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30/9/2008 Eng. Química Maria Julieta Espindola Biermann 1
GESTÃO DE
FLUIDOS DE USINAGEM
MARIA JULIETA ESPINDOLA BIERMANN mjulieta@terra.com.br
Cel (51) 9982 6006
30/9/2008 Eng. Química Maria Julieta Espindola Biermann 2
FLUIDOS DE USINAGEM
APLICAÇÕES
RISCOS OCUPACIONAIS
RISCOS AMBIENTAIS
PmaisLAPLICADA
GERENCIAMENTO DE RESÍDUOS
OBJETIVO
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CONCEITOFluido de Usinagem ou
Fluido de Corte é um material composto, na maioria das vezes, líquido, que deve ser capaz de:refrigerar, lubrificar, proteger contra a oxidação e limpar a região da usinagem.
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APLICAÇÕESdo Fluido de Usinagem
Dois fatores;
• 1. Geração excessiva e/ou redução ineficiente de calor pelo sistema ferramenta cavaco peça
• 2. Ocorrência de esforço elevado ( atrito)
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Efeitos da temperatura no processo de usinagem
• Desgaste acelerado da ferramenta
• Dano térmico à estrutura da peça usinada
• Distorção devido à dilatação térmica
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Fluido de Usinagem como REFRIGERANTE
Para que o fluido de usinagem reduza o calor de forma eficiente, ele deve possuir;
• Baixa Viscosidade
• “Molhabilidade”
• Alto calor específico e baixa condutividade térmica
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Fluido de usinagem como Lubrificante
• Atua reduzindo o atrito entre ferramenta cavaco peça
•Redução de esforços
•Redução de atrito.
Características de um bom lubrificante;
Resistir a altas pressões e temperaturas
Possuir boas propriedades antifricção e antisoldantes
Possuir viscosidade adequada – baixa o suficiente para que o fluido chegue a zona a ser lubrificada e alta o bastante para permitir boa aderência
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Como refrigerante ele atua:
• Sobre a ferramenta - evita que ela atinja temperaturas muito altas e perca suas características de corte.
• Sobre a peça - evita deformações causadas pelo calor.
• Sobre o cavaco - reduz a força necessária para que seja cortado.
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Como lubrificante
• Facilita o deslizamento dos cavacos sobre a ferramenta e diminui o atrito entre a peça e a ferramenta.
• Reduz o coeficiente de atrito na região de contato ferramenta-cavaco melhorando o rendimento da máquina.
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Como protetor contra oxidação
• Protege a peça, a ferramenta e o cavaco, contribuindo para o bom acabamento e aspecto final do trabalho.
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Ação de limpeza
• Como conseqüência da aplicação do fluido de corte em forma de jato, cuja pressão afasta as aparas deixando limpa a zona de corte e facilitando o controle visual da qualidade do trabalho
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GESTÃO DE FLUIDOS DE USINAGEM
PROCESSO DE USINAGEM
ENTRADAS SAIDAS
PRODUTO
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1. Fluidos integrais, isentos de água:
Óleos integrais isentos de água cuja base pode ser:
• a) mineral (óleos de petróleo de base parafínica ou naftênica);
• b) sintética (ésteres, diésteres);• c) vegetal (canola) ou ainda • d) mistos misturados para dar maior compatibilidade
aos aditivos.Vantagens;• Não são corrosivos • Longa duração se mantido limpos
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2. Fluidos à base de água: emulsões e soluções
• São compostos aquosos;a)Emulsões de óleo em água• Basicamente compostos de água e óleo. A quantidade de óleo varia
com o tipo de fluido necessárioCaracterísticas;• Alto poder refrigerante• Alto poder umectanteComparando com a água• Menor ação corrosiva• Melhor ação lubrificante
VANTAGENS: Esses fluidos são geralmente utilizados em operações de alta velocidade, devido à grande capacidade refrigerante que possuem.
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2. Fluidos à base de água: emulsões e soluções
b) Soluções químicas verdadeiras - SoluçõesCaracterísticas;• não absorver os óleos contaminantes que vazam das
máquinas (são insolúveis)• possuir excepcional resistência biológica
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Aditivos dos fluidos de usinagem e suas funções
• Os aditivos melhoram as propriedades inerentes aos fluidos ou lhes atribuem novas características.
