UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA UFSC Curso de Engenharia de Materiais Electro Aço Altona S/A RELATÓRIO DE ESTÁGIO CURRICULAR II Período: 07/02/2008 à 23/05/2008 Sergio Eirado Ribeiro de Almeida Matrícula: 06137027 Orientador(es): John Schltz Felipe Pacheco Supervisor: Danilo Correia De acordo com o conteúdo Danilo Correia Blumenau, maio de 2008
2 Electro Aço Altona Rua Eng. Paul Werner, 925 Bairro Itoupava Seca CEP: 88030-900 Blumenau SC Fone: (047) 3321 7788 (047) 3321 7799
3 AGRADECIMENTOS Primeiramente a empresa Electro Aço Altona S.A, pela oportunidade de estágio. Ao Sr. Danilo Correia, supervisor da Unidade de Produtos Sob Encomenda pela credibilidade aos trabalhos realizados. Aos Srs. John Schultz e Felipe Pacheco, pelas orientações, confiança e amizade desenvolvida durante a realização do estágio. Aos colegas de trabalho Carlos Coelho, Marcelo Wayers, Hermes Kwirant, Anderson e Edgar Gesser da Unidade de Produtos Sob Encomenda. Aos Srs. Márcio Theiss, Mário Bérgamo, Roberta Henning, Mônica Giacomelli, Jaime Roberto e Bonetti. A todos os demais funcionários que participaram direta ou indiretamente no meu estágio na empresa Electo Aço Altona S.A. Aos professores da UFSC, pela iniciativa de buscar estágios em empresas como a Electro Aço Altona S.A. A toda minha família, pelo apoio e incentivo. Aos amigos e colegas André Fernandes, Diego Blaese, Henrique Schappo, Lucas Pagani e Yerecê Pereira, pela companhia durante a realização do estágio.
4 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO 5 2. ATIVIDADES DESENVOLVIDAS 6 2.1 TESTE DE EFICIÊNCIA DE LUVAS EXOTÉRMICAS 6 2.1.1 FUNÇÃO DAS LUVAS EXOTÉRMICAS 6 2.1.2 FUNCIONAMENTO 6 2.1.3 IMPORTÂNCIA DA EFICIÊNCIA DAS LUVAS 7 2.1.4 FOTOS 7 2.1.5 NECESIDADE DO TESTE 8 2.1.6 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 8 2.1.7 RESULTADOS 9 2.1.8 ANÁLISE DE RESULTADOS 13 2.2 ACOMPANHAMENTO PÁ DE ROTOR 14 2.2.1 INTRODUÇÃO 14 2.2.2 OBJETIVOS DO EXPERIMENTO 14 2.2.3 METODOLOGIA 15 2.2.4 RESULTADOS 16 2.2.5 CONCLUSÃO 19 3. CONCLUSÃO 20 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 21 ANEXO A HISTÓRICO DA ALTONA 22 ANEXO B CRONOGRAMA DE ATIVIDADES 23
5 1. INTRODUÇÃO Os trabalhos descritos pelo presente relatório foram realizados durante o estágio curricular II, correspondente à 7ª fase do curso de Engenharia de Materiais da Universidade Federal de Santa Catarina, na empresa Electro Aço Altona S.A. A Altona utiliza-se do processo de fundição para produzir peças para os segmentos de hidrogeração, equipamentos de construção civil, termogeração, mineração, petroquímico, naval, entre outros. Este relatório descreve algumas das atividades desenvolvidas no setor de Engenharia de Projetos, sendo o objetivo mais importante era verificar o comportamento do dimensional de pás, utilizadas para hidrogeração, ao serem submetidas por diferentes procedimentos de corte de canais, massalotes e ombros.
