usinados, mas podem ser impressos. Isso abre novas possibilidades para os designers. 7. Um alto grau de personalização é possível sem adição de custo. A tecnologia AM permite a fabricação de projetos únicos, como implantes médicos feitos sob medida para um indivíduo específico. 8. AM não gera desperdício. Como é uma tecnologia aditiva, somente o material necessário é realmente usado. Ao imprimir metais muito caros, como o titânio, isso faz uma enorme diferença no preço do produto acabado e na viabilidade do projeto. AM sempre foi uma opção atraente quando os volumes Industrial Heating

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DOUTOR EM TRATAMENTO TÉRMICO de produção são baixos, as mudanças são frequentes e a complexidade é alta. À medida que a velocidade de impressão aumenta e os custos diminuem, as aplicações em AM se expandem para incluir mais componentes de componentes principais. As oficinas mecânicas e os departamentos internos de fabricação serão capazes de escolher a tecnologia com melhor custo-benefício, com a sinterização sendo realizada como parte da célula de fabricação de AM, em oposição a um departamento de tratamento térmico ou um local terceirizado. Isso levará a novas oportunidades e desafios para os tratadores térmicos, porque mais peças exigirão extração secundária dos ligantes e sinterização sob vácuo. Por exemplo, um dos principais desafios para fornos a vácuo (Fig. 3) usado para sinterização é lidar com o aglomerante liberado do material durante o processo de extração secundária dos ligantes. Bombas secas são preferidas, pois o aglutinante pode contaminar o óleo usado em bombas rotativas vedadas a óleo, exigindo mudanças frequentes de óleo. Também deve haver provisões para remover o ligante Uma abordagem é instalar uma “armadilha” de ligantes antes da bomba, que coleta o aglutinante e requer a remoção e limpeza periódicas. Armadilhas manuais ou automatizadas estão disponíveis

- o último aquece para liquefazer o resíduo aglutinante, que então flui para o fundo da armadilha. Uma válvula é aberta para permitir a coleta de resíduos. Um terceiro método envolve o uso de um filtro de condensação. Resumindo A revolução na manufatura aditiva começou! Em breve terá um impacto em todos os tipos de indústrias e suas estratégias de fabricação, representando uma mudança de paradigma no design e engenharia que afetará todos os processos da fábrica, incluindo o tratamento térmico. Observação: A coluna Software de Simulação III virá na próxima edição.

Referências [1] Centorr Vacuum Industries (www.vacuum-furnaces.com), correspondência privada [2] Additively – Additive Manufacturing for Innovative Design and Production, MIT, (https://additivemanufacturing.mit.edu) [3] Rapid Ready Technology (www.rapidreadytech.com) [4] Herring, Daniel H., Vacuum Heat Treatment, Volume II, BNP

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DATE Aeronautics Institute of Technology, Competence Center in Manufacturing

Media, 2016

THE BRAZILIAN GEAR CONFERENCE 2019 ITA-WZL

31.Jul & 01.Aug

Manufacturing

Design & Testing

São José dos Campos, Brazil RWTH Aachen University (Germany), Laboratory for Machine Tools and Production Engineering

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CONTROLE CONTROLEDEDEPROCESSO PROCESSO &&INSTRUMENTAÇÃO INSTRUMENTAÇÃO

7 Maneiras de um Data Logger Cortar seus Custos Stew Thompson - CAS Dataloggers Inc.; Chesterland, Ohio, EUA Registradores de dados são dispositivos que coletam dados fazendo leituras físicas ou elétricas de sensores externos ou internos durante um período prolongado. Eles são uma maneira ideal de monitorar, registrar e alarmar temperatura e outros valores de medição, eliminando a necessidade do pessoal dedicar tempo às medições.

espondemos a algumas perguntas úteis e oferecemos sete maneiras de economizar tempo e dinheiro usando a coleta automatizada de dados.

O que Faz um Registrador de Dados? Registradores de dados são uma maneira ideal de registrar temperatura, umidade, corrente / tensão e muitos outros tipos de dados. Se você precisar registrar mais de um valor de medição ou analisar os dados detalhadamente, existem muitos modelos multicanais disponíveis para suas necessidades específicas. Além disso, os registradores de dados inteligentes (mais sobre eles posteriormente) podem até realizar funções de comando, como dizer a um CLP para desligar em um determinado momento. Por exemplo, os registradores de dados dataTaker da Série 3 apresentam canais de entrada universais para conexão com praticamente qualquer tipo de sensor. Por Que Usar um Registrador de Dados? Registradores de dados são normalmente usados para monitorar a temperatura do forno / processo, particularmente no fim de semana ou fora do horário de trabalho. No entanto, os registradores de dados também são usados para tarefas mais complexas, como registrar dados de máquinas para fins de diagnóstico ou para identificar áreas de economia de energia.

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Outro motivo importante para usar um registrador de dados é atender a especificações como CQI-9, Nadcap e AMS 2750. Os registradores de dados documentam dados de temperatura do produto para uso em documentação eletrônica, provando aos inspetores e auditores que seu processo de tratamento térmico manteve a requerida tolerância de temperatura. Tipos de Registrador de Dados De um modo geral, os registradores de dados de monitoramento de temperatura industrial podem ser divididos em duas categorias. • Registradores de dados de entrada única são projetados para medir um parâmetro específico, como temperatura. Esses registradores estão disponíveis com um a oito canais e são ideais para aplicações simples onde o custo é uma preocupação. • Registradores de dados de entrada universal estão disponíveis com capacidade de canais às centenas. Combinados com sua capacidade de aceitar vários tipos de sensores, eles podem ser usados para registrar dados de vários pontos em um equipamento ou em um processo. O Que Você Precisa Medir? Agora pergunte-se: “Que tipo de dados eu preciso medir?” Mais comumente, a resposta é a temperatura. Mas e se você

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precisar registrar a umidade, ou se você precisar registrar os níveis de temperatura e dióxido de carbono? Felizmente, há uma grande variedade de dispositivos no mercado com sensores internos ou externos para medir os dados de que você precisa. Enquanto alguns modelos de data logger são projetados para registrar apenas um valor de medição, como temperatura, há modelos gravando dois, três ou mais tipos de dados. Por exemplo, registradores de dados estão disponíveis para os seguintes tipos de entradas de sinal: temperatura, umidade relativa, tensão / corrente, pressão, evento / estado, frequência, PH, pulso, serial e muito mais. Como os Registradores de Dados Podem Economizar Custos? 1. Notificação remota / alarmes via e-mail ou mensagem de texto; 2. Capacidade de acionar ações de eventos externos (ou seja, PLC, SCADA); 3. Capacidade de medir a maioria dos tipos de sensores usando apenas um dispositivo; 4. A operação autônoma permite que ele faça logon sozinho; 5. Saídas de alarme locais para notificar os operadores ou para acionar outros equipamentos; 6. Calibre a produtividade do trabalhador e da máquina por turno, semana ou mês; 7. Reúna dados sobre seu processo industrial. Por exemplo, processos de tratamento térmico podem melhorar a qualidade do processo usando dados de temperatura para criar perfis de temperatura do forno. Alarmes Remotos Podem Salvar Seus Produtos Ao monitorar continuamente a temperatura do produto, os registradores de dados garantem que você receba um e-mail