Em geral, se enquadram em duas classes:1. aqueles que afetam uma propriedade físicaex. viscosidade2. aqueles cujo efeito é puramente químico ex.
anticorrosivos, antioxidantes
ENTRADA ADITIVO
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FUNÇÃO DOS ADITIVOS
ADITIVOS FUNÇÃO
AntioxidantesProteger os fluidos de usinagem frente à ação agressiva da atmosfera
Emulsionantes Estabilizar a emulsãoInibidores da corrosão Proteger a peça e a ferramenta
BiocidasImpedir o desenvolvimento de microorganismos no fluido
Aditivos de extrema pressão
Formar uma capa intermediária entre duas superfícies metálicas, melhorando a lubrificação e evitando o desgaste
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FUNÇÃO DOS ADITIVOS
Umectantes ou estabilizantes Estabilizar o concentrado
Antiespumantes Evitar a formação de espuma
ComplexantesEliminar e previnir a formação de incrustações
Outros Detergentes, dispersantes
ADITIVOS FUNÇÃO
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GESTÃO DE FLUIDOS DE USINAGEM
PROCESSO DE USINAGEM
ENTRADAS SAIDAS
PRODUTO USINADO
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Fluido de usinagem esgotado
• stress mecânicoDevido às características inerentes ao processo de usinagem, as propriedades dos fluidos vão diminuindo ao mesmo tempo em que aparece uma série de contaminantes que reduzem ainda mais suas propriedades e rendimento.
SAÍDA
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Contaminantes comuns
• Óleos externos procedentes de fugas dos circuitos hidráulicos e de engraxe,
• Óleos lubrificantes, • Partículas sólidas metálicas, • Microorganismos, • Restos de panos de limpeza, • Poeiras.
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Fluidos Integrais Esgotados
• ao serem submetidos a altas temperaturas nas operações de usinagem, sofrem reações de oxidação e polimerização, formando uma mistura complexa de compostos orgânicos e outros elementos contaminantes resultantes do desgaste dos metais.
Contaminantes comuns; limalhas, cavaco, restos de aditivos como fenóis, compostos de zinco, cloro e fósforo, ácidos orgânicos ou inorgânicos; bem como qualquer outro composto que por qualquer motivo fique misturado com estes óleos.
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Emulsões e soluções esgotadas
Além da fadiga térmica e das reações químicas, a perda da qualidade é agravada pela presença de microorganismos que metabolizam os componentes do fluido, modificando sua estrutura química.
A presença de sólidos faz com que aumente ainda mais a proliferação destes microorganismos e, por conseqüência, a degradação do fluido.
Microrganismos freqüentemente encontrados nas emulsões: bactérias, algas e fungos. Podem ser combatidos com bactericidas e fungicidas, em quantidades restritas pois os mesmos têm limitada solubilidade na água.
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Formação de névoas
ferramenta
fluidocalor
peça
particuladosVaporização
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Riscos Ocupacionais
• A elevada velocidade de giro atingida pelas máquinas e/ou ferramentas e a pressão de fornecimento de fluido, provocam a formação de névoas ou aerossóis, que se dispersam no ambiente. Tem-se então o risco da inalação dessas partículas, com o efeito nocivo para a saúde do trabalhador.
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Riscos Ocupacionais
• Inalação - Irritações das vias respiratórias (pneumonia, fibrose pulmonar e asma).
• Exposição a essa atmosfera podem apresentar tosse e catarro, irritação no nariz e na garganta e dificuldade respiratória.
• Contato pode causar o ressecamento ou irritações da pele (alergias), erupções cutâneas, Ex; o contato rotineiro do abdômen de um trabalhador com a máquina impregnada pelo fluido pode causar uma dermatite, se o tecido da roupa não for impermeável ao fluido.