6 2. ATIVIDADES DESENVOLVIDAS Os dois trabalhos mais importantes serão explanados neste relatório. O primeiro trabalho é uma experiência para avaliar a eficiência das luvas exotérmicas utilizadas na empresa. O segundo trabalho citado, realizado em parceria com a colega de estágio Yerecê Pereira, é o resultado dimensional de pás para hidrogeração a partir do acompanhamento do processo adotando-se diferentes procedimentos de corte de canais, massalotes e ombros. Simultaneamente alguns trabalhos de curta duração também foram realizados mas não serão detalhados. 2.1 TESTE DE EFICIÊNCIA DE LUVAS EXOTÉRMICAS 2.1.1 FUNÇÃO DAS LUVAS EXOTÉRMICAS As luvas revestem o massalote para manter o metal líquido por mais tempo, aumentando a eficiência do mesmo e consequentemente garantindo total alimentação da peça fundida. 2.1.2 FUNCIONAMENTO O príncipio de funcionamento das luvas é o grande poder exotérmico proveniente da reação do alumínio metálico com um óxido de outro metal, reação esta conhecida como thermite. As luvas são compostas principalmente de alumínio metálico (Al) e óxido de ferro II (Fe2O3). A fórmula completa para a reação usando o óxido de ferro II é a seguinte: Fe 2 O 3 (s) + 2Al(s) Al 2 O 3 (s) + 2Fe(s); ΔH = -851.5 kj/mol
7 A fórmula para a reação usando o óxido de ferro III é: 3Fe 3 O 4 (s) + 8Al(s) 4Al 2 O 3 (s) + 9Fe(s); ΔH = -3347.6 kj/mol 2.1.3 IMPORTÂNCIA DA EFICIÊNCIA DAS LUVAS As luvas devem retardar a solidificação do metal no massalote, pois o mesmo deve alimentar o molde até a solidificação completa da peça. Quanto melhor a eficiência da luva menor a probabilidade de refugo e retrabalho, devido à menor frequência de rechupes e segregação por falta de alimentação. 2.1.4 FOTOS Figura 1 - Luva exotérmica
8 Figura 2 - Exemplo de luva exotérmica posicionada em um modelo no momento da confecção do molde 2.1.5 NECESIDADE DO TESTE As luvas fornecidas recentemente apresentaram uma diferença de peso significativa em relação aos seus respectivos modelos fornecidos anteriormente. Logo, surgiu a dúvida da equivalência da capacidade de alimentação das luvas novas em relação às luvas antigas, exigindo um teste prático para detectar possíveis diferenças da eficiência entre essas luvas. 2.1.6 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL O teste foi feito para os modelos 4D e 5D. Dois blocos, de volumes diferentes, foram confeccionados e a partir deles fez-se os moldes para o teste. Os volumes dos blocos
9 moldados para os respectivos modelos, equivalem aos volumes de material que o fornecedor das luvas garante que as mesmas são capazes de alimentar garantindo a ausência de rechupes e segregação nas peças. Fundiram-se as peças com as luvas nos moldes e após o resfriamento das amostras, cortaram-se as mesmas ao meio e fez-se o ataque químico com nital 5%, para verificar segregação, e posteriormente ensaio não-destrutivo com líquido penetrante para verificar rechupes. 2.1.7 RESULTADOS Amostra A1 luva exotérmica, modelo 5D, utilizada anteriormente Amostra A2 luva exotérmica, modelo 5D, fornecida recentemente Amostra B1 luva exotérmica, modelo 4D, utilizada anteriormente Amostra B2 luva exotérmica, modelo 4D, fornecida recentemente 2.1.7.1 Antes do ensaio de líquido penetrante e ataque químico Figura 3 - Amostra A1 Figura 4 - Amostra A2
10 Figura 5 - Amostra B1 Figura 6 - Amostra B2 2.1.7.2 Segregação Figura 7 - Amostra A1 Figura 8 - Amostra A2
11 Figura 9 - Amostra B1 Figura 10 - Amostra B2 Figura 11 - Amostra B2 - região do bloco
12 2.1.7.3 Rechupe Figura 12 - Amostra A1 Figura 13 - Amostra A2 Figura 14 - Amostra B1 Figura 15 - Amostra B2
13 2.1.8 ANÁLISE DE RESULTADOS Ambas as luvas do modelo 5D apresentaram rechupe no bloco. A luva fornecida recentemente apresentou eficiência um pouco menor que as luvas fornecidas anteriormente. Ambas as luvas do modelo 4D apresentaram rechupe no bloco. Além disso, a luva fornecida recentemente apresentou segregação no bloco. Logo, todas as amostras apresentaram eficiência abaixo do esperado. A mudança no peso das luvas atuais proporcionou o descobrimento de um problema que estava oculto no processo de fabricação da Altona, possibilitando sua solução e evitando, após sua solução, possíveis danos às peças fabricadas.
