MUNDO TECNOLÓGICO. Faculdade Norte Capixaba de São Mateus MULTIVIX v.5 n.6 janeiro/junho Semestral

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2 2 MUNDO TECNOLÓGICO Faculdade Norte Capixaba de São Mateus MULTIVIX v.5 n.6 janeiro/junho Semestral Diretor Executivo Tadeu Antônio de Oliveira Penina Diretora Acadêmica Eliene Maria Gava Ferrão Diretor Geral Fernando Bom Costalonga Coordenadora Financeiro Célia Maria Pertel Coordenadora Acadêmica/de Graduação Elen Karla Trés Coordenadores de Curso: Administração Análise Desenvolvimento de Sistemas Engenharia de Produção Mecânica Engenharia Civil Engenharia Química Pedagogia Letras Petróleo e Gás Serviço Social Presidente da Comissão Editorial Eliene Maria Gava Ferrão Comissão Editorial Allan Costa Jardim Bárbara Lorentz Melgaço Elen Karla Trés Eliene Maria Gava Ferrão Fernanda Ribeiro Souza Iosana Aparecida Recla de Jesus Jefferson Duarte Pacheco Josete Pertel Tereza Barbosa Rocha Endereço para correspondência Rod. Othovarino Duarte, s/nº, Bairro Park Washington, São Mateus-ES, CEP.: oliviad@unisam.edu.br Capa Ary José Fernandes Junior

3 3 M965 Mundo Tecnológico/ Faculdade Norte Capixaba de São 2014 São Mateus: MULTIVIX, Mateus v.5, n.6, Semestral ISSN Pesquisa acadêmica periódicos. 2. Gestão. 3. Exatas. I. Faculdade Norte Capixaba de São Mateus CDD CDU: (05)

4 4 EDITORIAL A revista científica Mundo Tecnológico é uma iniciativa da Faculdade Norte Capixaba de São Mateus que possibilita a divulgação de artigos e resumos de contribuições relevantes para a comunidade científica das diversas áreas de estudo que abrange a Instituição. Portanto, tratase de um veículo de publicação acadêmica semestral, cujo público-alvo são professores e alunos de graduação e pós-graduação. Diante disso, a Instituição almeja que a revista científica Mundo Tecnológico contribua para o fomento contínuo da prática da investigação, e promova o crescimento educacional.

5 5 MUNDO TECNOLÓGICO SUMÁRIO A R T I G O S Reaproveitamento de resíduos sólidos provenientes da construção civil...6 Dayna Nunes Coradini Maytha Ferreira Machado Análise de falha nos redutores de velocidade benzlers das prensas de lavagem da linha de fibras em uma fábrica de papel celulose no Extremo Sul da Bahia...14 Christiano Clementino dos Santos Izabô Piana Martin Luiz Henrique Dias Silva Estudo sobre falhas de haste polida: proposta de alteração da geometria para a inserção de nova forma de fixação...34 Andreza Aparecida Porto Jeronimo de Moura Junior José Carlos Cesconetti Análise de perda de carga possível causa de transbordo de matéria-prima da fabricação de açúcar...54 Hendel Ferraz dos Santos Maria Carolina Rodrigues Barbosa Ronald dos Santos Moura ISSN

6 6 REAPROVEITAMENTO DE RESIDUOS SÓLIDOS PROVENIENTES DA CONSTRUÇÃO CIVIL Dayna Nunes Coradini 1 Maytha Ferreira Machado 2 RESUMO Este trabalho tem como objetivo relatar sobre o reaproveitamento dos resíduos sólidos gerados pela construção civil através da reciclagem e de sua reutilização. Através da pesquisa bibliográfica, observou-se que o setor da construção civil apresenta uma grande variedade de materiais de construção e de atividades no canteiro de obras, que acaba resultando em um grande volume de resíduos. Com a reciclagem dos resíduos é possível reduzir os custos de logística das matérias primas, através da economia na aquisição de materiais de construção, além dos custos de transporte, que efetuam o arranjo dos resíduos em locais irregulares, como encostas de rios e córregos, terrenos baldios e em vias publicas. Sendo assim, conclui-se que a construção civil é a única indústria capaz de reaproveitar quase que em sua totalidade, os resíduos que produz e que a utilização desses resíduos depois de reciclados possibilita a produção de matérias-primas com custos menores, quando comparados aos custos das disponíveis no mercado, uma vez que no ramo da construção civil há muito desperdício. Palavras-chaves: Resíduos sólidos; Reciclagem; Reaproveitamento; Impacto ambiental. ABSTRACT This paper aims to report on the reuse of solid waste generated by civil construction through recycling and reuse. Through literature review, it was noted that the construction industry has a wide variety of construction materials and activities in the construction site, which ultimately results in a large volume of waste. With waste recycling it is possible to reduce logistics costs of raw materials, through the economy in the purchase of construction materials, and transportation costs, effecting the arrangement of residues in irregular places like slopes of rivers and streams, land vacant lots and public roads. Therefore, it is concluded that the civil construction is the only industry capable of reusing almost in its entirety, the waste it produces and that the use of waste recycled after allows the production of raw materials at lower costs when compared to costs available in the market, since in the civil construction business there is a lot of waste. KEYWORDS: solid waste. Recycling. Reuse. Environmental impact. 1 INTRODUÇÃO 1 Graduanda do 8 período do Curso de Engenharia Civil da Faculdade Norte Capixaba de São Mateus Multivix 2 Graduanda do 8 período do Curso de Engenharia Civil da Faculdade Norte Capixaba de São Mateus Multivix

7 7 A crescente geração dos resíduos sólidos, oriundos da construção, reformas e demolições no ramo da construção civil, vem demandando soluções para reduzir esse desperdício de materiais que são despejados em aterros sanitários, de maneira irregular, que acabam contribuindo com a ausência dos recursos não renováveis. Além da degradação ambiental, o descarte irregular e o desperdício desses materiais acabam resultando na perda da qualidade ambiental e gerando alto custo às administrações públicas que têm que arcar com as despesas para descartar, mesmo que de forma clandestina, esses resíduos. Vieira, Bragato e Lima (2004, p. 05), afirmam que: A indústria da construção civil vem, ao longo dos anos, aprimorando suas técnicas construtivas e caminhando paralelamente com o avanço tecnológico que hoje está espalhado pelo mundo. Essa mesma indústria que cresce e se aprimora, está as voltas com problemas tão grandes quanto seu crescimento. Um dos questionamentos que se faz é o que será da construção civil sem os recursos naturais, antes tidos como inesgotáveis e renováveis, uma vez que sua exploração, excessiva e indiscriminada, tem causado graves problemas ambientais. Neste contexto, a reciclagem surge como uma prática importante para combater o problema do resíduo sólido proveniente da construção civil. O objetivo geral deste trabalho é demonstrar que é possível realizar o reaproveitamento dos resíduos sólidos provenientes da construção civil, apresentando que através da reciclagem dos resíduos da construção civil e de sua reutilização é possível reduzir o impacto que esses resíduos causam ao meio ambiente, tentando assim reduzir o consumo dos recursos naturais. 2 METODOLOGIA Empregou-se nesse estudo a revisão bibliográfica, com a finalidade de apresentar como é possível, através do reaproveitamento dos resíduos sólidos provenientes da construção civil, reduzir o impacto ambiental, assim como o consumo dos recursos naturais utilizados para a fabricação da matéria-prima utilizada no ramo. No decorrer deste trabalho são apresentadas as definições e os aspectos normativos, relacionado à construção civil e seus resíduos produzidos, assim como a reutilização desses resíduos através da reciclagem, considerando os impactos ambientais e a economia de custos. 3 REFERENCIAL TEÓRICO 3.1 A CONSTRUÇÃO CIVIL E OS RESÍDUOS PRODUZIDOS: DEFINIÇÕES E ASPECTOS NORMATIVOS Considerando a crescente preocupação da sociedade com relação às questões ambientais e ao desenvolvimento sustentável, a ABNT 3 NBR Resíduos sólidos Classificação (2004, p. 01) define resíduos sólidos como Resíduos nos estados sólido e semi-sólido, que resultam 3 Associação Brasileira de Normas Técnicas

8 8 de atividades de origem industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola, de serviços e de varrição. Ainda que não esteja explícito, na definição supra citada, os resíduos provenientes das atividades da indústria da construção civil, podem estar inclusos tanto nas atividades industriais quanto nas atividades de serviços. Além da NBR 10004, existe a resolução 307/ 2002, do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), que trata-se de uma resolução especifica para os resíduos da construção civil. Tal resolução (BRASIL, 2002, p.01) define que resíduos da construção civil: [...] são os provenientes de construções, reformas, reparos e demolições de obras de construção civil, e os resultantes da preparação e da escavação de terrenos, tais como: tijolos, blocos cerâmicos, concreto em geral, solos, rochas, metais, resinas, colas, tintas, madeiras e compensados, forros, argamassa, gesso, telhas, pavimento asfáltico, vidros, plásticos, tubulações, fiação elétrica etc., comumente chamados de entulhos de obras, caliça ou metralha. Diversas são as fontes de geração de resíduos na construção civil, onde se pode destacar também são fontes de geração de resíduos na construção civil (LEITE, apud CABRAL e MOREIRA, 2011): - ausência na qualidade dos bens e serviços no ramo da construção, resultando assim, na perda de materiais e formação de entulhos. - redução da vida útil das estruturas, que necessitam com mais frequência de manutenção, acarretando em um maior consumo de matéria-prima e geração de mais resíduos. - crescimento econômico, que também gera um aumento no ramo da construção civil, o que acaba por gerar aumento no consumo da matéria-prima e consequentemente aumento na geração de resíduos. - desastres naturais (terremotos; avalanches) e desastres causados pelo homem (guerra; bombardeios). - urbanização descontrolada da maioria das cidades. A geração de resíduos e o aumento da procura de matéria-prima são transtornos que devem ser resolvidos, e a reciclagem é certamente a melhor opção. A reciclagem transforma a utilização desordenada dos resíduos provenientes da construção civil, em matéria-prima que pode ser utilizada tanto para as obras prediais como para as obras públicas. Conforme a resolução 307, Art. 3 do CONAMA (BRASIL, 2002, p. 2-3), os resíduos da construção civil deverão ser classificados da seguinte maneira: - Classe A: são os resíduos reutilizáveis ou recicláveis como agregados, tais como: a) de construção, demolição, reformas e reparos de pavimentação e de outras obras de infra-estrutura, inclusive solos provenientes de terraplanagem; b) de construção, demolição, reformas e reparos de edificações: componentes cerâmicos (tijolos, blocos, telhas, placas de revestimento etc.), argamassa e concreto; c) de processo de fabricação e/ou demolição de peças pré-moldadas em concreto (blocos, tubos, meio-fios etc.) produzidas nos canteiros de obras; - Classe B: são os resíduos recicláveis para outras destinações, tais como: plásticos, papel/papelão, metais, vidros, madeiras e outros;

