CORTE DE ROCHAS COM JATO DE GUA

1. INTRODUO

2. OBJETIVOSEstudar a tecnologia de corte de rochas com jato de gua por meio da anlise do seu funcionamento, equipamentos que utiliza e dos parmetros que o influenciam. 3. METODOLOGIAEste trabalho foi desenvolvido com a pesquisa e leitura de trabalhos relacionados ao corte de rochas por jato de gua que abordavam diferentes aspectos, tais como: os parmetros que o influenciam, aplicabilidade, funcionamento, equipamentos e componentes do sistema e suas vantagens e desvantagens. 4. REVISO DE LITERATURA

4.1 CORTE POR JATO DE GUA

Os jatos de gua de alta presso so classificados em dois tipos principais: jato de gua pura e jato de gua abrasivo. A diferena bsica entre os dois a adio de um abrasivo mdio no jato de gua abrasivo para potencializar o corte. Esta tecnologia concentrava-se, inicialmente, no corte de carvo na indstria mineira e, posteriormente, pesquisadores comearam a investigar o uso de jatos de gua no corte de rochas (ENGIN, 2012). Utiliza-se o processo sem abrasivo para cortar espuma, papel, borracha, plstico, fibra de vidro, materiais de vedao e guarnio, fraldas descartveis, tapearia automotiva e outros materiais macios e no metlicos. Por sua vez, o jato de gua abrasivo usado na usinagem de metais como ao inoxidvel, ao carbono, ao temperado, alumnio, ligas de nquel, titnio, lato e outros materiais no ferroso, alm de mrmore, granito, cermica, vidro, azulejo, materiais laminados e outros materiais espessos e com alto ndice de dureza. possvel efetuar o corte de praticamente qualquer material com at 300 mm de espessura em uma nica operao, com boa qualidade e sem necessidade de procedimentos secundrios (PIMENTA, 2013). O corte por jato de gua, em ingls Water Jet Cut (WJC), um processo que visa seccionar um material por meio da utilizao de energia mecnica. A fora de impacto de um fino jato de gua com alta presso na superfcie de contato de um material supera a tenso de compresso entre as suas molculas, seccionando-o. Este processo tambm denominado usinagem hidrodinmica (BARP, 2009).O jato de gua, pura ou com abrasivo, realiza um corte a frio que produz excelente acabamento no material processado, sem zonas afetadas pelo calor ou pelos impactos mecnicos e preservando a integridade estrutural da matria-prima. Pelo fato da ferramenta de corte no tocar a pea, o equipamento facilmente manusevel e corta ngulos precisos e formatos especiais, diferentemente dos mtodos de fabricao convencionais cuja trajetria de corte restringida pela geometria da lmina ou da ferramenta (PIMENTA, 2013). As vantagens do uso do jato de gua a alta presso para a indstria so: neutralizao das poeiras, ausncia de fascas, temperaturas baixas (temperatura mxima de cerca de 400C) e baixo estresse devido ao calor, mnima deformao do material quando o jato efetua uma fora limitada durante o corte, reduo de danos na mquina, baixa produo de detritos e possibilidade de iniciar e acabar o corte em qualquer ponto e momento. J as desvantagens so o elevado consumo de gua e energia, pouca disponibilidade comercial, equipamento dispendioso e manuteno cara (HENRIQUES, 2009).