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Riscos Ocupacionais
• Os microorganismos contaminam as emulsões. Dosagens fracas ou adições muito freqüentes de biocidas, formam micróbios resistentes, e a quantidade de biocida precisa ser aumentada por não apresentar mais os mesmos resultados. Entretanto, os biocidas não agem somente sobre os microorganismos nas emulsões. A população natural de bactérias nas mãos dos operadores também é afetada negativamente, deixado de formar a barreira protetora natural da pele. As conseqüências são eczemas e o aparecimento de fungos.
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Medidas preventivas à saúde ocupacional
M E D ID A S D O T R AB AL H A D O R M E D ID A S D O E M P R E G AD O R
nunca lava r pa rtes do co rpo com
flu idos de us inagem
in fo rm a r a o s fu n c io n á rio s so b re a s
co n d içõ e s id e a is d e h ig ie n e e se g u ra n ça
n o tra b a lh o
usa r c rem es p ro te to res ap rop riados
nas m ãos e an teb raços, an tes de cada
tu rno de traba lho
fo rn e ce r E P Is (e q u ip a m e n to s d e p ro te çã o
in d iv id u a l) co n fo rm e in s tru çõ e s fo rn e c id a s
p e lo fa b rica n te d o f lu id o
ev ita r con ta tos desnecessá rios com os
p rodu tos
não pe rm itir que seus func ioná rios
ope rem m áqu inas com ins ta lações
p recá rias de m anu tenção , ev itando
d issem inação de con tam inan tes
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Medidas preventivas à saúde ocupacional
procurar imediatamente os
primeiros socorros quando acontecerem cortes ou arranhões ou qualquer forma de distúrbio na pele
Manter atendimento de emergências
lavar as mãos antes e depois de ir ao banheiro, fazer refeições e ao final da jornada de trabalho
informar aos funcionários sobre as condições ideais de higiene e segurança no trabalho.
separar as roupas de trabalho dos utensílios e vestuário de uso fora do
trabalho
fornecer instalações de lavagem adequadas (higiene pessoal)
M E D ID A S D O T R A B A L H A D O R M E D ID A S D O E M P R E G A D O R
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Medidas preventivas à saúde ocupacional
Não utilizar panos ou estopas
contaminadas com fluido para a
limpeza das mãos- cavacos podem
lesionar as mãos
providenciar plataforma isolante e fixa
para o trabalhador frente à máquina;
Evitar contaminação dos reservatórios
dos fluidos
providenciar um plano de manutenção
preventiva para cada máquina
Nunca usar os compartimentos com
fluido como local de descarte - tal
como toco de cigarro, casca de frutas
manter o ambiente físico da empresa
sempre limpo
Não retirar cavacos das máquinas com
as mãos ainda que estejam protegidas
com luvas. Para fazê-lo se empregar
ferramentas com cabo
proteger todas as máquinas, para
evitar desperdícios de fluido e
problemas aos operadores
MEDIDAS DO TRABALHADOR
MEDIDAS DO EMPREGADOR
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Efeitos nocivos do fluido de usinagem ao meio ambiente
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Riscos Ambientais
• O óleo integral não é biodegradável. • As emulsões e fluidos sintéticos possuem
uma gama diversificada de produtos químicos em sua composição de difícil tratamento e que, se lançados nos recursos hídricos ou no solo, podem provocar danos ao ecossistema e àpopulação.
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Riscos Ambientais
• Comprometimento do ar em decorrência dos aerossóis e dos vapores gerados pelo contato com superfícies quentes das peças e ferramentas empregadas.
• O dano potencial, nesse sentido, varia em função das propriedades físico-químicas do fluido de usinagem (pressão e aquecimento, por exemplo), da velocidade de rotação das peças trabalhadas e do aquecimento das superfícies.
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Riscos Ambientais
• ÁGUA - Os fluidos de usinagem esgotados se forem despejados na rede pública ou diretamente em um corpo hídrico, retiram da água o oxigênio dissolvido necessário àmanutenção da vida aquática e podem causar mortandade à vida aquática.
• Toxicidade elevada, devido às substâncias químicas presentes em sua composição e a outras substâncias e compostos que se formam durante o uso.