9 9 - Classe C: são os resíduos passíveis de reutilização, para os quais ainda não foram desenvolvidas tecnologias ou aplicações economicamente viáveis que permitam a sua reciclagem; - Classe D: são resíduos perigosos oriundos do processo de construção, tais como tintas, solventes, óleos e outros ou aqueles contaminados ou prejudiciais à saúde oriundos de demolições, reformas e reparos de clínicas radiológicas, instalações industriais e outros, bem como resíduos contendo produtos nocivos à saúde, exceto o amianto; - Classe E: são os resíduos contendo amianto, exigindo cuidados especiais em todo seu gerenciamento em função do possível desprendimento de fibras. A classificação dos resíduos sólidos facilita dar seguimento na reciclagem, e direcionar cada categoria para a reutilização correta, evitando assim a contaminação desses materiais. Conforme Paiva e Ribeiro ([s.d.], p.01), A construção civil afeta consideravelmente o meio ambiente pelo consumo de recursos minerais e de produção de resíduos. Ela explora jazida de pedras, areias, calcário, zinco, alumínio, ferro, etc. É consumidora voraz de madeira e água. Tem como fornecedores os principais segmentos poluidores. A indústria da construção civil extrai muitos recursos da natureza, tanto que é titulado o maior consumidor individual de recursos naturais. Levando em conta o potencial existente para efetuar a reciclagem dos materiais da construção civil e a provável extinção dos recursos naturais e matérias-primas, faz da reciclagem um recurso necessário para a sobrevivência do planeta. O idealizador do estudo sobre a utilização de resíduos da construção civil no Brasil, em 1986, foi o arquiteto Tarcisio de Paula Pinto, tendo como idéia central desse estudo, o uso de resíduos reciclados para produção de argamassa (PINTO, apud LEITE, 2001). Qualquer sociedade preocupada com os impactos ambientais deve colocar o aperfeiçoamento da construção civil como preferência. Qualquer tipo de atividade tem necessidade de um ambiente adequado, e os insumos da construção civil são de grande importância. 3.2 A REUTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS DA CONSTRUÇÃO CIVIL: CONSIDERANDO OS IMPACTOS AMBIENTAIS Entre os setores que consomem recursos naturais, o setor da construção civil é o que causa maior impacto sobre o meio ambiente. Segundo John (apud PAIVA; RIBEIRO, [s.d.], p. 07), acredita-se que a construção civil aplica entre 20 e 50% da totalidade dos recursos naturais utilizados pela sociedade. Ao mesmo tempo em que a indústria da construção civil é essencial para o desenvolvimento econômico do país, o crescimento desse setor vem gerando impactos negativos para o meio. De acordo com Karpinsk (2009, p.10), O problema ambiental gerado pelos resíduos depositados de forma desregrada em aterros clandestinos, acostamentos e rodovias deve ser resolvido visando preservar o meio ambiente. Ações têm sido criadas para reverter essa situação, é o caso da Resolução do CONAMA nº 307/02, que estabelece diretrizes, critérios e

10 10 procedimentos para a Gestão dos Resíduos da Construção Civil e cria a cadeia de responsabilidades: gerador - transportador - municípios. O consumo sem limites dos recursos naturais tem causado danos, talvez, irreparáveis ao meio ambiente. A construção civil colabora com esses danos, através da retirada de materiais do meio, que não são retornáveis, como: areia, ferro, madeira, etc. Mas não é só a produção dos materiais de construção que causa danos ao meio ambiente, mas também toda a sua cadeia (da produção, transporte, manuseio), ou seja, os compostos orgânicos que afetam tanto a qualidade do ar quanto a saúde dos trabalhadores. Já a água, em contato com esses materiais, com compostos tóxicos, acaba por se contaminar e assim transmitindo ao lençol freático. Paiva e Ribeiro ([s.d.]), afirmam que no Brasil o consumo de recursos naturais apenas para a produção de concreto e argamassas é de 220 milhões de toneladas; e que há o consumo de aproximadamente 2/3 da madeira extraída, sendo que a maior parte das florestas não são reflorestadas. Extração de matérias-primas e produção de materiais são algumas das etapas percorridas pela construção civil, esses impactos afetam, entre outros, a qualidade dos recursos ambientais. Para Pinto (apud VIEIRA, 2004, p. 06), os resíduos resultantes da construção civil e da demolição são compostos, essencialmente, de 60% de argamassa, 30% de componentes de vedação, como tijolos, blocos de concreto e cacos cerâmicos, 9% de outros materiais, como concreto, pedra, areia, metais e plásticos; e 1% de orgânicos. A fim de reduzir as perdas de materiais, melhorar a qualidade dos serviços dentro da construção civil seria uma alternativa, diminuindo assim, a quantidade de resíduos gerados. Além de remover os recursos naturais, a produção dos materiais de construção ainda gera poluição, através da produção de poeira e CO2. Sendo assim, indiscutivelmente, a construção civil é o maior produtor de resíduos, sendo duas vezes maior que o volume do lixo sólido (PAIVA; RIBEIRO, [s.d.]). 3.3 A CONSTRUÇÃO CIVIL E A RECICLAGEM Paiva e Ribeiro ([s.d.], p.04), definem reciclagem como todas as ações que tenham como objetivo permitir a reutilização de materiais e/ou produtos, de modo a estender seu ciclo de vida e diminuir os problemas com a forma de deposição dos resíduos ou de emissão de poluentes [...]. A reciclagem gera uma economia para a empresa de construção civil que a pratica, pois além da redução do consumo de água, energia e a preservação do meio ambiente num todo, há a redução de penalidades por poluição e uma melhoria da imagem da empresa, entre outros. Segundo Pinto (apud SILVA, 2007, p. 33), A reciclagem de resíduos da construção é praticada há milênios, sendo comuns na história das civilizações antigas exemplos de resíduos de construções de um determinado período histórico (vias romanas, igrejas renascentistas) constituírem base usada por edificações do período seguinte.

11 11 Os resíduos sempre existirão, mas hoje, as políticas existentes são praticamente exclusivas para controlar a destinação desses resíduos. A cadeia de produção da construção civil mostra diversas vantagens que a capacita a ser uma grande recicladora (PINTO, apud SILVA, 2007, p ): - é a maior consumidora de material, tendo assim, maior condição de reciclar; - os diversos ramos da cadeia de produção da construção civil constam em todas as regiões, permitindo e facilitando a realização da reciclagem local; - como a maioria dos elementos de construção é de simples produção; requisitos como esterilidade e alta pureza são desnecessários em grande parte das aplicações comuns da construção civil, simplificando assim os processos de reciclagem; - a construção civil admite a utilização de uma considerável diversidade de produtos com resistência mecânica baixa, e apresenta também uma quantidade maior de materiais alternativos para uma mesma funcionalidade. Através da reciclagem de entulhos é possível alcançar economia tanto nos custos de matériasprima, assim como nos custos do transporte do entulho. O Art. 4, 1º, da Resolução 307 do CONAMA (BRASIL, 2002, p. 3) destaca que os resíduos da construção e demolição (RCD) não podem ser dispostos em aterros de resíduos domiciliares, em áreas de bota fora, em encostas, corpos d água, lotes vagos e em áreas protegidas por Lei [...]. Já o Art 10 da resolução 307 do CONAMA (BRASIL, 2002, p. 4), informa como os resíduos da construção civil deverão ser destinados, conforme a sua classe: - Classe A: deverão ser reutilizados ou reciclados na forma de agregados, ou encaminhados a áreas de aterro de resíduos da construção civil, sendo dispostos de modo a permitir a sua utilização ou reciclagem futura; - Classe B: deverão ser reutilizados, reciclados ou encaminhados a áreas de armazenamento temporário, sendo dispostos de modo a permitir a sua utilização ou reciclagem futura; - Classe C: deverão ser armazenados, transportados e destinados em conformidade com as normas técnicas específicas; - Classe D: deverão ser armazenados, transportados e destinados em conformidade com as normas técnicas específicas; Segundo Carneiro et al. (apud SILVA, 2007, p. 35), para efetuar a utilização dos resíduos reciclados, em substituição aos materiais usuais, é necessário que esses insumos possuam bom desempenho em sua utilização. A reciclagem pode contribuir na produção de materiais de menor custo, auxiliando assim, na redução do custo das habitações, um dos bens mais caros e de difícil acesso que é produzido e também na redução do custo das rodovias, estradas de ferro, barragens, entre outros. John (apud SILVA, 2007, p. 43) afirma que a reciclagem possibilita também a geração de empregos, aumentando assim a competitividade da economia e a criação de novas oportunidades de negócios. Estudo executado na Carolina do Norte (EUA) constatou que para cada 100 empregos gerados na reciclagem, são perdidos apenas 13 na indústria do lixo. Sendo assim, pode-se afirmar que a reciclagem é uma boa oportunidade de transformar uma fonte de despesa, numa fonte de faturamento, e que trata-se de uma alternativa ambientalmente sustentável de destinação final de resíduos e entulhos.

12 ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS DADOS Através da pesquisa bibliográfica e dos dados coletados por meio de trabalhos acadêmicos, normas, teses e artigos, observou-se que a reutilização através do reaproveitamento dos resíduos sólidos é a melhor opção para conter o impacto que o ambiente sofre com o consumo de matéria-prima e com a geração desenfreada de resíduos, assim como é a melhor opção para o impacto financeiro. Com a reciclagem de entulho é possível realizar economia dos custos logísticos de matériasprimas, além dos custos para transporte, a fim de efetuar a disposição dos resíduos em aterros. Os custos relativos ao transporte do entulho ao aterro e ao fornecimento de matériasprimas podem tornar a reciclagem economicamente viável. Os eventuais custos com remediação de impactos ambientais e disposição no aterro podem aumentar ainda mais as vantagens econômicas da reciclagem (CARNEIRO et al., 2001, apud SILVA, 2007, p. 35). Em uma obra da construção civil existe muito desperdício, que pode e deve ter um reaproveitamento adequado, através da reutilização realizada através da reciclagem desses resíduos. A construção civil é a única indústria capaz de reaproveitar quase em sua totalidade, os resíduos que produz. Em contrapartida, não consegue reduzir a quantidade de matéria-prima para edificar uma obra, sem comprometer a qualidade, segurança e durabilidade da edificação (CAMARGO, apud KARPINSK, 2009, p. 30). Sendo assim, pode-se afirmar que a utilização desses resíduos reciclados admite a produção de insumos que terão custos menores que o custo dos insumos disponíveis no mercado. 4. CONCLUSÃO Conclui-se então, que a reciclagem e a reutilização dos resíduos sólidos da construção civil é uma boa oportunidade de transformar uma fonte de despesa, numa fonte de faturamento, e que se trata de uma alternativa ambientalmente sustentável de destinação final de resíduos e entulhos. 5. REFERÊNCIAS 1. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10004: Resíduos sólidos Classificação. Rio de Janeiro, CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE. Resolução nº 307 de 5 de jul Brasília, KARPINSK, L A. et al. Gestão diferenciada de resíduos da construção civil: uma abordagem ambiental. Porto Alegre: Edipucrs, 2009.

