UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS

SCHULZ S.A - DIVISÃO DE COMPRESSORES

Relatório de Estágio Curricular I Período: 09/09/08 à 19/12/08

Graduanda: Clara Maria Costa Matrícula: 08137804

Orientador de Estágio: Maurício Berto

Concordamos com o conteúdo do presente relatório:

___________________

Joinville, Dezembro de 2008.

1

Schulz S.A. Divisão Compressores. Rua Dona Francisca, 6901. 89219-000 - Joinville – SC Fone: +55 48 3451-6225 Fax: +55 48 3451-6228

http://www.schulz.com.br

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AGRADECIMENTOS

A empresa Schulz S.A. por acreditar no sistema cooperativo do curso de

graduação de Engenharia de Materiais da Universidade Federal de Santa Catarina.

Ao orientador de estágio, Engenheiro Maurício Berto pelo apoio dado durante o

período de estágio e pelo bom humor.

Aos professores Berend Snoeijer, Germano Riffel e Pedro Novaes pela atenção

e dedicação ao curso e aos alunos, fazendo com que tenhamos uma formação

profissional sólida e de qualidade.

A Deus pela sua grandeza e pelas oportunidades que sem Ele não existiriam e à

minha mãe pela compreensão e carinho.

Aos colegas Luis Miguel Bardini, Evaldo Zepon, Roberto Berndt, Caroline de

Castro, Oscar Rosa, João Lopes, Cristiano Garcia, Robson de Lima, Fernando dos

Santos, Franciele do Nascimento, Roger Santos, Willian Santos, Willian Morais e

demais funcionários pela amizade e ajuda para o desenvolvimento dos trabalhos

realizados.

Aos amigos Filipe, Maísa, Karoliny, Edy, Ney, Fernando, Diego, Mario, Pedro e

Virginia pelo companheirismo e amizade durante este período de estágio.

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO .................................................................................................... 4

2. COMPRESSORES DE AR.................................................................................. 5

2.1 Funcionamento dos Compressores de Ar................................................. 5

2.1.1 Compressores Alternativos de Pistão ..................................................... 6

2.1.2 Compressores Alternativos de Membrana .............................................. 7

2.1.3 Compressor Rotativo de Parafusos......................................................... 7

3. ATIVIDADES DESENVOLVIDAS ....................................................................... 8

3.1 Análise de Falha em Placa de Válvula ....................................................... 8

3.2 Verificação do Material da Mola da Válvula de Admissão 2 ½”............. 16

3.3 Analise de Defeito em Elastômero do Pressostato ................................ 20

4. CONCLUSÃO ................................................................................................... 28

5. BIBLIOGRAFIA ................................................................................................ 29

ANEXO A – HISTÓRICO DA EMPRESA ............................................................. 30

ANEXO B – CRONOGRAMA DE ESTÁGIO. ....................................................... 31

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1. INTRODUÇÃO

O principal objetivo deste trabalho é demonstrar e discutir as atividades

realizadas durante o estágio curricular I realizado no Setor da Qualidade da Divisão de

Compressores da Schulz que se divide em dois setores: o CDCO - controle dimensional

de compressores e o IREC - inspeção de recebimento. Na área do CDCO, as atividades realizadas englobam análises dimensionais,

aprovação de novos fornecedores, processos relativos à qualidade da empresa,

análises de falhas de itens fornecidos, análises de materiais, etc.

Na área da IREC as atividades destinam-se a inspeções de produtos que são

fornecidos à empresa, garantindo a qualidade dos itens que seguem para a linha de

montagem, verificando se os mesmos estão dentro do especificado em projeto.

Durante o período na Empresa, foram realizados três principais projetos: análise

de falha na placa de válvula; análise de corrosão em válvula de admissão; e análise de

defeito em borracha do pressostato. Além destes projetos, foram realizadas outras

atividades: controle dimensional de componentes e ferramentais, análise de itens

retidos pelo controle de qualidade (RCQ) e acompanhamento de retrabalho em blocos

importados.

As principais atividades realizadas seguem detalhadas neste relatório além de

uma breve explicação sobre o funcionamento dos compressores fabricados na

empresa.

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2. COMPRESSORES DE AR

Compressor é um equipamento destinado a elevar a pressão de um fluido

compressível. O nível de pressão de entrada pode ser desde negativa até pressões

positivas e a pressão de descarga pode variar de níveis sub-atmosféricos a

valores de centenas de quilos por centímetro quadrado (kg/cm²).

Os princípios no qual se fundamentam todas as espécies de compressores de

uso industrial são os compressores volumétricos e compressores dinâmicos.

2.1 Funcionamento dos Compressores de Ar

Nos compressores volumétricos ou de deslocamento positivo, a elevação de

pressão é conseguida através da redução do volume ocupado pelo ar. Estas máquinas

possuem um ciclo de funcionamento onde inicialmente certa quantidade de ar é

admitida no interior de uma câmara de compressão, que é fechada para então sofrer

redução de volume. Finalmente, a câmara é aberta e o ar pressurizado é liberado para

consumo. Trata-se de um processo intermitente, no qual a compressão é efetuada em

sistema fechado, ou seja, sem qualquer contato com a sucção e a descarga.