14 2.2 ACOMPANHAMENTO PÁ DE ROTOR 2.2.1 INTRODUÇÃO A Altona atua significativamente no segmento de hidrogeração. As peças fundidas para esse segmento são rotores e suas respectivas pás utilizadas nas hidrelétricas. Essas são peças muito grandes que requerem uma atenção especial visto que retrabalho ou refugo de peças desse porte implicam em custos elevados. Os projetos dessas peças são realizados minuciosamente para evitar os defeitos provenientes do processo de fundição tais como rechupes, porosidades e trincas, logo se utilizam massalotes e ombros para direcionamento da solidificação da peça, sendo necessária sua remoção no decorrer do processo, pois essas estruturas não fazem parte da geometria final desejada. Retiram-se os ombros e os massalotes através do oxi-corte com pó de ferro para diminuição da resistência à oxidação da peça, visto que essa pá é fundida com a liga CA6NM (inoxidável martensítico de baixo carbono). Durante o processo de corte de canais, ombros e massalotes as peças são submetidas a grandes grandientes térmicos de temperatura, pois o maçarico promove um significativo aquecimento localizado, e esses gradientes promovem empenamento na peça visto que há um estado de tensão diferente em regiões distintas da peça. 2.2.2 OBJETIVOS DO EXPERIMENTO Após o processo de corte de canais verificava-se uma grande variação nos resultados finais do dimensional das pás fundidas decorrente da distorção ocorrida nesta etapa.
15 A regularidade no resultado do dimensional permite a Engenharia alterar o projeto da peça visando corrigir o dimensional final e também prever o retrabalho a qual a peça será submetida. Logo, o objetivo desse experimento era diminuir a variação do dimensional das pás a partir da padronização do processo de corte de canais e da avaliação e escolha do melhor procedimento de corte para a peça em questão. Implicando menores gastos com processo de recuperação com soldagem, por exemplo. 2.2.3 METODOLOGIA A Engenharia de Projetos decidiu testar um novo procedimento de corte, doravante chamado procedimento 2 que não será detalhado no presente relatório visto que as informações sobre tal procedimento devem ser mantidas em sigilo dentro da empresa. O procedimento utilizado no dia-a-dia, doravante chamado procedimento 1, foi novamente aplicado para servir como parâmetro de comparação com o novo. Para padronizar o processo manteve-se uma mesma sequência de corte dos canais, ombros e massalotes para ambos os procedimentos, reduzindo-se as variaveis nesta etapa e consequentemente possibilitando uma comparação mais eficiente entre os dois procedimentos. Fundiram-se quatro pás, sendo duas submetidas ao procedimento de corte 1 e as outras duas submetidas ao procedimento de corte 2. Posteriormente mediu-se o dimensional das peças para comparação entre os procedimentos.
16 2.2.4 RESULTADOS 2.2.4.1 Variáveis de corte Quadro 1 Algumas das variáveis controladas durante o experimento, as demais não podem ser citadas para não revelar as características particulares do processo interno. * A redução no tempo de corte dos ombros foi decorrente de uma alteração no processo de moldagem para reduzir o arraste de areia e conseqüente deposição na superfície da peça, diminuindo o tempo de corte devido à redução do tempo destinado à limpeza. A seqüência de corte dos ombros e dos massalotes foram iguais para as quatro pás em questão, essa seqüência foi escolhida pelos operadores do maçarico. Não será possível detalhar o corte dos ombros e massalotes visto que para fazer isso seria necessário revelar o projeto da peça, que foi desenvolvido exclusivamente pela Engenharia de Projetos da Altona. 2.2.4.2 Análise dimensional A seguir seguem as análises dimensionais das peças do experimento. As regiões em verde indicam que o dimensional está em conformidade com as solicitações do cliente, as partes em azul mostram os locais com falta de material que deverão ser corrigidas pelo processo de soldagem e as partes em vermelho indicam as regiões com excesso de material que deverão ser corrigidas pelo processo de goivagem.
17 Figura 16: Peça 1, no lado da pressão, após o término do procedimento 2 Figura 17: Peça 1, no lado da sucção, após o término do procedimento 2 Figura 18: Peça 2, no lado da pressão, após o término do procedimento 2 Figura 19: Peça 2, no lado da sucção, após o término do procedimento 2
18 Figura 20: Peça 3, no lado da pressão Figura 21: Peça 3, no lado da sucção Figura 22: Peça 4, no lado da pressão Figura 23: Peça 4, no lado da sucção
19 Os quadros a seguir apresentam as medições de excessos e sobras de material nos pontos indicados nos gráficos apresentados anteriormente. A coluna da variação refere-se à diferença entre as medições das pás que foram submetidas ao mesmo procedimento de corte. Quadro 2 - Medições dos pontos no lado da pressão. As unidades estão expressas em mm. Quadro 3 - Medições dos pontos no lado da sucção. As unidades estão expressas em mm. 2.2.5 CONCLUSÃO O procedimento 2 apresentou-se mais interessante, visto que houve uma maior semelhança entre o resultado final das peças submetidas a tal procedimento, pode-se observar nos quadros 2 e 3 que as peças possuem menor variação dimensional entre elas. Além disso, os resultados dimensionais obtidos pelo procedimento 2 indica uma quantidade menor de solda para retabalho, logo o custo para ajustar o dimensional será mais baixo.
