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INSPEÇÃO EINSPEÇÃO E
MANUTENÇÃO DEMANUTENÇÃO DE ESTRUTURASESTRUTURAS METÁLICASMETÁLICAS
Centro de Formação Profissional Afonso Greco
Presidente da FIEMG
Robson Braga de Andrade
Gestor do SENAI
Petrônio Machado Zica
Diretor Regional do SENAI e
Superintendente de Conhecimento e Tecnologia
Alexandre Magno Leão dos Santos
Gerente de Educação e Tecnologia
Edmar Fernando de Alcântara
Elaboração
Equipe Técnica CETEM - Betim
Unidade Operacional
CETEM
Sumário
APRESENTAÇÃO.........................................................................................4
1. ROTEIRO DE INSPEÇÃO MECÂNICA DE ESTRUTURAS METÁLICAS
(PROCEDIMENTO).......................................................................................5
1.1. ANTES DA FABRICAÇÃO.............................................................................................5
1.2. DURANTE A FABRICAÇÃO...........................................................................................6
1.3. APÓS A FABRICAÇÃO.................................................................................................7
1.4. FERRAMENTAS E INSTRUMENTOS.................................................................................8
1.5. NORMAS E CATÁLOGOS.............................................................................................8
2. ÁREAS DE AÇÃO DA INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS.................................10
2.1. CONTROLE DE DETERIORAÇÃO..................................................................................10
2.2. CAUSAS DE DETERIORAÇÃO......................................................................................15
3. TÉCNICAS DE MANUTENÇÃO PREDITIVA..................................................20
4. NOÇÕES DE METALURGIA......................................................................42
5. AÇOS USI-SAC - RESISTENTES À CORROSÃO ATMOSFÉRICA.....................47
6. AÇÕES DE SEGURANÇA DAS ESTRUTURAS..............................................49
7. PARAFUSOS E BARRAS ROSQUEADAS.....................................................52
Referências Bibliográficas............................................................................................57
Inspeção e Manutenção de Estruturas Metálicas
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ApresentaçãoApresentação
“Muda a forma de trabalhar, agir, sentir, pensar na chamada sociedade do conhecimento”.Peter Drucker
O ingresso na sociedade da informação exige mudanças profundas em todos os perfis profissionais, especialmente naqueles diretamente envolvidos na produção, coleta, disseminação e uso da informação.
O SENAI, maior rede privada de educação profissional do país, sabe disso, e, consciente do seu papel formativo, educa o trabalhador sob a égide do conceito da competência: “formar o profissional com responsabilidade no processo produtivo, com iniciativa na resolução de problemas, com conhecimentos técnicos aprofundados, flexibilidade e criatividade, empreendedorismo e consciência da necessidade de educação continuada”.
Vivemos numa sociedade da informação. O conhecimento, na sua área tecnológica, amplia-se e se multiplica a cada dia. Uma constante atualização se faz necessária. Para o SENAI, cuidar do seu acervo bibliográfico, da sua infovia, da conexão de suas escolas à rede mundial de informações - internet - é tão importante quanto zelar pela produção de material didático.
Isto porque, nos embates diários, instrutores e alunos, nas diversas oficinas e laboratórios do SENAI, fazem com que as informações, contidas nos materiais didáticos, tomem sentido e se concretizem em múltiplos conhecimentos.
O SENAI deseja, por meio dos diversos materiais didáticos, aguçar a sua curiosidade, responder às suas demandas de informações e construir links entre os diversos conhecimentos, tão importantes para sua formação continuada!
Gerência de Educação e Tecnologia
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Inspeção e Manutenção de Estruturas Metálicas
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1. Roteiro de inspeção mecânica de estruturas1. Roteiro de inspeção mecânica de estruturas
metálicas (procedimento)metálicas (procedimento)
1.1. Antes da Fabricação
a) Matéria Prima
Verificar:
- A matéria prima dos materiais citados abaixo, analisando os certificados de análise química e de propriedade mecânicas:
Chapas
Barras
Perfis
Parafusos
Chumbadores
Rebites.
- Quando especificado ou quando houverem dúvidas quando ao certificado, a composição química dos materiais citados acima, retirando amostras para análise.
b) Inspeção Visual
Verificar:
As marcações de fábrica que identificam os materiais.
Se existem defeitos de fabricação nos materiais citados.
Os gabaritos de traçagem e os gabaritos de furação.
Se os eletrodos, fluxos e arames, a serem utilizados na soldagem, são os
especificados.
c) Inspeção Dimensional
Verificar:
O comprimento, largura e espessura das chapas.
O diâmetro, passo e filetes dos parafusos.
As principais dimensões dos perfis.
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A linearidade das chapas e perfis.
d) Ensaios
Verificar:
Os certificados de ensaios mecânicos dos parafusos de alta resistência.
Quando especificado em projeto, os certificados do ensaio de ultra-som
das chapas.
Acompanhar a retirada de amostras para ensaios mecânicos e ultra-som, quando especificado ou quando os certificados não oferecerem confiabilidade.
e) Qualificação de Processos e de Pessoal
Verificar:
Os planos de fabricação, analisando:
- A seqüência de fabricação
- A qualidade dos traçadores, maçariqueiros e soldadores, através de certificados de qualificação ou aplicando testes de qualificação.
O processo de soldagem
A seqüência de soldagem
As condições das instalações
OBS: Consultar o roteiro de solda n 001
1.2. Durante a Fabricação
a) Inspeção Visual
Verificar:
Se as operações citadas abaixo estão sendo feitas corretamente:
- Traçagem para corte das chapas
- Corte
- Nivelamento
O acabamento das bordas cortadas com maçarico
Se as raízes de quaisquer entalhes estão arredondadas.
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Se o ponteamento está sendo feito corretamente conforme o tipo de
soldagem a ser executada.
Se a operação de puncionamento da furação não deixou uma borda
levantada no contorno do furo.
Acompanhar a soldagem – R.001
O uso excessivo de dispositivos de fixação, back platc, cachorro, etc, para
evitar tensões na solda.
E/ou acompanhar a operação de usinagem das peças quando for o caso.
E/ou acompanhar os tratamentos térmicos e superficiais, quando
necessário.
Acompanhar o jateamento e a pintura observando os padrões
especificados.
1.3. Após a fabricação
a) Inspeção Visual
Verificar:
Em confronto com os desenhos se as peças foram fabricadas
corretamente.
O acabamento superficial das peças observando marcas deixadas pela
retirada de back plate e cachorro.
Se existem empenos.
Se existem respingos de solda.
O acabamento superficial de solda – R.001.
Se existem entalhes e rebarbas.
Os certificados de tratamento térmicos.
Os certificados de tratamentos superficiais.
O acabamento das partes usinadas.
As marcações das peças.
O acabamento final da pintura.
b) Inspeção Dimensional
Verificar para as peças fabricadas, em confronto com desenhos as seguintes dimensões:
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A forma geométrica
O comprimento, largura, altura e espessura.
O esquadro
Flexa e contra-flexa
Esbeltez (prumo)
Retilinidade e o alinhamento
Verificar as dimensões dos cordões de solda – R.001.
Verificar a película da pintura de acordo com o especificado em projeto.
OBS: Todas as tolerâncias das dimensões citadas deverão estar de acordo com o projeto ou então com um padrão de norma adotado anteriormente.
c) Ensaios
Verificar:
Os certificados e/ou acompanhar o teste de dureza.
Os certificados e/ou acompanhar os ensaios não destrutivos, citados abaixo, quando especificados em projeto:
- Líquido penetrante
- Ultra-som
- Partículas magnéticas ( magnaflux)
- Gamagrafia
OBS: Depois de encerrada a inspeção as peças fabricadas deverão ser marcadas com os símbolos da inspeção.
1.4. Ferramentas e Instrumentos
Os instrumentos utilizados para inspeção das peças componentes da estrutura metálica são: trena, paquímetro, nível, escala, esquadro, aparelhos de ultra-som, gamagrafia e partículas magnéticas.
