GESTÃO DE FLUIDOS DE USINAGEM

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1 GESTÃO DE FLUIDOS DE USINAGEM ENG. MARIA JULIETA ESPINDOLA BIERMANN

2 OBJETIVO RISCOS AMBIENTAIS RISCOS OCUPACIONAIS FLUIDOS DE USINAGEM PmaisL APLICADA APLICAÇÕES GERENCIAMENTO DE RESÍDUOS

3 CONCEITO Fluido de Usinagem ou Fluido de Corte é um material composto, na maioria das vezes, líquido, que deve ser capaz de: refrigerar, lubrificar, proteger contra a oxidação e limpar a região da usinagem.

4 Fluidos de Usinagem

5 APLICAÇÕES do Fluido de Usinagem O uso do Fluido de Usinagem, geralmente á justificado por um dos dois fatores; 1. Geração excessiva e:ou redução ineficiente de calor pelo sistema ferramenta cavaco peça 2. Ocorrência de esforço elevado ( atrito)

6 APLICAÇÕES do Fluido de Corte

7 Efeitos da temperatura no processo de usinagem Desgaste acelerado da ferramenta Dano térmico à estrutura da peça usinada Distorção devido à dilatação térmica

8 Fluido de Usinagem como REFRIGERANTE Para que o fluido de usinagem reduza o calor de forma eficiente, ele deve possuir; Baixa Viscosidade Molhabilidade Alto calor específico e baixa condutividade térmica

9 Fluido de usinagem como Lubrificante Atua reduzindo o atrito entre ferramenta cavaco peça Redução de esforços Redução de atrito. Características de um bom lubrificante; Resistir a altas pressões e temperaturas Possuir boas propriedades antifricção e antisoldantes Possuir viscosidade adequada baixa o suficiente para que o fluido chegue a zona a ser lubrificada e alta o bastante para permitir boa aderência

10 Como refrigerante ele atua: Sobre a ferramenta e evita que ela atinja temperaturas muito altas e perca suas características de corte. Sobre a peça, evitando deformações causadas pelo calor. Sobre o cavaco, reduzindo a força necessária para que seja cortado.

11 Como lubrificante O fluido de corte facilita o deslizamento dos cavacos sobre a ferramenta e diminui o atrito entre a peça e a ferramenta. Reduz o coeficiente de atrito na região de contato ferramenta-cavaco melhorando o rendimento da máquina.

12 Como protetor contra oxidação Protege a peça, a ferramenta e o cavaco, contribuindo para o bom acabamento e aspecto final do trabalho.

13 Ação de limpeza A ação de limpeza ocorre como conseqüência da aplicação do fluido de corte em forma de jato, cuja pressão afasta as aparas deixando limpa a zona de corte e facilitando o controle visual da qualidade do trabalho

14 Classificação dos fluidos de usinagem A composição exata dos fluidos e seus aditivos nem sempre são claramente informados nas - FISPQ e variam, basicamente, em função da finalidade da aplicação e do material a ser usinado. Apesar de existirem várias nomenclaturas para definir a classificação dos fluidos líquidos, quimicamente eles são divididos em dois grandes grupos:

15 I) Fluidos integrais, isentos de água: São os óleos integrais isentos de água cuja base pode ser: a) mineral (óleos de petróleo de base parafínica ou naftênica); b) sintética (ésteres, diésteres); c) vegetal (canola) ou ainda d) mistos misturados para dar maior compatibilidade aos aditivos. Vantagens; Não são corrosivos Longa duração se mantido limpos

16 II) Fluidos à base de água: emulsões e soluções São compostos aquosos; a)emulsões de óleo em água Basicamente compostos de água e óleo. A quantidade de óleo varia com o tipo de fluido necessário Características; Alto poder refrigerante Alto poder umectante Comparando com a água Menor ação corrosiva Melhor ação lubrificante Esses fluidos são geralmente utilizados em operações de alta velocidade, devido à grande capacidade refrigerante que possuem.