13 13 4. LEITE, M. B. Avaliação de propriedades mecânicas de concretos produzidos com agregados reciclados de resíduos de construção e demolição. Porto Alegre: Tese de Doutorado (Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil) - Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, CABRAL, A. E. B; MOREIRA, K. M. de V. Manual de Gestão de Resíduos Sólidos da Construção Civil. Sinduscon CE, Fortaleza, PAIVA, Paulo A. de; RIBEIRO, Maisa de S.. A reciclagem na construção civil: como economia de custos. [s.d.]. Disponível em: < Acesso em: 12 set SILVA, Alex F. F. da. Gerenciamento de resíduos da construção civil de acordo com a resolução Conama nº 307/02: estudo de caso para um conjunto de obras de pequeno porte f. Dissertação (Mestrado em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos) - Programa de Pós-Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, VIEIRA, G. L.; BRAGATO, C. G.; LIMA, F. B. de; Resistência e Durabilidade de Concretos Produzidos com Agregados Reciclados Provenientes de Resíduos de Construção e Demolição. Engenharia Civil, Portugal, n. 19, p. 5-18, jan

14 14 ANÁLISE DE FALHA NOS REDUTORES DE VELOCIDADE BENZLERS DAS PRENSAS DE LAVAGEM DA LINHA DE FIBRAS EM UMA FÁBRICA DE PAPEL E CELULOSE NO EXTREMO SUL DA BAHIA Christiano Clementino dos Santos 4 Izabô Piana Martin 5 Luiz Henrique Dias Silva 6 RESUMO Para realização do estudo utilizou-se da pesquisa exploratória, documental, descritiva, bibliográfica e estudo de caso, com dados quantitativos e qualitativos. O presente trabalho teve como objetivo principal reduzir vazamentos de óleo dos redutores pelos retentores das prensas de lavagem da Linha de Fibras. Esse problema gerava um gasto com a compra excessiva, tanto de óleo lubrificante quanto de retentores. No decorrer da pesquisa, foram utilizadas várias ferramentas para auxílio da análise. A análise de falhas foi realizada utilizando-se duas ferramentas importantes, o FMEA e o FTA, sendo possível conhecer o redutor de velocidade e as prensas de lavagem, consequentemente ajudando a observar todos os detalhes que não eram vistos antes. Palavras-chaves: Retentor; Manutenção; Vazamento; FMEA; FTA. ABSTRACT To conduct the study, it was used the exploratory, the documentary, the descriptive and the bibliographical research and the case study, with quantitative and qualitative data. The present paper aimed to reduce oil leaks from the reducers of the washing presses of Fiber Line. This issue generated a spending with the excessive purchase of oil and lubricant retainers. During the search, several tools to aid the analysis were used. A failure analysis was performed using two important tools, the FMEA and the FTA, which can lead to meet the speed reducer and washing presses, thus helping to watch all the details that hed not been seen before. KEYWORDS: Retainer; maintenance; leak; FMEA; FTA. 1 INTRODUÇÃO Desde a revolução industrial, as empresas estão em busca de conhecimentos para mitigar problemas relacionados à área industrial e tecnológica, visando aumento de produção com qualidade vinculada à redução de custos. Nestas circunstâncias, um dos fatores para o aumento de custos na manutenção industrial está relacionado aos problemas de vazamento de óleo lubrificante em equipamentos rotativos, neste caso, nos redutores de velocidade. 4 Graduando com Curso de Engenharia Mecânica da Faculdade Norte Capixaba de São Mateus Multivix. 5 Graduanda com Curso de Engenharia Mecânica da Faculdade Norte Capixaba de São Mateus Multivix. 6 Graduando com Curso de Engenharia Mecânica da Faculdade Norte Capixaba de São Mateus Multivix.

15 15 Como assevera Silva (2008, p.54): É conhecido por redutor o conjunto de coroa e parafuso com rosca sem-fim ou de engrenagens acondicionado em uma carcaça com sistema de lubrificação e destinado a reduzir a velocidade. Engrenagem é conjunto de duas ou mais rodas dentadas. A engrenagem permite a redução ou o aumento do momento de torção, com perdas muito pequenas de energia, e o aumento ou redução de velocidades sem nenhuma perda, por não permitir patinação. O foco principal do estudo de caso está relacionado aos redutores de velocidade, situados nas prensas de lavagem instaladas na Linha de Fibras, em que há maior incidência das ocorrências de vazamentos. A importância de eliminar esse problema é de prevenir o desperdício de óleo lubrificante pelos retentores, o que diminui consideravelmente o custo anual com manutenção emergencial causada por quebras não programadas oriundas dos constantes vazamentos nos redutores de velocidade, eliminando ocorrências ambientais, riscos de acidentes, melhorando a conservação do ativo, reduzindo o esforço de manutenção. Dessa forma, para garantir a eficácia do método, algumas ferramentas podem ser empregadas para resolução de problemas, tais como FMEA (Análise do Modo e do Efeito da Falha); RCFA (Análise das Causas Raízes das Falhas); MASP (Método de Análises e Soluções de Problemas); FTA (Análise da Árvore de Falhas), Espinha de peixe (Ishikawa), entre outras. Desse modo este estudo consiste na identificação das causas do vazamento do óleo lubrificante pelos retentores utilizados nos redutores de velocidade instalados nas prensas de lavagem localizada na Linha de Fibras, no período de fevereiro de 2008 até o ano de 2013, em uma empresa de papel e celulose no extremo sul da Bahia. O objetivo geral desta pesquisa é identificar as principais causas do excessivo consumo de óleo lubrificante nos redutores de velocidade das prensas de lavagem da linha de fibras, para evitar paradas emergenciais e consequentemente, reduzir o custo de manutenção que ocorre devido à falha nos redutores bem como as perdas por paradas improdutivas. 2 METODOLOGIA Para a realização deste estudo, a pesquisa classificou-se em exploratória e descritiva. Gil (1996, p. 45) comenta que pesquisa exploratória [...] tem como objetivo principal o aprimoramento de ideias ou a descoberta de intuições. Empregou-se também, a pesquisa descritiva por estar intimamente ligada à definição dos dados agregados ao trabalho, buscando identificar, analisar as informações reunidas com base o conhecimento cientifico. Feita através do levantamento de dados ou observações de um fato, fenômeno e/ou processo selecionado (SANTOS, 2002). Justifica-se que foram escolhidas as pesquisas exploratórias e as descritivas, pois aumentam o conhecimento acerca do tema pesquisado e auxiliam na obtenção dos objetivos propostos na pesquisa. A pesquisa se baseou numa revisão bibliográfica em que a principal ferramenta foi o estudo de caso, utilizado com o fim de garantir a compreensão do tema pesquisado.

16 16 Segundo Gil (2002, p. 44) a pesquisa bibliográfica [...] é desenvolvida com base em material já elaborado, constituído principalmente de livros e artigos científicos. O estudo de caso, de acordo com Gil (2002, p. 54) consiste no estudo profundo e exaustivo de um ou poucos objetivos. Utilizando ainda a pesquisa documental que de acordo com Gil (2002, p. 45) a pesquisa documental vale-se de materiais que não receberam ainda um tratamento analítico, ou que ainda podem ser reelaborados de acordo com os objetivos da pesquisa. Justifica o uso desta técnica, em face da necessidade de recorrer aos Manuais de equipamentos. No que tange à coleta de dados, fontes primárias e secundárias foram utilizadas para o desenvolvimento da pesquisa. Em relação às fontes primárias, os dados foram obtidos através de informações levantadas junto ao setor de manutenção da empresa. As fontes secundárias dizem respeito a livros, apostilas técnicas, artigos científicos, manuais de fabricantes, entre outras fontes que constituem a fundamentação teórica da pesquisa. Segundo Andrade (2001, p. 43): Fontes primárias são constituídas por obras ou textos originais, material ainda não trabalhado, sobre determinado assunto. Já as fontes secundárias referem-se a determinadas fontes primárias, isto é, são constituídas pela literatura originada de determinadas fontes primárias. [...] A diferença fundamental consiste em que as fontes primárias são constituídas de textos originais, com informações de primeira mão; as secundárias constituem-se da literatura a respeito de fontes primárias, isto é, de obras que interpretam e analisam fontes primárias. Após dar início à coleta de dados, foi possível obter algumas definições em torno do tema. Os dados foram descritos em um tipo de ferramenta utilizado na metodologia da análise de falha, em que foi possível verificar ocorrências através das ordens de manutenção. 3 REFERENCIAL TEÓRCO 3.1 PROCESSO DA LINHA DE FIBRAS De acordo com Santos (2009) é dividido em cinco etapas, sendo, o cozimento, depuração, pré-branqueamento, lavagem e branqueamento. Com base no que fora mencionado pelo autor, entende-se que o processo da linha de fibras é um processo muito importante para a fabricação do papel e da celulose, sendo dividido em várias etapas. Esse processo se inicia o cozimento do cavaco com a finalidade de retirar ao máximo a lignina da polpa de celulose no digestor. Na próxima etapa tem-se o processo de depuração onde é separada a parte que não foi devidamente cozida na etapa anterior. Logo após a depuração, inicia-se o processo de pré-branqueamento onde começa o ataque químico na polpa marrom para poder retirar ao máximo a lignina do processo. Na sequencia inicia o processo de lavagem da polpa para a retirada dos produtos químicos nas prensas e finaliza-se o processo no branqueamento que é responsável para garantir a máxima alvura da polpa PROCESSO DAS PRENSAS DE LAVAGEM

17 17 Segundo a Apostila de Treinamento Básico (2009) a prensa é projetada para desaguamento, lavagem e prensagem da polpa. Nesses processos das duas prensas de lavagem a polpa de celulose entra a uma pressão de 0,34 bar e a uma vazão de l/min de água. Assim, é possível constatar que no processo da lavagem existem duas prensas instaladas, a primeira é chamada de Sistema de lavagem pós-deslignificação onde tem por finalidade retirar e recuperar resíduos de produtos químicos usados nos processos de deslignificação por oxigênio, lavando a polpa de celulose por deslocamento de filtrado, já a segunda é chamada de Sistema de Lavagem Dual tendo por finalidade retirar resíduos químicos da polpa de celulose lavando a mesma por deslocamento de filtrado. 3.2 FUNCIONAMENTO DAS PRENSAS DE LAVAGEM DA LINHA DE FIBRAS I De acordo com a Apostila de Treinamento Básico (2009) o funcionamento das prensas está através da redução do espaço entre o tambor e o flap, a polpa de celulose é comprimida e consequentemente desaguada, o líquido de lavagem é adicionado através de dois canais na bacia, o mesmo desloca o líquido da polpa. A consistência da polpa é aumentada por compressão mecânica provocada pelos tambores. O aumento final da consistência é realizado por pressão, atingindo o valor entre 30 e 32% da retenção da água durante a lavagem. De acordo com Kvaerner Pulping (2004), o principio de funcionamento da prensa de lavagem possui três diferentes estágios, desaguamento, lavagem e prensagem da polpa. A polpa de celulose é alimentada e distribuída ao longo de toda a rosca. Devido à pressão e ao perfil geométrico da bacia, a consistência da polpa aumenta em 15%. O liquido de lavagem é adicionado através de quatro câmaras equipadas com bicos na bacia, a lavagem desloca o produto químico do liquido original, fazendo a polpa atingir uma consistência de 30 a 35%. 3.3 REDUTORES DE VELOCIDADE Os redutores de velocidade são equipamentos responsáveis por grande redução de transmissões oferecida pelo motor elétrico, consequentemente aumentando o torque. Nesse sentido, Budynas e Nisbett (2008, p.49), lecionam que o redutor de velocidade deve transmitir à potência do motor a aplicação com a menor perda de energia possível, ao mesmo tempo que reduz a velocidade e, consequentemente, aumentando o torque. Existem vários tipos e modelos de redutores de velocidade, dentre eles estão os redutores de fabricantes como a Falk, Moventas, Sew, Voith, Flender, Kumera, Benzlers, etc COMPONENTES DO REDUTOR DE VELOCIDADE Para Andrade (s.d., p ), ao abordar sobre os componentes do redutor de velocidade, destaca como elementos básicos, os seguintes: 1. Eixos: São usinados em aço médio carbono temperados e revenidos para a dureza especificada. 2. Engrenagens: São rodas dentadas com módulos padronizados por normas. Fabricadas em aço liga temperada em óleo e revenida. Tem formato cilíndrico de dentes retos, helicoidal ou cônico (pinhão), conforme o modelo do redutor.