1.5. Normas e Catálogos
NF - 35.501 – Aciers de Contruction d’Usage General – Nuances et
Qualités – (69)
DIN - 8570 - Padrão de tolerância para estruturas (195)
Usiminas – Specification for Shop Fabrication of Steel Structures (189)
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ABNT - NB14 – Cálculo e Execução de Estruturas de Aço (185)
P.NB – 117 - Cálculo e Execução de Estruturas de Aço Soldadas (181)
P.NB – 143 – Cálculo de estruturas de aço constituídas por perfis leves
(101).
Usimec - Tolerâncias de fabricação (183)
AWS - Tolerâncias para peças soldadas (217)
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2. Áreas de ação da inspeção de equipamentos2. Áreas de ação da inspeção de equipamentos
2.1. Controle de deterioração
Programa de Inspeção
A principal ferramenta do controle de deterioração é o Programa de Inspeções Periódicas. Consiste numa lista completa dos equipamentos de uma planta ou unidade operacional, com os respectivos intervalos de inspeção bem como datas da última e da próxima inspeção. Vencidos os prazos os equipamentos são retirados de operação e examinados. Os resultados das inspeções devem retroalimentar o programa de inspeção com o objetivo de torna-lo cada vez mais adequado às necessidades dos equipamentos.
Em geral, também se associam a cada equipamento alguns parâmetros que permitem orientar melhor a programação bem como na análise de dados estatísticos e indicadores. Julgamos aconselhável atribuir a cada equipamento um conceito (elevado, médio ou baixo) relativo ao seu Risco Decorrente de Falha que exprime sua criticidade do ponto de vista de segurança, isto é, os danos que sua falha poderia causar. Também nos parece útil a utilização do conceito de Importância para a Produção (elevado, médio ou baixo), pois muitos equipamentos não são ameaçadores do ponto de vista da segurança porém sua falha pode provocar grandes perdas de produção e vice versa.
Avaliação das Condições Físicas
Consiste basicamente num exame visual cuidadoso, feito por um técnico de inspeção qualificado segundo um procedimento preestabelecido. Alguns ensaios são programados rotineiramente como, por exemplo, a medição de espessura por ultra-som e testes de martelo. Em função do tipo de deterioração esperada, das condições operacionais ou dos resultados de inspeções anteriores, poderão ser programados previamente outros exames complementares.
Exemplo: As soldas de equipamentos sujeitos à corrosão sob tensão, ou qualquer outra forma de ataque que provoque trincas, devem ser submetidas a exame por partículas magnéticas ou líquidos penetrantes.
As observações feitas durante a inspeção também podem indicar a necessidade de outros exames tais como: teste por pontos, radiografia, metalografia, ultra-som, etc.
Estes exames e avaliações devem fornecer as informações necessárias para decidirmos se o equipamento pode ou não continuar em operação até a próxima parada. Esta decisão deve se basear:
No estado atual do equipamento (avaliado na inspeção);
Na velocidade da deterioração (com base nos resultados da inspeção);____________________________________________________________
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Condição crítica, ou seja, a quantidade de danos acumulados que provoca riscos insuportáveis de falha ou acidente.
No caso, muito raro, de um vaso de pressão que sofre perda de espessura uniforme e constante, estas grandezas poderiam ser representadas no gráfico mostrado a seguir.
Conceitos de estado atual, velocidade de deterioração e condição crítica
Onde:
Tg = velocidade de deterioração
Próxima parada antes de t2 OK
Próxima parada após t2 reparar
As duas últimas informações geralmente são difíceis de conseguir. A velocidade de deterioração raramente é constante. Quase sempre é fortemente influenciada pelas condições operacionais que são muito variáveis. A condição crítica não é fácil de determinar nem mesmo no simples caso de perda de espessura. Como o desgaste é freqüentemente irregular temos que recorrer a análise de tensões ou a critérios práticos como aqueles contidos em algumas normas (9.2), (9,3), (9,4), (9.26).
Exemplos: O API Std. 653 – Inspeção de Tanques (9.2) – estabelece um critério de avaliação para regiões com desgaste localizado através de medições de espessura e do estabelecimento de um tamanho máximo da região corroída. Critério semelhante foi estabelecido pelo ASME através da publicação ASME/ ANSI B31.G para a determinação “Resistência residual de oleodutos corroídos” (9.26). Em outros casos a determinação da condição crítica é bem mais difícil. A
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fissuração induzida pelo hidrogênio, por exemplo, não prejudica muito a resistência mecânica porque inicialmente as descontinuidades são paralelas ao plano das tensões. Contudo até hoje dispomos de um critério para avaliação deste tipo de deterioração. No caso de fluência (“creep”) além dos já conhecidos critérios de extrapolação, dimensionais, fração de vida e ensaios acelerados foi desenvolvido mais recentemente por Neubauer uma técnica de avaliação de vida residual por réplicas metalográficas que tem sido muito utilizado (9.6). Mesmo assim esta avaliação não é precisa.
A velocidade de propagação também é muito difícil de prever. As tensões aumentam à medida que as trincas se propagam, pois a seção resistente vai se reduzindo. Além disso, a propagação também é muito influenciada pelas condições operacionais.
Existem inúmeros outros casos nos quais também é difícil determinar a velocidade de deterioração e a condição crítica.
Exemplos:
Trincas (corrosão sob tensão, de fadiga, defeitos de solda, etc.);
Ataque pelo hidrogênio em alta temperatura;
Corrosão seletiva (grafítica, dezincificação, etc.);
Corrosão intergranular e “knife line attack”;
Transformações metalográficas (grafitização, fase sigma, carbonetação);
Fadiga e fadiga térmica;
Vergamento de tubos de fornos e caldeiras;
Corrosão de tetos e fundos de tanques;
Recalque de fundo de tanques;
Deterioração de refratário, concreto, polímeros, madeira, etc.
Exemplo: Um caso especial é o dos tetos fixos de tanques de armazenamento. A espessura mínima é definida pela capacidade de suportar a incidência de descargas elétricas atmosféricas sem perfuração (9.21). Algumas normas estabelecem um valor mínimo de 3/16” o que cria um problema pois este é o valor da espessura nominal na maioria dos casos.
Em algumas situações a velocidade de propagação pode ser elevadíssima. No caso de fadiga de baixo ciclo, por exemplo, a fratura ocorre em menos de 1000 ciclos. Caso a vibração seja causada por desbalanceamento de uma máquina que gira a 9000 rpm, a fratura ocorrerá em menos de 10 segundos! As trincas de corrosão sob tensão também podem se desenvolver em poucos minutos em certos casos.
Com a dificuldade para determinar a velocidade de deterioração e a condição crítica geralmente é grande, muitas vezes as decisões são conservativas
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resultando em custos de manutenção e as interrupções da produção maiores que os necessários. Conseqüentemente se justificam plenamente esforços e investimentos no sentido de definir melhor os critérios de inspeção.
Por outro lado a avaliação das condições físicas de certos tipos de equipamentos ou componentes oferecem grande dificuldade devido a falta de acesso visual ou grande extensão dos exames necessários. São exemplos típicos os feixes de permutadores, os fundos de tanques de armazenamento e tubulação, principalmente as conexões de pequeno diâmetro. Atualmente vêm sendo feitos grandes investimentos com o objetivo de desenvolver técnicas de inspeção específicas para estes casos.
Modalidades de Inspeção
Alguns códigos e procedimentos classificam as inspeções em internas ou gerais e externas ou parciais, estabelecendo diferentes intervalos para cada uma delas. A inspeção externa não permite avaliar as condições dos equipamentos de forma tão precisa, porém pode ser feita mais rapidamente, com maior freqüência, menores custos e sem interromper a produção. Os resultados da inspeção externa geralmente permitem:
Fixar com maior precisão a data da inspeção geral, eventualmente
postergando sua realização com segurança;
Planejar melhor a inspeção geral e os reparos;
Prevenir a ocorrência de falhas em serviços.