Enquadram-se, neste modo de compressão, dois tipos de compressores distintos: o

alternativo e o rotativo.

Os compressores dinâmicos efetuam o processo de compressão de maneira

contínua, estes possuem duas partes principais: impelidor e difusor. O impelidor é um

órgão rotativo munido de pás que transfere ao ar a energia, parte na forma cinética e

outra na forma de entalpia, recebida de um acionador. Posteriormente, o escoamento

estabelecido no impelidor é recebido por um órgão fixo denominado difusor, cuja função

é promover a transformação da energia cinética do ar em entalpia, com conseqüente

ganho de pressão. Um exemplo de compressor de deslocamento dinâmico é o

centrifugo, geralmente utilizado em indústrias pneumáticas e automatizadas.

Na Schulz S.A. são produzidos compressores alternativos de pistão, alternativos

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de membrana e compressores rotativos de parafusos, de modo que os compressores

de maior uso na indústria são os alternativos, os de palhetas, os de parafusos, os de

lóbulos, os centrífugos e os axiais.

2.1.1 Compressores Alternativos de Pistão

Esse tipo de máquina utiliza um sistema biela-manivela para converter o

movimento rotativo de um eixo no movimento translacional de um pistão ou êmbolo.

Dessa maneira, a cada rotação do acionador, o pistão efetua um percurso de ida e

outro de vinda na direção do cabeçote, estabelecendo um ciclo de operação.

O funcionamento de um compressor alternativo está intimamente associado ao

comportamento das válvulas, que funcionam como diafragma, comparando as pressões

interna e externa ao cilindro. Com isso, temos as etapas do ciclo de funcionamento do

compressor mostradas na figura abaixo.

Figura 1: Etapas do ciclo de compressão.

Na etapa de admissão o pistão se movimenta em sentido contrário ao cabeçote,

fazendo com que haja uma tendência de depressão no interior do cilindro que propicia a

abertura da válvula de sucção, o gás é então aspirado. Ao inverter-se o sentido de

movimentação do pistão, a válvula de sucção se fecha e o gás é comprimido até que a

pressão interna do cilindro seja suficiente para promover a abertura da válvula de

descarga. Isso caracteriza a etapa de compressão.

Quando a válvula de descarga se abre, a movimentação do pistão faz com que o

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gás seja expulso do interior do cilindro. Essa situação corresponde à etapa de descarga

e dura até que o pistão encerre o seu movimento no sentido do cabeçote. Ocorre,

porém, que nem todo o gás anteriormente comprimido é expulso do cilindro.

A existência de um espaço morto ou volume morto, compreendido entre o

cabeçote e o pistão no ponto final do deslocamento deste, faz com que a pressão no

interior do cilindro não caia instantaneamente quando se inicia o curso de retorno.

Nesse momento, a válvula de descarga se fecha, mas a de admissão só se abrirá

quando a pressão interna cair o suficiente para permiti-lo. Essa etapa, em que as duas

válvulas estão bloqueadas e o pistão se movimenta em sentido inverso ao do cabeçote,

se denomina etapa de expansão, e precede a etapa de admissão de um novo ciclo.

2.1.2 Compressores Alternativos de Membrana

O Compressor de Membrana é semelhante ao compressor de pistão, porém o ar

não entra em contato com as partes móveis, devido a uma membrana que vibra

impulsionada pelo movimento do pistão, sendo esta responsável pela compressão do

ar.

A vantagem deste compressor é o ar comprimido isento de óleo, já que não há

contato do ar com os resíduos do óleo lubrificante do sistema devido a membrana.

Figura 2: Ilustrações de um compressor de membrana.

2.1.3 Compressor Rotativo de Parafusos

Os compressores rotativos de parafusos helicoidais dispensam fundações e

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são caracterizados por baixa vibração, grandes faixas de pressão e potência e longa

durabilidade, com uma manutenção mínima.

Esse tipo de compressor possui dois rotores em forma de parafusos que giram

em sentido contrario, mantendo entre si uma condição de engrenamento. A conexão do

compressor com o sistema se faz através das aberturas de sucção e descarga,

diametralmente opostas.

Figura 3: Esquemas de um compressor rotativo de parafusos.

O gás penetra pela abertura de sucção e ocupa os intervalos entre os filetes dos

rotores. A partir do momento em que há o encontro de um determinado filete, o ar nele

contido fica encerrado entre o rotor e as paredes da carcaça. A rotação faz com que o

ponto de engrenamento vá se deslocando para frente, reduzindo o espaço disponível

para o ar e provocando a sua compressão quando finalmente é alcançada a abertura

de descarga, e o gás é liberado.