18 18 3. Rolamentos: Elementos girantes de máquina que suportam o eixo com as engrenagens, possibilitando a eles o menor atrito possível ao girar. São utilizados rolamento radiais, axiais ou cônicos. 4. Retentores: Utiliza-se vedadores de borracha com molas, para reter o óleo da parte interna e evitar as infiltrações de contaminantes externos. 5. [...] 6. Respiro: Dispositivo que possibilita a saída e entrada do ar no redutor durante o trabalho, devido ao aquecimento e resfriamento (mudança de volume do ar). Alicerçado no entendimento do que menciona Andrade, nota-se que os elementos de máquina que consistem um redutor de velocidade são carcaça, eixos, engrenagens, parafusos, rolamentos, respiro, retentores ou labirintos. Os maiores problemas relacionados a redutores de velocidade estão ligados aos ajustes nas montagens de rolamentos e engrenagens, desgaste ou empenamento do eixo, vazamentos de óleo lubrificante pelo retentor e quando é aplicada uma sobrecarga durante o funcionamento do redutor. 3.4 ELEMENTOS DE VEDAÇÃO No meio industrial existem vários tipos de vedações como, selos mecânicos, juntas, anéis O ring, gaxetas e retentores. Podem atuar em diversos equipamentos, como tampas, motores, redutores de velocidade, bombas hidráulicas, válvulas e etc., A função primordial de um vedante é evitar o vazamento de algum fluido ou impedir que outros elementos insiram dentro do equipamento, conforme afirmalordes (1996, p.114) que a vedação é o processo usado para impedir a passagem, de maneira estática ou dinâmica, de líquidos, gases e sólidos particulados (pó) de um meio para outro RETENTOR De acordo com Lordes (1996), o retentor é composto por um elastômero em forma de lábio e uma parte estrutural metálica, ou seja, uma mola que permite sua fixação na posição correta de trabalho. A função primordial de um retentor é reter óleo, graxa e outros produtos que devem ser mantidos no interior de uma máquina ou equipamento, aumentando à vida útil do rolamento e do equipamento ELASTÔMETRO NITRÍLICA De acordo com Vargas (2005), os retentores de elastômero nitrílicos ou NBR são usados em máquinas e equipamentos. Geralmente são usados para vedar óleo mineral e graxas, caso haja compatibilidade química também pode ser usados para vedar óleos lubrificantes sintéticos ELASTÔMETRO FLUORADA (FKM) Para Vargas (2005), os retentores de elastômero Viton ou FKM são usados onde exige maior resistência química e térmica. São utilizados em máquinas e equipamentos, frequentemente é utilizado para vedar lubrificantes sintéticos. 3.5 SPEEDI SLEEVE

19 19 O speedisleeve é um dispositivo utilizado quando o eixo apresenta algum desgaste na região de vedação, impedindo que o retentor execute sua função de vedar. De acordo com a Apostila Nova Geração do SpeediSleeve SKF (2012, p. 1), O SPEEDI-SLEEVE SKF é uma solução já comprovada para contornar problemas de eixos desgastados, sem a necessidade de desmontá-los ou ter que especificar um novo tamanho para o retentor de reposição, ao mesmo tempo que oferece uma excelente superfície de vedação. 3.6 MANUTENÇÃO INDUSTRIAL A manutenção industrial em outras palavras pode ser definida como sendo a técnica de preservar e manter os equipamentos e componentes em operação durante o maior intervalode tempo possível e com o máximo rendimento, além de manter as características originais e vida útil do equipamento sem que o leve a falha. Pode-se entender que a manutenção é de grande importância para uma indústria, a fim de garantir que o processo produtivo seja completamente efetivo. Vale ressaltar ainda sobre a manutenção, quanto aos custos que precisam ser controlados, conforme Pereira (2011, p. 24), pode citar os três custos básicos: Pessoal, material e serviços, sendo que cada um deles deve estar dividido em trabalhos de melhorias (KAISEN), manutenção corretiva e preventiva. Também devemos levar em consideração indicadores como a disponibilidade dos equipamentos. Desta forma, o sistema de controle de custos deve se preocupar com as informações dos registros dos tempos em que o equipamento está disponível para operação. Entretanto, é importante também abordar sobre a classificação da manutenção, a qual contextualiza no item seguinte CLASSIFICAÇÃO DA MANUTENÇÃO De acordo com Siqueira (2012: p.92): Os tipos de manutenção podem ser classificados em relação à intervenção nos equipamentos, sendo identificadas como: Corretiva planejada e emergencial, Sensitiva ou Subjetiva, Preventiva, Preditiva, Proativa, Produtiva Detectiva. Assim, fica entendido que no ramo industrial as manutenções são primordiais para manter a disponibilidade e confiabilidade dos equipamentos garantindo assim a meta de produção estabelecida, visto que uma quebra inesperada acarretará numa redução ou cessamento momentâneo da produção.

20 TERMOGRAFIA A termografia é uma ferramenta utilizada na manutenção preditiva para analisar a temperatura de operação de um equipamento em funcionamento. No que objetiva Pereira (2011), atermografia é uma técnica de medição da distribuição ou sensoriamento remoto de temperatura da superfície de objetos ou componentes, a partir da detecção da radiação térmica ou infravermelha naturalmente emitida pelos corpos. A frequência da radiação infravermelha é imperceptível pelos olhos humanos, mas com ajuda de câmeras termográficas é possível visualizar os espectros em uma imagem denominada termograma. Os espectros termográficos são definidos por escalas de cores que variam do preto ao branco, passando através das tonalidades de violeta, azul, rosa, vermelho, laranja e amarelo. 3.8 LUBRIFICAÇÃO De acordo com Pereira (2011, p.88), observa que, A principal função de um lubrificante é formar uma película que impedira um contato direto entre duas superfícies que estão em contato e movendo-se entre si. Com isso, reduz-se o atrito a níveis mínimos, exigindo um menor esforço e, consequentemente, evitando o desgaste prematuro. Os lubrificantes são substâncias utilizadas para diminuir a fricção em superfícies sólidas. Por serem substâncias incompressíveis, formam uma película protetora em volta do componente para evitar o contato sólido sólido, amortecendo os impactos ocasionalmente ocorridos durante os movimentos, para que não ocorra desgaste prematuro, corrosão, aquecimento do equipamento e liberação de partículas sólidas. 3.9 VISCOSIDADE Para Ming (2004), a viscosidade é o conceito físico que mede o atrito entre as moléculas de um lubrificante, sendo ela um dos fatores com maior relevância na hora de decidir qual tipo de óleo será utilizado para cada equipamento. Ainda de acordo com Mind (2004), dependendo da velocidade de rotação de cada equipamento, um tipo de lubrificante será utilizado, ou seja, quanto maior sua velocidade, menor deverá ser sua viscosidade, quanto maior a viscosidade, maior será a perda de potência. Para um equipamento rotativo a viscosidade de um óleo lubrificante é muito importante para manter seus componentes internos com uma vida útil maior MCC OU MANUTENÇÃO CENTRADA NA CONFIABILIDADE A manutenção centrada na confiabilidade é um método estruturado para desenvolver-se a melhor estratégia de manutenção para um processo ou um dado equipamento, permitindo avaliar as criticidades das falhas, além de selecionar o tipo de manutenção para os modos de falha identificados.

21 21 Segundo Siqueira (2012, p.9), a generalidade dos conceitos e técnicas da MCC são aplicáveis, atualmente, a qualquer sistema, independente da tecnologia onde seja necessário manter a funcionalidade de processos ou ativos físicos ANÁLISE DE FALHAS Todo equipamento está suscetível a falhar em algum momento, por isso, existe um estudo que analisa as falhas ocorridas, sendo este, a análise de falhas,que é um método muito utilizado pelas empresas para identificar a causa raiz de uma falha ocorrida em um equipamento. O propósito principal da análise de falha é definir o que deverá ser feito e o tipo de manutenção que deverá ser empregada, a fim de evitar futuras falhas e paradas emergenciais, o que afeta significativamente nos custos de uma empresa. Além disso, através da Análise de Falhas criase um banco de dados para que em projetos futuros não ocorram os mesmos erros, funcionando assim como ferramenta de trabalho (PINTO, 2004) FMEA (ANÁLISE DE MODOS DE FALHA E EFEITOS) No que reputa Siqueira (2012) o método FMEA (Análise de Modos de Falha e Efeitos) é uma ferramenta que estuda várias funções de uma instalação de um equipamento ou na correção de um projeto como, função, falha funcional, modo de falha, causa da falha, efeito da falha e criticidade ou severidade do efeito. Na MCC é utilizado para identificar, avaliar, documentar e priorizar o impacto potencial de cada falha funcional, buscando a causa raiz de cada modo de falha. O FMEA é utilizado para entender melhor o equipamento e seus respectivos componentes, mostrando suas funções, modos e efeitos de suas prováveis falhas FTA (FAUT TREE ANALYSIST) O FTA é uma ferramenta de análise de falhas, que interliga uma falha a outra de modo hierárquico. É uma técnica analítica da confiabilidade, oferecendo uma base objetiva para a análise da falha. Visa melhorar a confiabilidade de equipamentos e processos por intermédio da análise sistemática de possíveis falhas e suas consequências, sendo adotadas medidas corretivas e preventivas (GUERRERO; ROZENFELD, 1999). Multas análises de falhas são explicadas por esse modelo, pois o mesmo pode ser iniciado pelo principal problema que ocorreu. 4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS DADOS/ESTUDO DE CASO 4.1 APRESENTAÇÃO DOS DADOS Com base nos documentos analisados, foi possível constatar que no ano de 2006 ocorreu uma modificação na linha de fibras I, com a obtenção da instalação das prensas de lavagem para o aumentode eficiência na retirada dosprodutos químicos com a lavagem da polpa de celulose.

22 22 Após constatação in loco, foi possível detectar que as prensas de lavagem PO e DUAL são equipamentos de suma importância para o processo de lavagem da polpa de celulose e por isso a sua parada acarreta em uma grande perda para o processo. Todas as duas prensas funcionam em um regime de 24 horas por dia e todos os seus componentes necessitam ter um funcionamento perfeito para o seu trabalho. O problema encontrado em um de seus componentes era o vazamento óleo lubrificante pelos retentores dos redutores de velocidade das duas prensas de lavagem. Nas prensas PO e DUAL estão instalados 12 redutores de velocidade, sendo oito na PO e quatro nadual, tendo três modelos diferentes, o BTM 82, BTM 92 e o BTM 102. Os BTM 82 e BTM 92 estão instalados nas roscas de alimentação e os BTM 102 estão instalados nas roscas de descarga. A diferença das posições instaladas dos redutores de velocidade se deve à diferença de relação de transmissão. Como as roscas de descarga são maiores que as roscas de alimentação o torque exigido deverá ser maior. Os vazamentos de óleo lubrificante nos redutores de velocidade estavam ocorrendo desde 2008, porém esse valor de óleo lubrificante desperdiçado só foi contabilizado a partir do mês de fevereiro de 2012 com o auxilio do lubrificador da área da linha e fibras I. A partir desses dados, foi possível ter uma média de vazamento de óleo lubrificante nos redutores de velocidade em um período de cinco meses, compreendendofevereiro a junho de No estudo foi constatado que dos 12 redutores de velocidade, 6 estavam com vazamento de óleo lubrificante pelo retentor, tendo umamédia de 97,34 l/mês de óleo lubrificante desperdiçado, gerando um gasto de R$ 3.040,25durante os cinco meses contabilizados. Para completar o nível de óleo lubrificante no redutor de velocidade BTM 82, BTM 92 e BTM 102 usam-se respectivamente, 19,5, 28 e 47 litros. Os valores se devem a posição H1 que os redutores de velocidade se encontram instalados. Sendo substituídos 84 retentores com média de 16,8 intervenções anuais, ou seja, 1,4 vezes por mês. Esses são dados obtidos através das ordens de manutenção de cada redutor de velocidade, entre os anos de 2008 até o julho de Para identificar o que estava causando o vazamento de óleo lubrificante nos redutores de velocidade Benzlers, foi montado um FMEA com o objetivo de identificar, analisar e priorizar os potenciais modos de falha do processo, levando em consideração os efeitos das falhas e levantando todas as suas possíveis causas e um FTA para identificar as principais causas da falha. Para melhor visualizar tais ocorrências é mostrado no quadro 01.