Muitas técnicas recentemente desenvolvidas permitem inspeções externas muito mais eficientes e precisas. Mencionamos como exemplos a medição de espessura em temperaturas elevadas, medição instantânea de taxas de corrosão (que podem ser integrados ao controle automático de processo), termografia digitalizada, “pig” instrumentado, aparelhos de ultra-som informatizados e robotizados, emissão acústica, etc.
Esta evolução está levando a uma estratégia de inspeção análoga àquela já adotada em manutenção, ou seja, as intervenções seriam classificadas da seguinte forma (9.25):
Inspeções Corretivas: o equipamento é mantido em operação até falhar.
A inspeção é feita somente quando for necessária para definir a extensão
dos reparos. Aplicam-se quando os riscos decorrentes de falhas bem como
seu efeito sobre a produção é muito baixo. Exemplo típico: lâmpadas.
As Inspeções Preventivas se subdividem em dois tipos:
- Intervalos regulares: vencidos os prazos os equipamentos são
retirados de operação e inspecionados independentemente das
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observações feitas em campanha. Aplica-se a equipamentos cujo
tempo médio entre falhas é muito regular ou com criticidade e
importância e importância para a produção elevada. Caldeiras,
fornos e turbinas de avião são exemplos típicos.
- Preditivas: neste caso a inspeção geral fica condicionada aos
resultados das inspeções externas feitas em operação. Aplica-se a
equipamentos de menor criticidade ou aqueles que permitem uma
boa avaliação das condições físicas em operação. Exemplos:
tanques de armazenamento, bombas e turbinas.
Uma modalidade não é melhor que a outra. Um bom programa de inspeção deve definir a modalidade mais adequada para cada tipo de equipamento em função de suas características.
Intervalos de Inspeção
Os intervalos devem ser estabelecidos em função dos seguintes fatores:
Probabilidade de falha, que depende da:
- Severidade das condições operacionais (pressão, temperatura,
corrosividade);
- Características do equipamento (material, sobre-espessura,
proteções, etc.).
Risco decorrente de falha;
Importância para a produção;
Exigências normativas ou legais.
Muitas normas estabelecem intervalos máximos para inspeções internas ou externas
Exemplos – A norma regulamentadora n.º 13 do Ministério do Trabalho (9.23) estabelece intervalo máximo entre 12 e 30 meses para inspeção de caldeiras dependendo de sua pressão máxima de operação e de existência, na empresa onde a caldeira está instalada, de um Serviço Próprio de Inspeção de Equipamentos (SPIE) credenciado pelo INMETRO. Para vasos de pressão os intervalos máximos permitidos variam entre 3 e 12 anos e se baseiam nas suas características nas condições operacionais bem como na existência de SPIE.
O código ASME seção VII (9.6) recomenda intervalo máximo de 12 meses para inspeção de caldeiras de potência.
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O API std. 653 (9.2) define que a inspeção externa de tanques deve ser feita num intervalo inferior ao menor dos seguintes valores: 5 anos ou 1/4 da vida residual.
O API std. 510 (9.3) determina que os intervalos de inspeção não devem ser superiores ao menor dos seguintes valores: 10 anos ou 1/2 da vida residual.
É muito importante que os intervalos sejam reavaliados com base nos resultados de cada inspeção. Está se disseminando o uso de aplicativos para microcomputadores que auxiliam muito a programação, o controle e o registro de inspeção. Alguns destes programas executam esta atualização automaticamente.
Planejamento de Inspeção
Algum tempo antes do vencimento dos prazos devem ser reunidas todas as informações e recursos necessários ao bom andamento da inspeção e manutenção, tais como: os preparativos (acesso, limpeza, iluminação, etc.) ensaios a serem realizados, materiais a serem utilizados bem como os reparos previstos com os respectivos procedimentos. Em algumas épocas da “vida” do equipamento são necessários reparos ou substituições de grande porte que exigem um planejamento mais detalhado. Nestes casos convém definir uma estratégia de manutenção e inspeção de prazo mais longo, tendo em vista outras paradas além da próxima.
O planejamento é sem dúvida fator crítico de sucesso da manutenção e inspeção de equipamentos.
2.2. Causas de deterioração
Vida Útil e Vida Residual
A identificação das causas e dos fatores que afetam a deterioração de equipamentos quase sempre permite projetar modificações ou elaborar procedimentos de reparos que, além de restituir as condições físicas dos equipamentos, também contribuem para atenuar ou evitar danos futuros. Desta forma também permitem aumentar a vida e a confiabilidade dos equipamentos, reduzindo os custos de manutenção, aumentando o fator operacional e a segurança das instalações.
A grande maioria dos danos que os equipamentos sofrem em serviços é causada por:
Deficiências de projeto, incluindo especificações de materiais;
Deficiências de fabricação, montagem ou de manutenção;
Condições operacionais agressivas.
As deficiências de projeto, fabricação e montagem se manifestam sempre nos primeiros anos de operação das plantas por razões óbvias. As causas relacionadas com a operação, inspeção e manutenção também são freqüentes neste período porque em geral estas equipes ainda não tem experiência com as
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novas instalações. A “infância” das plantas geralmente é marcada por uma elevada incidência de falhas em serviço.
É comum a idéia de que ao final do período que foi tomado como base para os cálculos de projeto, os equipamentos também passem a apresentar uma elevada incidência de falhas. Associa-se ao equipamento uma “vida útil” ao final da qual os problemas se tornam freqüentes devido ao “envelhecimento”. Esta analogia com organismos vivos não nos parece apropriada. Equipamentos não são “biônicos”. Apesar de toda automação não chegaram sequer a cibernéticos. Ao longo do tempo todos seus componentes podem ser substituídos e até melhorados, resultando em muitos casos que a “vida” residual fica maior que a “vida” útil original após anos de operação. Equipamentos podem ser mantidos sempre “jovens” por meio de operação, inspeção e manutenção cuidadosas.
Faz um certo falar em vida no caso de pequenas máquinas tais como eletrodomésticos, que em geral possuem um componente principal cuja substituição torna a manutenção economicamente inviável. Isto dificilmente ocorre com equipamentos industriais de grande porte. É muito raro enfrentarmos situações nas quais os reparos não sejam economicamente vantajosos em relação à substituição. Esta geralmente é determinada por obsolescência, para desengargalamentos, aumento de capacidade, da eficiência etc. eventualmente combinados com a necessidade de executar reparos de grande porte. Julgamos vida residual e vida útil atributos próprios de componentes e sub-componentes (tubos de permutadores, trechos ou acessórios de tubulação, fundos ou tetos de tanques, bandejas de torres etc.) e não de equipamentos completos.
Por outro lado ocorrem freqüentemente mudanças de condições operacionais que podem acelerar ou retardar muito a deterioração entre inspeções sucessivas, invalidando as projeções de vida residual feitas pela inspeção.
Exemplo: a taxa de corrosão por condensação de ácidos, muito comum em pré-aquecedores de ar, dutos, chaminés, e chaparias de fornos e caldeiras que queimam combustíveis com elevados teores de enxofre, cresce vertiginosamente quando a temperatura cai abaixo do ponto de orvalho (ver figura).
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Corrosão por condensação de ácidos
Não podemos esquecer que os equipamentos também sofrem freqüentes modificações por necessidades de produção, proteção ambiental, segurança, manutenção, etc., que muitas vezes afetam a deterioração e conseqüentemente as vidas de muitos componentes.
Qualidade dos Reparos e Modificações
As condições físicas dos equipamentos podem até piorar após os reparos ou modificações, se sua qualidade não for satisfatória. Neste caso todo trabalho anterior da Inspeção ficará comprometido. Por outro lado os técnicos de inspeção, por força do ofício, têm que se capacitar na aplicação das principais técnicas usadas no controle de qualidade de manutenção e montagem. Por estas razões a inspeção assumiu tradicionalmente a função de controlar a qualidade dos serviços de manutenção. Atualmente observamos uma forte tendência no sentido dos executantes assumirem a responsabilidade pelo controle da qualidade de seu próprio trabalho e da inspeção passar apenas a apoiar a manutenção através da execução dos ensaios. Como as deficiências de qualidade podem comprometer o trabalho da Inspeção, julgamos que ela deva pelo menos auditar o sistema de qualidade da manutenção.