ou um alarme de texto no instante em que seu processo estiver fora das tolerâncias de temperatura designadas. Esse recurso sozinho pode pagar pelo registrador, ajudando a evitar uma perda desastrosa de produto ou um processo dispendioso. Quão Técnico Eu Preciso Ser? Boas notícias! A maioria dos registradores de dados é fácil de usar. Os registradores de dados geralmente usam software baseado no Windows para lidar com configuração e configuração. Basta conectar seu registrador de dados a um PC, seguir o assistente de configuração simples e escolher a taxa de gravação e a hora de início. Tudo isso normalmente leva apenas alguns cliques do mouse. Projetado para operação simples, muitos registradores de dados compactos exigem pouca ou nenhuma manutenção ou envolvimento do departamento de TI. Isso os torna ideais para uso em quase todos os setores e aplicações. Recuperação Fácil de Dados Normalmente, os registradores de dados salvam suas medições em um cartão de memória ou flash stick para facilitar a recuperação. Modelos mais avançados também podem transferir os dados automaticamente através de sua escolha de comunicações. Estes incluem mas não estão limitados a: • USB • Ethernet • Modem celular • FTP (protocolo de transferência de arquivos) • Sem fio • Bluetooth • Servidores de armazenamento em nuvem Registradores de Dados Inteligentes Loggers inteligentes atualmente também incorporam a capacidade de executar cálculos sobre os valores medidos. Isto pode ser tão simples como calcular e registrar a diferença Industrial Heating

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CONTROLE DE PROCESSO & INSTRUMENTAÇÃO

entre dois valores medidos - por exemplo, a temperatura do fluido que entra e que sai de um trocador de calor ou integrando a saída de um sensor de taxa de fluxo para calcular o volume do fluxo total. Combinando isto com capacidades de programação flexíveis permite que um registador de dados inteligente pode capturar caudal instantâneo mais o volume do fluxo total de hora a hora, diariamente, semanalmente e / ou mensalmente. Claro, isso poderia ser feito em uma planilha, mas não seria muito mais fácil baixar um arquivo uma vez por mês que já tenha todos os dados resumidos em um formulário pronto para a apresentação ou arquivamento? Finalmente, uma característica muito poderosa de registradores de dados inteligentes é a programação de alarme flexível. Enquanto muitos registradores de dados permitem alarmes simples com base em se é um valor acima ou abaixo de um limite pré-estabelecido, registadores de dados inteligentes fornecem capacidades expandidas incluindo alarmes que se baseiam no valor de entradas múltiplas, taxa de mudança de uma entrada, valores calculados, o tempo de dia ou uma combinação de todos estes. Estes alarmes podem fazer muito mais do que simplesmente levantar uma bandeira. Eles podem ativar

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ou desativar outras medições, ativar ou desativar uma ou mais saídas, enviar um email ou texto ou alterar o modo operacional do registrador. Usando os recursos de um data logger inteligente moderno, é possível minimizar a quantidade de dados brutos que devem ser analisados manualmente e maximizar os dados acionáveis que contêm as informações essenciais que o usuário procurava quando instalaram o logger. Os alarmes podem ser configurados para fornecer notificação imediata de condições fora do limite, minimizando o número de falsas viagens. Como Você Começa? Trabalhamos todos os dias atendendo clientes para fornecer a solução ideal para seus negócios. Queremos ajudá-lo a selecionar o produto mais adequado para sua aplicação, independentemente do campo. O suporte técnico gratuito também é padrão em todos os nossos produtos.

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MATERIAIS RESISTENTES AO CALOR

Tratamento Criogênico Profundo (TCP) para Componentes da Indústria Naval e de Óleo e Gás Jack Cahn – Deep Cryogenics International; Nova Scotia, Canadá Processos criogênicos, aplicados a componentes metálicos empregados na indústria naval e de óleo e gás, proporcionam aumentos significativos de suas resistências ao atrito e à corrosão. Isto significa que é possível obter um aumento bastante considerável na vida útil dos materiais tratados, bem como uma redução dos custos para sua manutenção. Em outras palavras, proporcionará uma redução considerável dos custos de capital. Apesar do processo já ser utilizado desde a segunda guerra mundial, só recentemente o TCP teve sua tecnologia desenvolvida, como complemento a tratamentos térmicos previamente realizados.

Temperatura, K

1200 1088 K, 30 min. 813 K, 15 min. 900 Banho de Sal Refrigerado 483 K, 120 min. ao ar 600 Processo ReveniEndurecimento criogênico 300 profundo mento 77 K Q T C

350

Temperatura, K

300 250

Tempo Tempo de espera: 60 horas Taxa de resfriamento e aquecimento: 0.75 K/min

Criotratamento (QCT) Q

200 150 100

0 1 2 3 4 5 65 66 67 68 69 70 Tempo, horas

Industrial Heating

1293 K, 30 min.

38 JAN A MAR 2019

1500

O Problema Aumentar o limite de resistência e de escoamento de cabos e elementos de fixação, de aço-carbono, mas sem aumentar sua rigidez (dureza) é um desafio, para quem realiza tratamentos térmicos em peças e componentes destinados às indústrias naval, eólica e de “óleo e gás”. Parafusos, tubos ascensores e umbilicais submarinos, utilizados em “árvores de natal”, “BOPs”, plataformas offshore e amarras estão constantemente expostos à corrosão e ao atrito da água salgada. Embora esses itens falhem com frequência, principalmente devido a apertos realizados com força superior à especificada pela engenharia durante a montagem e, também, a defeitos de fabricação dos componentes, a baixa resistência mecânica e fenômenos decorrentes da corrosão sob tensão (fragilização por hidrogênio) são, por muitas vezes, a causa raiz dos problemas [1] . A maneira mais utilizada para aumentar o limite de resistência de qualquer componente de aço-carbono é aumentar-se a dureza, por meio de um processo de austenitização, têmpera e revenido. Durezas mais altas são benéficas para peças de aço carbono que trabalhem a temperaturas mais altas do que a água do mar pois, nestas condições, quando ocorre a fratura, ela

normalmente se desenvolve de uma maneira dúctil. No mar, porém, onde as temperaturas são mais baixas, os aços apresentam baixa tenacidade e, portanto, sua ruptura ocorrerá no modo Tratamento convencional (QT)

ste artigo exporá os benefícios do TCP, por que esta tecnologia ficou à margem por tanto tempo e onde poderá ser utilizada pelas indústrias ligadas aos setores marítimo e de “óleo e gás”.