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Riscos Ambientais• Os fluidos oleosos possuem ainda o
agravante de dificultar o intercâmbio de oxigênio com a atmosfera
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Tipos de poluentes originados nas operações de usinagem de metais
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Tipos de poluentes originados nas operações de usinagem de metais
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Tipos de poluentes originados nas operações de usinagem de metais
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Causas e origens dos problemas ambientais associados ao uso de fluidos
de usinagem
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Causas e origens dos problemas ambientais associados ao uso de fluidos
de usinagem
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Causas e origens dos problemas ambientais associados ao uso de fluidos
de usinagem
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Gerenciamento do Fluido de Usinagem Esgotado
TRANSPORTE DO FLUIDO DE USINAGEM ESGOTADO
• Os fluidos de uso industrial podem ser perigosos durante o transporte, pelo risco de acidente com prejuízo ao meio ambiente. Para reduzir os efeitos de acidentes ambientais existe legislação que determina a capacitação da transportadora e do transportador para realizar este transporte com segurança .
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Transporte TERRESTRE
• Portaria MT 204/97 - regulamentada • RESOLUÇÃO ANTT N.º 420, de 12 de fevereiro de
2004 - aprova as Instruções Complementares ao Regulamento do Transporte Terrestre de Produtos Perigosos.
• A responsabilidade pela classificação do produto perigoso para o transporte, deve ser feita pelo seu fabricante ou expedidor, orientado pelo fabricante, tomando como base as características físico-químicas do produto.
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Empresas coletoras
• O transporte de fluidos esgotados é uma atividade com potencial de risco e somente poderá ser realizada por empresa devidamente licenciada para este fim.
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Fluido de usinagem integralOs fluidos de usinagem integrais, quando mantidos
livres de contaminantes, podem ser usados indefinidamente. Porém, o acúmulo de contaminação provoca a deterioração dos aditivos e das propriedades dos fluidos integrais, contribuindo para abreviar a vida útil. Em geral, nas reciclagens dos fluidos integrais retiram-se os contaminantes e substitui-se algum aditivo que foi degradado e o fluido recuperado pode então voltar a ser utilizado.
Quando não for viável a reciclagem ou a reutilização, o fluido deve ser enviado para rerrefino. CONAMA 362/2005
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Emulsões e soluções
Os fluidos sintéticos (soluções) esgotados não são tratáveis por métodos convencionais pois não são biodegradáveis.
No entanto, estes fluidos se esgotam principalmente devido à contaminação por óleos, transformando a solução original em emulsão, cuja fase oleosa pode ser separada e reciclada.
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Disposição final • Mesmo após a implantação de todas as
medidas preventivas, restará, ainda, uma parte do fluido esgotado que deverá ser eliminada mediante procedimentos que reduzam qualquer impacto negativo sobre o meio ambiente. Cabe ao gerador garantir o correto armazenamento deste fluido residual, armazenando em tambores ou pequenos depósitos, convenientemente etiquetados, até o momento de sua retirada, de maneira que não ocorra a mistura com restos de óleos usados ou outros tipos de produtos.
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Valorização e destinação dos resíduos de usinagem de
metais
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Valorização e destinação dos resíduos de usinagem de
metais
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Valorização e destinação dos resíduos de usinagem de
metais
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GERENCIAMENTO DOS RESÍDUOS
FLUIDOSESGOTADOS
CAVACOS
CONTAMINADOS
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PmaisL
• Aplicação contínua de uma estratégia ambiental preventiva e é aplicável aos processos de usinagem, conciliando a atividade econômica com a preservação ambiental.
Os caminhos que direcionam o processo de usinagem à PmaisL são basicamente dois:• aumento da vida dos fluidos de usinagem • introdução de novas tecnologias (que não utilizam ou utilizam pouco fluido).
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PmaisL
• O aumento da vida útil dos fluidos é a medida mais eficaz para reduzir a geração de resíduos.