Registro de Inspeção
As informações obtidas durante as inspeções de equipamentos são extremamente úteis para:
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Identificação de causas de deterioração;
Planejamento de inspeções e manutenções futuras;
Comprovação do estado dos equipamentos perante o poder judiciário, sindicatos, autoridades e opinião pública em casos de acidentes do trabalho e ecológicos.
As informações contidas nos arquivos de inspeção são em geral dos seguintes tipos:
Dados de projeto ou cadastrais;
Certificados de fabricação e montagem;
Relatórios de condições físicas;
Registro de medições de espessuras, taxas de corrosão e vidas residuais.
Estes registros em geral contêm enorme quantidade de informações úteis que infelizmente são pouco utilizadas por dificuldade de processamento. A informatização dos registros de inspeção pode proporcionar grandes benefícios.
A NR 13 exige relatório cujo conteúdo é mais abrangente do que os registros tradicionais da inspeção de equipamentos, pois deve tratar também de aspectos relacionados com a segurança e a saúde do trabalhador (itens de outras NRs que não estão sendo cumpridos), calibração de instrumentos, treinamento de pessoal da manutenção e operação, dados de projeto dos equipamentos, etc.
Desenvolvimento
Esta área de ação merece destaque no caso da Inspeção de Equipamentos porque a tecnologia que utiliza tem se desenvolvido com velocidade mais elevada que na maioria das outras áreas. Muitos progressos feitos nas áreas de informática, eletrônica, aeroespacial e nuclear tem encontrado poderosas aplicações na inspeção de equipamentos. Pesquisas desenvolvidas em universidades, centros de pesquisa e institutos técnicos nas áreas de materiais, mecânica da fratura, análise de tensões, fadiga, fluência e avaliação de integridade também têm se reveladas excelentes oportunidades de crescimento para a atividade de inspeção.
Os progressos na área de Qualidade e a natureza do próprio trabalho estão exigindo da inspeção muito esforço nas áreas de treinamento e certificação de pessoal, elaboração e qualificação de procedimentos, calibração de aparelhos e instrumentos bem como no controle de documentos e rastreabilidade dos registros.
Exemplo: Atualmente o Instituto Brasileiro do Petróleo – IBP está se credenciando junto ao INMETRO como Organismo de Certificação (OCC) de Serviço Próprio de Inspeção de Equipamentos (SPIE) em entendimento ao Anexo II da última revisão
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da NR13 (04/95). Paralelamente está sendo desenvolvido um Sistema de Certificação de SPIE através da elaboração de normas sobre:
Certificação de auditores de SPIE;
Critérios para certificação (“especificação”) de SPIE;
Procedimentos de auditorias;
Procedimentos de certificação de SPIE;
Certificação de inspetores de equipamentos;
Credenciamento de OCC de SPIE;
Terminologia;
Nesta fase de implantação dois setores de inspeção foram auditados para testar o sistema e deverão receber seus certificados assim que o IBP for credenciado.
Observa-se que a Inspeção de Equipamentos tem sofrido, ao longo dos anos, sucessivas revoluções decorrentes da evolução tecnológica e aqueles que não acompanharam este desenvolvimento perderam excelentes oportunidades para melhorar sua eficiência e eficácia com grandes ganhos resultantes de redução de custos de manutenção, aumento de confiabilidade dos equipamentos e de produtividade das instalações (fator operacional). No entanto é importante deixar claro que, para desfrutar destes benefícios, são necessários investimentos não só para compra de aparelhagem, mas também com pessoal (homens-hora) para estudos de viabilidade e análise de investimentos, compra de equipamentos, implantação e treinamento na aplicação de novas técnicas, elaboração e qualificação de novos procedimentos, etc.
Indicadores
Nos parecem úteis e necessários para a gerência de órgãos de inspeção de equipamentos pelo menos dois indicadores:
Quantidade de falhas de equipamentos em serviço devidas a
deficiências de suas condições físicas. Evidentemente não seriam
computadas as falhas decorrentes de manobras operacionais erradas,
acidentes, etc. Este seria o indicador de eficácia de inspeção;
Quantidade de equipamentos com prazo de inspeção vencido que
seriam computados independentemente dos motivos do atraso. Este é o
indicador da eficiência da inspeção.
A classificação destes indicadores em função dos conceitos associados a cada tipo de equipamento descritos anteriormente (risco decorrente de falha e importância para a produção) permite uma análise mais cuidadosa dos resultados da inspeção.
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3. Técnicas de manutenção preditiva3. Técnicas de manutenção preditiva
O Que é Uma Técnica de Manutenção Preditiva?
Existe uma confusão bastante grande entre Ensaios Não Destrutivos e Manutenção Preditiva.
Correndo o risco de crítica dos ortodoxos, preferimos aceitar como MPd qualquer atividade de monitoramento que seja capaz de fornecer dados suficientes para uma análise de tendências.
A idéia básica é, independentemente da técnica empregada, utilizar-se de critérios científicos para a coleta, registro e estudo de dados a fim de se obter uma decisão gerencial. Queremos é acabar com os “achismos” (Eu acho que...).
Partimos, então, desde os procedimentos mais simples, como por exemplo, a medição do nível de um reservatório de óleo (detectando vazamento), até as inspeções mais sofisticadas, como análise de emissões acústicas, morfologia de partículas de desgaste (ferrografia), análise modal das vibrações etc.
Em termos práticos, uma técnica de MPd deve atender os seguintes quesitos básicos:
Permitir a coleta de dados com o equipamento em funcionamento, ou com
o mínimo de interferência possível no processo produtivo.
Permitir a coleta de dados que possibilitem a análise de tendências.
Análise de Vibrações
A análise de vibrações é uma das técnicas mais antigas na manutenção. Desde que foi construída a primeira máquina, o homem já percebeu que quando ela vibrava ou fazia muito barulho estes sinais eram indicativos de mal funcionamento.
Vibração = f (Excitação, Mobilidade)
Excitação:
Movimentação normal (rotativo, alternativo..)
Desbalanceamentos
Choques
Mobilidade
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Folgas
Rigidez
A avaliação das vibrações pode ser feita em dois níveis:
Medição de Nível Global
Determinação do estado geral de um equipamento. É a “somatória” do modo de vibração de todos os componentes.
Análise de Espectros
Cada componente da máquina possui seu próprio trem de freqüências.
A estratificação das freqüências elementares que compõem todo o sinal complexo permite a identificação de cada componente. Esta estratificação é normalmente feita por meio de tratamentos matemáticos. Os instrumentos atuais executam este trabalho automaticamente utilizando a Transformada Rápida de Fourier (FFT – Fast Fourier Transformation).
Alguns problemas típicos encontrados com a análise de vibrações:
Desbalanceamento;
Desalinhamento (entre máquinas ou entre componentes internos);
Empenamento de eixos;
Velocidade crítica de um sistema rotativo;
Excentricidades (polias, mancais, rotores de motores ou geradores);
Desgaste (aumento de folgas) em engrenagens e mancais;
Má fixação da máquina ou de componentes internos;
Instabilidade de filme de óleo em mancais;
Roçamentos;
Fenômenos aerodinâmicos e/ou hidráulicos (turbulência, cavitação);
Problemas elétricos (quebra de barras de rotores, má fixação de bobinas, núcleos ou peças polares em motores, geradores e transformadores etc)
Os erros mais freqüentes encontrados na análise de vibrações são:
Escolha incorreta do ponto de medição.
Não verificação das interferências provocadas pelo meio (estruturas,
proximidade com outras máquinas, etc.).
Medição em condições diferentes de operação (carga e/ou velocidade).