17 II) Fluidos à base de água: emulsões e soluções b) Soluções químicas verdadeiras - Soluções Características; não absorver os óleos contaminantes que vazam das máquinas (são insolúveis) possuir excepcional resistência biológica

18 Aditivos dos fluidos de usinagem e suas funções Os aditivos melhoram as propriedades inerentes aos fluidos ou lhes atribuem novas características. Em geral, se enquadram em duas classes: 1. aqueles que afetam uma propriedade física ex. viscosidade 2. aqueles cujo efeito é puramente químico ex. anticorrosivos, antioxidantes

19 FUNÇÃO DOS ADITIVOS ADITIVOS Antioxidantes Emulsionantes Inibidores da corrosão Biocidas FUNÇÃO Proteger os fluidos de usinagem frente à ação agressiva da atmosfera Estabilizar a emulsão Proteger a peça e a ferramenta Impedir o desenvolvimento de microorganismos no fluido Aditivos de extrema pressão Formar uma capa intermediária entre duas superfícies metálicas, melhorando a lubrificação e evitando o desgaste

20 FUNÇÃO DOS ADITIVOS ADITIVOS Umectantes ou estabilizantes Antiespumantes Complexantes Outros FUNÇÃO Estabilizar o concentrado Evitar a formação de espuma Eliminar e previnir a formação de incrustações Detergentes, dispersantes

21 Fluido de usinagem esgotado Devido às características inerentes ao processo de usinagem, as propriedades dos fluidos vão diminuindo (fenômeno conhecido como stress mecânico), ao mesmo tempo em que aparece uma série de contaminantes que reduzem ainda mais suas propriedades e rendimento. Contaminantes comuns óleos externos procedentes de fugas dos circuitos hidráulicos e de engraxe, lubrificantes, partículas sólidas metálicas, microorganismos, restos de panos de limpeza, poeiras etc.

22 Fluidos Integrais Esgotados ao serem submetidos a altas temperaturas nas operações de usinagem, sofrem reações de oxidação e polimerização, formando uma mistura complexa de compostos orgânicos e outros elementos contaminantes resultantes do desgaste dos metais. Contaminantes comuns; água, restos de aditivos como fenóis, compostos de zinco, cloro e fósforo, ácidos orgânicos ou inorgânicos; bem como qualquer outro composto que por qualquer motivo fique misturado com estes óleos.

23 Emulsões e soluções esgotadas Além da fadiga térmica e das reações químicas, a perda da qualidade é agravada pela presença de microorganismos que metabolizam os componentes do fluido, modificando sua estrutura química. A presença de sólidos faz com que aumente ainda mais a proliferação destes microorganismos e, por conseqüência, a degradação do fluido. Microrganismos freqüentemente encontrados nas emulsões: bactérias, algas e fungos. Podem ser combatidos com bactericidas e fungicidas, em quantidades restritas pois os mesmos têm limitada solubilidade na água.

24 Riscos ocupacional e ao meio ambiente

25 Formação de névoas particulados fluido ferramenta calor peça

26 Riscos Ocupacionais A elevada velocidade de giro atingida pelas máquinas e/ou ferramentas e a pressão de fornecimento de fluido, provocam a formação de névoas ou aerossóis, que se dispersam no ambiente. Tem-se então o risco da inalação dessas partículas, com o efeito nocivo para a saúde do trabalhador.

27 Riscos Ocupacionais Inalação - Irritações das vias respiratórias (pneumonia, fibrose pulmonar e asma). Exposição a essa atmosfera podem apresentar tosse e catarro, irritação no nariz e na garganta e dificuldade respiratória. Contato pode causar o ressecamento ou irritações da pele (alergias), erupções cutâneas, Ex; o contato rotineiro do abdômen de um trabalhador com a máquina impregnada pelo fluido pode causar uma dermatite, se o tecido da roupa não for impermeável ao fluido.

28 Riscos Ocupacionais Os microorganismos contaminam as emulsões. Dosagens fracas ou adições muito freqüentes de biocidas, formam micróbios resistentes, e a quantidade de biocida precisa ser aumentada por não apresentar mais os mesmos resultados. Entretanto, os biocidas não agem somente sobre os microorganismos nas emulsões. A população natural de bactérias nas mãos dos operadores também é afetada negativamente, deixado de formar a barreira protetora natural da pele. As conseqüências são eczemas e o aparecimento de fungos.