• Para isso, existem medidas que podem ser adotadas
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PmaisL PmaisL -- FLUXOGRAMA QUALITATIVOFLUXOGRAMA QUALITATIVO
Matérias-Primas
Água
Produtos Auxiliares
Energia
EfluentesSubstâncias
Resíduos Sólidos
EmissõesCalor Residual
Etapa 1
Etapa 2
Etapa 3
Produtos
ENTRADAS SAÍDAS
Processo Produtivo
ME
TOD
OLO
GIA
Produtos usinados
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BALANÇO DE MASSA - PmaisL
PRIORIZAR OS PROCESSOS DE MAIOR IMPACTO
ENTRADAS
QUANTO?
SAIDAS
QUANTO?
PRODUTO
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ESTUDO VIABILIDADE
RESULTADODEPOISANTESINVESTIMENTOOPORTUNIDADE DE
MELHORIA
CUSTOAVALIAÇAO
FINANCEIRA
RESULTADODEPOISANTESAVALIAÇAO
AMBIENTAL
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PmaisL – Parâmetros de controle
Controle analítico do Fluido de usinagemPARÂMETROS DE CONTROLE• Óleos contaminantes procedentes de fugas de sistemas hidráulicos
e de lubrificação de peças e máquinas.• Partículas sólidas metálicas oriundas do processo (carepas,
limalhas, cavacos)• Resíduos contaminados (panos, plásticos) • Controle da qualidade dos fluidos em geral • Contaminação por microorganismos (bactérias e os fungos) • Arrastes de fluidos de usinagem através dos cavacos• Derrames acidentais
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Parâmetros de controle no fluido de usinagem
PARÂMETRO
MEDIDAS
Implantação de plano de manutenção do
sistema
manutenção preventiva e emprego de
juntas ótimas que reduzam fugas
emprego do mesmo óleo base para a
formulação de fluidos de usinagem,
sistemas hidráulicos e engraxe
contaminantes
entes de fugas de
as hidráulicos e de
ação de peças e máquinas instalação de decantadores ou centrífugas
para a separação dos óleos
contaminantes
Óleos contaminantes de fugas de sistemas hidráulicos
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Parâmetros de controle no fluido de usinagem
P A R Â M E T R O M E D ID A S
Instalação de sistema de filtração eficiente - filtros
de não-tecido de polipropileno (no-woven), de
papel, peneiras
Decantação
Centrífugas
Partículas sólidas
metálicas oriundas do
processo
(carepas, limalhas,
cavacos)Separadores magnéticos
Resíduos contaminados
(panos, plásticos)
Capacitação dos funcionários
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Parâmetros de controle no fluido de usinagem
pH deve manter-se alcalino (conforme orientação do
fornecedor)
óleos estranhos: é necessário detectá-los para evitar
um aumento na velocidade de degradação do fluido
teste de corrosão: permite valorizar o poder corrosivo
do fluido
cloretos: este ensaio controla a corrosão e instabilidade
da emulsão
e da qualidade dos
em geral
sólidos em suspensão: controla o nível de sólidos para
proteger a ferramenta e não interferir no acabamento
da peça
Controle da qualidade
PARÂM ETRO M EDIDAS
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Parâmetros de controle no fluido de usinagem
Dureza - um certo grau de dureza evita a formação
de espumas. Uma água com uma dureza muito alta
pode desestabilizar a emulsão
Sais dissolvidos - controle de sulfatos e cloretos
Sólidos - devem ser menores que 500 mg/L
Microorganismos - para evitar a proliferação de
fungos e bactérias, não devem exceder a 10/mL
Parâmetros de
controle dos
fluidos aquosos Água de reposição - água deionizada para evitar a
contínua acumulação de íons de cálcio, cloretos,
nitratos e metais pesados, que incidem
negativamente na estabilidade dos fluidos.