Fig. 1. Amostra do processo TCP. Cada tipo de material requer um processo específico

MATERIAIS RESISTENTES AO CALOR

Não crio 52100, linha de base

268

359

2.5

3.9

Crio 52100, crio então revenido

317

382

1.6

3.5

Crio 52100, revenido então crio

320

376

1.8

3.8

4.5

Não crio 4340, linha de base

221

295

15.3

12.5

51.7

Crio 4340, crio então revenido

240

300

14.2

11.6

51.3

Crio 4340, revenido então crio

221

287

15.9

12.3

51.6

% de força máxima KSI

Fig. 2. TCP realizado nos aços AISI 52100 e AISI 4340 resultou em 20% de incremento do limite de escoamento

Fig. 4. Teste de corrosão superficial uniforme do aço AISI 4340, por 18 horas, sob atmosfera contendo 3.5% de NaCl.. Pode-se observar uma redução de 64% da área corroída da peça tratada por TCP (amostra a), quando comparada à peça à peça sem o tratamento (amostra b)

0.01

Densidade atual A/cm2

Redução de tempo @ break

Rendimento KSI

Estresse de Tensão

A Solução - Tratamento Criogênico Profundo (TCP) O tratamento criogênico profundo (TCP) na sigla em inglês (DCT - Deep Cryogenic Treatment), é um processo que pode aumentar, de 20 a 70%, a resistência à corrosão, ao desgaste, à fadiga e à fratura, para vários tipos de metais. Transformações metalográficas, que ocorrem após a manutenção do aço por tempos prolongados, à temperatura de -190°C, num ambiente constituído por gás nitrogênio (Fig. 1), contribuem para a obtenção de melhorias mecânicas significativas. Considerando-se apenas os materiais ferrosos, o que ocorre é a transformação da austenita retida em martensita, e,

ainda, uma precipitação irreversível de carbonetos primários e secundários minúsculos, (do tipo η), nos grãos originais. Deve-se ressaltar, porém que, até o momento, mesmo com o auxílio de técnicas metalográficas avançadas, como a microscopia eletrônica de varredura (SEM), a microscopia eletrônica de transmissão (TEM), a nano-caracterização e outras, as razões que poderiam justificar, plenamente, a obtenção das características obtidas pelos processos criogênicos profundos, ainda não são plenamente conhecidas. Ensaios destrutivos e não destrutivos, realizados conforme as normas ASTM demonstram que o TCP: • Aumenta de 10 a 20% os limites de resistência e de escoamento dos aços-carbono e dos aços para rolamentos (Fig. 2); • Reduz de 20 a 60% o efeito da corrosão em aços de alto carbono (Figs. 3 e 4); • Reduz em, pelo menos 30%, o efeito de desgaste nos aços de baixo e de alto carbono (Figs. 5 e 6). As aplicações industriais do TCP estendem-se pelas indústrias de “óleo e gás”, naval, turbinas e por quase todos os componentes utilizados em veículos automotivos, veículos elétricos, energia eólica, energia das marés, etc. Ele representa o maior desafio já enfrentado por quaisquer componentes já Tratamento criogênico 2

0.001 Sem corrosão por pites

0.0001 10-5

4340 aço 3.5% NaCl desarejado 10 mV/s

10-6 a)

10-7

0.01

Densidade atual A/cm2

frágil. Logo, aumentar a dureza de um componente de aço, para aumentar sua vida útil em águas profundas, é contraproducente. Substituir o aço por ligas mais exóticas ajuda, mas o preço mais alto e sua cadeia de suprimentos limitada, representam sérias barreiras econômicas. O aço-carbono é mais barato e amplamente disponível no mercado. Surge, porém um problema: - aço permite a difusão de hidrogênio ao longo dos contornos dos grãos, fragilizando-o e, portanto, não poderia atender aos requisitos de vida útil prolongada e de alta performance em ambientes submarinos. Mas existe uma solução.

-700 -600 -500 -400 -300 Potencial, mV Controle 1

0.001

Pit 0.0001 10-5 10-6 10-7

4340 aço 3.5% NaCl desarejado 10 mV/s

-700 -600 -500 -400 -300 Potencial, mV

Fig. 3. Resistência à formação de pites do aço AISI 4340, submetido a teste potenciométrico dinâmico de 36 horas, sob atmosfera contendo 3,5% de.NaCl. a) 3 corpos de prova tratados com TCP b) 3 corpos de prova sem TCP Industrial Heating

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MATERIAIS RESISTENTES AO CALOR

Histórico do Processo e Equipamentos O TCP evoluiu muito desde a Segunda Guerra Mundial. Naquela época, o nitrogênio líquido foi experimentalmente utilizado no processo de tratamento térmico de matrizes para o forjamento de peças para aeronaves, na tentativa, mesmo primitiva, de aumentar sua vida útil. Com frequência, porém, quando as matrizes sofriam choques térmicos, ocorriam trincas de fadiga. Entre 1980 e 2000, avanços tecnológicos, que incluíram o controle digital do fluxo de N2 líquido para dentro dos tanques, o uso de gás nitrogênio seco, controladores PID e a instalação de fornos para desidrogenização das peças tratadas, a aplicação do processo TCP cresceu no mercado e, seus resultados justificaram sua utilização. Por outro 40 JAN A MAR 2019

Industrial Heating

Dificuldades Enfrentadas para a Aceitação do Processo pelo Mercado TCP A aceitação generalizada do TCP, até hoje, enfrenta dificuldades, pelas seguintes razões: • Ainda não existem testes reconhecidamente aceitos, ou mesmo metodologias para a qualificação do processo; • Ainda não existem padrões de engenharia para a validação do processo; • Ainda não foram construídos tanques, suficientemente grandes, para a prática do TCP de peças de grandes dimensões, ou mesmo para o processamento de grandes volumes de peças menores. Além das cerca de 130 empresas (entre cativas e prestadoras de serviços) que já praticam o TCP no mundo, nenhuma outra oferece testes de validação ou certificados que documentem e autentiquem a realização do processo TCP realizado e os valores dos resultados comparativos das resis0.030

Não-crio 0,024 mm máx.

0.025

Z, mm

0.020 0.015

Tratado crio.

0.010

0,013 mm máx.

0.005 0 -0.005 -0.010 0 400 800 1200 1600 2000 2400

Tempo, segundos Fig.5. Teste de desgaste por atrito (pino sobre disco, durante 30 minutos). A profundidade desgastada foi reduzida em 84% Incerteza média k , mm3/Nm

Como é Realizado o TCP Colocam-se as peças dentro de um tanque, especialmente projetado. A seguir, elas são lentamente resfriadas, desde a temperatura ambiente até alcançarem -190˚C e lá permanecem, sob uma atmosfera seca, por 18 a 60 horas. São então lentamente deixadas aquecer, até alcançarem, novamente, a temperatura ambiente. Seguem-se, três etapas de desidrogenização (necessárias para eliminar qualquer perigo de ocorrência de fragilização por hidrogênio). Todo o processo leva de três a quatro dias, para ser finalizado. O custo do processo, acrescenta cerca de 5% ao valor de um componente sem TCP, mas chega a dobrar a resistência ao desgaste e à corrosão das peças tratadas. Pode ser realizado a granel ou unitariamente, e pode ser utilizado para peças pesando até várias toneladas. Não é tóxico, não usa produtos químicos e não gera resíduos que prejudicariam o ambiente. É eficaz, tanto para as matérias-primas, quanto para peças fundidas, forjadas, ou mesmo totalmente usinadas. Atinge toda a secção transversal dos produtos tratados, diferentemente dos tratamentos superficiais ou dos revestimentos. Mantém a proteção contra desgaste, mesmo que os revestimentos superficiais tenham sido desgastados. Geralmente, mas nem sempre, é realizado após o tratamento térmico original das peças e, contribui para a melhoria de componentes de aço, alumínio, cobre, titânio, ligas de aços refratários e compósitos com matriz metálica. Seu efeito é mais pronunciado nos aços com microestruturas homogêneas, de execução simples, eficaz, de baixo custo e ecológico. Atualmente está no TRL 3-5 e, é forte candidato para ser utilizado industrialmente, em larga escala.

lado, ainda não existem tanques de grande porte à disposição. Os maiores, comercialmente disponíveis, medem 3 x 3 x 6 ft (910x910x1820 mm). Esta, dentre outras razões, é a principal causa do mercado não se ter desenvolvido mais rapidamente.