A relação de compressão interna do compressor de parafusos depende da

geometria da máquina e da natureza do ar.

3. ATIVIDADES DESENVOLVIDAS 3.1 Análise de Falha em Placa de Válvula

O problema da quebra dos anéis da placa de válvula, área selecionada mostrada

na figura 6, que se encontra em dois produtos para maquinas agrícolas foi verificado

primeiramente pelo operador durante o teste realizado após a montagem cuja finalidade

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é avaliar se o bloco suporta vazão e pressão exigidos ao modelo do compressor que a

placa de válvula se rompia na região dos anéis em contato com a palheta de modo a

comprometer a eficiência do sistema.

Inicialmente tomou-se como medida bloquear o uso e recolher todas as peças da

linha e do estoque e encaminhá-las ao IREC, lá ficaram retidas até que fosse

encontrada a causa e conseqüentemente a solução do problema. Apesar das peças

serem de lotes diferentes não havia identificação, portanto não era possível separar o

lote com defeito das peças conformes.

Figura 4: Região fragilizada pelo impacto com a palheta.

Verificou-se que o material da referida placa é FC 20 e recebe esta denominação

segundo a ABNT(277) onde as letras FC significam ferro fundido cinzento seguido de

dois algarismos que representam o limite mínimo de resistência à tração. A classe FC20

é de boa usinabilidade e fundibilidade apresentam melhor resistência mecânica e se

aplicam principalmente em elementos estruturais.

Sabendo-se de qual material se tratava foi encaminhada uma placa que

apresentava o defeito para análise química por espectrometria, ensaios mecânicos de

tração e dureza e metalografia. Simultaneamente realizou-se o ensaio de líquido

penetrante em uma amostragem aleatória das peças retidas.

O ensaio por líquidos penetrantes é considerado um dos melhores métodos de

teste para a detecção de descontinuidades abertas à superfície das peças como

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trincas, poros, dobras que não sejam visíveis a olho nu, em diferentes materiais isentos

de porosidade tais como Metais Ferrosos e Não-Ferrosos, Ligas Metálicas, Cerâmicas,

Vidros, alguns tipos de Plásticos ou materiais organo-sintéticos. Líquidos penetrantes

também são utilizados para a detecção de vazamentos em tubos, tanques, soldas e

componentes.

Este método está baseado no fenômeno da capilaridade que é o poder de

penetração de um líquido em locais extremamente pequenos devido a suas

características físico-químicas como a tensão superficial. O poder de penetração é uma

característica bastante importante uma vez que a sensibilidade do ensaio é

enormemente dependente do mesmo.

Descontinuidades em materiais fundidos tais como gota fria, trincas de tensão

provocadas por processos de têmpera ou revenimento, descontinuidades de fabricação

tais como trincas, costuras, dupla laminação, sobreposição de material ou ainda trincas

provocadas pela fadiga do material ou corrosão sob tensão, podem ser facilmente

detectadas pelo método de Líquido Penetrante.

O processo de ensaio se caracteriza pela utilização básica de três produtos:

� Líquido Removedor, para a pré-limpeza da superfície de ensaio.

� Líquido Penetrante, para penetrar nas descontinuidades abertas à superfície e

formar as indicações (Figura 5; esquerda)

� Revelador, que irá evidenciar e revelar a descontinuidade (Figura 5; direita)

Figura 5: Etapas ensaio liquido penetrante.

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A superfície do material recebeu uma pré-limpeza com um líquido removedor

para que houvesse a eliminação de sujeiras, óleos, graxas ou resíduos de materiais

diversos que pudessem impedir a penetração do penetrante em possíveis

descontinuidades que se desejavam detectar.

O líquido penetrante foi aplicado em aerossol (poderia ser por pincel, pistola, ou

mesmo imersão) sobre a superfície a ser ensaiada, e então agiu na superfície por trinta

minutos, tempo denominado de tempo de penetração (tempo necessário para o líquido

penetrante utilizar-se de seu poder de capilaridade para penetrar nas

descontinuidades). Fez-se então a remoção deste penetrante da superfície por meio de

lavagem com água (ou remoção com solventes), sem que houvesse a remoção do

líquido penetrante retido nas descontinuidades.

A aplicação de um terceiro produto denominado revelador (substancias brancas

utilizadas sob a forma líquida, dispersas em água ou em solventes ou aplicadas sob a

forma de pó puro através de pulverizadores, pincéis ou mesmo por imersão), mostraria

a localização das descontinuidades superficiais por absorver para a superfície o líquido

penetrante retido até então dentro das descontinuidades formando o que chamamos de

Indicação.

A inspeção destas descontinuidades que seriam reveladas foi realizada em

ambiente com luz comum, pois o líquido penetrante era vermelho (portanto visível),

devido ao contraste formado entre a fina camada uniforme branca do revelador e o

líquido penetrante na cor vermelho intenso. Por fim utilizou-se uma lupa para auxiliar a

visualização, mas nenhuma trinca foi encontrada.