29 Medidas preventivas à saúde ocupacional MEDIDAS DO TRABALHADOR MEDIDAS DO EMPREGADOR nunca lavar partes do corpo com fluidos de usinagem usar cremes protetores apropriados nas mãos e antebraços, antes de cada turno de trabalho evitar contatos desnecessários com os produtos informar aos funcionários sobre as condições ideais de higiene e segurança no trabalho fornecer EPIs (equipamentos de proteção individual) conforme instruções fornecidas pelo fabricante do fluido não permitir que seus funcionários operem máquinas com instalações precárias de manutenção, evitando disseminação de contaminantes

30 Medidas preventivas à saúde ocupacional MEDIDAS DO TRABALHADOR MEDIDAS DO EMPREGADOR procurar imediatamente os primeiros socorros quando acontecerem cortes ou arranhões ou qualquer forma de distúrbio na pele lavar as mãos antes e depois de ir ao banheiro, fazer refeições e ao final da jornada de trabalho separar as roupas de trabalho dos utensílios e vestuário de uso fora do trabalho Manter atendimento de emergências informar aos funcionários sobre as condições ideais de higiene e segurança no trabalho. fornecer instalações de lavagem adequadas (higiene pessoal)

31 Medidas preventivas à saúde ocupacional MEDIDAS DO TRABALHADOR MEDIDAS DO EMPREGADOR não utilizar panos ou estopas contaminadas com fluido para a limpeza das mãos pois os mesmos podem conter cavacos que podem lesionar as mãos evitar formas de contaminação dos reservatórios dos fluidos nunca usar os compartimentos com fluido como local de descarte de qualquer corpo estranho, tal como toco de cigarro, casca de frutas não retirar cavacos das máquinas com as mãos ainda que estejam protegidas com luvas. Para fazê-lo se empregar ferramentas com cabo providenciar plataforma isolante e fixa para o trabalhador frente à máquina; providenciar um plano de manutenção preventiva para cada máquina manter o ambiente físico da empresa sempre limpo proteger todas as máquinas, para evitar desperdícios de fluido e problemas aos operadores

32 Efeitos nocivos do fluido de usinagem ao meio ambiente

33 Riscos Ambientais O óleo integral não é biodegradável. As emulsões e fluidos sintéticos possuem uma gama diversificada de produtos químicos em sua composição de difícil tratamento e que, se lançados nos recursos hídricos ou no solo, podem provocar danos ao ecossistema e à população.

34 Riscos Ambientais Outro problema é o comprometimento do ar em decorrência dos aerossóis e dos vapores gerados pelo contato com superfícies quentes das peças e ferramentas empregadas. O dano potencial, nesse sentido, varia em função das propriedades físico-químicas do fluido de usinagem (pressão e aquecimento, por exemplo), da velocidade de rotação das peças trabalhadas e do aquecimento das superfícies.

35 Riscos Ambientais Os fluidos de usinagem esgotados se forem despejados na rede pública ou diretamente em um corpo hídrico, retiram da água o oxigênio dissolvido necessário à manutenção da vida aquática e podem causar mortandade à vida aquática. Além disso, possuem elevada toxicidade, devido às substâncias químicas presentes em sua composição e a outras substâncias e compostos que se formam durante o uso.

