CENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICA DE MINAS GERAIS

Desenvolvimento

Grande Porte com e sem Revestimento

CENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICA DE MINAS GERAIS

ERNANE CUNHA DE LIMA

Desenvolvimento e Anlise das Pontas de Escavadeiras

com e sem Revestimento de M

Belo Horizonte

2015

CENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICA DE MINAS GERAIS

de Escavadeiras de

de Material Duro.

ii

CENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICA DE MINAS GERAIS

ERNANE CUNHA DE LIMA

Desenvolvimento e Anlise das Pontas de Escavadeiras de

Grande Porte com e sem Revestimento de Material Duro.

Dissertao de mestrado apresentada ao

Programa de Ps-Graduao em Engenharia

de Materiais do Centro Federal de Educao

Tecnolgica de Minas Gerais, CEFET MG,

como parte integrante dos requisitos para

obteno do ttulo de Mestre em Engenharia de

Materiais.

.

rea de concentrao: Cincia e Desenvolvimento de Materiais.

Linha de Pesquisa: Seleo, Processamento e Caracterizao.

Orientadora:.Maria Celeste Monteiro de Souza Costa - Dra

Belo Horizonte

2015

iii

A Cleto Lima e Neusa Cunha, meus pais,

Nayara, minha filha.

iv

AGRADECIMENTOS

A professora Maria Celeste Monteiro de Souza, pelo incentivo e apoio na elaborao

dos trabalhos relativos ao meu Mestrado.

Ao Centro Federal de Educao Tecnolgica de Minas Gerais CEFET, nas

pessoas de Ivete Peixoto Pinheiro Silva, Ezequiel de Souza Costa Jnior, ngela de

Mello F. Guimares e Elaine Carballo S. Corra, pelo apoio na elaborao do meu

trabalho.

A Neusa Cunha de Lima, minha me, Cleto Alves de Lima, meu pai, Evandro Cunha

de Lima e Cleto Alves de Lima Junior, meus irmos, Nayara Oliveira Lima, minha

filha, e minha namorada Vnia Guedes pela compreenso durante a execuo desta

Dissertao.

Ao Doutor. Denilson Jos do Carmo (Pesquisador e Instrutor do SENAI-CETEF) pelo

comprometimento na busca de solues para resoluo do nosso problema e ao

engenheiro Elifas Levi pelo apoio nos trabalhos executados.

v

Seja voc quem for, seja qual for

posio social que voc tenha na vida, a

mais alta ou a mais baixa, tenha sempre

como meta muita fora, muita

determinao e sempre faa tudo com

muito amor e com muita f em Deus, que

um dia voc chega l. De alguma maneira

voc chega l.

Ayrton Senna

vi

RESUMO

Na indstria de uma forma geral e principalmente na indstria de minerao, uma

das maiores preocupaes est relacionada perda de metal (massa) ocasionada

por mecanismos de desgaste abrasivos e impactos que ocasionam deformao

plstica, em peas e equipamentos, pois estes representam um dos principais

fatores de depreciao de capital, perda de produtividade e fontes de despesas com

manuteno. Alm de influenciar nos custos diretos de produo devido s

necessidades de reposio ou recuperao de peas desgastadas, tambm

influencia nos custos indiretos de produo, pela necessidade de super

dimensionamento de componentes e pelas limitaes na produo devido a

equipamentos deteriorados, alm de interrupes muitas vezes imprevistas. Diante

do exposto, este trabalho visa desenvolver e analisar de forma comparativa a

resistncia ao desgaste de pontas de escavadeiras de grande porte com e sem

revestimento de material duro em diferentes solos de minerao. A metodologia

utilizada inicia com a escolha do equipamento de maior custo relativo troca da

ponta da caamba. Definido este equipamento inicia-se os testes com as pontas

originais que vieram com a aquisio do equipamento, passando por mudanas no

formato de penetrao no solo, por mudanas de caractersticas mecnicas e

qumicas das pontas e paralelamente o teste final com material duro aplicado

superficialmente atravs do processo de soldagem. Com os resultados obtidos foi

possvel observar que a ponta desenvolvida por fornecedor parceiro mostrou ser

uma alternativa interessante uma vez que sua resistncia ao desgaste foi 100 %

superior ponta original fornecida pelo fabricante do equipamento. No foi o

suficiente para conseguir o objetivo das pontas terem a vida til de 250 horas, mas a

vida til foi dobrada em relao vida til inicial. Com isto obteve-se ganho em reais

por hora trabalhada, reduzindo o indicador custo / hora trabalhada em torno de 66%.