O ensaio se caracteriza pela facilidade que o método proporciona na aplicação,

em qualquer lugar independente de disponibilidade de recursos, que outros métodos

necessitam.

As vantagens são o baixo custo, facilidade na aplicação, alta sensibilidade e

possibilidade de utilização em materiais como ferro, aço, alumínio, ligas de titânio ou

níquel, cerâmica, vidro, e etc; em processos de fabricação como fundição, forjamento,

laminação, solda e na verificação de materiais em serviço quanto a fadiga ou corrosão

sob tensão.

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O ensaio se aplica normalmente a superfícies em temperatura ambiente,

entretanto, é possível utilização em superfícies com temperaturas de até 65°C. Nestes

casos os parâmetros de processo do ensaio como tempos de penetração, de revelação

e de secagem, devem ser adequados às condições em que se realizarão o ensaio.

Algumas das desvantagens do processo são:

� As limitações de aplicação do processo em superfícies com extrema rugosidade ou

micro porosidade.

� O tempo de desenvolvimento do ciclo total do processo, normalmente mais longo,

quando comparados a outras técnicas de ensaio.

� A complexidade geométrica das peças é um fator limitador de aplicação do ensaio;

pode não haver possibilidade de acesso aos locais a serem ensaiados.

O resultado da primeira analise metalográfica identificou a forma, tamanho e

disposição da grafita, a presença de 2% Steadita (Fe3P) e Sulfeto de manganês (MnS).

Como o material ferro fundido cinzento é uma liga ternária composta por ferro,

carbono e silício como elementos de ligas fundamentais, apresenta na sua

microestrutura carbono livre na forma de lamelas denominada grafita e pode ainda

apresentar carbono combinado com ferro denominado carboneto de ferro.

As lamelas de grafita presentes no material tornam o ferro fundido cinzento um

material de excelente usinabilidade. No plano de cisalhamento, a grafita atua como

região para iniciação e propagação de trinca, tornando o cavaco mais quebradiço.

Quando na interface cavaco-ferramenta, a grafita atua como lubrificante reduzindo o

desgaste na ferramenta.

Outro fator que contribui para a excelente usinabilidade do ferro fundido cinzento

é o seu processo de fabricação em fornos cubilô, cuja energia para as reações de fusão

provem do coque. Para que o enxofre presente no coque não combine com o ferro

formando sulfeto de ferro de baixo ponto de fusão, manganês é adicionado, resultando

em sulfetos mais estáveis.

O sulfeto de manganês durante a usinagem atua na interface cavaco-ferramenta

formando um filme de sulfeto de manganês, indicado como responsável pela redução

no desgaste por difusão e abrasão na ferramenta.

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Figura 6: Resultado do ensaio metalografico.

A steadita é um constituinte de natureza eutética, compreendendo partículas de

fosfeto de ferro (Fe3P) e carboneto de ferro (Fe3C). Ocorre em áreas interdendríticas

(fora da rede cristalina), formando uma segregação, pois essas áreas são as últimas

que solidificam. A steadita é dura e quebradiça, influenciando de maneira prejudicial à

usinabilidade, dessa forma deve-se mantê-las abaixo de 5% na microestrutura, para

não prejudicar a aplicação tecnológica. Entretanto, esta contribui na resistência ao

desgaste e forma uma estrutura que é desejável em algumas aplicações, tal como

rolamentos.

A composição química controla em grande parte as propriedades, principalmente

porque nem sempre é fácil controlar a velocidade de resfriamento de uma peça no

molde. Entretanto, não convém especificar um dado ferro fundido pela composição

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química para obter um conjunto de propriedades, pois as variáveis de processo podem

afetar de modo decisivo as propriedades finais.

Deste modo a analise química teve como objetivo mostrar a porcentagem dos

elementos presentes e talvez assim seria possível verificar se havia falta ou excesso,

pois estes poderiam influenciar a formação de inclusões afetando diretamente a

fragilidade da peça.

Tabela 1: Resultado do teste de composição química, ensaio de tração e dureza.

Composição Quimica da Peça C (%) Si (%) Mn (%) P (%) S (%) Cu (%) Sn (%) Mg (%)

3,56 2,32 0,767 0,066 0,130 0,301 0,0489 0,0002 Propriedades Mecanicas

Ensaio de Dureza (HB) Ensaio de Tração Especificado Encontrado Especificado �r(N/mm²) Encontrado �r(N/mm²)

143 - 202 205 200 227

Com essas porcentagens de elementos de liga e steadita verificou-se que não

havia problemas com o material da placa, e suspeitou-se que o problema estava na

usinagem. Apesar de a peça apresentar valores de dureza e tração ligeiramente acima

do estipulado estes não tem influencia na falha.