1.E-06 8.E-07 6.E-07 4.E-07 2.E-07 0.E+00

a) BL-1018

Incerteza média

D, µm

fabricados, prolongando sua vida útil.

20 15 10 5 0

BL-1018

DCT-1018 Material

-9OIQ-1018

Fig. 6. Teste tribológico sob carga alta (esfera sobre disco), realizado em aço AISI 1018 mostrou um desgaste superficial médio 30% inferior na peça tratada por TCP, quando comparada a uma sem o tratamento. Tendência similar foi notada na profundidade desgastada

MATERIAIS RESISTENTES AO CALOR

tências mecânicas e à corrosão, obtidas pelo processo. Enquanto os processos comuns de tratamentos térmicos operam em estrita conformidade com centenas de normas ASTM, NADCAP, AMS e MIL-STDs, nada disso existe para os processos TCP. Ao invés disso, os clientes precisarão confiar na palavra do prestador de serviços do TCP e no recibo de pagamento como prova de tratamento executado, o que soa como uma piada. Imagine o que aconteceria se os componentes de um avião, de um automóvel ou de uma usina de eletricidade não fossem fornecidos com um certificado de qualidade, completo e reconhecido. O resultado de tudo isto é que, quase todos os usuários finais do TCP são consumidores ou produtores de peças de pequeno porte e pequena escala de produção; não são empresas fornecedoras para a indústria militar, ou outras que investem grandes somas em pesquisa e desenvolvimento ou na comercialização dos seus produtos. Recentemente, equipamentos maiores começaram a aparecer e, certamente, também, serão necessárias unidades locais para a geração de nitrogênio líquido. Também serão necessários aparelhos de ensaios, disponíveis nas imediações dos locais onde o processo é realizado. Certificação As agências de qualificação DNV-GL e Lloyd’s publicaram propostas para mapear a futura aplicação dessa tecnologia na comunidade de “óleo e gás”. Como a aplicação do TCP não altera as fontes de suprimento (fornecedores) das peças, nem o tipo de material utilizado, nem o método de fabricação, nem as tolerâncias dimensionais e, nem mesmo a utilização final do produto, a certificação poderá ser realizada, no mesmo tempo necessário, tradicionalmente conservador, gasto para as certificações dos setores de energia elétrica. Um benefício importante do TCP é que ele pode ser adicionado aos processos de fabricação já existentes sem alterar, modificar ou eliminar qualquer uma das etapas anteriores. Uma requisição recente de patente, junto ao USPTO poderá, mais adiante, alterar os critérios de aprovação do processo. Será exigida a realização de testes destrutivos e não destrutivos complementares (regulamentados pela ASTM, com uso de traçadores ópticos de perfis, de alta resolução), feitos sobre corpos de prova que, necessariamente deverão acompanhar cada lote de TCP, para ensaios tribológicos e de corrosão. Oportunidades do Mercado Muitas peças e componentes utilizadas pela indústria naval, pelas usinas de energia elétrica, tubulações ascensoras e umbilicais submarinos pela indústria de óleo e gás, eixos e supor-

tes de brocas para perfuração de poços, etc., são candidatas naturais para o processo TCP. Aplicado a peças e conjuntos sujeitos a forte desgaste abrasivo, como bits de perfuração, válvulas e buchas, rolamentos, bicos injetores e engrenagens são candidatos ainda melhores, porque permite que se substituam superligas e metais duros, por aço carbono de baixo custo. A indústria de mineração também é um alvo interessante para o processo TCP. Sua aplicação poderá contribuir para uma redução significativa dos intervalos de tempo necessários para as manutenções dos dentes trituradores, e dos revestimentos internos dos moinhos, dos bicos das bombas e das tubulações de polpa - itens que geralmente falham devido à corrosão por atrito, fadiga de contato, fadiga mecânica e formação de pites (desgaste causado por atrito sob alta tensão). Resumo TCP permitirá que os especialistas em tratamentos térmicos e os usuários finais reduzam drasticamente o desgaste e os efeitos da corrosão em itens marítimos e industriais. A tecnologia chegou à maturidade com a introdução de padrões da engenharia, baseados em testes destrutivos e não destrutivos conhecidos, na utilização de tanques de grande porte e protocolos de certificação. As empresas que chegarem primeiro ao mercado, adquirindo e instalando tanques maiores e, ainda fornecerem protocolos de testes e certificados de qualidade, levarão vantagem. Esta mudança radical de patamar, na área dos tratamentos térmicos dos metais, proporcionará reduções significativas dos tempos das paradas operacionais, menores custos de manutenção, otimização do uso de capital de capital e aumento líquido da lucratividade para os clientes. TCP é uma tecnologia que finalmente chegou, rompendo barreiras. A revisão da tradução deste artigo foi gentilmente feita por Luiz Roberto Hirschheimer da Hirschheimer Serviços Ltda.

PARA MAIS INFORMAÇÕES: Contate Jack Cahn, presidente da, Deep 5266 Highway 329, Hubbards, Nova Scotia, Canada B0J 1T0 Telefone: (+1) 902-329-5466; e-mail: jack@deepcryogenics.com; web: www.deepcryogenics.com.

Referências [1] “QC-Fit Evaluation of Connector and Bolt Failures - Summary of Findings,” BSEE Office of Offshore Regulatory PLEro-1g9r2airm. pss, Aug. 2014 T:\MISC\ADS\LE-192\LE-192ir. Industrial Heating

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SINTERIZAÇÃO&& SINTERIZAÇÃO MANUFATURAADITIVA ADITIVA MANUFATURA

Os Benefícios da Sinterização a Vácuo Andrea Alborghetti - TAV Vacuum Furnaces SPA; Caravaggio, Itália A sinterização a vácuo é um dos heróis desconhecidos da metalurgia industrial. Neste processo crucial, os materiais são aquecidos em um ambiente de vácuo até que estejam quase no ponto de fusão. À medida que o calor é aplicado, os materiais se tornam compactados, criando novos materiais com propriedades completamente diferentes.