36 Riscos Ambientais Os fluidos oleosos possuem ainda o agravante de dificultar o intercâmbio de oxigênio com a atmosfera

37 Tipos de poluentes originados nas operações de usinagem de metais T I P O D E P O L U E N T E O R I G E M vazam entos respingos derram am entos acidentais de fluidos líquidos transporte inadequado de peças e cavacos im pregnados de fluido águas de lavagem (de pisos, de m áquinas e de ferram entas) contam inadas com óleos, graxas e fluidos, com elevada concentração de sólidos fluidos esgotados desengraxantes contam inados

38 Tipos de poluentes originados nas operações de usinagem de metais TIPO DE POLUENTE ORIGEM névoas de fluidos aéreos gotas microscópicas ou aerossóis e partículas voláteis (pela utilização de compostos alifáticos e naftênicos) gerados devido à elevada velocidade de giro e temperaturas atingidas pelas máquinas-ferramenta

39 Tipos de poluentes originados nas operações de usinagem de metais TIPO DE POLUENTE ORIGEM cavacos impregnados de fluido lodos de filtros filtros contaminados sólidos estopas contaminadas solventes contaminados papelão e plástico contaminados, etc

40 Causas e origens dos problemas ambientais associados ao uso de fluidos de usinagem

41 Causas e origens dos problemas ambientais associados ao uso de fluidos de usinagem

42 Causas e origens dos problemas ambientais associados ao uso de fluidos de usinagem

43 Gerenciamento do Fluido de Usinagem Esgotado TRANSPORTE DO FLUIDO DE USINAGEM ESGOTADO Os fluidos de uso industrial podem ser perigosos durante o transporte, pelo risco de acidente com prejuízo ao meio ambiente. Para reduzir os efeitos de acidentes ambientais existe legislação que determina a capacitação da transportadora e do transportador para realizar este transporte com segurança.

44 Transporte Esta atividade no Brasil está regulamentada pela portaria MT 204/97, sendo que a RESOLUÇÃO ANTT N.º 420, de 12 de fevereiro de 2004 que aprova as Instruções Complementares ao Regulamento do Transporte Terrestre de Produtos Perigosos. A responsabilidade pela classificação do produto perigoso para o transporte, deve ser feita pelo seu fabricante ou expedidor, orientado pelo fabricante, tomando como base as características físico-químicas do produto.

45 Empresas coletoras O transporte de fluidos esgotados é uma atividade com potencial de risco e somente poderá ser realizada por empresa devidamente licenciada para este fim. A busca por determinado coletor ou veículo, no Rio Grande do Sul, poderá ser realizada através do site onde consta a relação de empresas coletoras, bem como os veículos autorizados, no estado.

46 Fluido de usinagem integral Os fluidos de usinagem integrais, quando mantidos livres de contaminantes, podem ser usados indefinidamente. Porém, o acúmulo de contaminação provoca a deterioração dos aditivos e das propriedades dos fluidos integrais, contribuindo para abreviar a vida útil. Em geral, nas reciclagens dos fluidos integrais retiram-se os contaminantes e substitui-se algum aditivo que foi degradado e o fluido recuperado pode então voltar a ser utilizado. Quando não for viável a reciclagem ou a reutilização, o fluido deve ser enviado para rerrefino.

47 Emulsões e soluções Os fluidos sintéticos (soluções) esgotados não são tratáveis por métodos convencionais pois não são biodegradáveis. No entanto, estes fluidos se esgotam principalmente devido à contaminação por óleos, transformando a solução original em emulsão, cuja fase oleosa pode ser separada e reciclada.

48 REMOÇÃO DOS FLUIDOS DE USINAGEM DOS CAVACOS

49 Disposição final Mesmo após a implantação de todas as medidas preventivas, restará, ainda, uma parte do fluido esgotado que deverá ser eliminada mediante procedimentos que reduzam qualquer impacto negativo sobre o meio ambiente. Cabe ao gerador garantir o correto armazenamento deste fluido residual, armazenando em tambores ou pequenos depósitos, convenientemente etiquetados, até o momento de sua retirada, de maneira que não ocorra a mistura com restos de óleos usados ou outros tipos de produtos.

50 Valorização e destinação dos resíduos de usinagem de metais

51 Valorização e destinação dos resíduos de usinagem de metais

52 Valorização e destinação dos resíduos de usinagem de metais

53 GERENCIAMENTO DOS RESÍDUOS FLUIDOS ESGOTADOS CAVACOS CONTAMINADOS

54 PmaisL Produção mais Limpa (PmaisL), pode ser definida como a aplicação contínua de uma estratégia ambiental preventiva e é aplicável aos processos de usinagem, conciliando a atividade econômica com a preservação ambiental. Os caminhos que direcionam o processo de usinagem à PmaisL são basicamente dois: aumento da vida dos fluidos de usinagem introdução de novas tecnologias (que não utilizam ou utilizam pouco fluido).