Existem outros ganhos intangveis, tais como reduo de hora parada da mquina

para troca de pontas, reduo dos servios ergonomicamente ruins para a

manuteno e aumento na produtividade do equipamento, pois mantm a ponta com

comprimento e largura maiores por mais tempo, aumentando a penetrao e a fora

para extrao de rochas em taludes ou solos. Os testes foram feitos em toda mina

que composta por vrios tipos de solos, cada um com sua abrasividade / impactos

vii

caractersticos e com sua granulometria que vem desde material solto (frivel) at

rochas de grande volume e peso (lamelares). Esta enorme variao de materiais das

rochas proporciona uma variedade na vida til de 50 a 300 horas.

Palavra Chave: Minerao. Ponta de Escavadeira. Desgaste por Abraso. Desgaste

por Impacto.

viii

ABSTRACT

In industry in general and especially in the mining industry, a major concern is related

to metal loss (mass) caused by abrasive wear mechanisms, and impacts that cause

plastic deformation of parts and equipment, because they are a major capital

depreciation factors, lost productivity, and sources of maintenance expenses. In

addition to influencing the direct production costs due to replacement needs or

recovery of worn parts, also influences the indirect costs of production, the need to

super sizing of components and the limitations in production due to damaged

equipment, and often unforeseen interruptions. Given the above, this work aims to

develop and analyze comparatively resistance to large excavators tips wear coated

and uncoated hard material in different mining soils. The methodology starts with

choosing the most costly on the exchange of the tip of the bucket equipment. Set this

equipment starts tests with the original tips that came with the acquisition of

equipment, through changes in penetration shape in the soil, by changes in

mechanical and chemical characteristics of tips and parallel the ultimate test with

hard material applied superficially through the welding process. With the results we

observed that the tip developed by partner supplier proved to be an interesting

alternative since their wear resistance was 100% higher than the original tip provided

by the equipment manufacturer. It was not enough to achieve the objective of having

the ends life 250 hours, but the lifetime was doubled compared to the initial useful

life. With this we obtained gains in real per hour worked, reducing the cost indicator /

hour worked around 66%. There are other intangible gains, such as reduction in the

machine stopping time for exchanging tips, reducing ergonomically poor service for

maintenance and increase the machine's productivity, since it keeps the end with

larger width and length longer, increasing the penetration and the strength for rock

extraction on slopes or soil. The tests were made across mine that comprises various

soil types, each with their abrasive / impact characteristic and its particle size that

comes from loose material (friable) to large volume and weight of rocks (lamellar).

This huge variation Rocks materials provides a variety in life 50-300 hours.

Keyword: Mining. Excavator tip. Abrasive wear. Wear Impact.

ix

Sumrio

LISTA DE FIGURAS ................................................................................................ XII

LISTA DE TABELAS ............................................................................................... XV

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ................................................................ XVII

CAPTULO 1 - INTRODUO .................................................................................. 18

1.1 Introduo ........................................................................................................ 18

CAPTULO 2 - JUSTIFICATIVA ............................................................................... 20

2.1 Justificativa e Relevncia ................................................................................. 20

CAPTULO 3 - OBJETIVOS ..................................................................................... 23

3.1 Objetivos do Projeto ......................................................................................... 23

3.1.1 Objetivo Geral ..................................................................................... 23

3.1.2 Objetivos Especficos .......................................................................... 23

CAPTULO 4 REVISO BIBLIOGRFICA ............................................................ 24

4.1 Reviso Bibliogrfica ........................................................................................ 24

4.1.1 Minerao ........................................................................................... 24

4.1.2 Processo de Minerao ...................................................................... 24

4.1.3 Processo de Lavra em Minas a Cu Aberto ....................................... 25

4.1.4 Equipamentos de Carga ..................................................................... 30

4.2 Ferramenta de Penetrao de Solo - FPS ....................................................... 35

4.3 Escavadeiras Hidrulicas em Minerao.......................................................... 39

4.3.1 Detalhamento das Caambas das Escavadeiras ............................... 51

4.4 Tipos de Desgaste ........................................................................................... 56

4.4.1 Desgaste da FPS ................................................................................ 57

4.5 Aplicaes e Forma de FPS dos Equipamentos de Mina................................. 65

x

4.6 Materiais Utilizados em Ferramenta de Penetrao de Solo ............................ 68

4.7 Revestimentos Duros Resistentes a Desgaste ................................................ 71

4.8 Classificao dos Materiais para Recobrimento Duro ...................................... 72

4.9 Seleo do Material para Recobrimento Duro .................................................. 75

4.10 Tipos de Revestimento ................................................................................... 77

CAPTULO 5 METODOLOGIA .............................................................................. 80

5.1 Coleta Inicial de Dados..................................................................................... 80

5.2 Definio de Procedimentos para Testes ......................................................... 82

5.2.1 Indicadores para Anlise da Vida til e Custo .................................... 84

5.3 Teste 1 Ponta Original ................................................................................... 85

5.3.1 Anlise da Produtividade da Ponta Original no Equipamento ............. 85

5.3.2 Testes com Pontas Originais do Equipamento em Diferentes Pontos da Mina ........................................................................................................... 85