4.2 CORTE POR JATO DE GUA PURA

4.3 CORTE POR JATO DE GUA COM ABRASIVOS

4.4 O SISTEMA DE JATO DE GUA

Os componentes e princpios de um sistema de corte por jato de gua so ao mesmo tempo simples e complexos. O princpio bsico de todo o sistema baseia-se em um fluxo de gua que passa por uma bomba e conduzido para uma cabea de corte. No entanto, o processo envolve tecnologias e design de materiais complexos. Os componentes necessrios para cortar por jato de gua so uma bomba de alta presso, tubagem para conduzir a gua pressurizada, e uma cabea de corte onde se encontra o orifcio calibrado (SANTOS, 2009).A tubagem utilizada em alta presso possui caractersticas especficas para suportar tais condies. Os tubos so fornecidos com dimetros de 1/4 e 3/8, com furo interior de 1/12 de dimetro. So fabricados em ao inox 316 ou 304 no amaciado, de modo a obter-se uma tenso de rotura aproximadamente 40% superior dos equivalentes materiais amaciados. Quanto cabea de corte, trata-se de um conjunto de componentes que permite controlar a abertura da passagem da gua (por meio de um sinal elctrico), fixar e trocar de forma rpida o orifcio de corte, e tambm estabilizar todo o conjunto. Tem-se, assim, a vlvula de corte, a ponteira, o orifcio de corte ou bocal, e a porca de aperto do orifcio (SANTOS, 2009).O bocal a pea mecnica que controla a direo ou caracterstica de um fluido ao sair de uma cmara fechada. No caso de um sistema de jato de gua a pea de sada da gua a alta presso. Estudos feitos por Leach e Walker (e posteriormente por equipes soviticas de investigao) revelaram que o ngulo de maior comprimento til do jato de gua (distncia stand off ) para um ngulo de abertura de 130 e comprimento da sada de 4 dimetros. Desta forma, minimiza-se o impacto da gua pressurizada na superfcie do material e a sensibilidade do bocal aos contaminantes da gua (HENRIQUES, 2009). A necessidade de substituio peridica depende do bocal e da sua configurao. Os bocais mais utilizados atualmente possuem sada circular devido boa relao custo/benefcio que proporcionam. Na perfurao e no corte com jato de gua, o dimensionamento do bocal (inclinao, dimenso e posio) deve ser baseado na textura e estrutura da rocha do ponto de vista da solicitao necessria para a obteno do efeito esperado, porm, difcil encontrar uma soluo que seja apropriada para cada tipo de rocha. notrio que nos bocais convergentes, a disperso energtica causada pelo desgaste da presso do jato inferior, alcanando uma distncia maior quando comparada com os bocais de orifcio cilndrico (sem convergncia ou ngulo de abertura igual a zero). Os bocais degradam-se com o uso contnuo e precisam ser substitudos para continuar a garantir a qualidade do corte. A durabilidade do bocal depende do dimetro do orifcio e do material do qual feito (HENRIQUES, 2009). A bomba de presso ultraelevada conduz a gua a uma presso de at 4.000 bars ou 60.000 psi (pound square inch), em portugus significa libra por polegada quadrada, que passa por um orifcio de 0,004 a 0,016 de dimetro (0,10 a 0,41 mm) produzindo jatos de gua com velocidade aproximada de 1.000 metros/segundo, ou seja, trs vezes a velocidade do som (PIMENTA, 2013). O processo de corte por jato de gua inicia-se com a gua sendo filtrada para ficar livre de impurezas que poderiam ocasionar entupimento dos picos de corte e afetar o desempenho e a manuteno do sistema de alta presso. Bombas elevam a presso da gua a aproximadamente 4.000 bars que , posteriormente, armazenada em um acumulador para regularizar o fluxo de sada do fluido. A gua pressurizada conduzida at um bocal feito de safira, material com alta resistncia ao desgaste. O jato com alta presso expelido pelo bocal em direo ao material e o corte ocorre quando a fora do jato supera a resistncia compresso do material. Quando h a necessidade de adicionar abrasivo na gua para cortar materiais mais duros, o equipamento possui um reservatrio acoplado ao bocal contendo material abrasivo em p conferindo ao jato uma potencia maior de corte (TELECURSO 2000). Dependendo das caractersticas do material, o corte pode resultar de eroso, cisalhamento ou tenso localizada. O equipamento possui um sistema de movimentao que permite manipular o jato em torno da pea por meio de motores eltricos controlados por computador, mas tambm pode ser feita a movimentao manual da pea sobre uma mesa estacionria onde passa um jato vertical de gua. Aps seccionar o material, o jato de gua amortecido em um tanque, contendo gua e esferas de ao ou pedras britadas, localizado sob a mesa do equipamento e, em alguns casos, a gua armazenada em uma unidade coletora mvel. Este processo no produz efluentes txicos, por isso, o descarte da gua pode ser feito normalmente e a limpeza regular do tanque no oferece perigo para o operador e o meio ambiente (TELECURSO 2000). De acordo com Santos (2009), o princpio de Bernoulli descreve o comportamento de um fluido que se move ao longe de uma conduta em duas condies, uma para fluidos incompressveis e outra para fluidos compressveis. Por meio deste princpio possvel obter a velocidade linear do jato de gua ao sair do orifcio de corte. Considerando o fluido incompressvel, a equao que descreve o escoamento numa conduta segundo o principio de Bernoulli :

[footnoteRef:1] [1: Jmertz, C. A Guide to Waterjet Cutting, Water Jet Sweden AB, Ronnely. 2006.]