ual é o caminho certo para realizar o processo de sinterização? Esta rápida passagem pela sinterização a vácuo fornecerá uma base sólida para as empresas que desejam introduzi-la em suas operações. Primeiras Coisas Primeiras: Por Que Usar Sinterização a Vácuo? Em sua raiz, a sinterização a vácuo envolve duas coisas: um forno a vácuo e uma combinação de pós metálicos. Usando um corretamente e misturando o outro nas proporções corretas, várias propriedades úteis podem ser promovidas. Por exemplo, a sinterização pode criar compostos metálicos que reduzem a incidência de falhas de componentes em máquinas ou veículos. E também é muito útil na criação de componentes que exigem alta porosidade - como em encanamentos ou sistemas envolvendo rolamentos de esferas. Então, se você precisa fortalecer um produto ou alterar sua porosidade, a sinterização é geralmente a melhor opção disponível. No entanto, é importante lembrar que a sinterização geralmente não pode acontecer antes que outro processo importante tenha ocorrido: a retirada dos ligantes (debinding). E os dois processos vão juntos ao planejar decisões de compra. 42 JAN A MAR 2019

Industrial Heating

Fig. 1. Forno de sinterização (cortesia TAV Vacuum Furnaces)

Debinding: Uma Preparação Essencial para a Sinterização Debinding prepara materiais ou componentes para sinterização a vácuo, e precisa ser feito completamente. Todos os componentes terão impurezas, geralmente como resultado de processos de moldagem por injeção. Quando essas impurezas são deixadas na superfície do componente, elas podem facilmente contaminar o processo de aglutinação. Debinding refere-se à remoção de “ligantes”, que são depositados durante os processos de produção. Se for mal feito, pode resultar em bolhas nas superfícies dos componentes ou na criação de poros que não podem ser removidos durante a fase de sinterização.

Fig. 2. Forno de sinterização aberto (cortesia TAV Vacuum Furnaces)

SINTERIZAÇÃO & MANUFATURA ADITIVA

Fig. 3. Forno de sinterização (cortesia TAV Vacuum Furnaces)

É por isso que realmente importa como o debinding é realizado. O processo exato usado depende completamente de qual tipo de ligante está presente. Pode envolver o uso de especialistas em solventes, mas quase sempre envolve a decomposição de aglutinantes orgânicos através do tratamento térmico, geralmente a temperaturas de 150-600°C. Múltiplas passagens através do forno são frequentemente necessárias para garantir que todo o aglutinante foi removido, e vale a pena ser cauteloso, porque mesmo quantidades vestigiais podem contaminar a fase de sinterização. Nesta fase, uma consideração importante entra na equação: Você deve usar o mesmo forno a vácuo para sinterização e debinding? Essa é uma questão vital porque influencia o custo do processo e a probabilidade de sucesso. Então, definitivamente vale a pena considerar mais detalhadamente. Você Deve Combinar seu Forno de Sinterização e Debinding? Vários fatores entram em jogo quando decidimos combinar ou não seu forno de sinterização e debinding.Primeiro, é importante trazer a fragilidade de seus componentes para a análise. Quando os componentes são submetidos a debinding, a remoção de ligantes e o calor envolvido podem deixá-los muito mais frágeis e propensos à quebra do que antes. Mover muitos componentes entre fornos pode resultar

em perdas, pois essas peças falham, tornando um único forno mais vantajoso. No entanto, é importante observar que isso pode ser resolvido com a aplicação de um estágio de préinserção no forno de debinding. Garantir um processo limpo também é absolutamente essencial. Em nenhum momento você quer que os contaminantes interajam com a câmara de sinterização. Então, aparentemente, sinterizar e remover ligantes parece estar em conflito. Debinding remove as impurezas, tornando-as inerentemente “sujas”, mas isso não é o fim da história. Em muitos casos, os ligantes que estão sendo removidos podem ser mantidos separados dos pós de sinterização quando os processos apropriados são seguidos (veja a seção nas caixas). As preocupações com custos também são importantes. Nem todos os proprietários de fábricas podem operar tanto fornos de sinterização quanto de debinding, particularmente quando o volume de material sendo processado é relativamente baixo. O tempo entra em jogo também. Em geral, a sinterização é muito mais rápida que a debinding, mas a diferença varia dependendo dos materiais usados. Se a lacuna for grande, então um forno de extração muito maior será necessário para que a linha de produção possa manter um ritmo constante. Nesses casos, ter fornos separados faz sentido. A mão-de-obra também deve ser considerada. Em instalações de produção menores, a combinação de fornos de sinterização e debinding pode permitir que as empresas façam o melhor uso de seus recursos humanos. Quando os funcionários não precisam mover componentes ou gerenciar dois fornos, eles podem ser muito mais produtivos. Finalmente, os custos de energia são importantes. Em muitos casos, combinar os dois fornos a vácuo resulta em ganhos de eficiência energética, reduzindo os custos. Se feito corretamente, haverá muito menos necessidade de resfriar e aquecer o forno - o principal consumidor de energia no processo. Portanto, há argumentos a favor ou contra o uso de fornos de debinding e sinterização separados. Em geral, se você tiver requisitos de extração desafiadores ou se estiver particularmente preocupado com a fragilidade dos componentes, um forno separado será aconselhável. No entanto, se elas não se aplicarem, você poderá economizar em custos e energia combinando fornos sem comprometer a qualidade do produto. Claro, há outro lado da equação: os requisitos do estágio Industrial Heating

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SINTERIZAÇÃO & MANUFATURA ADITIVA

de sinterização. Vamos considerar esse processo com mais profundidade. Escolha a Configuração Perfeita para o seu Forno de Sinterização Além do isolamento, a zona quente também precisa ser trazida para a análise. Geralmente, é importante pensar em manter a massa da zona quente baixa e encontrar um sistema que opere na faixa de temperatura correta, com baixos custos operacionais e operação eficiente nos níveis máximos de energia. Em termos de dimensões, uma seção transversal quadrada garante um fluxo ótimo de gás através da zona quente e também tende a reduzir os custos quando comparado ao volume útil. Você pode ser flexível aqui, dependendo do que precisa ser processado. Se temperaturas muito altas forem necessárias, no entanto, você terá menos opções. Nestes casos (acima de 2000°C), um resistor cilíndrico suspenso suportado por passagens de corrente é frequentemente a única opção. A distribuição de fluxo de gás também é algo a considerar, e aqui você tem três opções amplas: distribuição de fluxo de gás com uma caixa, sem caixa ou nem distribuição. A distribuição com uma caixa permite aos operadores maior controle sobre os fluxos de gás. Manter uma pressão ligeiramente maior fora da caixa ajuda a evitar a contaminação da zona quente enquanto estiver extraindo ligantes dos produtos. Ao bombear o gás diretamente para a caixa, os usuários podem manter o gás fluindo sobre os componentes sinterizados o mais puro possível, resultando

Fig. 4. Forno de sinterização (cortesia TAV Vacuum Furnaces)

em menos falhas e um resultado mais puro. Isso tende a ser a melhor solução para configurações onde debinding e sinterização ocorrem no mesmo forno. No entanto, a sinterização a vácuo também pode ocorrer sem uma caixa. Neste caso, a distribuição de gás pode ser obtida através de uma série de pontos dentro da câmara, garantindo a uniformidade durante o processo de sinterização. Este sistema tende a aumentar o volume utilizável da câmara e aquece e esfria mais rapidamente do que as versões em caixa. Isso também significa que o forno pode ser adaptado para outras tarefas, como a têmpera - uma grande vantagem para empresas menores.