5.3.3 Anlise das Caractersticas Mecnicas, Qumicas e Metalogrficas do Material ........................................................................................................... 87

5.3.4 Clculo dos Indicadores de Vida til e Custo ..................................... 88

5.4 Desenvolvimento de uma Ponta Ideal para Penetrao no Solo ..................... 89

5.5 Desenvolvimento das Pontas com Novos Fornecedores ................................. 91

5.6 Testes 2 e 5 Pontas Desenvolvidas .............................................................. 91

5.7 Testes 3 e 4 Revestimentos .......................................................................... 92

5.8 Comparativo de Dados de Todos os Testes .................................................... 93

5.9 Ensaios Utilizados para Avaliar as Caractersticas das Pontas ........................ 94

5.9.1 Ensaio Mecnico de Dureza Superficial ............................................. 94

5.9.2 Ensaio Mecnico de Resistncia a Trao ......................................... 94

5.9.3 Anlise Qumica por Espectrometria tica ......................................... 95

CAPTULO 6 RESULTADOS E DISCUSSES ..................................................... 96

6.1 Coleta Inicial de Dados..................................................................................... 96

6.2 Execuo dos Procedimentos de Testes ......................................................... 97

xi

6.3 Teste 1 Ponta Original ................................................................................... 98

6.3.1 Anlise da Produtividade da Ponta Original do Equipamento ............. 98

6.3.2 Anlise das Caractersticas Mecnicas, Qumicas e Metalogrficas do Material ........................................................................................................... 98

6.3.3 Clculo de Indicadores de Vida til e Custo ..................................... 100

6.4 Desenvolvimento da Forma Ideal para Penetrao no Solo .......................... 101

6.4.1 Escolha das Formas das Pontas ...................................................... 101

6.4.2 Desenvolvimento de Pontas com Novos Fornecedores ................... 102

6.5 Teste 2 Ponta do Fornecedor 1 ................................................................... 103

6.5.1 Confeco de Pontas para Testes .................................................... 103

6.5.2 Testes com Pontas Desenvolvidas ................................................... 104

6.5.3 Anlise das Caractersticas Mecnicas, Qumicas e Metalogrficas do Material ......................................................................................................... 105

6.5.4 Clculo de Indicadores de Vida til e Custo ..................................... 106

6.6 Teste 3 Resultado / Desempenho Primeiro Teste de Enxadrezamento ...... 108

6.7 Teste 4 Resultado / Desempenho Segundo Teste de Enxadrezamento ..... 110

6.8 Teste 5 Ponta do Fornecedor 2 ................................................................... 112

6.8.1 Nova Confeco de Pontas para Testes .......................................... 112

6.8.2 Anlise das Caractersticas Mecnicas, Qumicas e Metalogrficas do Material ......................................................................................................... 113

6.8.3 Clculo de Indicadores de Vida til e Custo ..................................... 115

6.9 Avaliao das Pontas ..................................................................................... 116

CAPTULO 7 CONCLUSES .............................................................................. 121

CAPTULO 8 SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS ............................ 123

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ....................................................................... 124

XII

LISTA DE FIGURAS

Figura 4.1 Exemplos de minas de extrao de minrio de ferro a cu aberto ....... 27

Figura 4.2 Frente de lavra com minrio e estril .................................................... 31

Figura 4.3 Frente de lavra com vrios tipos de produtos ....................................... 31

Figura 4.4 Frente de lavra com vrias rochas e materiais compactos ................... 32

Figura 4.5 Frente de lavra ...................................................................................... 32

Figura 4.6 Processamento de carregamento e transporte em mina cu aberto......

.................................................................................................................................. 34

Figura 4.7 Ponto carga com uma escavadeira carregando um caminho fora de

estrada ...................................................................................................................... 34

Figura 4.8 Detalhamento frontal da caamba com FPS e materiais desgaste ....... 37

Figura 4.9 Detalhamento lateral da caamba com FPS e materiais desgaste ....... 37

Figura 4.10 Escavadeira com caamba Invertida ................................................... 40

Figura 4.11 Escavadeira com caamba showel ..................................................... 40

Figura 4.12 Escavadeira showel de grande porte e mini escavadeira invertida.....