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Desconhecimento dos componentes internos (modelo dos rolamentos,
número de dentes das engrenagens ou das palhetas de ventiladores, etc.).
Tentativa de medições em freqüências que os sensores não podem captar
(geralmente baixas freqüências).
Guia Simples de Identificação de Problemas
Freqüência Causas possíveis Obs.
1 x rpm
Desbalanceamento
Sinais em fase. Podem ser causados por variação de carga, acúmulos de material, cavitação.
Desalinhamento ou empenamento de eixo
Leituras axiais são altas. Sinais defasados de 180 em relação à ponta do eixo. Normalmente caracterizado por níveis altos em 2 x rpm.
CompressãoCausada por deformações na fundação ou estruturas anexas.
Folgas ou peças soltas
Direcional – muda com o reposicionamento do transdutor. Normalmente possui altas harmônicas e fases erráticas.
RessonânciaDecaimento brusco com a mudança da velocidade.
ElétricaBarras de rotor partidas. Muitas vezes encontram-se bandas laterais com 2 x a freqüência de escorregamento.
2 x rpmDesalinhamento ou empenamento.
Altos valores axiais.
HarmônicasFolgas ou peças soltas.
Formas de onda truncadas ou impulsivas; grande n de harmônicas.
Roçamento
Sub-rpmOil whirl (instabilidade de filme de óleo)
Geralmente 0,43 – 0,48 rpm com fase instável
N x rpm
Elementos girantes de rolamentos.
Geralmente moduladas pela rotação.
EngrenagensEngrenamento (n de dentes x rpm); geralmente moduladas pela rotação da engrenagem problemática.
Correias Correia x rotação e 2x a rotação
PalhetasPalhetas x rpm; geralmente presente em máquinas normais. Suas harmônicas podem indicar existência de problemas.
N x Freqüência Elétrica Estator em curto; rotor quebrado ou ____________________________________________________________
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da rede elétrica excêntrico.
Ressonância
Várias causas (eixo, carcaça, fundação, estruturas anexas).
A freqüência é proporcional à rigidez e inversamente proporcional à massa.
Inspeção Visual
Descrição: exame visual feito com ou sem ajuda de dispositivos ópticos, câmaras, robots (para o deslocamento de câmaras) ou padrões fotográficos.
Boroscópio de fibra ótica com fonte de luz
Princípios:
Reflexão de luz na superfície do objeto;
Detecção de luz por olhos, câmaras, filmes, etc;
Refração ou focalização de luz em dispositivos ópticos (endoscópicos,
lentes, boroscópios, etc.).
Aplicações:
Controle de qualidade de fundidos, forjados, soldas, etc (padrões
fotográficos MSS-SP 55);
Controle de qualidade de pintura (padrões SIS 05-59-00 Svensk Standard
– Pictorial Surface Preparation for Paiting Steel);
Avaliação do estado de equipamentos em serviço (perda de espessura por
corrosão ou desgaste, trincas, fraturas, deformações, etc.);____________________________________________________________
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Detecção de descontinuidades internas em peças transparentes ou
translúcidas;
Serve para qualquer material ou revestimento.
Limitações:
Necessita acesso visual;
Não detecta descontinuidades internas em materiais opacos.
Réplica Metalográfica
Descrição:
Polimento superficial com dispositivo portáteis;
Ataque por reativos metalográficos;
Aplicação de adesivo;
Remoção adesivo com reprodução da microestrutura formada pelos
produtos de corrosão;
Exame da réplica em microscópio;
Exame da peça com microscópio portátil.
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Exame metalográfico por réplicas
Princípios:
Reflexão da luz;
Ampliação imagem em microscópios;
Ataque químico por reagentes.
Aplicações:
Análise de microestrutura;
Controle da qualidade de fabricação (tratamento térmico);
Avaliação de danos sofridos por equipamentos em serviço (fase sigma, fluência, etc.).
Limitações:
A temperatura deve ser próxima da ambiente;
Técnica trabalhosa e demorada;
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Somente exame superficial
Revestimento ou Modelagem Fotoelástica
Descrição:
Aplicação de revestimento plástico;
Aplicação de tensões na peça;
Revestimento birefringente em regiões tensionadas;
Exposição à luz polarizada;
Revelação de regiões com tensões concentradas;
Também pode ser feito com modelos.
Modelagem fotoelástica
Princípios:
Polarização da luz em regiões tensionadas (efeito fotoelástico).
Aplicações:
Localização de regiões com concentração de tensões;
Aperfeiçoamento de projeto;
Detecção e controle de propagação de trincas.
Limitações:
A superfície deve ser lisa e refletora;
Necessita acesso visual;
Não detecta deformações inferiores a 0,1 mm;
Dilatação térmica pode provocar erros.
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Strain Gages
Descrição:
Resistência elétrica: arames muitos finos;
Aplicação de strain gages com adesivos;
Medição precisa resistência elétrica.
Strain Gages
Princípios:
Variação de resistência elétrica por deformação.
Aplicações:
Análise de tensões;
Medições de microdeformações;
Avaliação das propriedades de materiais (ensaio tração).
Limitações:
Exige superfície lisa e limpa;
A orientação dos strain gages deve ser cuidadosa;
Não detecta deformações inferiores a 10-3 mm;
As medições podem ser afetadas por temperatura.
Líquidos Penetrantes
Descrição:
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Limpeza e preparação da superfície;
Aplicação (pincel ou pulverização) de líquido com elevado poder de
penetração;
Penetração nas descontinuidades superficiais por capilaridade;
Remoção do excesso de penetrante da superfície (solvente, água,
emulsificante);
Aplicação revelador (fina camada pó seco ou emulsificado);
Absorção do penetrante pelo revelador;
Aumento das dimensões da indicação por capilaridade;
Os líquidos penetrantes podem ser coloridos ou fluorescentes.
Líquidos penetrantes
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Princípios do ensaio com líquidos penetrantes
Princípios do ensaio com líquidos penetrantes
Aplicações:
Detecção descontinuidades superficiais;
Controle de qualidade de soldas, fundidos, forjados;
Inspeção equipamentos em serviço;
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Grande diversidade de materiais.
Limitações:
Descontinuidades internas ou subsuperficiais;
Faixa de temperatura limitada em torno da temperatura ambiente;
Não se aplica a materiais porosos;
Exige superfícies lisas e limpas;
Não detecta trincas com largura < 10-3 mm
Detecção de Vazamentos (Leak Testing)
Descrição:
Pressurização com gás apropriado; Detecção de vazamentos com sensores (bolhas de sabão, ultra-som,
espectrômetro, etc.); Gases mais utilizados: ar, hélio e hidrogênio.
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Ensaio de detecção de vazamentos
Princípios:
Dinâmica dos fluidos;
Espectroscopia.
Aplicações:
Detecção descontinuidades passantes;
Detecção vazamentos por elementos de vedação;
Pode ser usado em qualquer material não poroso;
Desenvolvimento de materiais (elementos de vedação) e projeto de equipamentos.
Limitações:
Geralmente exige acesso por um dos lados, pelo menos;
A aparelhagem é cara;
Difícil localização da origem de vazamentos;
Não detecta vazamentos inferiores 10-6 cm3/s (halogenos), 10-5 cm3/s (bolhas e espectrometria), 10-2 cm3/s (hidrostático e ultra-som), 10-13 cm3/s ( traçadores radioativos).
Caso Particular – Caixa de Vácuo____________________________________________________________
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Muito usada para teste de fundo e teto de tanques (em montagem ou
manutenção);
Aplica-se espuma sabão na superfície (solda) a ser testada;
Aplica-se vácuo com auxílio da caixa;
A pressão absoluta no interior da caixa deve ser inferior a 0,15 kgf/cm2;
Vazamentos são observados visualmente através da tampa da caixa pela
formação de bolhas;
Existem caixas apropriadas para a superfície planas e para cantos.