Tomou-se a medida corretiva de trocar a ferramenta de usinagem (serra-copos)

por uma nova e usinou-se um lote, embora a peça fundida continuasse com as mesmas

características. Novamente foi realizado ensaio de liquido penetrante e nenhuma trinca

foi observada nas peças aparentemente boas, liberou-se a montagem com as referidas

placas. Na figura 7 foi possível visualizar a trinca na placa que sofreu esforço.

Figura 7: Imagem da trinca após teste.

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Ao final da montagem do primeiro compressor foi realizado um teste de 30

minutos em vazão mínima de 140 l/min e pressão de 120 PSI exigidas ao modelo de

modo que não ocorreu quebra e nos compressores subseqüentes seriam realizados

apenas testes de partida.

Após alguns compressores montados as placas apresentaram novamente

fragilidade e romperam, como mostrado na figura 7. Foi solicitado novo lote de peças

fundidas, pois as suspeitas se voltaram para o material da placa, foi mencionado ao

fornecedor que este controlasse melhor o processo de fundição da peça, tanto em

relação a sucata utilizada de modo a diminuir a quantidade de fósforo quanto ao

resfriamento.

Ao receber a nova remessa de placas estas foram novamente usinadas e foi

analisada sua microestrutura, composição química, dureza e tração. Os resultados não

mudaram e submeteu-se 50 peças a ensaio de ultra-som. Na usinagem das placas

verificou-se que algumas medidas estavam fora do especificado e adequaram-se as

ferramentas.

O ensaio ultra-som é um método não destrutivo, na qual um feixe sônico de alta

freqüência é introduzido no material a ser inspecionado com o objetivo de detectar

descontinuidades internas e superficiais. O som que percorre o material é refletido pelas

interfaces e é detectado e analisado para determinar a presença e localização de

descontinuidade. Nesse caso não se observou nenhuma alteração quanto a presença

de trincas.

Mais uma vez foi trocada a ferramenta de forma a eliminar a possibilidade de

esta estar gasta, mas novamente só foi observada quebra na linha de montagem.

Algumas peças apresentaram defeito nos anéis inferiores. Ao submeter essas placas

quebradas ao ensaio de liquido penetrante foi possível visualizar as trincas e sua exata

localização.

Pela forma como a trinca apareceu teve-se certeza que a ferramenta estava

vibrando no momento da usinagem e como as dimensões do chanfro não podem ser

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alteradas partiu-se para modificação do ferramental. Verificou-se que a serra-copo

utilizada possuía 12 arestas de corte e trocou-se esta por uma de 8.

Essa diminuição de arestas de corte aumentou a distancia entre as mesmas

reduzindo a quantidade de cavaco que ali se acumulava, e que por 2 vezes fez com

que a ferramenta quebrasse. A medida diminuiu consideravelmente a vibração da

ferramenta e como conseqüência não ocorreu esforço lateral de forma que não rompia

os chanfros.

Após tomada esta medida acompanhou-se os lotes subseqüentes e não foram

verificadas peças com o defeito concluindo ser a vibração na ferramenta de usinagem a

causadora das quebras.

3.2 Verificação do Material da Mola da Válvula de Admissão 2 ½”

Esta mola tem como função manter o disco de válvula em contato com a placa

visando proporcionar a vedação da válvula no momento da compressão, de forma a

facilitar o acoplamento do disco à válvula evitando vazamentos.

Figura 8: localização da mola no cabeçote e compressor onde é utilizada.

Essa peça faz parte do modelo W900 e no momento da montagem foi verificado

que alguns desses modelos de molas de válvulas de admissão (figura 8) se

apresentavam oxidadas como se pode verificar na figura 9, sendo que o material das

mesmas é especificado como aço inox. A figura 10 mostra a mola a ser testada.

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Figura 9: Peça oxidada.

Figura 10: Amostra para teste sem apresentar corrosão.

A corrosão metálica é a transformação de um material metálico ou liga metálica

pela sua interação química ou eletroquímica num determinado meio de exposição,

processo que resulta na formação de produtos de corrosão e na liberação de energia.

Quase sempre, a corrosão metálica (por mecanismo eletroquímico), está

associada à exposição do metal num meio no qual existe a presença de moléculas de

água, juntamente com o gás oxigênio ou íons de hidrogênio, num meio condutor.

A corrosão por processos eletroquímicos apresenta mecanismos idênticos

sempre constituídos por regiões nas quais há a formação de ânodos e cátodos, entre

as quais há a circulação de elétrons e no meio a circulação de íons. Mas a perda de

massa do material e a maneira pela qual se dá seu ataque se processará de diferentes

maneiras e evoluções.

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A corrosão por concentração iônica diferencial ocorre quando no eletrólito com o

qual o metal está em contato apresentam-se diferenças de concentração de íons do

metal ou ainda outro cátion ou ânion que propicie a corrosão, como o Na+ e outros íons

alcalinos ou ainda sulfatos, por exemplo, consequentemente propiciando a partir de um

primeiro ataque, a variação de cátions do metal. Este diferencial propiciará a formação

de pilhas através da presença de diferentes potenciais eletroquímicos das áreas de

maior e menor concentração, que funcionarão respectivamente como cátodo e como

ânodo.

