Rubem Manoel de Braga - LAMEF UFRGS Henrique Anderson Beker - LAMEF UFRGS Afonso Reguly - LAMEF UFRGS Universidade Federal do Rio Grande do Sul

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1 SONDA PARA MEDIR A ESPESSURA RESIDUAL DE CILINDROS DE MOTORES Rubem Manoel de Braga - LAMEF UFRGS Henrique Anderson Beker - LAMEF UFRGS Afonso Reguly - LAMEF UFRGS Universidade Federal do Rio Grande do Sul Trabalho apresentado na 6 a COTEQ Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos, Salvador/BA, 19 a 21 de agosto de As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade do (s) autor(es).

2 SINÓPSE Diferenças na espessura de parede dos cilindros de um bloco de motor de combustão interna, sejam devido a processos de fabricação ou à corrosão, podem comprometer a refrigeração e diminuir a vida útil do mesmo. Não se tem acesso para exame visual e nem para medir a espessura de parede dos cilindros de um bloco de motor. Neste trabalho foi desenvolvida uma sonda manual de ultra-som que possibilita medir a espessura do cilindro em qualquer ponto, detectando eventuais processos de corrosão ou diferenças de espessura de parede. 1. INTRODUÇÃO As diferenças de espessura de parede de cilindros de blocos de motores de combustão interna, a partir de certos valores, originam gradientes térmicos que podem comprometer o seu desempenho e diminuir a sua vida útil, o mesmo ocorrendo com corrosão localizada em determinadas áreas no lado da água. Essas diferenças de espessura podem ocorrer já na fabricação do bloco, seja na fundição ou na usinagem, ou em serviço, por problemas de material ou com o meio de refrigeração. Não são detectáveis por exame visual, por não se ter acesso pelo lado externo dos cilindros, de maneira similar a certos equipamentos, como trocadores de calor, nos quais em geral só se tem acesso através do espelho pelo lado do furo do tubo e não se consegue medir a espessura nem fazer o exame visual pelo lado externo. No presente trabalho foi desenvolvida e testada uma sonda de ultra-som para medir essa espessura. 2 DESCRIÇÃO DO TRABALHO 2.1 Equipamento de ultra-som utilizado Neste trabalho foi utilizado o seguinte equipamento de ultra-som: Marca: Krautkrämer Modelo: USD Escolha do método de ensaio ultra-sônico e do transdutor Após comparação entre os métodos possíveis, se optou pelo ensaio de ultrasom com acoplamento por contato, utilizando uma sapata adaptadora de acrílico e vaselina líquida como acoplante. Com base em sonda anteriormente construída para medições similares em trocadores de calor (5-6), escolheu-se o seguinte transdutor: -Marca: Panametrics -Tipo de transdutor: Normal -Modelo: V205 -Diâmetro do cristal: 1/4 -Freqüência: 15MHz A sapata adaptadora entre o transdutor e o cilindro tinha as seguintes características:

3 -Material: Acrílico -Diâmetro: 11mm -Comprimento: 8mm 2.3 Projeto da sonda A sonda consistiu numa base adaptadora ao furo do cilindro, que conduzia o transdutor com a sapata. Esse conjunto foi suspenso por uma haste a um suporte na parte superior do cilindro, que podia girar e permitir deslocamentos verticais da base conforme Fotografia 1. H Fotografia 1 Aspecto da sonda experimental posicionada para medir o cilindro na parte superior. Ao descer a haste H, a sonda realiza as medições a qualquer altura do cilindro. 3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Para o presente trabalho foram utilizados dois blocos de motor a óleo diesel de quatro cilindros. O procedimento experimental consistiu inicialmente na retirada de um cilindro do bloco de um motor para ser utilizado como padrão para calibração. As medições da espessura de parede desse cilindro com um micrômetro permitiu se