Caixa de vácuo
Detalhe da união entre a borracha de vedação e a tampa da caixa de vácuo
Aplicações:
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Muito usada para teste de fundo e teto de tanques (em montagem ou manutenção).
Aplicações da caixa de vácuo
Radiografia
Descrição:
Utiliza fontes de raios X ou ;
O objeto é posicionado entre a fonte e um meio onde se formará a imagem;
Este meio pode ser filmes para radiografia, papel fotográfico ou xerox;
A radiação atravessa objeto e incide sobre o meio formador da imagem;
A absorção varia em função das características do objeto;
A radiação que incide sobre o meio formador da imagem varia em função
da absorção;
Regiões com maior incidência de radiação ficarão mais escuras e vice-
versa, formando-se assim uma imagem “negativa” do objeto;
Para a visualização da imagem é necessário processar o meio formador da
imagem (revelação de filmes, papel fotográfico ou da placa Xerox).
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Princípios:
Interação radiação com matéria;
Efeito fotoquímico (impressão filmes);
Efeito fotoelétrico (placas xerox).
Fundamentos da técnica radiográfica
Aplicações:
Permite detectar descontinuidades internas e superficiais;
Permite exame interno de equipamentos em serviço (detecção de
irregularidades, incrustações, depósitos, etc);
Medição espessura e outras dimensões;
Pode ser aplicada em grande diversidade de materiais;
Permite o exame de objetos com formas irregulares;
Permite identificar a natureza ou tipo de descontinuidades.
Limitações:
Necessita acesso para interpor objeto entre a fonte e o filme;
Exige cuidados com segurança: proteção radiológica;
Só detecta descontinuidades bidimensionais paralelas a direção de
radiação;
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Não detecta variações superiores a 2% da espessura;
A resposta é demorada (processamento de filmes).
Radiação:
Eletromagnética (X ou gama);
Nêutrons (neutrongrafia).
Meios para produção da imagem:
Filmes radiográficos;
Papel fotográfico;
Filmes polaroides;
Placas xerox;
Telas fluorescentes (fluoroscopia);
Intensificadores de imagem;
Câmaras de TV
- Luz
- Radiação (X ou gama)
Estereógrafos
Medição de Dureza
Descrição:
Aplicação de uma carga sobre a peça através de um penetrador (esfera ou pirâmide);
Medição do tamanho da impressão deixada sobre a peça indica a dureza (tabelas);
Existem medidores portáteis também baseados em penetração de esfera ou ultra-sônicos.
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Medição de dureza em aparelho de bancada
Medição de dureza com aparelhos portáteis
Escalas:
Brinell: (ASTM E10 ou DIN 50351) utiliza esferas de 2,5 – 5,0 e 10,0 de diâmetro com cargas padronizadas de 62,5 – 187,5 e 3000 kgf. A dureza (HB) é representada pela relação entre a carga (P) e a área da impressão (A);
Vickers: (ASTM E92 ou DIN 50133) utiliza penetrador de diamante piramidal de base quadrada com ângulo de 136. As cargas variam entre 1 e 120 kgf para medição de dureza normal (macroscópica) e cargas
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inferiores a 1 kgf para medição de dureza de microconstituintes. O valor da dureza também é determinado pela relação entre a carga e a área da impressão.
Rockwell: (ASTM E18 ou DIN 50103) utiliza 15 (quinze) combinações de cargas e penetradores (esféricos e piramidais) que recomendadas em função do tipo de material da peça e da medição (macro ou micro) a ser executada. A mais utilizada para aços é a escala Rockwell C que utiliza penetrador de diamante, cujo cone possui ângulo superior a 120, e com carga de 159 kgf.
Princípios:
Mecanismos de deformação dos metais.
Aplicações:
Avaliação das propriedades mecânicas de materiais (dureza é um
indicador grosseiro da resistência mecânica, resistência ao desgaste, e da
fragilidade);
Controle de qualidade de soldas (tratamento térmico);
Controle de deterioração de equipamentos (processos que envolvem
fragilização com fase sigma, descarbonetação, etc.);
Avaliação da suscetibilidade dos aços à corrosão sob tensão.
Limitações:
Exige preparação da superfície;
Só indica não destrutivamente a dureza da superfície;
Portáteis não são muito precisas;
A dureza varia com a temperatura.
Ensaio de Tração (ASTM E8 OU DIN 50145)
Descrição:
É removida da peça e usinado corpo de prova;
O corpo de prova é fixado pelas extremidades entre duas garras no
aparelho de ensaio;
O aparelho aplica força que vai aumentando lenta e controladamente;
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A deformação e a tensão são medidas simultaneamente resultando num
gráfico de tensão contra deformação (algumas máquinas possuem
dispositivos para desenhar o gráfico durante a realização do ensaio);
É determinada a tensão de ruptura, o limite de escoamento (ou elástico) a
estricção (redução percentual de diâmetro) e o alongamento (aumento
percentual de comprimento na parte útil - L);
As duas primeiras grandezas representam a ductilidade do material (sua
capacidade de se deformar) enquanto as duas últimas representam sua
resistência mecânica.
Corpos de prova para ensaio de tração – ASTM A370 e DIN 5125
Princípios:
Mecanismos de deformação dos metais.
Aplicações:
Controle de qualidade de fabricação de materiais e equipamentos;
Controle de deterioração de equipamentos (processos que afetam a resistência mecânica como, por exemplo, a grafitalização e descarbonetação).
Limitações:
É preciso, porém exige remoção de amostra (é destrutivo);
Exige equipamento especial;
A remoção e preparação dos corpos de prova é trabalhosa.
Dobramento (ASTM A3100 E ASME IX)
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Descrição:
O corpo de prova é uma barra de seção retangular, não tem dimensões
definidas, devendo apenas se adaptar ao aparelho de ensaio;
Para ensaios de soldagem as dimensões são padronizadas (ASME IX);
O corpo de prova é assentado entre dois apoios afastados entre si por uma
distância especificada;
Com um cutelo se aplica uma força no ponto médio entre os dois apoios o
que resulta num esforço de flexão que provoca o dobramento do corpo de
prova;
O ensaio prossegue até a ruptura do material ou até um ângulo
predeterminado (geralmente 90, 120 ou 180).
Aparelho de dobramento especificado pelo ASME IX
Aplicações:
Controle da qualidade e qualificações de procedimentos de soldagem;
Avaliação de processos de deterioração que resultam em perda de ductilidade (o critério de inspeção de equipamentos sujeitos a grafitização se baseia em ensaios de dobramento).
Limitações:
Exige remoção de amostra da peça (é destrutivo);
Exige equipamento especial;
A remoção e preparação dos corpos de prova é trabalhosa.
Ensaio CHARPY (ASTM E23 ou DIN 50115)
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Descrição:
Aplica-se carga em alta velocidade em corpo de prova entalhado;
O aparelho (Charpy) possui um pêndulo conforme mostra a figura;
As dimensões do corpo de prova são padronizadas (vários tamanhos);
O aparelho permite determinar a energia consumida na fratura através da
diferença de energia potencial do martelo nas posições inicial e após a
fratura;
Esta energia (consumida na fratura) representa a tenacidade do material.
Aplicações:
Controle de qualidade de aços para trabalho em baixa temperatura
(especificações estabelecem tenacidade mínima, medida pelo ensaio
Charpy, na temperatura de projeto);
Seleção de materiais para trabalho em baixa temperatura (critério da
temperatura de transição);
Avaliação da deterioração de equipamentos que sofrem fragilização em
serviço (têmpera, fragilidade a 485C, precipitação de fase sigma, etc.).
Ensaio Charpy
Limitações:
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Exige remoção de amostra da peça (é destrutivo);
Exige equipamento especial;
A remoção e preparação dos corpos de prova é trabalhosa (usinagem
precisa).