55 PmaisL O aumento da vida útil dos fluidos é a medida mais eficaz para reduzir a geração de resíduos. Para isso, existem medidas que podem ser adotadas

56 PROCESSO PRODUTIVO- FLUXOGRAMA QUALITATIVO ENTRADAS Matérias-Primas SAÍDAS Água Etapa 1 Efluentes Substâncias METODOLOGIA Energia Produtos Auxiliares Processo Produtivo Etapa 2 Etapa 3 Emissões Calor Residual Resíduos Sólidos Produtos

57 PmaisL Parâmetros de controle Controle analítico do Fluido de usinagem PARÂMETROS DE CONTROLE Óleos contaminantes procedentes de fugas de sistemas hidráulicos e de lubrificação de peças e máquinas. Partículas sólidas metálicas oriundas do processo (carepas, limalhas, cavacos) Resíduos contaminados (panos, plásticos) Controle da qualidade dos fluidos em geral Contaminação por microorganismos (bactérias e os fungos) Arrastes de fluidos de usinagem através dos cavacos Derrames acidentais

58 Parâmetros de controle no fluido de usinagem PARÂMETRO Óleos contaminantes de fugas de sistemas hidráulicos ontaminantes entes de fugas de s hidráulicos e de ção de peças e máquinas MEDIDAS Implantação de plano de manutenção do sistema manutenção preventiva e emprego de juntas ótimas que reduzam fugas emprego do mesmo óleo base para a formulação de fluidos de usinagem, sistemas hidráulicos e engraxe instalação de decantadores ou centrífugas para a separação dos óleos contaminantes

59 Parâmetros de controle no fluido de usinagem PARÂMETRO Partículas sólidas metálicas oriundas do processo carepas, limalhas, cavacos) MEDIDAS Instalação de sistema de filtração eficiente - filtros de não-tecido de polipropileno (no-woven), de papel, peneiras Decantação Centrífugas Separadores magnéticos Resíduos contaminados (panos, plásticos) Capacitação dos funcionários

60 Parâmetros de controle no fluido de usinagem PARÂMETRO e Controle da qualidade dos em qualidade geral MEDIDAS ph deve manter-se alcalino (conforme orientação do fornecedor) óleos estranhos: é necessário detectá-los para evitar um aumento na velocidade de degradação do fluido teste de corrosão: permite valorizar o poder corrosivo do fluido cloretos: este ensaio controla a corrosão e instabilidade da emulsão sólidos em suspensão: controla o nível de sólidos para proteger a ferramenta e não interferir no acabamento da peça

61 Parâmetros de controle no fluido de usinagem PARÂMETRO â metros de controle dos fluidos aquosos MEDIDAS Dureza - um certo grau de dureza evita a formação de espumas. Uma água com uma dureza muito alta pode desestabilizar a emulsão Sais dissolvidos - sulfatos e cloretos não devem ultrapassar 100 mg/l e os nitratos não devem superar 50 mg/l Sólidos - devem ser menores que 500 mg/l Microorganismos - para evitar a proliferação de fungos e bactérias, não devem exceder a 10/mL Água de reposição - água deionizada para evitar a contínua acumulação de íons de cálcio, cloretos, nitratos e metais pesados, que incidem negativamente na estabilidade dos fluidos. Quando isto não for possível, recomenda-se a utilização de água com baixo grau de dureza

62 Parâmetros de controle no fluido de usinagem PARÂMETRO MEDIDAS contaminação por limpeza geral e a utilização de biocidas microorganismos (bactérias Sistema eficiente de filtragem Aeração do fluido utilizado e os fungos) Controle da temperatura externa Otimizar as dimensões da peça a ser usinada para arrastes de fluidos de que a quantidade de material a ser retirada seja mínima usinagem Implantar sistema de drenagem de fluido aderido nos cavacos