A fim de verificar se o material era aço inox fez-se um teste de corrosão (figura

11) do material de uma amostra da produção de modo que foi preparada uma solução

concentrada de água e sal de modo que a amostra ficou parcialmente coberta pela

água para que por diferença de concentração iônica gerasse uma diferença de

potencial e assim ocorreria a corrosão caso o material não fosse aço inox.

Como contra prova colocou-se no mesmo recipiente uma amostra da válvula que

apresentou oxidação sendo possível ao final do teste comparar as duas quando

submetidas ao mesmo meio.

Com três dias foi possível observar aumento da corrosão da peça defeituosa,

mas na amostra nenhuma diferença foi notada, exceto na região de contato das peças

onde ocorreu leve escurecimento.

Figura 11: Teste realizado.

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Ao final de sete dias em ambiente com Temperatura de 20ºC e umidade relativa

controlada de 36% a placa em analise não apresentou corrosão (figura 13) e a contra

prova estava completamente oxidada (figura 12).

Figura 12: Contra prova corroída após teste.

Figura 13: Amostra após teste, os pontos escuros são sujeira da mola oxidada.

Pelo resultado do teste é possível concluir que o material da mola é inoxidável,

pois a peça não foi corroída quando submetida a ambiente corrosivo.

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3.3 Analise de Defeito em Elastômero do Pressostato (parceria com outras

empresas)

O pressostato é um instrumento que se aciona através de uma variação de

pressão. Sua função é abrir e fechar o contato do relé quando um valor pré -

determinado da pressão é atingido, logo desligando e religando o compressor,

mantendo-o com a pressão variando dentro de um determinado range.

Ocorreu problema de rompimento do diafragma dos pressostatos, cujo material é

um elastomero, em condições de trabalho e a fim de verificar a causa deste problema

foram realizados alguns testes.

A borracha nitrílica pode ser definida como um copolímero do butadieno e da

acrilonitrila, sendo que, sua principal característica é a resistência ao óleo. Esta

resistência refere-se à capacidade do produto vulcanizado em conservar suas

propriedades físicas originais, tais como módulo, tensão de ruptura, resistência a

abrasão e estabilidade dimensional quando em contato com óleos e combustíveis.

As propriedades que são diretamente proporcionais à quantidade de acrilonitrila

são a resistência à óleos e solventes e combustíveis, resistência à abrasão, resistência

à tensão de ruptura, resistência ao calor, impermeabilidade aos gases e dureza.

Especulou-se que a causa do rompimento pudesse estar relacionada ao óleo

utilizado no compressor, pois o vapor deste óleo entra em contato (em elevada

pressão) com a elastômero do pressostato, enquanto o compressor trabalha. O que dá

resistência à borracha nitrílica seria a quantidade de acrilonitrila, assim a borracha que

tiver menor variação de volume, quando exposta ao óleo, terá a maior concentração de

acrilonitrila (maior resistência).

Primeiramente verificou-se apenas se o óleo a temperatura de aproximadamente

20ºC e pressão atmosférica poderiam causar alguma alteração nas propriedades da

elastômero. Para isto, o material foi deixado dentro de um copo com óleo durante 3

dias, para comparação utilizou-se uma amostra padrão como pode ser observado nas

figuras 14.

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Figura 14: Amostras no início do teste.

Comparando-se as duas amostras após a realização do teste (figura 15), não se

observou nenhuma alteração nas propriedades químicas e físicas da borracha testada

somente nas dimensões da mesma, antes possuía um dimensional de 53,55 x 53,90 de

lado e após o período de imersão no óleo passou para 53,36 x 53,64 de lado.

Figura 15: Amostra à esquerda – não testada. Amostra à direita – testada. Em seguida foi realizado um teste com óleo a temperatura que variou na faixa de

80ºC a 180ºC e para se obter esses valores utilizou-se um aquecedor elétrico de

fluidos. Mergulhou-se nesse óleo a amostra em questão, como é possível ver na figura

16.

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Figura 16: Experimento com o óleo à elevada temperatura.

A temperatura foi mantida durante 90 minutos (três etapas de 30 minutos),

controlada por termopares. À, aproximadamente, 160ºC o óleo começava entrar em

ebulição e após algum tempo neste estado, o aquecedor era desligado. Sendo religado

quando o óleo encontrava-se a 80ºC.

Após o teste foi feita uma análise visual e dimensional da amostra comparando

sempre com o padrão. As propriedades de resistência e elasticidade não apresentaram

grande diferença, porém, dimensionalmente houve uma diminuição do elastômero de

2,67mm.

Observa-se nas figuras 17 e 18, a dificuldade de montar a borracha na peça

original, após o experimento.

Figura 17: Amostra testada montada na peça original.

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Figura 18: Problemas ocorridos na montagem da amostra testada na peça original.