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4. Noções de metalurgia4. Noções de metalurgia
A seguir, são dadas algumas nações de metalurgia:
Matéria
É tudo aquilo que ocupa lugar no espaço. A matéria pode ser sólida, líquida ou gasosa. Assim, o ar que respiramos é matéria, a água que bebemos é matéria, uma barra de aço que soldamos é matéria;
Metais
É fácil distinguir os metais dos outros materiais, pois além de características mecânicas próprias, eles ainda têm brilho próprio e conduzem bem o calor e a eletricidade.
Cada metal apresenta características próprias e distintas, ou seja, uns têm certas propriedades em maior ou menor grau do que outros.
Essas propriedades são aproveitadas, da melhor forma possível, dentro da imensa gama de serviços nos quais os metais são utilizados. Por exemplo, na construção de condutores elétricos (fios, cabos), são usados o cobre ou o alumínio, porque são metais que conduzem melhor a eletricidade do que o ferro.
Liga Metálica
É uma combinação definida de metais com maior quantidade de um deles, o que lhe confere este nome.
Liga Ferrosa
É uma combinação no qual o elemento predominante é o ferro (aço, ferro fundido, etc.).
Liga Cuprosa
É uma combinação na qual o elemento predominante é o cobre (bronze, latão, etc).
Aço ao Carbono
É uma liga de ferro e carbono em que a porcentagem do carbono varia de 0,008 a 2,1%. Sua classificação é feita de acordo com a porcentagem de carbono que contém, dividindo-se, portanto em três grupos:
Baixo teor de carbono (de 0,008% até 0,30%);
Médio teor de carbono (acima de 0,30% até 0,60%);
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Alto teor de carbono (acima de 0,60%). Os aços de baixo teor de carbono são geralmente chamados de ferro.Nos trabalhos de soldagem, é importante saber o teor de carbono do aço, porque é baseado nele que se determina o processo de soldagem e seleciona o eletrodo.
Reconhecimento Prático dos Aços
Para reconhecer o teor aproximado do carbono nos aços, usa-se o método do faiscamento, um processo prático, que consiste em esmerilhar a peça a ser soldada.
Observando a forma de desprendimento das faíscas, pode-se facilmente reconhecer o tipo do aço.
Ao testar esse processo, deve-se usar um aço cujo teor de carbono seja conhecido.
Baixo teor de carbono – poucas estrelinhas;
Médio teor de carbono – mais estrelinhas do que o de baixo teor;
Alto teor de carbono – bastante estrelinhas.
Dilatação e Contração
Todos os materiais, ao serem aquecidos, dilatam-se, isto é, aumentam de volume.
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Da mesma forma, quando são resfriados, contraem-se, isto é, diminuem de volume.
Empenamento
É a deformação que a peça sofre devido à contração sofrida pelo metal de adição durante o seu resfriamento.
Ao soldar peças com formatos e dimensões diferentes, estas, ao esfriarem, sofrem maiores deformações nas partes mais finas ou mais quentes, fazendo com que se empenem.
A contração pode ser longitudinal ou transversal.
Por esse motivo, ao soldar uma peça que não deve sofrer empenamento, deve-se monta-la em gabaritos ou pontear posicionadores, fazendo com que a peça fique na posição desejada.
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Ponto de Fusão dos Metais e Ligas Metálicas
Cada metal ou liga metálica tem seu ponto de fusão definido, conforme mostram as tabelas a seguir.
Ponto de Fusão de Alguns Metais
Metais Símbolo Químico Ponto de FusãoAlumínio Al 660CAntimônio Sb 630CCádmio Cd 321CCobalto Co 1.495CChumbo Pb 327CCobre Cu 1.083CCromo Cr 1.875CEstanho Sn 232 CFerro Fe 1.536CMagnésio Mg 650CManganês Mn 1.245CMolibdênio Mo 2.610CNíquel Ni 1.453COuro Au 1.063CPlatina Pt 1.769CPrata Ag 961CTitânio Ti 1.668CTungstênio W 3.410CVanádio V 1.900C
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Zinco zn 419C
Ponto de Fusão de Algumas Ligas Metálicas
Denominação Composição C
Aço Fe + C 1.400 a 1.500
Aço inoxidável 18/8 Cr – 18% + Ni 8% 1.350 a 1.400
Ferro fundido Fe + C 1.130 a 1.200
Ferro Fundido maleável FE + C 1.200 a 1.400
Latão Cu + Zn 850 a 950
Bronze Cu + Sn 850 a 950
Monel Cu + Ni 1.300 a 1.500
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5. 5. AAçosços USI-SAC - R USI-SAC - Resistentes à corrosãoesistentes à corrosão
atmosféricaatmosférica
A construção em estrutura metálica possui caráter menos agressivo ao meio ambiente quando comparada a outros sistemas. No caso da construção civil, parafusos, conexões e membros estruturais podem ser desmontados e reutilizados, implicando em reciclagem sem perda de resistência mecânica quando da reutilização.
A Usiminas vem ao longo dos anos evoluindo na produção dos aços para construção civil, entre os quais destacam-se os resistentes à corrosão atmosférica, denominados USI-SAC.
Os aços USI-SAC proporcionam uma economia direta e efetiva nos custos de aplicação, comparativamente aos aços estruturais comuns.
A elevada resistência à corrosão atmosférica dos aços da série USI-SAC resulta, ao longo do tempo, em maior durabilidade da estrutura, com conseqüente economia de manutenção.
Estes aços podem ser utilizados sem os revestimentos convencionais de pintura, visto que se desenvolve sobre os mesmos uma camada de óxido compacta e aderente (pátina), com características protetoras, quando submetidos a ciclos alternados de molhagem e secagem.
Entretanto, em locais de atmosfera marinha não devem ser empregados sem revestimentos de pintura.
Quando utilizados com revestimento de pintura, resultam numa vida útil mais longa para a estrutura metálica, com substancial redução de custos de manutenção por repintura.
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Composição Química dos Aços USI-SAC
Especificação(ver nota 1)
TipoDeProduto
EspessuraE(mm)
Composição Química (% em peso)
Cmáx
Si MnPmáx
Smáx
Cu Cr Outros
USI-SAC-250(USI-SAC-41)
TQ 2,00 E 12,700,18 0,35
max1,30max
0,030 0,0300,25a0,50
0,40a0,65
-CG
6,00 E 50,80
50,80 E 75,00 0,20
USI-SAC-300(USI-SAC-41-E)
TQ 2,00 E 12,700,18
0,35máx
1,30max
0,030 0,0300,25a0,50
0,40a0,65
-CG
6,00 E 50,80
50,80 E 75,00
0,20
USI-SAC-350(USI-SAC-50)
TQ 2,00 E 12,70
0,180,15a0,55
1,40max
0,030 0,0300,25a0,50
0,40a0,65
Ti max:0,150
CG 6,00 E 75,00 1,50máx
Ti max:0,150Ni max:0,050
(1) Em negrito a nomenclatura atual. Entre parênteses a nomenclatura antiga (fora de uso)
Pintura dos Aços USI-SAC
Etapa
Atmosfera
Rural Industrial Marinha
Preparo de superfície
Jateamento abrasivo seco (1) até o padrão Sa 2 1/2 (2)
Jateamento abrasivo seco (1) até o padrão Sa 2 1/2 (2)
Jateamento abrasivo seco (1) até o padrão Sa 2 1/2 (2)
Tinta de fundoUma demão de primer resina epóxi poliamida, dois componentes, pigmentada com óxido de ferro, com 40 (5) m de espessura de película seca.
Tinta intermediária - -
Uma demão de tinta de acabamento resina epóxi poliamida alta espessura, dois componentes, com 120 (10) m de espessura de película seca.
Tinta de acabamento
Uma demão de tinta de acabamento resina poliuretano alifático, dois componentes, com 35 (5) m de espessura de película seca.
Notas:(1) No caso de jato úmido, usar como tinta de fundo uma demão de primer resina
epóxi, pigmentada com zinco e lamelas metálicas, dois componentes, com 75m mínimo de espessura de película seca.
(2) Conforme norma SIS055900-67 (equivalente à norma ISO 8501-1:1988).