Como Escolher o Isolamento Correto do Forno? Ao escolher seu forno de sinterização, o isolamento é um dos fatores mais críticos. Existem dois tipos principais de isolamento para escolher - metal e grafite - e ambos têm suas próprias propriedades especiais. A blindagem em câmaras metálicas é geralmente feita de molibdênio, tungstênio ou aço inoxidável. Eles podem atender a uma variedade de temperaturas (com tungstênio útil para processos de alta temperatura e molibdênio melhor para níveis mais baixos de temperatura). Mas a força real das câmaras de metal é a pureza. Ao contrário das alternativas de grafite, elas têm um risco muito menor de contaminação causado pela cementação ou de gaseificação da pastilha. É por isso que as câmaras de metal são frequentemente preferidas por empresas aeroespaciais ou organizações médicas - onde a pureza exata é essencial. Outra força é o custo. Câmaras de metal geralmente vêm com um custo inicial mais alto, mas isso desaparece quando você considera tempos de bombeamento mais curtos, 44 JAN A MAR 2019

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tempos rápidos de aquecimento e resfriamento e distribuição de calor uniforme. Mas o molibdênio tem seus problemas. Mais notavelmente, ele pode se tornar frágil em altas temperaturas e é vulnerável à oxidação, o que pode comprometer o vácuo. Então, isso precisa ser considerado também. Grafite é a outra opção. Mais uma vez, tem seus próprios pontos fortes e fracos. No lado positivo, a grafite pode operar a temperaturas muito altas (até 3000°C), tem baixa densidade e peso, possui excelente emissividade e produz um alto grau de uniformidade. Você pode facilmente substituir zonas quentes de grafite e reparar escudos quando necessário, enquanto CFC laminado pode ser adicionado para proteção extra. Grafite é útil para a maioria das tarefas convencionais de sinterização, mas tem seus negativos. Mais importante ainda, a grafite tende a absorver vapores e liberar micro-partículas, particularmente se camadas coladas forem usadas, então a contaminação pode ser um fator.

SINTERIZAÇÃO & MANUFATURA ADITIVA

Finalmente, sistemas sem distribuição de gás também existem. Esses sistemas básicos podem ser criados com a atualização de fornos convencionais, mas não são adequados para tarefas de sinterização especializadas, de ponta.

proporcionando um meio termo. Esteja ciente de que esses sistemas híbridos podem ocupar mais espaço de câmara com efeitos em sua eficiência térmica e volume utilizável, portanto, eles não são comuns.

Escolha a Estratégia de Carregamento Ideal Se você escolheu um sistema de distribuição de gás em caixa, o carregamento é a última coisa em que pensar (caso contrário, você está pronto para fazer uma compra no forno ou fazer um upgrade). A questão principal aqui é se usar uma caixa fixa ou removível para segurar a carga durante a sinterização. Como de costume, a solução certa depende das suas necessidades. As caixas removíveis adequam-se às operações com um modo de fluxo único e cargas que podem ser resfriadas em gás estático. Nestes casos, as caixas podem ser montadas em troles, tornando a remoção simples e segura. Em fornos mais complexos, onde múltiplos fluxos são empregados, a remoção da caixa pode ser impraticável. Nestes casos, as caixas precisam ser instaladas com prateleiras removíveis, permitindo que você remova a carga sem perturbar a caixa de sinterização. Também estão disponíveis soluções híbridas que apresentam estruturas de cabeça removíveis que encaixam em carcaças fixas,

Comece a Planejar Hoje Suas Operações de Debinding e Sinterização Espero que agora você tenha uma ideia mais clara de combinar processos de debinding e sinterização, o tamanho do forno que você precisa, o tipo de isolamento que você precisa para sua câmara térmica e se você precisa de uma configuração em uma caixa ou não. Todos esses fatores alimentam a decisão sobre a escolha de um forno de sinterização, e todos eles são importantes. Escolha sabiamente e você pode facilmente criar um processo de sinterização eficiente e econômico para praticamente qualquer aplicação industrial.

PARA MAIS INFORMAÇÕES: Contate Andrea Alborghetti, Gerente Técnica, TAV Vacuum Furnaces SPA, Via dell’industria 11- 24043 Caravaggio (BG) - Itália; tel: +39 0363 355711; e-mail: info@tav-vacuumfurnaces.com; web: www.tav-vacuumfurnaces.com.

PROGRAMAÇÃO - CURSOS DE FÉRIAS •Edição Julho 2019• Na sede do Grupo Aprenda foi criado um ambiente de estudo composto de sala de aula e laboratório, próprios para os cursos de pequenas turmas. Cursos técnicos de todas as áreas tem ali um excelente lugar para desenvolvimento de estudos. O laboratório é equipado com fornos de tratamento térmico para prática laboratoriais da área metalúrgica.

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TRATAMENTO TÉRMICO

Oxidação Intergranular: Flagelo ou Isso Realmente Importa? Wallace (Jack) Titus – AFC-Holcroft; Toledo, Ohio, EUA A cementação endotérmica a gás e a têmpera líquida estarão conosco por provavelmente mais 50 anos, pelo menos. Por quê? Porque, pelo dinheiro, simplesmente não há outro processo de endurecimento de camada que possa elevar as propriedades de uma ampla gama de ligas ferrosas.

oxidação intergranular (IGO - Intergranular Oxidation) pode ser um subproduto da cementação a gás / atmosfera. A IGO é realmente o flagelo da endo cementação, como alguns acreditam, ou a IGO realmente importa no final? Cementação Gasosa Historicamente, quando a reação de gás de água entrou em nosso entendimento depois que o gás endotérmico se tornou o principal agente de cementação, o vapor de água pelo ponto de orvalho foi o principal mensurável porque os analisadores de infravermelho ainda tinham que ser inventados. Principalmente como complementos para a sonda de oxigênio, analisadores infravermelhos de CO2 - com seus gases de calibração zero e span - deslocaram o ponto de orvalho e ainda podem ser encontrados em operação hoje. As sondas de oxigênio (in situ ou externas) se tornaram a principal estratégia de controle, 46 JAN A MAR 2019

Industrial Heating

principalmente porque elas fornecem um método de calibração fácil e quase à prova de falhas - análise de estoque de calços - o antigo modo de espera. Podemos controlar o carbono da superfície em + 0,05%, os perfis de carbono da camada até 0,125 mm e a dureza do núcleo dentro dos padrões do bloco de calibração “C” da Rockwell. Permanecendo em segundo plano, no entanto, o fenômeno chamado IGO é visto como incontrolável e prejudicará as engrenagens e outros produtos para o fracasso prematuro. Mas será mesmo? IGO: No Começo Desde que foi descoberta, provavelmente com a introdução da metalografia óptica há mais de 70 anos, a IGO (Fig. 1) rapidamente se tornou uma possível explicação para todos os tipos de falhas de produto. As organizações envolvidas principalmente em aplicações de engrenagens estão especialmente focadas em estabelecer limites para a profundidade

da IGO, como os padrões ou diretrizes delineados no item 16.1 da norma AGMA (American Gear Manufacturers Association – Associação Americana dos Fabricantes de Engrenagens) 923 – B05. A profundidade da IGO é caracterizada de acordo com as classes de engrenagem 1, 2 e 3 relativas ao ECD (Effective Case Depth - Profundidade Efetiva da Camada) e também com a existência e distribuição de carboneto de ferro (Fe3C). A raiz do dente da engrenagem, especificamente 60 graus a partir do ponto médio da raiz, geralmente sustenta o maior esforço de flexão. Como resultado, tornou-se o alvo das especificações da IGO, prin-