Utilização de água com baixo grau de dureza
PARÂMETRO MEDIDAS
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Parâmetros de controle no fluido de usinagem
limpeza geral e a utilização de biocidas
Sistema eficiente de filtragem
Aeração do fluido utilizado
contaminação por
microorganismos (bactérias
e os fungos) Controle da temperatura externa
Otimizar as dimensões da peça a ser usinada para
que a quantidade de material a ser retirada seja
mínima arrastes de fluidos de
usinagem Implantar sistema de drenagem de fluido aderido
nos cavacos
PARÂM ETRO M EDIDAS
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Parâmetros de controle no fluido de usinagem
Plano Informativo para operadores de máquinas de
usinagem
Formação de pessoal
Conscientização através de palestras e cursos Derrames Derramamentos e respingos produzidos no
processo de mecanizado podem ser eliminados
mediante instalação de uma tela protetora
PARÂMETRO MEDIDAS
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PmaisL
Recirculação do Fluido• A recirculação adequada prolonga a vida útil
dos fluidos de usinagem. • No caso dos fluidos integrais, facilita a sua
reutilização e, para os fluidos à base de água, reduz as necessidades de descarte e disposição. A recirculação deve ser adequada aos tipos de fluido e às necessidades das operações de usinagem.
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PmaisL
• Elementos sólidos podem contaminar o fluido de usinagem, havendo a necessidade de selecionar filtros e sistemas de separação que reduzam a quantidade de substâncias indesejáveis
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Recirculação do fluido
• O controle da qualidade da água e a correta limpeza das máquinas são importantes na vida útil do fluido de usinagem.
No concentrado, não há a presença de microorganismos, a contaminação dos fluidos se dápor agentes externos. As bactérias se aninham na emulsão, trazidas especialmente pela água de preparação.
A utilização de água isenta de contaminantes e a correta diluição dos concentrados em água contribui para o melhor desempenho dos fluidos de usinagem.
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Recirculação do Fluido
• O controle do desgaste dos constituintes pelo arraste do cavaco pode ser realizado pelo monitoramento da concentração. A prevenção do crescimento de microrganismos nas soluções ou emulsões é realizada através do controle do pH do fluido.
• A permanência do pH entre 8,5 e 9,0 dificulta o desenvolvimento das bactérias prejudiciais ao fluido de usinagem.
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principais problemas que podem ocorrer durante o controle das condições ideais do
fluido de usinagem no sistema de recirculação
-contato dos fluidos de usinagem com óleos lubrificantes de componentes das máquinas-ferramentas;- sedimentação de limalha e demais impurezas no fundo do sistema;-acúmulo de borras de óleo nas paredes do sistema;- bomba com mal funcionamento;- falta de aeração;- processo ineficiente de limpeza do sistema;-reposição de fluidos de usinagem em sistemas contaminados por bactérias.
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Introdução de novas tecnologias
• A introdução de novas tecnologias em operações de usinagem de metais em substituição às tecnologias clássicas pode contribuir para a redução do impacto ambiental causado pelos fluidos esgotados
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Introdução de novas tecnologias
• Três fatores devem ser analisados inicialmente para tomada de decisão quanto a aplicação de novas tecnologias em operações de usinagem:
• Tipo de material a ser usinado• Tipo de ferramenta de corte utilizada• Tipo de operação a ser executada
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Método de mínima quantidade de fluido MQF
MQF - O método da Mínima Quantidade de Fluido é um estágio que está entre a usinagem com refrigeração e a absolutamente sem refrigeração. Significa que somente uma pequena gota de óleo é lançada na área de corte para produzir um pequeno filme de lubrificante protetivo.
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Usinagem a Seco
A usinagem a seco se apresenta como a melhor alternativa para resolver os problemas causados pelos fluidos de corte, porém a usinagem a seco não
consiste em simplesmente interromper a alimentação de fluido de corte de um
determinado processo, mas sim exige uma adaptação compatível de todos os fatores
influentes neste processo
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Método de usinagem a seco
Pistola Automática de ArProduz um jato constante de ar para a ferramenta de corte que afasta os cavacos durante a usinagem a seco.
A pistola de ar pode ser programada para funcionar durante a rotação do fuso ou no final de um ciclo.
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Substituição do Processo
• Para os casos em que um determinado processo não permita o emprego das alternativas anteriores, uma solução extrema é substituir o processo em questão por um ou mais processos alternativos que consigam os mesmos resultados que o processo original.
• Esta solução exige por parte do usuário a disposição para avaliar os processos utilizados e aceitar o risco de tentar novas formas de produção.
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GESTÃO DE
FLUIDOS DE USINAGEM
MARIA JULIETA ESPINDOLA BIERMANN mjulieta@terra.com.br
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