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6. Ações de segurança das estruturas6. Ações de segurança das estruturas
Ações
Define-se como ação em uma estrutura a tudo que nela provoque tensões e deformações.
Ações Quanto a Origem
- Ações dos Materiais Usados na Construção
Peso próprio da estrutura;
Peso próprio de paredes, divisórias e tapamentos;
Peso próprio de pisos;
Peso próprio de coberturas.
- Ações de Utilização
Sobrecarga de utilização em pisos de edifícios;
Cargas de equipamentos;
Variação de temperatura causada por equipamento;
Cargas de silos, reservatórios e tubulações.
- Ações do Meio Ambiente
Vento;
Variação de temperatura;
Chuva;
Neve;
Terremoto.
- Ações Excepcionais
O colapso de algumas estruturas (tais como pontes, barragens, usinas nucleares e plataformas de exploração de petróleo) pode ter conseqüências catastróficas.
Estas estruturas são, portanto, dimensionadas para resistir a carregamentos não usuais. Em alguns casos, para aumentar a segurança, são construídas também estruturas de proteção denominadas defensas.
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Ações Quanto a Variação com o Tempo
- Ações Permanentes
Peso próprio da estrutura;
Peso dos materiais permanentemente ligados à estrutura;
Peso de instalações, acessórios e equipamentos permanentes. - Ações Variáveis
Sobrecargas;
Cargas de equipamentos;
Variação de temperatura;
Vento.
Ações Quanto ao Modo de Atuação
- Ações Externas
Peso próprio;
Sobrecarga;
Vento;
Equipamentos.
- Ações Internas
Variação de temperatura; Pró-tensão.
Natureza das Ações
Pelas normas recentes, os valores das ações a serem usadas em projeto são definidos como de natureza probabilística.
Isto significa, que estas normas indicam os valores médios mais prováveis de ocorrência, tendo em vista os valores pesquisados. Como exemplos, podem ser citadas:
Carga permanente, analisada pela distribuição normal;
Sobrecarga em pisos de escritórios, analisada pela distribuição de valores
extremos tipo I;
Carga de vento, analisada pela distribuição de valores extremos Fisher-
Tippet tipo I.
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Combinação de Ações
Se uma estrutura está submetida a mais de uma variável, o valor máximo de um determinado esforço ocorre quando uma das ações variáveis atinge o seu máximo e as demais permanecem com seus valores nominais. A este princípio, dá-se o nome de regra de Turkstra de combinação de ações.
Segurança das Estruturas
Método dos Estados Limites
A norma NBR 8800 utiliza, para o dimensionamento das estruturas de aço, o método dos estados limites.
Isto significa que os esforços e deformações devem ser inferiores a certos valores limites, que dependem do material usado e do tipo de estrutura adotada. Distinguem-se dois tipos de estados limites:
- Estados Limites Últimos
São os relacionados ao colapso total ou parcial da estrutura, podendo ser:
Perda de equilíbrio;
Ruptura por qualquer tipo de solicitação;
Instabilidade total ou parcial;
Flambagem global de barras;
Flambagem local de elementos de barras.
- Estados Limites de Utilização
São os relacionados com o comportamento da estrutura, impedindo sua utilização para o fim ao qual se destina. Podem ser:
Deformações excessivas;
Vibrações excessivas.
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7. Parafusos e barras rosqueadas7. Parafusos e barras rosqueadas
Os parafusos, juntamente com as barras redondas rosqueadas, usadas como chumbadores ou como tirantes, é um dos meios de ligação reconhecido pela NBR 8800.
Entre os materiais especificados por esta norma, para uso como parafusos e barras redondas rosqueadas, ver tabela a seguir.
Parafusos e Barras Redondas Rosqueadas
Materialmáx
fy
(Mpa)fu
(Mpa)Tipo(3)
ParafusosA 307 (1) 100 mm - 415 C
A 325 (2) 1” 635 825C, T
1 ½” 560 725Barras MR 250 100 mm 250 400 C
(1) Parafusos comuns. Especificações conforme ASTM(2) Parafusos de alta resistência. Especificação conforme ASTM. Disponíveis
também com resistência à corrosão equivalente ao aço AR-COR-345(3) C = Carbono T = Temperado
Transmissão de Esforços
Cisalhamento e Contato
O comportamento de uma ligação por cisalhamento e contato é o mostrado na figura a seguir.
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Ligação por Cisalhamento e Contato
A força P é transferida, de uma chapa para a outra, através do cisalhamento do corpo do parafuso, como ilustra os diagramas de corpo livre na figura. Todavia, para que este cisalhamento ocorra, é necessário que haja pressão de contato entre a superfície lateral do parafuso e a parede do furo, em ambas chapas.
Em ligações por contato, a força P é considerada igualmente distribuída por todos parafusos da ligação.
Atrito
A figura a seguir representa uma ligação, semelhante à anterior, executada com a utilização de parafusos de alta resistência.
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Ligação por atrito
Entretanto, o comportamento dos parafusos se altera, uma vez que não ocorre mais o contato de suas superfícies laterais, com as das paredes dos furos.
A força P é transferida de uma chapa para a outra através da força de atrito. A força de atrito surge a partir da pressão entre as chapas que, por sua vez, é conseqüência da força de protensão, conforme ilustrado pelos diagramas de corpo livre.
Em ligações por atrito, a força P também é considerada igualmente distribuída por todos os parafusos da ligação.
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Tração e Cisalhamento
Ligações semelhantes à indicada na figura a seguir têm os parafusos solicitados simultaneamente a tração e a cisalhamento. A força P, centrada na ligação parafusada, é decomposta em suas componentes horizontal H, que causa tração nos parafusos, e vertical V, que causa cisalhamento nos mesmos.
Ligação por tração e cisalhamento
Cisalhamento Excêntrico
A figura a seguir mostra uma ligação em que uma força P está aplicada no plano de cisalhamento de um conjunto de parafusos, porém, a sua direção não passa pelo centróide do conjunto. Neste caso os parafusos devem resistir a dois efeitos:
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Ligação excêntrica em cisalhamento
Ao cisalhamento provocado pela força considerada centrada;
Ao momento causado pela excentricidade.
Existem três processos para a análise deste tipo de ligação: análise elástica, análise elástica com redução da excentricidade e análise plástica.
Parafusos e Barras Redondas
Área Nominal e Outras Disposições ConstrutivasDiâmetro Nominal (d) do Parafuso ou Barra
(pol) ½ 5/8 ¾ 7/8 1 1 ¼ 1 ½
Área Nominal do Parafuso ou Barra
[cm²] 1,27 1,98 2,85 3,88 5,07 7,92 11,4
Distância (s)Mínima de Centro a Centro de Dois Furos Padrão Consecutivos
(a) 40 50 60 70 80 95 115(b) 40 50 55 65 75 95 110(c) 35 45 55 60 70 90 105
Distância (e)Mínima de Centro a Centro de um Furo Padrão a uma Borda da ligação
(d) 30 40 50 55 65 80 95(e) 25 30 35 40 45 60 70
(f) 20 25 30 30 35 45 50
(a): Distância mínima preferencial. Obtida a partir do arredondamento de (3,00 d)
(b): Distância mínima para que exista esmagamento, sem deformação excessiva
dos furos, ao invés de rasgamento. Obtida a partir do arredondamento de (2,90 d)
(c): Distância mínima absoluta. Obtida a partir do arredondamento de (2,70 d)
(d): Distância mínima para que exista esmagamento, sem deformação excessiva
dos furos, ao invés de rasgamento. Obtida a partir do arredondamento de (2,40 d)
(e): Distância mínima quando o corte da borda é feito por serra ou tesoura. Obtida
a partir do arredondamento de (1,75 d)
(f): Distância mínima quando a borda é natural de laminação ou quando é
proveniente de oxicorte. Obtida a partir do arredondamento de (1,25 d).
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Referências BibliográficasReferências Bibliográficas
SENAI. Estruturas metálicas. 2004
Catálogo Aços USIMINAS
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