Para verificar se esta mudança de dimensão influenciava no rompimento do

elastômero, foi realizado um teste com o mesmo preso a peça original de montagem,

figura 19. O conjunto foi submetido a óleo na temperatura de 80-180ºC a pressão de

1atm, a figura 20 mostra o forno onde foi realizado o teste.

Figura 19: Elastômero presa nas peças originais do pressostato.

Figura 20: Forno onde foi colocada a amostra observa-se o amperímetro utilizado

na imagem à direita.

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Após 3 horas de teste, desligou-se o equipamento, e a amostra resfriou junto ao

óleo durante 5 horas. Retirou-se a peça do aquecedor e conforme pode ser observado

nas figuras 21 e 22 o elastômero rompeu devido ao seu encolhimento e às peças que o

prendiam nas extremidades não permitindo contração total.

Figura 21: Elastômero após o experimento.

Figura 22: Detalhe das regiões rompidas da elastômero após o experimento.

Segundo análise da peça a função da borracha seria proteger a tecido do óleo e

do calor, além de dar maior mobilidade a peça. O tecido por sua vez seria capaz de dar

maior resistência a peça, quando essa fosse submetida a tensão. Por esse motivo

acredita-se que o maior problema da peça não seria a borracha e sim a diferença entre

o tecido da manta interna.

As amostras foram tracionadas no dinamômetro e mediu-se a variação do

volume, após 70 horas de imersão em óleo, em estufa à 120°C. Além disso, as

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amostras foram mergulhadas em toluol com objetivo de degradar a borracha e analisar

a manta de tecido colocada entre as borrachas.

Tabela 2: resultados das analises

Marca L Marca M Amostra 1 Amostra 2 Amostra 1 Amostra 2

Espessura (mm) 0,69 0,71 0,79 0,8

Dureza (Shore A) 83 80 87 86

Tensão (Kgf/cm²) 169 150 185 174

Variação de Volume

3,16 4,02 15,60 13,45

No teste com o toluol a borracha das amostras não dissolveu, mas foi possível

visualizar um pedaço da manta, de forma que, a marca M apresenta uma manta com os

fios mais grossos e em maior número, enquanto que a da marca L possui uma manta

mais fina e com um número menor de fios entrelaçados.

Apesar de a marca L apresentar uma borracha com maior resistência ao óleo

(maior teor de acrilonitrila), a peça da marca M tem mais resistência a tensão, pois sua

manta de tecido tem melhores características para o desempenho da função.

Submeteu-se as peças a analise de infravermelho, as figuras 23 e 24 mostram

os gráficos. Pelos gráficos verificou-se que os dois elastômeros são nitrílicos e com

base ftalica, resistentes a óleo. Tem-se outros sinais no espectro que permitem

entender melhor a composição destas borrachas, de forma que elas possuem as

mesmas características químicas.

Procedeu-se da seguinte forma a preparação das amostras para analise de

infravermelho:

- As duas peças foram cortadas em pequenos pedaços.

em seguida foram colocadas em um balão e misturadas com aproximadamente 200 ml

de acetona. Ficou em extração por refluxo durante 24 horas.

- Filtrou-se e retirou-se o solvente de dentro do sistema (dentro deste solvente ficaram

solubilizados os aditivos que caracterizam a borracha).

- Reduziu-se em chapa quente (banho de areia) o volume de solvente, tomando muito

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cuidado com a temperatura para que os aditivos não se degradassem.

- Na seqüência retirou-se o extrato (quase sem solvente) e fiz-se a leitura por FTIR

(espectrometria de infravermelho).

Pelo infravermelho as duas são nitrílicas com ftalato que seria um plastificante

(óleo). O problema deve ser a manta, porque o tecido recebe um tratamento antes de

ser vulcanizado com a borracha, se não for feito da falta de adesão e fragiliza a peça.

O problema está na diferença dos tecidos internos da manta e para se obter uma

boa aderência é necessário escolher um adesivo adequado a cada tipo de borracha,

cuidar no manuseio para evitar contaminações, utilizar formulações de borrachas

apropriadas e observar o tempo de secagem do adesivo.

A empresa da marca L deve analisar e estudar a possibilidade de alteração em

sua manta, para atender melhor às condições solicitadas nos compressores, pois pelos

testes descritos o elastômero apresentou características desejáveis a sua função.

Figura 23: Analise Infravermelho da borracha da marca L.

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Figura 24: Analise infravermelho da borracha da marca M.

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4. CONCLUSÃO

As atividades descreveram no presente relatório alguns dos defeitos de

qualidade encontrados durante o período de estagio, e na busca pelas soluções destes

correlacionou-se de forma consistente o conteúdo teórico. O estágio contribuiu também

para engrandecer conhecimentos na área de compressores de ar e no intercambio

entre os estagiários de engenharia de materiais de diferentes empresas.