Em que: V = velocidade do fluido ao longo da condutag = acelerao da gravidadeh = altura em relao a um referencialp = presso ao longo da conduta = densidade do fluidoComo o que interessa saber a velocidade de escoamento sada do orifcio de corte, a frmula pode ser rearranjada para que se possa obter diretamente este valor:

Obtendo-se: Segundo Santos (2009), considerando as condies especficas do escoamento descrito, pode-se simplificar a equao obtida. Como V2 superior a V1, tem-se que . Por outro lado, a presso P2 inferior a P1 e a instalao horizontal, permitindo considerar h1 = h2. Assim sendo, com , a equao final da velocidade do fluido de corte sada do orifcio ser .

5. PARMETROS QUE INFLUENCIAM O CORTE POR JATO DE GUA

Alguns fatores influenciam diretamente o desempenho do jato de gua e so denominados parmetros operacionais. Segundo jmertz1 apud Antunes (2011, p.5), os parmetros mais comuns que interferem no corte por jato de gua podem ser organizados em grupos relacionados ao corte, s caractersticas hidrulicas e mistura abrasiva (somente para o jato de gua abrasivo), conforme mostrado a seguir: Parmetros do corte: Taxa transversal: velocidade relativa entre a pea a ser cortada e o bocal. conhecida tambm como taxa de alimentao, velocidade de corte e velocidade de avano; Distncia stand-off - distncia entre o bocal do equipamento e a pea; ngulo notvel - ngulo entre a superfcie da pea e o bocal do jato de gua. Parmetros hidrulicos: Presso da gua; Dimetro do jato de gua (dimetro do bocal). Parmetros da mistura: Taxa de fluxo do abrasivo; Tamanho das partculas abrasivas; Geometria das partculas abrasivas.Os parmetros do corte so facilmente variveis, pois, normalmente s requerem algumas mudanas no software da mquina, especialmente nas mais recentes devido maior automao dos movimentos do bocal. A presso da gua tambm pode ser alterada com facilidade, mas este procedimento pode no ser til devido a limitaes no design do sistema de presso, perda de eficincia e aumento da necessidade de manuteno, j que a mquina no estar funcionando com a presso para a qual foi calibrada (ANTUNES, 2011). Mediante o corte de materiais anisotrpicos, como os compsitos laminados, um novo parmetro de usinagem deve ser considerado: a direo de corte. Assim, se for necessria uma qualidade igual ao longo de todas as direes, alguns parmetros de operao podem ter de ser ajustados dependendo da orientao de corte (ANTUNES, 2011).

6. CONCLUSO OU CONSIDERAES FINAIS?

REFERNCIASANTUNES, H. N. C. Corte por jato de gua de compsitos de matriz polimrica com reforo de fibra de carbono. 2011. 70 f. Dissertao (mestre em Engenharia Mecnica na Especialidade de Sistemas de Produo) Departamento de Engenharia Mecnica, Faculdade de Cincias e Tecnologia, Universidade de Coimbra, Coimbra, 2011.

BARP, D. R. A. Design e materiais: contribuio ao estudo do processo de corte de gata por jato dgua em formas complexas. 2009. 95 f. Dissertao (mestrado em Design) Escola de Engenharia e Faculdade de Arquitetura, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2009.

ENGIN, IC. A correlation for predicting the abrasive water jet cutting depth for natural stones. S Afr J Sci. 2012; 108 (9/10), Art.#692, 11 pages. Disponvel em: . Acesso em: mar. 2014.

HENRIQUES, T. V. L. D. Corte de rochas com jatos de gua de alta presso. 2009. 93 f. Dissertao (mestrado em Engenharia Geolgica e de Minas) Instituto Superior Tcnico, Universidade Tcnica de Lisboa, Lisboa, 2009.

PIMENTA, S. W. Estudo comparativo entre os processos de corte de plasma e jato de gua para chapa de ao inoxidvel de 1 utilizado na construo de mquinas especiais. 2013. 49 f. Monografia (especializao em Engenharia de Sondagem) Escola de Engenharia de Mau, Centro Universitrio do Instituto Mau de Tecnologia, So Caetano do Sul, 2013.

SANTOS, R. A. P. Sistemas de pressurizao de gua para corte por jato de gua. 2009. 73 f. Dissertao (mestrado em Engenharia Mecnica) Departamento de Engenharia Mecnica, Universidade de Aveiro, Aveiro, 2009. TELECURSO 2000. Corte com jato de gua. Processos de fabricao. Aula 61. 2009. Disponvel em: . Acesso em: mai. 2014