23 FMEA ANÁLISE DOS MODOS E EFEITOS DA FALHA 23

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26 26 Quadro 1: FMEA Fonte: Autoria própria. Com análise de falhas,foi possível analisar possíveis causas dos vazamentos de óleo lubrificante nos redutores de velocidade. Em seguida simultaneamente foram realizadas as termografias, análises de óleo e análise de vibração. As termografias foram feitas em junho de 2012, a partir de uma câmera termográfica, sendo realizada em todos os redutores de velocidade das prensas de lavagem. As análises de termográficas foram realizadas durante dois dias de cada semana, nas terças-feiras e nas quintas-feiras, todas no horário entre 12h e 13h. O horário escolhido foi pelo fato de será hora onde a temperatura ambiente está mais alta. Nos redutores de modelo BTM 82 a temperatura de operação estava com média de 66,4 C, para os modelos BTM 92 a temperatura de operação estava com média de 60,6 C e nos modelos BTM 102 a temperatura de operação estava com média de 59,2 C. Realizando a análise termográfica foi possível identificar que, à medida que o modelo do redutor variava o tamanho, sua média de temperatura de operação estava menor. Isso se deve ao fato da relação de transmissão dos redutores de velocidade de modelo maior, ser maior, ou seja, a rotação do eixo de baixa é menor, impactando em uma temperatura menor. Para saber se estas temperaturas impactariam no vazamento de óleo lubrificante, foi pesquisado qual o tipo de óleo lubrificante estava sendo usado em todos os redutores de velocidade instalados nas prensas de lavagem e suas respectivas viscosidades. Sabendo o tipo de óleo lubrificante, foi possível identificar junto à temperatura de operação se o mesmo perderia muito sua propriedade viscosa, isso prejudicaria o retentor na sua vedação. O óleo lubrificante utilizado redutores de velocidade citados no decorrer do trabalho estão de acordo com o que o manual Benzlerssugere ISO VG 220 mineral (1999, p. 4). Para identificar se a viscosidade do óleo lubrificante estava adequada para a operação do redutor de velocidade foi utilizado o cálculo de relação de viscosidade junto ao gráfico do mesmo. (FAG, 1999, p.42). A relação de viscosidade depende da viscosidade em serviço da película de lubrificante no contato de rolagem e a viscosidade de referencia na dependência do diâmetro do

27 27 rolamento e do número de rotações viscosidade se dá pela formula:. (FAG, 1999, p.42). Pode-se dizer que a relação de Sendo um valor adimensional. A viscosidade em serviço da película de lubrificante no contato de rolagem é encontrada com a temperatura de operação do redutor de velocidade e viscosidade do óleo lubrificante utilizado. Conforme dito acima a viscosidade do óleo utilizado é de ISO VG 220. Para essa análise utilizou-se as temperaturas médias para cada modelo de redutor de velocidade. Para a nova viscosidade aproximadamente encontrada temos os seguintes resultados no quadro 02, abaixo. Modelo de Redutor Temperatura média Nova de velocidade de operação viscosidade BTM 82 66,4 C 54 mm²/s BTM 92 60,6 C 78 mm²/s BTM ,2 C 81 mm²/s Quadro 02: Nova viscosidade em relação a temperatura de operação. Fonte: Autoria própria Para encontrar a viscosidade de referência na dependência do diâmetro do rolamento é preciso calcularo diâmetro médio do rolamento dm que depende do diâmetro externo D e diâmetro interno d. A formula é do dm é dada por: Abaixo segue quadro 3 com os cálculos do diâmetro médio do rolamento para cada modelo de redutor de velocidade, considerando os rolamentos e as do eixo de alta rotação (entrada) e eixo de baixa rotação (saída). No gráfico 1 abaixo é indicado junto ao diâmetro médio a viscosidade referencia e as rotações dos eixos de alta e a de baixa. BTM 82 Rolamentos Modelo D d dm Baixa rotação RS Alta rotação RS ,5 Quadro 3: Diâmetro médio BTM 82 Fonte: Autoria própria

28 28 Gráfico 1: Viscosidade de referência do óleo lubrificante, rotação e diâmetro do rolamento do modelo BTM 82. Fonte: FAG (1999). BTM 92 Rolamentos Modelo D d dm Baixa rotação ,5 Alta rotação Z ,5 Quadro 4: Diâmetro médio BTM 92 Fonte: Autoria própria Gráfico 2: Viscosidade de referência do óleo lubrificante, rotação e diâmetro do rolamento do modelo BTM 92 Fonte: FAG (1999). BTM 102 Rolamentos Modelo D d dm Baixa rotação Alta rotação Z ,5 Quadro 5: Diâmetro médio BTM 102 Fonte: Autoria própria Gráfico 3: Viscosidade de referência do óleo lubrificante, rotação e diâmetro do rolamento do modelo BTM 102. Fonte: FAG (1999).

29 29 Após encontrar aproximadamente a viscosidade de referência para cada modelo de redutor de velocidade e a viscosidade em serviço da película de lubrificante no contato de rolagem em relação à temperatura de operação, foi possível calcular a relação de viscosidade para cada modelo, indicado no quadro 6 abaixo. BTM 82 Rolamentos Modelo Baixa rotação RS , Alta rotação RS1 54 9,5 5, Quadro 6: Relação de viscosidade para modelo BTM 82 Fonte: Autoria própria BTM 92 Rolamentos Modelo Baixa rotação ,83871 Alta rotação Z ,8 Quadro 7: Relação de viscosidade para modelo BTM 92. Fonte: Autoria própria. BTM 102 Rolamentos Modelo Baixa rotação , Alta rotação Z ,1 Quadro 8: Relação de viscosidade para modelo BTM 92. Fonte: Autoria própria. Gráfico9: Relação de viscosidade. Fonte: Autoria própria. Analisando as relações de viscosidade com o diagrama de relação de viscosidade acima, é possível afirmar que o óleo lubrificante está agindo de maneira eficiente, pois a relação de viscosidade encontrada para o óleo lubrificante ISO VG 220, está sendo maior que o parâmetro a 0,4, recomendado pela FAG (FAG, 1999: p.44). Fator ideal = Com esses parâmetros de medição conclui-se que os rolamentos estão sendo lubrificados perfeitamente, o que não acarretará nenhuma anormalidade. Em relação à análise de óleo realizada por uma empresa especializada, foi possível detectar que não houve nenhuma anomalia encontrada no óleo lubrificante, como limalha, carbonização, água, entre outras. Também foi realizada a análise de vibração para verificar se os redutores de velocidade estavam com a vibração suficiente para causar o vazamento de óleo lubrificante. Essas análises só começaram a ser realizadas em 2010 através de uma empresa especializada. Para essa pesquisa, foram adquiridos dados desde 2010 até Junho de À medida que iria substituindo os retentores nos redutores de velocidade, foi possível identificar o desgaste na área de vedação. Em alguns casos o desgaste foi causado pelo ressecamento do retentor.

30 30 Com todas as possíveis causas definidas, verificou-se que o eixo com desgaste e a especificação inadequada do retentor foram os principais causadores dos vazamentos de óleo lubrificante. Sendo assim, foi possível analisar com mais detalhes os retentores que foram utilizados nos redutores de velocidade das prensas de lavagem. À medida que eram retirados os redutores de velocidade e enviados à oficina mecânica, identificou-se que os retentores utilizados eram de fabricantes automotivos, ou seja, não são recomendados para uso em equipamentos industriais. Outro fator relevante que estava impactando no vazamento de óleo lubrificante é que os retentores estavam com tempo de estocagem elevado no almoxarifado, causando um ressecamento na borracha de vedação. Os retentores que foram utilizados nos redutores de velocidade, estavam com a borracha de vedação ressecada. Foi identificado que o material de fabricação do retentor não era compatível com a situação dos redutores de velocidade instalados nas duas prensas, ou seja, para cada temperatura de operação do óleo lubrificante no redutor de velocidade existe um tipo de elastômero a ser utilizado, neste caso os que estavam sendo utilizados eram os de nitrílica, que é inapropriado para tal tipo de operação, são inadequados quando sofrem de ataque de vapor de água. A forma construtiva do retentor também influencia na vedação que o mesmo realiza no redutor de velocidade. É de extrema importância analisar seu material de fabricação, pois cada tipo suporta uma temperatura de trabalho diferente, nesses casos os retentores encontrados eram de nitrílica que suportam temperaturas até 100 C. Apesar de suportarem a temperatura média de operação (62,06 C) dos redutores de velocidade, o mesmo não suporta ataque de vapor de água. 4.2 ANÁLISE DOS DADOS Ao analisar os dados mostram-se as razões pelas quais foram utilizados os retentores e os speedisleeve s. Vale ressaltar que para a especificação do retentor,foram avaliadas as características físicas de operação do redutor de velocidade, como: Temperatura de operação Ataque de vapor de água Tipo de elastômero (borracha) do retentor Proteção contra partículas suspensas ao ar Compatibilidade com óleo mineral (lubrificante) Para todas as dimensões destacadas o tipo de retentor estudado para ser utilizado foi do modelo BAUMSLX7 do fabricante Freudenberg. O retentor de modelo BAUMSLX7 possui as seguintes características de operação de acordo com Vargas (2005, p. 1.10), através do catálogo Simrit: Borracha Fluorada (Viton) Classe de temperatura de -25 C até +160 C

31 31 Compatível com óleo mineral Guarda pó (Impossibilita a entrada de partículas suspensas do ar) Resistente a ataque de vapor de água Melhor deslocamento com alguma vibração no eixo Diante as características apresentadas pelo modelo do retentor, o mesmo foi instalado em todos os três modelos de redutores de velocidade das prensas de lavagem. Constatou-se que alguns dos redutores de velocidade apresentaram desgaste na área de vedação onde fica instalado o retentor no eixo, para isso foi utilizado um dispositivo chamado peedisleeve. A instalação do speedisleeve está localizada na região onde o eixo apresenta desgaste na área de vedação, tendo como função compensar a perda de material do eixo, contribuindo para uma melhor vedação do retentor. Esta constatação vem corroborar com o que destaca SKF (2012, p. 1) [...] contornar problemas de eixos desgastados, [...] ao mesmo tempo que oferece uma excelente superfície de vedação. O speedisleeve foi um dispositivo de grande importância, pois permitiu que o retentor continuasse exercendo sua função de vedação, não havendo necessidade imediata da metalização do eixo, sendo postergada uma possível retirada do eixo para reparo externo, gerando aumento de custo de manutenção. 5 CONCLUSÃO/ RECOMENDAÇÕES 5.1 CONCLUSÃO O objetivo deste trabalho foi como um todo identificar e atuar em cima de um problema que estava ocorrendo em uma empresa de papel e celulose, o vazamento de óleo lubrificante pelos retentores dos redutores de velocidade das prensas de lavagem da Linha de Fibras. As causas que realmente levaram os redutores a vazar além da especificação inadequada foram desgaste na área de vedação, vapor de água, estocagem incorreta e processo de montagem inadequado. Sendo assim, foi possível analisar com mais detalhes os retentores que foram utilizados nos redutores de velocidade das prensas de lavagem. À medida que eram retirados os redutores de velocidade e enviados a oficina mecânica, identificou-se que os retentores utilizados eram de fabricantes automotivos, ou seja, não são recomendados para uso em equipamentos industriais. Outro fator relevante que estava impactando no vazamento de óleo lubrificante é que os retentores estavam com tempo de estocagem elevado no almoxarifado, causando um ressecamento na borracha de vedação. Por fim, quanto às hipóteses levantadas, pode-se afirmar que essas foram parcialmente verdadeiras, uma vez que apenas foi confirmado o que se refere-se às causas que geram as falhas, sendo essas a inadequada montagem do retentor no redutor, fazendo com que o mesmo