O estagio no setor de qualidade em uma empresa grande como a Schulz S.A.

permitiu ao estagiário ter contato com as diversas áreas da empresa como a fundição e

usinagem, alem disso apresentou problemas diversificados fazendo com que o aluno

aprendesse um pouco de diferentes materiais, no presente caso estudou-se a respeito

de ferro fundido cinzento e elastômero.

Não menos importante o estagiário participou de testes de produtos de novos

fornecedores formando a mentalidade de sempre buscar soluções que diminuam o

custo e mantenham a qualidade exigida de modo que o cliente continue confiando na

marca e permaneça fiel.

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5. BIBLIOGRAFIA

1. CHIAVERINI, Vicente. Aços e Ferros Fundidos. 6ª. Ed. São Paulo: Associação

Brasileira de Metalurgia e materiais – ABM, 1990.

2. CALLISTER, William D. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução.

5ª. Ed Rio de Janeiro: LTC Editora, 2002.

3. MEDEIROS, Karoliny. Relatório de Estágio III. Joinville, SCHULZ. 2008

4. SCHULZ. Schulz S.A. Disponível em <http://www.schulz.com.br>. Acessado em

14/04/2008.

5. CABANO ENGENHARIA. Disponível em

http://www.cabano.com.br/compressores.htm>. Acessado em 01/12/2008.

6. Site: www.compoende.com.br/liquido.doc. Acessado em 29/11/2008

7. Teles, José Marcelo. UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ, Programa de

Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Torneamento de Ferro Fundido

Nodular e Ferritizado com Nióbio Utilizando Ferramentas de Metal Duro.

Itajubá, 2007.

8. Pereira, Ana A. Boem, Lourival. UNIVERSIDADE FERDERAL DE SANTA

CATARINA, Departamento de Engenharia Mecânica. Usinabilidade do Ferro

Fundido Cinzento com Inclusões de MnS. Florianópolis, 2004.

9. Site: pt.wikipedia.org/wiki/corros%C3%A3o, visitado em 27/11/2008

10. Pires, Armandio C. UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO, Pós Graduação Stricto

Sensu em Engenharia e Ciência dos Materiais. Desenvolvimentos de Ligas de

Ferro Fundido Cinzento para a Fabricação de Cilindros Secadores

utilizados em Máquinas de Produção de Papel. Itatiba, 2006.

11. Site: www.inova.unicamp.br/inventabrasil/nitril.htm, visitado em 07/10/08

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ANEXO A – HISTÓRICO DA EMPRESA

Fundada em 1963 como uma pequena fundição em Joinville contava apenas

com 26 funcionários. A empresa criou sua linha própria de produtos, investiu na

diversificação com produção de linha de ferramentas manuais, aperto e corte.

• 1972 – Nasce a linha de Compressores de Ar com dois modelos.

• 1977 – A empresa começa a construção de sua nova planta.

• 1978/79 – A Fundição passa a operar na nova planta. Schulz começa a produzir

peças para o setor automotivo.

• 1982 – Schulz conquista a liderança do mercado brasileiro de compressores de ar.

São fabricados os primeiros cubos raiados em linha de produção normal.

• 1983 – Começam as exportações da linha de compressores de ar.

• 1985 – Schulz Compressores torna-se líder em toda a América Latina.

• 1989 – A linha de Compressores de Ar passa a operar na nova planta. Lançados

os Compressores de Ar de Parafuso, tornando-se a única empresa genuinamente

brasileira a atuar neste mercado.

• 1993/94 – Schulz começa a oferecer serviços de usinagem. Aquisição da

Tecnomecânica, fabricante de compressores da marca Wayne.

• 2000 – A Schulz adquire um moderno sistema de pintura final de peças, visando

oferecer competitividade.

• 2001 – Peças automotivas começam a ser exportadas. As duas unidades da

Schulz S.A. foram certificadas pela ISO 9001.

• 2005 – A partir deste ano, as duas unidades são certificadas na ISO 14001.

• 2006 – Schulz começa a fabricar os secadores de ar comprimido.

• 2007 – Schulz começa a produzir também ferramentas pneumáticas.

Hoje a Schulz é líder na linha de compressores alternativos de pistão no

mercado brasileiro e latino americano. Está presente de maneira forte e competitiva em

todos os continentes, fornecendo peças fundidas e compressores de ar de altíssima

qualidade.

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ANEXO B – CRONOGRAMA DE ESTÁGIO.

Semanas Atividades 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Integração x Análises dimensionais de

ferramentais x x x x x x x x x

Acompanhamento de corrosão em compressores e blocos e

usinagem de contra-peso x x x x x x x x x x x x

Análise de falhas em placas de válvula x x x x x x

Testes de partida de compressores x x x

Analise de aprovação de amostras de novos

fornecedores

x x x x x x x x

Verificação do material de válvula de admissão x x x x

Verificação de falha no elastomero do pressostato x x x x x x x x

Analises de peças retidas por diversos tipos de defeitos x x x x x x x x

Retrabalho de Blocos x x x x x