0,0011 polegadas

Fig. 1. IGO típica

TRATAMENTO TÉRMICO

cipalmente porque é muito caro para a retífica de precisão (entre outras complicações). A face do dente, que deve sobreviver às forças de deslizamento e compressão, é rotineiramente moída na maioria das aplicações de acionamento. Esta operação de retificação remove qualquer IGO. A eliminação da IGO não é necessariamente a principal razão para a retificação facial, que restabelece o perfil do dente após a têmpera, porque as engrenagens só podem funcionar adequadamente quando a carga é distribuída uniformemente sobre a área de contato com o dente. Com ou sem a presença de IGO e independentemente do processamento (LPC – Low Pressure Carburizing, Cementação a Baixa Pressão, ou Endotérmico), engrenagens de todos os tamanhos são submetidas a shot peening para introduzir tensões de compressão na camada endurecida do perfil do dente. Mesmo a têmpera a gás de alta pressão (HPGQ – High Pressure Gas Quenching) pode deixar tensões de tração na camada cementada que têm um impacto negativo no desempenho da engrenagem. O shot peening por

apenas alguns minutos pode aumentar os níveis de tensão residual de compressão para pelo menos 700-800 MPa (101.500-116.000 psi). Poço e Retortas vs. Fornos Câmara A proliferação de turbinas eólicas concentrou nova atenção na IGO, devido aos enormes esforços encontrados por essas imensas caixas de transmissão posicionadas no topo de torres de até 100 metros de altura. Por que fornos de poço? Porque não havia outra alternativa para a cementação de engrenagens grandes e, também, para qualquer peça grande. A qualidade do forno poço somente era argumento de propaganda de marketing? A AFC-Holcroft planejou um experimento para comparar três classes de aços comuns e sua reação a três ambientes diferentes de fornos de endo-gás. Após essa primeira investigação, um grito de socorro foi recebido de um fabricante de transmissões in house que lutava para reduzir a IGO em seu forno empurrador de quatro zonas e uma única carreira. Cementado por 4,5 horas a 925°C

Cementado por 7 horas a 1010°C

Cementado por 38 horas a 940°C

Tabela 1. Profundidade IGO (mícrons) para aços cementados como mostrado

CO 18.3%

CO 14.8%

CO 18.3%

CO 20.0%

CP 0.82%

CP 1.16%

CP 1.04%

CP 1.05%

CP 1.18%

(Liga1)

(Liga)

(IFB)

(Fibra)

(IFB)

(IFB) Chama, Metal

Cementados por 24 horas a 925°C

Ambiente de amostra Aço 20MnCr5

23*

22.9

25.4

15.3

17.2

9310

12.7

15.2

7.6

20.3

8620

22.8

10.2

27.9

18CrNiMo7-8

20.0 *25.4 mícrons = .001", 1 Simula a retorta

IGO, Material e a Atmosfera Endo Tem sido relatado que a química do aço tem um efeito direto no desenvolvimento de IGOs. Para provar essa alegação, expusemos 8620, 9310 e 20MnCr5 à idênticas atmosferas de cementação. Além disso, para investigar o efeito da concentração de CO (moxóxido de carbono) na IGO, também alteramos a atmosfera. Em todas as situações, nos preocupamos apenas com a profundidade da camada de IGO. O manganês, o cromo e o silício têm sido associados à contribuição para a formação da IGO. O manganês é considerado o mais influente, uma vez que está presente em todos os aços em quantidades bastante significativas, mas variáveis. O silício e o cromo também variam, mas podem não estar presentes. O silício pode existir como um elemento traço quando não indicado explicitamente. É bastante aceito que uma porção do manganês existente no limite do grão esteja presente devido à difusão no estado sólido da matriz circundante, esgotando desse modo a temperabilidade dessa área imediata em torno da IGO e exacerbando o seu efeito. Este fenômeno pode ser minimizado por um resfriamento de alta velocidade. Para garantir uma composição exata da atmosfera para os testes, os gases engarrafados pré-misturados foram utilizados com as seguintes composições: • 18,3% de CO, 39% de H 2, 40% de N2, 0,2% de CO2 • 14,3% CO, 54% H 2, 32% N2, 0,2% CO2; Adicionado metano para controlar o potencial de carbono (CP - Carbon Potential ); CP computado com analisador de três gases. A Fig. 2 mostra a montagem de teste, que consistia de um forno tubular de Inox 330 de 2 polegadas Industrial Heating

JAN A MAR 2019 47

TRATAMENTO TÉRMICO

Medidores de vazão Analisador de três gases

Gravador Tubo de liga Tubo de forno

Entrada de gás

Zona de calor

Meio Ambiente: sem preenchimento, IFB, fibra

Saída de gás

Para analisador Amostras

Fig. 2. Configuração de teste

Fig. 3. Forno esquemático

de diâmetro, aquecido eletricamente, com um aparelho de mistura de gás.

tempo significa menos IGO. Aumentar drasticamente a temperatura em 66°C aprofunda um pouco a IGO, mas não em uma quantidade exagerada ou proporcional. Parece que a IGO se forma rapidamente no início e depois a taxa de aumento diminui.

Procedimento de Teste do IGO O seguinte procedimento foi usado para testar o IGO: • Aquecer o tubo a 926°C; purgar o tubo com a mistura de endo-gás selecionada; Inserir três amostras de aço; ajustar o CP e cementar por tempo selecionado; despejar as amostras para têmpera em óleo; remover amostras, cortar, montar, polir e lêr a profundidade da IGO não detectada. A Tabela 1 divide a relação entre ambiente, mistura de gases, temperatura, tempo e profundidade da IGO. Também indicado para comparação é o IGO obtido em um forno de carga por batelada UBQ Universal Batch Quench Furnace (Forno Câmara Universal de Têmpera) de processamento de engrenagens 18 CrNiMo 7-6 cementadas por 38 horas a 940°C. Para investigar o efeito do ambiente do forno na IGO, a extremidade de entrada de gás do tubo de inox 330 (Fig. 3, interna) foi deixada vazia para simular um forno poço de retorta preenchido com tijolo refratário isolante (IFB - Insulated FireBrick) para um forno revestido de tijolos e fibra cerâmica para uma zona quente revestida de fibra. Em cada caso, o nível de CO foi alterado, assim como a temperatura, tempo de cementação e CP. O efeito na IGO pode ser claramente visto, especialmente com a maior liga, 9310. Pode-se concluir, pelo menos a partir desta investigação limitada, que o IFB e a fibra cerâmica não têm efeito prejudicial da atmosfera endo e do desenvolvimento da IGO. A maior CP, no entanto, tende a diminuir a IGO mais significativamente no 9310, e tem pouco ou nenhum impacto em 8620 ou 20MnCr5. Reduzir o tempo de cementação está de acordo com outras investigações, afirmando que menos 48 JAN A MAR 2019

Industrial Heating

Um Problema do Mundo Real Uma empresa experimentava um excesso de IGO (24µ) em engrenagens de 20MnCr5 ao cementá-lo a 926°C em um forno empurrador de uma pista aquecido a gás e revestido de tijolo. As especificações foram: Tabela 2a. Dados de teste Configuração original/ Empurrador 55 min.