32 32 não atinja uma vedação eficaz; a especificação errônea do retentor. Enquanto as demais supostas respostas foram rejeitadas. 5.2 RECOMENDAÇÕES Ao final deste trabalho pode-se constatar que outras situações quanto às falhas, podem ser alvo de novos estudos, considerando que nenhuma pesquisa esgota um determinado assunto. Diante desta realidade, sugere-se que novas pesquisas sejam desenvolvidas no tocante à importância da padronização do uso de equipamentos, como também ferramentas de manutenção. Outro ponto sugerido é conscientização através de capacitação de todos os envolvidos no processo industrial, buscando amenizar os desperdícios e consequentemente a redução da degradação do meio ambiente, quanto ao descarte dos resíduos. 6 REFERÊNCIAS 1. ANDRADE, Maria Margarida de. Introdução à metodologia do trabalho científico: elaboração de projetos de graduação.5. ed. São Paulo: Atlas, ANDRADE,AlanSulato de. Elementos orgânicos de máquinas II at-102. s. I. s. d. Disponível em: < Acesso em: 10 nov APOSTILA NOVA GERAÇÃO DO SPEEDI-SLEEVE SKF. Grupo SKF, 2012.PUB SE/P PT 4. BENZLERS.BTM Instalação e Manutenção.Helsingborg, BENZLERS.BTM 80/90/100 Lista de Peças Sobressalentes.Helsingorg, BUDYNAS, Richard G. NISBETT, J. Keith.Elementos de máquinas de shigley projeto de engenharia mecânica. New York FAG. Rolamentos FAG. Rolamentos de esferas Rolamentos de rolos Caixas Acessórios. Catálogo WL /3 PB. São Paulo, GIL. Antônio Carlos. Como elaborar projetos de pesquisa. 3. ed. São Paulo: Atlas, GUERRERO, Vander; ROZENFELD, Henrique. FTA FautTreeAnalysis Disponível em: < em: 06 nov KVAERNER PULPING.Maintenancemanual,referência: , LORDES, Francisco (coord.). Mecânica: noções básicas de elementos de máquinas.senai/cst-es, Disponível em: < Acesso em: 20 set

33 MIND - Material didático das aulas de manutenção industrial. Joinville, PEREIRA, Mario Jorge. Engenharia de manutenção: teoria e prática. 2. ed.rio de Janeiro: Ciência Moderna, PINTO, Luis Henrique Terbeck. Análise de falhas tópicos de engenharia de confiabilidade. s.i. s. ed SANTOS. Raimundo Nascimento dos. Metodologia científica: a construção do conhecimento. 5. ed. Rio de Janeiro: DP&A editora, SANTOS, Dimas. Compactpresstme bomba duflo. s.i.s. ed SILVA, Leonardo Roberto. Manutenção de máquinas eequipamentos industriais. Minas Gerais. Setembro, SIQUEIRA, Iony Patriota de. Manutenção centrada na confiabilidade: Manual de Implementação. 2ª Reimpressão. Rio de Janeiro: Qualitymark, SKF. Retentores Industriais Visão Geral do Produto. Publicação 6373 Janeiro VARGAS, Adriano Fernandes. Catalogo Simrit. s.i.s. ed

34 34 ESTUDO SOBRE FALHAS DE HASTE POLIDA: PROPOSTA DE ALTERAÇÃO DA GEOMETRIA PARA A INSERÇÃO DE NOVA FORMA DE FIXAÇÃO Andreza Aparecida Porto 7 Jeronimo de Moura Junior 8 Jose Carlos Cesconetti 9 RESUMO A ruptura em hastes polidas, um dos componentes do sistema de elevação artificial de petróleo por bombeio mecânico, interrompe a produção de um poço, podendo provocar danos ambientais e comprometer a segurança das pessoas envolvidas neste contexto. Deste modo, este trabalho propõe a determinação de uma nova metodologia de fixação da haste polida a unidade de bombeio, visando à redução de problemas relativos às rupturas na sua região de fixação. Para compreensão do assunto, realizou-se uma pesquisa exploratória, descritiva e explicativa, por meio de levantamento bibliográfico dos esforços de tração, fadiga e compressão solicitados à haste, da forma e do tipo do dispositivo de fixação e as recorrentes falhas ocasionadas no componente. A metodologia proposta foi apresentada através de simulações computacionais, para explicar através de análise e comparação dos dados adquiridos, a minimização dos fatores de influência deste tipo de falha. PALAVRAS-CHAVE: Bombeio mecânico; Ruptura; Esforços mecânicos; Simulação computacional. ABSTRACT The break in polished rods, a component of artificial oil lifting by mechanical pumping system, interrupts the production of a well, which can cause environmental damage and endanger the safety of people involved in this context. Thus, this paper proposes the determination of a new methodology for setting the polished rod pumping unit, in order to reduce problems related to disruptions in the region of attachment. For understanding of the subject, it was conducted an exploratory, descriptive and explanatory research, through a literature review of tensile stresses, fatigue and compression required to stem, shape and type of the fixture and the applicants caused failures in the component. The proposed methodology was presented through computer simulations to explain through analysis and comparison of acquired data, minimizing the influence of this type of failure factors. KEYWORDS: Mechanical Pumping. Break. Mechanical stress. Computer simulation. 1 INTRODUÇÃO 7 Graduanda com Curso de Engenharia Mecânica da Faculdade Norte Capixaba de São Mateus Multivix. 8 Graduando com Curso de Engenharia Mecânica da Faculdade Norte Capixaba de São Mateus Multivix. 9 Graduando com Curso de Engenharia Mecânica da Faculdade Norte Capixaba de São Mateus Multivix.

35 35 Para o desenvolvimento do presente trabalho foi realizada análise computacional de esforços mecânicos impostos à haste polida pela forma atual de sua fixação e impostos pela nova metodologia proposta. Tal análise foi realizada através do emprego do Software computacional Solidworks Simulation. Sendo possível, com o uso desta ferramenta, analisar individualmente os dois cenários e compará-los. Esta ferramenta de simulação aplica o Método de Elementos Finitos (FEM), para resolução numérica de equações que regem os fenômenos de esforços mecânicos. Segundo Soares (2010), existe um problema crônico de rupturas repetitivas em haste polida em um campo localizado no norte do Espírito Santo, sendo esta falha responsável por um prejuízo de aproximadamente 1,4 milhões de reais no ano de Foram totalizados 21 casos em 19 poços diferentes, no referido período. Além dos prejuízos financeiros, destaca-se o risco ambiental e de acidente com pessoas envolvidas no processo. O presente estudo delimitou-se a determinação de uma proposta de metodologia de fixação da haste polida à unidade de bombeio, a fim de promover redução de falhas por ruptura neste equipamento, por meio de análise computacional. Conforme observado por Soares (2010), devido às condições rigorosas expostas a região de fixação da haste polida provocada pelo nível de fadiga presente e pelos danos à superfície da haste polida, como riscamento, mossas, etc, estes provocados pelo aperto excessivo do grampo; a falha pode ser identificada e mensurada. De posse do exposto, busca-se responder a seguinte questão: É possível aumentar o tempo entre falhas da haste polida alterando a sua forma de fixação à unidade de bombeio? Para melhor entendimento em relação ao problema, a pesquisa tem os seguintes objetivos específicos: Mensurar, através de simulação, o tempo de vida à fadiga do sistema de fixação da haste polida, atualmente utilizado; Identificar uma nova metodologia de fixação da haste polida com a unidade de bombeio; Demonstrar, através de simulação, o potencial de redução de falhas em haste polida com a alteração da metodologia de fixação da mesma. 2 METODOLOGIA Para tal, realizou-se uma pesquisa exploratória, descritiva e explicativa através de levantamento bibliográfico com o objetivo de fundamentar os conceitos envolvidos e compreender o problema, o qual foi o objeto de estudo deste trabalho. A pesquisa exploratória de acordo com Cervo, Bervian e Silva (2007) é o passo inicial no processo de pesquisa. Essa pesquisa é limitada a definir objetivos e buscar mais informações sobre determinado assunto de estudo. Tais estudos têm por objetivo familiarizar-se com o fenômeno ou obter uma nova percepção dele e descobrir novas ideias. Sobre a pesquisa descritiva, Andrade (2001, p. 124) comenta que neste tipo de pesquisa:

36 36 Os fatos são observados, registrados, analisados, classificados e interpretados, sem que o pesquisador interfira neles. Isto significa que os fenômenos do mundo físico e humano são estudados, mas não manipulados pelo pesquisador. Já a pesquisa explicativa de acordo com Gil (2007, p. 42), tem como preocupação central identificar os fatores que determinam ou que contribuem para a ocorrência dos fenômenos. Justifica-se que a pesquisa explicativa, foi utilizada, haja vista a necessidade de um detalhamento quanto às falhas advindas quanto à fixação da haste polida. Para o desenvolvimento do tema em estudo foi feito uma pesquisa bibliográfica, por meio de livros, materiais disponíveis na internet e artigos científicos, e uma pesquisa experimental para possibilitar a análise de dados, com o intuito de aperfeiçoar o conhecimento sobre o assunto. Segundo Gil (2007, p. 44): A pesquisa bibliográfica é desenvolvida com base em material já elaborado, constituído principalmente de livros e artigos científicos. [...]. Boa parte dos estudos exploratórios pode ser definida como pesquisas bibliográficas. Para Cervo, Bervian e Silva (2007, p. 63), a pesquisa experimental caracteriza-se por manipular diretamente as variáveis relacionadas com o objeto de estudo. No estudo, os dados sucedidos da fonte secundária foram obtidos de livros, meios eletrônicos e outras fontes já existentes. Para Andrade (2006, p. 43), as fontes secundárias referem-se a determinadas fontes primárias, isto é, são constituídas pela literatura originada de determinadas fontes primárias e constituem-se em fontes das pesquisas bibliográficas. 3 REFERENCIAL TEÓRICO 3.1 BOMBEIO MECÂNICO (BM) Segundo Nascimento (2005), mais de 87% dos poços que utilizam algum método de elevação artificial, no mundo, são completados com BM. Embora o BM seja mecanicamente simples, com vida longa comprovada e operação econômica, muitos fatores devem ser considerados ao projetar a utilização deste sistema. O sistema de bombeio mecânico apresenta algumas desvantagens, como cita Corrêa (2003), tais como a limitação da profundidade de assentamento da bomba, resistência mecânica das hastes, é inviável em operações marítimas, devido seu elevado peso e volume, etc. O bombeio mecânico é composto por uma unidade de bombeio que converte o movimento rotativo de um motor em movimento alternativo da coluna de hastes. Esse movimento aciona uma bomba no fundo do poço que transmite energia ao fluido para que este possa ser conduzido até a superfície.

37 PRINCIPAIS COMPONENTES O sistema de bombeio mecânico é composto por diversos componentes tais como unidade de bombeio (UB), coluna de hastes, coluna de tubos e bomba de fundo. A unidade de bombeio mecânico é o equipamento que transforma movimento rotativo em movimento alternativo das hastes (LEONEZ, 2011). Existem diversos modelos de unidades de bombeio, os quais se diferenciam na geometria, embora todos possuam os mesmos componentes básicos. Entre os mais utilizados na indústria de petróleo pode-se destacar os modelos: convencional, rotaflex, air-balanced, Mark II e o Torqmaster. Sendo seus principais componentes a haste polida, o cabresto, grampo, caixa de engaxetamento, tê de bombeio e válvula de retenção. A coluna de haste transmite o movimento da superfície até a bomba de fundo. As hastes operam em ambientes que podem ser ou abrasivos, ou corrosivos, ou ambos, estando sujeitas a cargas cíclicas. Devido a isto, a coluna de hastes se torna o ponto crítico do sistema (THOMAS, 2004). A coluna de hastes é composta basicamente por hastes de bombeio, haste polida e luvas de conexão, podendo, também, apresentar centralizadores, hastes curtas e barras de peso. De acordo com Nascimento (2005), a haste polida, por ser localizada na parte superior da coluna, está sujeita a um grande esforço de tração proporcionado pelo somatório do peso da coluna de hastes, do peso do fluido deslocado, da força de aceleração nas mudanças de curso ascendente e descendente, da força de empuxo e da força atrito das hastes com o fluido e eventualmente, da força de atrito das hastes com os tubos. Ela possui superfície polida para permitir uma melhor vedação entre a coluna de tubos e o meio externo. Para que haja a transferência de movimento da unidade de bombeio a coluna de hastes é inserida um elemento de fixação, chamado grampo ou clamp. Atualmente, no sistema de bombeamento mecânico é utilizado dois grampos junto à haste. Um circunda a haste na região acima da mesa do cabresto, de modo a propagar todo o peso na coluna de hastes para a unidade de bombeio; e o outro é instalado na parte inferior da mesa, assegurando que a coluna e a bomba de fundo não desça, em caso de ruptura da haste. Mas para que isso ocorra, os parafusos para fixação do grampo à haste devem ser torqueados, pois no instante em que a haste é submetida à carga máxima, o mesmo não se desate (SOARES, 2010). A forma de fixação do grampo à haste polida gera uma concentração de tensão, devido ao torqueamento, agravado pela presença de um acabamento superficial irregular no grampo. 3.2 ENSAIO DE TRAÇÃO Este tipo de ensaio consiste na fixação do corpo de prova na máquina de ensaios, na qual é aplicada uma força de tração uniaxial crescente até a ruptura do mesmo. Durante o processo as deformações são medidas por um aparelho especial, sendo o mais comum o extensômetro, enquanto os esforços são medidos na própria máquina.