63 Parâmetros de controle no fluido de usinagem PARÂMETRO Derrames MEDIDAS Plano Informativo para operadores de máquinas de usinagem Formação de pessoal Conscientização através de palestras e cursos Derramamentos e respingos produzidos no processo de mecanizado podem ser eliminados mediante instalação de uma tela protetora

64 PmaisL Recirculação do Fluido A recirculação adequada prolonga a vida útil dos fluidos de usinagem. No caso dos fluidos integrais, facilita a sua reutilização e, para os fluidos à base de água, reduz as necessidades de descarte e disposição. A recirculação deve ser adequada aos tipos de fluido e às necessidades das operações de usinagem.

65 PmaisL Elementos sólidos podem contaminar o fluido de usinagem, havendo a necessidade de selecionar filtros e sistemas de separação que reduzam a quantidade de substâncias indesejáveis

66 Recirculação do fluido O controle da qualidade da água e a correta limpeza das máquinas são importantes na vida útil do fluido de usinagem. No concentrado, não há a presença de microorganismos, a contaminação dos fluidos se dá por agentes externos. As bactérias se aninham na emulsão, trazidas especialmente pela água de preparação. A utilização de água isenta de contaminantes e a correta diluição dos concentrados em água contribui para o melhor desempenho dos fluidos de usinagem.

67 Recirculação do Fluido O controle do desgaste dos constituintes pelo arraste do cavaco pode ser realizado pelo monitoramento da concentração. A prevenção do crescimento de microrganismos nas soluções ou emulsões é realizada através do controle do ph do fluido. A permanência do ph entre 8,5 e 9,0 dificulta o desenvolvimento das bactérias prejudiciais ao fluido de usinagem.

68 principais problemas que podem ocorrer durante o controle das condições ideais do fluido de usinagem no sistema de recirculação -contato dos fluidos de usinagem com óleos lubrificantes de componentes das máquinas-ferramentas; - sedimentação de limalha e demais impurezas no fundo do sistema; -acúmulo de borras de óleo nas paredes do sistema; - bomba com mal funcionamento; - falta de aeração; - processo ineficiente de limpeza do sistema; -reposição de fluidos de usinagem em sistemas contaminados por bactérias.

69 Introdução de novas tecnologias A introdução de novas tecnologias em operações de usinagem de metais em substituição às tecnologias clássicas pode contribuir para a redução do impacto ambiental causado pelos fluidos esgotados

70 Introdução de novas tecnologias Três fatores devem ser analisados inicialmente para tomada de decisão quanto a aplicação de novas tecnologiass em operações de usinagem: Tipo de material a ser usinado Tipo de ferramenta de corte utilizada Tipo de operação a ser executada

71 Método de mínima quantidade de fluido MQF MQF - O método da Mínima Quantidade de Fluido é um estágio que está entre a usinagem com refrigeração e a absolutamente sem refrigeração. Significa que somente uma pequena gota de óleo é lançada na área de corte para produzir um pequeno filme de lubrificante protetivo.

72 Usinagem a Seco A usinagem a seco se apresenta como a melhor alternativa para resolver os problemas causados pelos fluidos de corte, porém a usinagem a seco não consiste em simplesmente interromper a alimentação de fluido de corte de um determinado processo, mas sim exige uma adaptação compatível de todos os fatores influentes neste processo

73 Método de usinagem a seco Pistola Automática de Ar Produz um jato constante de ar para a ferramenta de corte que afasta os cavacos durante a usinagem a seco. A pistola de ar pode ser programada para funcionar durante a rotação do fuso ou no final de um ciclo.

74 Substituição do Processo Para os casos em que um determinado processo não permita o emprego das alternativas anteriores, uma solução extrema é substituir o processo em questão por um ou mais processos alternativos que consigam os mesmos resultados que o processo original. Esta solução exige por parte do usuário a disposição para avaliar os processos utilizados e aceitar o risco de tentar novas formas de produção.

75 OPORTUNIDADES DE MELHORIAS