4 calibrar a velocidade do som do material no aparelho e descobrir o precisão da medição, concluindo-se que o erro de medição era de ±0,12mm. Após a calibração se executou todas as medidas nos dois blocos usados para esta pesquisa. As medições foram feitas em três alturas distintas dos cilindros (30, 100, 140 mm) a contar de sua face superior, em ângulos pré determinados, sendo 0 por convenção a parte da frente do bloco do motor e as demais medidas em ângulos no sentido horário. Foram medidos os 4 cilindros de cada bloco e construídos os gráficos das medições encontradas em cada altura. A Tabela 1 contem os resultados das medições do cilindro 1 do bloco 1 e o Gráfico 1 corresponde a esses mesmos resultados. Tabela 1 Resultados das Medições do Cilindro 1 do Bloco 1 Profundidade Ângulo (mm) cilindro 1 Espessura da parede (mm) ângulo Gráfico 1: Representação gráfica da tabela 1 Para os demais cilindros de cada bloco em estudo foram feitas as mesmas medições e gráficos, o que permitiu concluir que o perfil de espessura dos cilindros dos blocos de motor medidos apresentava o aspecto indicado no Desenho Esquemático 1 apresentado a seguir.

5 Desenho Esquemático 1 Representação esquemática de como são as paredes dos cilindros de um dos blocos a partir das medições do US. A do outro apresentou resultado similar. Observa-se que os gráficos indicam uma tendência de aumento de espessura em determinada região. Isso pode ser, por exemplo, devido a um erro da referência da posição de usinagem, pois ocorreu em todos os outros cilindros inspecionados. Os blocos de motor podem ser aprovados ou não de acordo com parâmetros pré-estabelecidos pela engenharia, que podem ser, por exemplo: 1) Parede com espessura mínima de 4,8mm e máxima de 7,5mm; 2) Diferença máxima de espessura de 1,5 mm entre os diversos pontos medidos. As medições permitem, portanto, decidir se o bloco de motor pode ser utilizado ou não, no caso de uma fábrica de motores ou se pode continuar operando ou não, no caso de manutenção. Um fato importante a observar é que, sendo os blocos de ferro fundido, conforme a tamanho da grafita a mesma pode interferir nas medições. Desse modo, sempre que um resultado der muito diferente do esperado, deve-se realizar uma medição ao lado para confirmação. No caso de muitas medidas apresentarem resultado estranho, deve-se verificar se o material não está com granulação grosseira ou microporosidades. 4 CONCLUSÕES a) A sonda desenvolvida pode ser utilizada para inspeção de cilindros de blocos de motores; b) As medições apresentam uma precisão de ±0,12mm; c) O procedimento utilizado para fazer a inspeção dos blocos é de fácil execução, sendo suficiente ter um equipamento digital de ultra-som, um transdutor de 15MHz e as adaptações para o teste, que podem ser construídas na própria indústria;

6 d) O número de medidas, na prática, pode ser diminuído, pois os resultados apresentam uma forte tendência e com poucas medidas se pode ter uma boa idéia do estado dos cilindros; e) Há a possibilidade de substituir a vaselina líquida por um outro acoplante mais fácil de aplicar, como um óleo lubrificante em spray. 5 BIBLIOGRAFIA 1) Robba, M.; Martelli, C. Controlli non Destruttive di fabbricazione su tubi di guaiana alettati per elementi combustibili nucleari tipo Orgel, La Metalurgia Italiana, n 4, pag , ) Krautkrämer, J.; Krautkrämer, M.; Ultrasonic Testing of Materials, 3ª edição, Springer-Verlag, ) Zin, S.; Suszczynski, E.; Apostila do Curso de Ultra-Som, UFRGS, ) Spoerer, A.; Curso de Introdução aos Ensaios Não Destrutivos, Panambra. 5) Braga, R.; Reguly, A et alli, Special Probe Fixture for Pipe Inspection - NDTISS'99 - Torres ) Braga,R.; Sondas para Medir Espessura Residual de Tubos por Ultra-som, Dissertação de Mestrado, PPGEM, UFRGS, AGRADECIMENTOS: - Ao CNPQ e à UFRGS pelo apoio aos trabalhos de pesquisa com aplicação industrial; - Ao Prof. Dr. Telmo R. Strohaecker pela sugestão e apoio dado a este trabalho.