38 COEFICIENTE DE POISSON Ao exercer um esforço de tração em um material, segundo Garcia, Spim e Santos (2000), o mesmo sofrerá uma deformação longitudinal e proporcionalmente uma deformação transversal. A razão entre a deformação longitudinal e a deformação transversal, denomina-se coeficiente de Poisson. Segundo Garcia, Spim e Santos (2000, p. 22), o coeficiente de Poisson mede a rigidez do material na direção perpendicular à direção de aplicação da carga uniaxial. 3.3 ENSAIO DE COMPRESSÃO De acordo com Souza (2004), o ensaio de compressão consiste em efetuar uma força uniaxial compressível em corpos de prova cilíndricos. Em metais dúcteis o aumento da carga aplicada provoca um aumento da seção transversal e consequentemente uma redução em seu comprimento, porém, sendo impossível de se determinar a carga máxima de ruptura. 3.4 FADIGA A fadiga é um fenômeno que ocorre depois de certo período de tempo, estando o material submetido às condições operacionais. Sendo a falha por fadiga particularmente imprevisível, pois ocorre sem que haja qualquer indicativo prévio. A falha por fadiga normalmente ocorre depois de um número suficientemente grande de ciclos de tensões aplicadas ao material, porém não é o único fator que contribui para este tipo de falha CURVA DE WÖHLER De acordo com Garcia, Spim e Santos (2000), as propriedades dos materiais sujeitos a fadiga podem ser qualificados e quantificados através de ensaios laboratoriais, sendo os resultados normalmente apresentados graficamente pela curva de Wöhler ou curva σ N ou curva S-N, onde é correlacionada a tensão (σ) com o número de ciclos (N) necessários para a falha por fadiga. A vida à fadiga (N f ) é um parâmetro importante na caracterização do comportamento do material com relação à fadiga, sendo definida como o número de ciclos que provocará a fratura em uma determinação tensão (GARCIA; SPIM; SANTOS, 2000). Para ocorrência de falhas abaixo de 10 4 ciclos, a mesma está relacionada com altos níveis de tensão e normalmente é caracterizada por deformação plástica cíclica acentuada. Já para ocorrência de falhas após esta quantidade de ciclos (relacionada com baixos níveis de tensões), normalmente o material está sujeito as suas propriedades elásticas NUCLEAÇÃO DA TRINCA

39 39 As trincas têm origem nas regiões de alta concentração de tensão ou de resistência baixa. Pontos onde ocorreram deformações, ranhuras, trincas decorrente de usinagem, acabamento superficial defeituoso são os principais motivadores da nucleação de trincas (ROSA, 2002) RUPTU RA DA PEÇ A Conforme Bezerra (2007), durante a operação os materiais estão sujeitos a variações consideráveis de tensões. Sendo estas variações impressas no material por marcas, denominadas marcas de praia (beachlines). As marcas de praia são fatores que permitem a localização do início da fratura, pois se dispõem de forma curva em relação à origem da mesma. Segundo Souza (2004), as regiões mais claras das marcas de praia são essencialmente decorrentes de níveis de tensões mais baixas e as mais escuras de níveis de tensões mais elevadas e sempre que há a ruptura, há uma deformação plástica do material na região da mesma. Sendo o seu aspecto dividido em duas regiões: região de desenvolvimento gradual e progressivo da trinca e a ruptura brusca do material. 4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS DADOS/ESTUDO DE CASO Para a realização da análise computacional de esforços mecânicos, aos quais a haste polida está submetida, foi utilizado como base o estudo de caso apresentado por Soares (2010). 4.1 ANÁLISE DA INTERAÇÃO ENTRE A HASTE POLIDA E O GRAMPO CONSIDERAÇÕES GEOMÉTRICAS E OPERACIONAIS Para análise foi considerada a haste polida como um elemento sólido de 1000 mm de comprimento e diâmetro externo de 31,9 mm de aço inoxidável AISI 316. Para melhor explicação quanto as propriedades, foi verificado os dados nas tabelas do Software SolidWorks, em conjunto com o que fora mencionado por Soares (2010), conforme Tabela 1. TABELA 1 - PROPRIEDADE DA BARRA DE AÇO INOXIDÁVEL AISI 316 Propriedade Valor Unidades Módulo elástico 1, x N/m² Coeficiente de Poisson 0,3 - Massa específica 8000 Kg/m³ Resistência à tração N/m² Tensão de Escoamento N/m² Coeficiente de expansão térmica 1,6 x 10-5 /K Condutividade térmica 16,3 W/(m.K) Calor específico 500 J/(Kg.K) Fonte: Autoria própria.

40 40 A interação da haste polida e do grampo acontece em uma região delimitada pelas dimensões dos dentes do grampo CONST RUÇ ÃO DE GE OME TR IA, CON SID ER AÇÕ ES SOBR E O MOD ELO E CR IAÇ ÃO D E MAL HA De acordo com as informações anteriores, foi construída uma geometria representativa do modelo, considerando as regiões de interação entre a haste polida e o grampo. Devido às características da interação entre a haste polida e o grampo foi realizado um estudo estático, visando analisar as deformações e tensões excessivas. Dado que o caráter estático do estudo da relação tensão-deformação foi linear. Quando é instalado o grampo na haste polida, todo o peso da coluna de haste é sustentado por um grampo secundário semelhante ao grampo utilizado para fixação da haste polida na mesa da UB, chamado de grampo de manobra, apoiado na caixa de engaxetamento Esta região é fixa em relação ao restante da haste polida fora do poço. Com a análise e simulação pôde-se constatar que o Software Solidworks considera que todos os elementos possuem liberdade de movimento e interação com outros elementos. Desta forma, como o foco do estudo foi a análise das tensões compressivas na haste polida, decorrente de sua interação com o grampo, foi considerado que a fixação do modelo foi na região equivalente à instalação do grampo de manobra. Esta região foi arbitrariamente definida com uma altura de 150 mm. A definição e localização do ponto de fixação apresentava efeito desprezível na análise, pois as regiões de interação estavam relativamente distantes deste ponto e foi de se esperar que a região de localização deste ponto fosse muito mais rígida do que a região de interação. Para criação da malha foram considerados elementos sólidos, por se tratar de um corpo sólido. Para sua geração foi considerado a opção Malha padrão do software, com densidade de malha fina, ou seja, tamanho de elemento médio global de aproximadamente 4,64 mm e tolerância de 5% deste valor. A tolerância indicava que se a distância entre dois nós fosse inferior a este valor, eles seriam agrupados. Também foram considerados para geração de malha, controles automáticos de transição, visando melhorar a qualidade em detalhes da peça e a quantidade padrão de pontos Jacobianos (quatro pontos), para verificação das distorções dos elementos tetraédricos da malha. Detalhes sobre a malha e sua criação podem ser visualizados na Tabela 2 e Figura 1. TABELA 2 - INFORMAÇÕES DE MALHA Tipo de malha Malha sólida Gerador de malhas usado Malha padrão Transição automática Ativada Pontos Jacobianos 4 Pontos Tamanho do elemento 4,641mm Tolerância 5% Qualidade da malha Alta Total de nós Total de elementos % de elementos com Proporção < % de elementos com Proporção < 10 0 % de elementos distorcidos (Jacobiana) 0

41 41 Tempo para conclusão da malha (hh:mm:ss) 00:00:08 Fonte: Autoria própria. Figura 1 - Malha criada para o modelo Fonte: Autoria própria. 4.2 ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS De acordo com as propriedades do material e os parâmetros do modelo, foi determinado o fator de segurança (FOS). Devido ao fato de que a haste polida é um material de natureza maleável foi utilizada a tensão de vonmises para determinação do FOS. De acordo com os estudos, o valor mínimo determinado na simulação na região de fixação do grampo foi de 0,003 e o máximo de 0,75, sendo a média igual a 0,035. Como o FOS mínimo foi menor do que 1, o modelo em questão foi considerado inseguro e apresenta falha. Quando analisado todo o modelo, conforme Figura 2, podem-se perceber valores ainda menores de FOS (1,41 x 10-4 ) no limite entre a sua região de fixação e o restante da haste polida. Figura 2 - Plotagem de fator de segurança na região de fixação modelo Fonte: Autoria própria. Para esta verificação foram utilizados os métodos adaptativos automáticos, que apresentou uma precisão de 98,0%, sendo considerada desta forma uma boa precisão. Na Figura 3 são visualizadas as regiões sob tensão na área de fixação do grampo na haste polida e na Figura 4 as regiões sob compressão. Figura 1 - Regiões sob tensão Fonte: Autoria própria.

42 42 Figura 2 - Regiões sob compressão Fonte: Autoria própria. Para compreender melhor o estado das tensões foi plotada a tensão de vonmises. Na Figura 5, no limite entre a sua região de fixação e o restante da haste polida, pôde-se visualizar que a tensão ultrapassava a tensão de escoamento (34.134,6 psi) do material, chegando a um valor máximo de 2,41 x 10 8 psi, indicando um escoamento do material nesta região e um provável aparecimento de uma fratura. Figura 3 - Plotagem da tensão de vonmises na região de fixação do modelo Fonte: Autoria própria. Na região de fixação do grampo na haste polida, visualizam-se tensões que variam de 4,94 x 10 4 psi a 5,15 x 10 9 psi, sendo o valor médio de aproximadamente 3,17 x 10 6 psi. Isto também indicou um escoamento do material nesta região, como os valores ultrapassavam o seu limite de resistência à tração, provavelmente ocorreria à fratura em algum ponto desta região. Visando compreender o estado de deformação, foi plotada a deformação normal ao plano de aplicação da força compressiva, imposta pela fixação do grampo à haste polida. Na Figura 6, podem-se visualizar os níveis de deformações normais nesta região, apresentando um valor médio de 1,51 x 10-2.