Inspeção Metalúrgica: IGO <= 24 mícrons ECD @ diâm. de pitch = 0,99 @ 440 HV - ECD @ diâm. de raiz = 0,78 @ 550 HV

Parâmetro

Zona 1

Zona 2, CP 0.80%

Zona 3, CP 0.80%

Zona 4, CP 0.75% [20 CFH ar]

Temperatura °C

910

909

890

850

Metanol (CFH)

160

Nitrogênio (CFH)

250

150

250

0.80

0.90

Fita % CP Tabela 2b. Dados de teste Configuração original/ Empurrador 37 min.

Inspeção Metalúrgica: IGO <= 16 mícrons ECD @ diâm. de pitch = 1.04 @ 550 HV - ECD @ diâm. de pitch = 0.83 @ 550 HV

Parâmetro

Zona 1

Zona 2, CP 1.40%

Zona 3, CP 1.00%

Zona 4, CP 0.75% [15 CFH ar]

Temperatura °C

954

926

860

Metanol (CFH)

240

100

Nitrogênio (CFH)

160

Fita % CP

160

300

400

1.22

1.09

0.85

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7-11 de maio 3a A 6a - 10H ÀS 19H - SÁBADO 9H ÀS 17H

2019 Tecnologia

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JAN A MAR 2019 49

TRATAMENTO TÉRMICO

• Dureza superficial: 58-63 HRC; IGO (GBO) máxima: 20µ max; ECD: 0,95-1,4 mm (diâmetro do passo); austenita retida: <30%; sem carboneto de rede; tamanho do grão: índice ISO 7. O forno de quatro zonas e três bandejas por zona operava em conjunto de nitrogênio / metanol para uma mistura endoequivalente modificada e ciclo de empurrador no forno de 55 minutos com um pré-aquecimento de ar de 371°C. As zonas foram configuradas da seguinte forma: • Zona 1, aquecer a 926°C, 2,75 horas; Zona 2, cementação a 926°C, 1,16% de CP, 2,75 horas; Zona 3, cementação a 900°C, 0,95% de CP, 2,75 horas; Zona 4, difusão a 860°C, CP a 0,85%, 2,75 horas; Temperar em óleo a 71°C; CP foi verificado por análise de combustão de calços. Reações Atmosféricas A única fonte de oxigênio livre na atmosfera endo deve ser a dissociação do CO em contato com a superfície do aço. O carbono se difunde no aço e o oxigênio é liberado. O CO2 pode se formar através da reação inversa com o carbono na superfície do aço (reações de descarbonetação / equilíbrio). Além disso, o CO2 pode se formar ao reagir com oxigênio livre e carbono residual (fuligem). Além disso, o oxigênio livre pode formar vapor de água com hidrogênio. Um esforço foi então feito para reduzir o tempo livre de oxigênio existente na atmosfera, maximizando o uso de gás enriquecedor (gás natural) e eliminando a necessidade de adicionar ar para controlar a CP no início do processo. Embora um pouco de ar tenha sido adicionado na zona quatro, já estava atrasado no processo e saiu rapidamente através da descarga do efluente do vestíbulo. As reações de gás na atmosfera

endo mudavam continuamente à medida que os queimadores dos tubos radiantes eram ligados / desligados. O carbono da superfície da carga ficava cada vez mais rico, o que altera a demanda de carbono, e o loop CP via controle liga / desliga adicionava gás natural. Porque as reações mudavam constantemente, o CP pode ser controlado para valores médios muito precisos em cargas muito complexas e densas. Essas reações não podem ser alteradas, mas o tempo que os gases estão em contato com as partes pode. O aumento da temperatura tem dois efeitos benéficos. Ele pode reduzir a IGO limitando a exposição do aço ao endo gás e pode aumentar a produção. Aumentar a temperatura de cementação para 954°C reduziu o tempo de empurrador de 55 minutos (11 horas no forno) para 37 minutos (7,4 horas no forno) - um aumento de produção de 148%. O IGO é reduzido de 24µ para 16µ enquanto ainda mantém todas as especificações acima mencionadas incluindo o tamanho do grão (Tabelas 2a e b). Conclusão Finalmente, maior atenção foi dada ao controle do CP; uma têmpera mais eficaz, eliminando o NMTP; controle químico de aço; manganês de baixo nível; carbono da superfície próximo ao eutetóide; redução do tempo de cementação através de maior temperatura de cementação; e shot peening pode essencialmente eliminar os efeitos negativos da IGO.

PARA MAIS INFORMAÇÕES: Contate Jack Titus at AFC-Holcroft, 49610 Pontiac Trail, Wixom, MI 48393; tel: 248-668-4040; fax: 249-6685571; e-mail: jtitus@afc-holcroft.com; web: www.afc-holcroft.com.

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50 JAN A MAR 2019

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2019 EVENTOS DE METALURGIA Metallurgy Events in Brazil

VI SEMINÁRIO DE PROCESSOS DE TRATAMENTOS TÉRMICOS 03 e 04 de Abril - DELPHI - Piracicaba (SP) 6th Heat Treatment Processes Seminar, Apr 03 and 04

VI SEMINÁRIO MANUTENÇÃO E SEGURANÇA DE FORNOS INDUSTRIAIS 05 e 06 Junho - Combustol Fornos - Jundiaí (SP) 6th Furnace Maintenance and Safety Seminar, Jun 05 and 06

III ENGRENAGENS - USINAGEM E TRATAMENTO TÉRMICO 18 e 19 de Setembro - UniFACENS - Sorocaba (SP) 3nd Gears Seminar - Machining and Heat Treatment, Sep 18 and 19

II SEMINÁRIO DE CONFORMAÇÃO E APLICAÇÃO DE AÇOS DE ALTO DESEMPENHO 22 e 23 de Outubro (SP) 2nd PHS - Press Hardening Steels - Forming and Application, Oct 22 and 23

VII SEMINÁRIO DE TECNOLOGIA DO FORJAMENTO 04 e 05 de Novembro - FEI - São Bernardo do Campo (SP) 7th Forging Technology Seminar, Nov 04 and 05

I SEMINÁRIO DE TECNOLOGIA DE ESTAMPAGEM 27 e 28 de Novembro - UFMG - Belo Horizonte (MG) 1st Stamping Technology Seminar, Nov 27 and 28

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