20 3. CONCLUSÃO Os trabalhos desenvolvidos no setor de Engenharia de Projetos foram bastante proveitosos, pois proporcionaram conhecimentos significativos da influência do projeto na condição final da peça fundida. O estágio neste setor proporcionou experiência para tentar corrigir defeitos como rechupes, porosidades, inclusões e desajuste dimensional (empenamento) a partir da alteração do projeto da peça. Estágios como os disponibilizados pela Electro Aço Altona S.A., em que se deposita confiança e liberdade ao estagiário, proporcionam a convivência direta com problemas que acontecem no cotidiano, ensinando o estudante como agir diante de situações inesperadas. A rotina de trabalho proporciona que o aluno tenha uma prévia das posturas éticas e profissionais a serem exercidas dentro de uma empresa. Aliar formação acadêmica e estágios, que possibilitam a realização de trabalhos práticos como forma de aprendizagem, é uma experiência que enriquece bastante a formação profissional de um futuro engenheiro.
21 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS http://www.infomet.com.br/acos_ligas.php (acessado em 29/04/08) http://pt.wikipedia.org/wiki/termite (acessado em 29/04/08) http://www.infosolda.com.br/download/61dec.pdf (acessado em 29/04/08) SMITH, W. F. Structure and Properties of Engineering alloys, 2 nd edition, 1993, Mc Graw Hill International Editions CHIAVERINI, VICENTE. Aços e Ferros Fundidos. São Paulo: Associação Brasileira de Metais, 1988. CALLISTER, Willian D, Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução, 5ª edição, LTC. Rio de Janeiro, 2002. http://www.infomet.com.br/acos_ligas.php (acessado em 29/04/08)
22 ANEXO A HISTÓRICO DA ALTONA A Electro Aço Altona S.A foi fundada, em 8 de março de 1924, pelo engenheiro alemão Richard Paul Werner, o qual imigrou ao Brasil para instalar a primeira central telefônica na cidade de Blumenau e, após instalá-la iniciou a prestação de serviços mecânicos (fundição de ferro) no antigo bairro Altona de Blumenau, hoje chamado de Itoupava Seca, local este que permanece instalada a Electro Aço Altona. Em 1933, ampliando a indústria, foi instalado o primeiro forno elétrico a arco, com capacidade de produção de 500kg por carga, iniciando-se assim a produção de aço. Em 1940 e 1958 mais dois fornos a arco foram instalados, ambos com capacidade nominal de 2300kg por carga. Em dezembro de 1974, mais um forno a arco entrou em operação, com capacidade nominal de 4500kg, para capacitar a produção de peças de grande porte. Em 1960 introduziu-se o processo de fundição em casca (Shell Molding), previstas para a produção de peças pequenas e seriadas. Em 1984 foi instalado o primeiro forno elétrico a indução com capacidade para 1800kg. Este forno possibilitou à empresa uma diversificação nas ligas produzidas. Em 2000 a coordenação da produção foi dividida em Produtos Repetitivos e Produtos Sob Encomenda. A Electro Aço Altona S.A atua praticamente em todos os segmentos consumidores de aço fundido: Indústria naval; Máquinas e implementos agrícolas; Bombas, compressores e equipamentos hidráulicos; Papel e Celulose; Máquinas e Equipamentos Mecânicos; Indústrias Químicas e Petroquímicas; Siderúrgico; Cimento e Mineração; Dragagem e Geração de Energia Elétrica. A qualidade está associada à marca Altona e presente em todas as fases de sua atuação, desde a pré-venda, na fabricação, até a pós-venda. A empresa possui o Sistema da Qualidade certificado pela norma ISSO 9002, o que evidencia a padronização da gestão da qualidade e sua competitividade em escala mundial, além de possuir a metodologia de gestão empresarial 6 Sigma. Na preocupação com a preservação e cuidado com o meio ambiente, a Altona possui um sistema de gestão ambiental seguindo a norma ISSO 14001.
ANEXO B CRONOGRAMA DE ATIVIDADES 23