43 43 Figura 64 - Deformação normal da região de fixação do grampo Fonte: Autoria própria. Da equação 5, pôde-se determinar o diâmetro da haste polida após a deformação provocada pela força compressiva imposta pela fixação do grampo, conforme abaixo: Onde: D d = diâmetro da haste polida deformada; ε c = deformação (adimensional); L 0 = Comprimento inicial de referência; ΔL = Variação do comprimento após aplicação da carga. (1 ) Da equação 5, tem-se: Logo, o diâmetro da haste polida após a deformação provocada pela fixação do grampo foi de aproximadamente 31,42 mm. Em medições de campo, Soares (2010) verificou que o diâmetro deformado da haste polida era de 31,8 mm. Desta forma, o valor determinado por simulação foi 98,8% do valor medido em campo. A presente análise nos mostrou que a fixação de grampo na haste polida provocou o escoamento do seu material, tanto nesta região quanto na região limite entre a caixa de engaxetamento e a haste polida. Vale ressaltar que os níveis de tensões determinados na simulação, que ultrapassam o limite de resistência do material, indicando o provável aparecimento de fraturas em todo o corpo da haste polida acima da caixa de engaxetamento até a região de fixação do grampo. Estas fraturas são pontos de concentração de tensão e podem potencializar as falhas por fadigas. (2 ) 4.3 ANÁLISE DE FADIGA EM HASTE POLIDA FIXADA COM O GRAMPO Segundo Rosa (2002), a mais comum falha mecânica está associada à fadiga do material, sendo que do total de falhas, ela representa de 50% a 90%. Estas falhas acontecem de forma abrupta e repentina, desta forma tendo seu perigo potencializado. A fadiga pode assim ser definida como uma redução gradual e progressiva da capacidade de carga do componente, pela sua ruptura lenta. Isto acontece pela flutuação do estado de tensões a que o componente

44 44 esteja submetido, através de cargas variáveis, desta forma introduzindo deformações plásticas temporalmente variáveis. Estas deformações propiciam a nucleação de trincas, que crescem até um tamanho crítico, induzindo o material a ruptura total, apresentando características de fratura frágil. Partindo deste pressuposto, e através da análise foi possível constatar que devido às características cíclicas das cargas envolvidas na elevação de petróleo através de sistema de elevação artificial por bombeio mecânico, e com isso, impostas a haste polida, fez-se necessário uma análise de fadiga do sistema haste x grampo, a fim de estimar o tempo até a falha da mesma. Os impactos com a falha da haste polida potencializam a necessidade de conhecimento da mecânica deste fenômeno. Para realização da análise de fadiga foi utilizado um caso real de falha relatado por Soares (2010) em seu trabalho. Segundo o autor, a falha na haste polida, cujo material de fabricação é o AISI 316, de um determinado poço ocorreu após 4200 horas de operação, totalizando 1,5 x 10 6 ciclos de tensão. Diante de exposto, pôde-se obter informações básicas necessárias para o estudo de fadiga, como a carga máxima (13538,46 lb) e mínima (5028,57 lb) na haste polida. 4.4 ESTIMATIVA DA CURVA DE WÖHLER DA HASTE POLIDA Devido à grande dificuldade em encontrar a curva de Wöhler ou curva S-N da haste polida, com as características de composição química do material, o tratamento termomecânico a que foi submetida e principalmente, o ambiente a que está exposta, fez-se necessário a estimativa da referida curva. De acordo com Telles (2001), o aço AISI 316 possui estrutura metalúrgica austenítica. Com isso, conforme disponível no Software Solidworks foi estimada a curva S-N a partir da derivação do módulo elástico do material com base em curvas de aço austenítico ASME. Para exemplificar a utilização da curva S-N no Software Solidworks, considerou-se a curva fictícia da Figura 7. O Software, baseado no carregamento, definiu um valor de tensão alternante baseado em um estudo estático previamente definido para cada nó pertencente ao modelo. No gráfico da Figura 30, o ponto verde representou o par ordenado tensão alternante e número de ciclos para a falha do material. Desta forma, apresentaram-se três possibilidades: O ponto verde localizado acima da curva: representava que a falha devido à fadiga ocorreria naquele local; O ponto verde localizado abaixo da curva: representava que a falha devido à fadiga não ocorreria naquele local; O ponto verde localizado fora do intervalo definido para curva S-N: seria o número de ciclo como o ponto limite máximo do intervalo definido para a curva S-N. Figura 7- Curva S-N fictícia Fonte: Ajuda Solidworks (2012).

45 ANÁLISE ESTÁTICA BASE PARA O ESTUDO DE FADIGA Devido à necessidade de determinação de uma análise estática para servir de base para o estudo de fadiga do Solidworks, foi construído um modelo específico para tal fim. Como a referida análise estática serviria de base para análise de fadiga, o ponto de fixação do modelo foi na região de interação entre o grampo e a haste polida, a condição estava similar à situação real de operação. Conforme mencionado anteriormente, a carga máxima que a haste polida estava submetida, no poço utilizado como estudo, no momento da falha foi de 13538,46 lbf. Como em situação de operação a haste estava submetida axialmente à carga mencionada anteriormente, foi definido o ponto de aplicação da carga como sendo a extremidade inferior do modelo (setas vermelhas), conforme Figura 8. Figura 85 - Região de aplicação da carga Fonte: Autoria própria. Na Figura 9, pode-se visualizar, em situação estática, uma tensão máxima de 23181,9 psi no limite da região de interação da haste polida com o grampo (região de fixação do modelo). Sendo esta tensão, aproximadamente 32,1% abaixo do limite de escoamento do material. Figura 9 - Plotagem da tensão de vonmises na região de fixação do modelo Fonte: Autoria própria. Na Figura 10, é plotado o fator de segurança na mesma região indicada na Figura 9. Figura 10 - Plotagem de fator de segurança na região de fixação do grampo Fonte: Autoria própria.

46 46 Pode-se visualizar um valor mínimo de 1,47, que indica, em situação estática, que não haveria falha em nenhum ponto da haste polida. 4.6 FATOR DE REDUÇÃO DE RESISTÊNCIA À FADIGA Segundo Collins (2012), geralmente as curvas S-N encontradas na literatura são relativas às análises realizadas em corpos-de-prova polidos, mostrando respostas diferentes das peças reais, do mesmo material, devido às diferenças de composição, ambiente, processo de fabricação e condições operacionais. Desta forma, a resistência à fadiga de uma peça real é, na grande maioria das vezes, diferente da retirada da curva S-N oriundas da literatura. Com base no que afirma o autor, no caso do presente estudo, como se estimou a curva S-N com base em dados da literatura, deveria ser mensurado o fator de redução de resistência à fadiga, através dos seus fatores componentes. 4.7 CONCENTRAÇÃO DE TENSÕES ( ) Conforme observação de campo foi notada irregularidades na superfície interna do grampo, que foram colocadas em contato com a haste polida. A deformação na haste polida na sua região de fixação, mostrava um aperto excessivo imposto pelo grampo, desta forma provocando pontos de concentração de tensão. 4.8 RESULTADOS DA SIMULAÇÃO DE FADIGA Desta forma, devem ser encarados os resultados não como verdade absoluta, mas como indicativos de falha por fadiga, que nos leva a uma noção do tempo provável até a falha ocorrer, bem como o potencial local de tal evento. Na Figura 10, pode-se visualizar a plotagem do fator de dano acumulativo ou a vida consumida do equipamento. O fator de dano acumulativo indica o percentual de vida consumida em determinado local devido a eventos de fadigas. Segundo Collins (2006), a operação em certo nível de tensão desencadearia um dano acumulado, sendo seu impacto relacionado com o tempo de vida com aquele nível de tensão e o tempo total de vida em um corpo-de-prova novo submetido ao mesmo nível de tensão. Figura 10 - Plotagem de fator de dano acumulativo ou porcentagem de vida consumida

47 47 Fonte: Autoria própria. Pode-se ainda verificar na Figura 11, o número de ciclos até a ocorrência do evento de falha. Este valor representa a interseção entre a curva S-N definida para o modelo e uma linha horizontal de tensão. Figura 11 - Plotagem de Vida à fadiga ou número de ciclos que causa falha Fonte: Autoria própria. Com a experiência de campo, notou-se que os resultados das simulações de fadiga foram plausíveis e representam com boa fidelidade a fragilidade do sistema haste polida x grampo. Conforme mencionado anteriormente esperava-se um total de 5 x 10 7 de ciclos de operação até a ocorrência de uma falha, porém verificou-se, com as informações da simulação de fadiga, uma provável falha no limite inferior da região de fixação após 4,155 x 10 5 ciclos de operação (Figura 11), que representou, para o poço em estudo, aproximadamente horas de operação. 4.9 PROPOSTA DE NOVA FORMA DE FIXAÇÃO DA HASTE POLIDA À MESA DA UB Apoiado nos resultados das seções anteriores e na afirmativa de Eid (1981) foi elaborada uma proposta de nova forma de fixação da haste polida à mesa da UB. Esta proposta compreendia a mudança na geometria da extremidade superior da haste polida e a criação de um dispositivo para provocar a sua fixação COMPONENTES DO SISTEMA DE FIXAÇÃO PROPOSTO O sistema proposto foi formado por três componentes: Haste polida modificada; Bucha bipartida; Luva CONSIDERAÇÕES GEOMÉTRICAS O conjunto haste polida modificada, bucha bipartida e luva foram concebidos em aço inoxidável AISI 316, com as mesmas propriedades da haste polida convencional.

48 48 Para análises subsequentes adotou-se a haste polida modificada como um elemento sólido de 500 mm de comprimento e diâmetro de 31,9 mm, compreendendo a extremidade modificada. Da mesma forma, a bucha bipartida e luva também foram consideradas como um elemento sólido ANÁLISE ESTÁTICA De posse de uma geometria definida para os componentes do sistema proposto, foi realizada uma série de análises computacionais com o Software Solidworks. Primeiramente, foram realizadas análises estáticas de cada componente do sistema de forma individual e depois da montagem. Estas análises visaram conhecer o estado de tensões e deformações impostas ao sistema proposto em repouso e servir de base para o estudo de fadiga CONSIDERAÇÕES SOBRE OS MODELOS E CRIAÇÃO DE MALHA Conforme mencionado anteriormente, o Software Solidworks considera que todos os elementos possuem liberdade de movimento e interação com outros elementos. Desta forma, como o foco do estudo foi a análise das tensões e deformação impostas ao sistema propostos, baseado na perspectiva de funcionamento real do sistema, foram definidas as regiões de fixação do modelo. Para montagem real do sistema proposto, torna-se necessária a instalação de um grampo de manobra. Após isto, o sistema deve sustentar todo o peso relativo à coluna de haste e coluna de fluido do poço. Logo, além da interação entre todas as partículas do corpo, relativa à gravidade, há uma força direcionada para baixo. Como mencionado anteriormente, adotou-se a carga máxima do poço utilizado como base para o referido estudo, como a carga estática imposta ao sistema (13538,46 lbf). Para análise individual de cada componente e do sistema montado, prezou-se observação do sentido, direção e magnitude da força mencionada acima ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS Observando as propriedades do material e os parâmetros do modelo, foram plotados para cada componente e para a montagem o fator de segurança (FOS) e a tensão de vonmises, nos mesmos parâmetros utilizados para análise da forma atualmente utilizada para fixação da haste polida com grampo. Na Figura 12, pode-se observar, no limite da região de fixação da haste polida modificada, uma tensão de ,9 psi (65% da tensão de escoamento do material). Isto indica que não ocorreu escoamento em nenhuma região da haste polida modificada.

49 49 Figura 12 - Plotagem da tensão de vonmises na haste polida modificada Fonte: Autoria própria. Na Figura 13, foi plotado o FOS da haste polida modificada. O menor valor encontrado foi de 1,54, isto indicou que o modelo em questão foi seguro e não apresentaria falha. Figura13 - Plotagem do Fator de Segurança da haste polida modificada Fonte: Autoria própria. De forma similar a haste polida modificada, foi plotado nas Figuras 14 e 15 a tensão de vonmises e FOS, respectivamente, da bucha bipartida. Verificou-se que a maior tensão encontrada no modelo foi de ,5 psi, o que equivale a 51,8% do limite de escoamento do material. O menor FOS encontrado no modelo foi de 1,93, indicando um modelo seguro e que não apresentaria falha. Figura 14- Plotagem da tensão de vonmises na bucha bipartida Fonte: Autoria própria.