.................................................................................................................................. 43

Figura 4.13 Componentes de uma escavadeira hidrulica .................................... 44

Figura 4.14 Possveis movimentos de uma caamba hidrulica de caamba

invertida ..................................................................................................................... 48

Figura 4.15 Possveis movimentos de uma caamba hidrulica de caamba showel

.................................................................................................................................. 49

Figura 4.16 Modelo da escavadeira hidrulica utilizada para o desenvolvimento

deste trabalho ............................................................................................................ 50

Figura 4.17 Detalhamento dos componentes da caamba de uma escavadeira

hidrulica ................................................................................................................... 52

Figura 4.18 Caamba em uma escavadeira grande porte ..................................... 55

XIII

Figura 4.19 Caamba em uma escavadeira em operao ..................................... 62

Figura 4.20 Ponta com 65 horas de operao ....................................................... 63

Figura 4.21 Ponta com 113 horas de operao ..................................................... 63

Figura 4.22 Ponta com 160 horas de operao ..................................................... 64

Figura 4.23 Equipamentos de minerao com as respectivas FPS ....................... 65

Figura 4.24 Ferramentas de penetrao de solo .................................................... 66

Figura 4.25 Guia de seleo de pontas para cada tipo de solo.............................. 67

Figura 4.26 Pontas relacionadas com o tipo de solo .............................................. 67

Figura 4.27 Pontas relacionadas com o tipo de solo ............................................. 68

Figura 5.1 Fluxograma experimental ...................................................................... 81

Figura 5.2 Escavadeira trabalhando em solos mais compactados e de alto atrito..

.................................................................................................................................. 86

Figura 5.3 Escavadeira trabalhando solos friveis (soltos) e com baixo atrito ....... 86

Figura 5.4 Ponta de penetrao reforada ............................................................. 89

Figura 5.5 Ponta de longa vida reforada .............................................................. 90

Figura 5.6 Ponta de longa vida penetrao ............................................................ 90

Figura 6.1 Ponta nova (maior) e ponta desgastada (menor) .................................. 97

Figura 6.2 Pontas escolhidas para os testes iniciais ............................................ 101

Figura 6.3 Dimenses da ponta desenvolvida para trabalho ............................... 102

Figura 6.4 Ponta desenvolvida nova e desgastada .............................................. 104

Figura 6.5 Enxadrezamento 1 da ponta feito com eletrodo AWS E FeCr-A1........

................................................................................................................................ 108

Figura 6.6 Enxadrezamento 2 da ponta feito com eletrodo AWS E FeCr-A1

........................................................................................................................ ........110

Figura 6.7 Escavadeira com dois tipos de ponta original e com enxadrezamento

2 .............................................................................................................................. 111

Figura 6.8 Pontas desenvolvidas com o fornecedor 2 .......................................... 113

XIV

Figura 6.9 Pontas desgastadas a serem analisadas ............................................ 117

Figura 6.10 Ponta 1 Lado do operador .............................................................. 118

Figura 6.11 Ponta 2 Segunda ponta na sequncia ........................................... 118

Figura 6.12 Ponta 3 Terceira ponta na sequncia ............................................. 119

Figura 6.13 Ponta 4 - Quarta ponta na sequncia ponta do lado do oposto

operador .................................................................................................................. 119

XV

LISTA DE TABELAS

Tabela 4.1 Ferramentas de Penetrao de Solos e Materiais de Desgaste .......... 38

Tabela 4.2 Capacidades das escavadeiras hidrulicas .......................................... 42

Tabela 4.3 Detalhamento dos componentes de uma escavadeira hidrulica ........ 45

Tabela 4.4 Detalhamento dos componentes de uma caamba.............................. 53

Tabela 4.5 Classificao dos materiais para recobrimento duro ............................ 74

Tabela 4.6 Guia para a seleo de ligas para recobrimento duro .......................... 76

Tabela 5.1 Equipamentos da minerao que contm as FPS do estudo ............... 82

Tabela 5.2 Tabela com caractersticas mecnicas do material .............................. 87

Tabela 5.3 Composio qumica do material em % do peso.................................. 88

Tabela 5.4 Anlise metalogrfica da FPS .............................................................. 88

Tabela 5.5 Custo e vida til das pontas ................................................................. 89

Tabela 6.1 Percentual de custo de pontas distribudo por tipo e porte de

equipamento. Dados coletados em um ano de operao dos equipamentos ........... 96

Tabela 6.2 Resultado mdio das anlises das propriedades mecnicas feitas nas

pontas original ........................................................................................................... 99

Tabela 6.3 Composio qumica do material em percentual por peso ................... 99

Tabela 6.4 Anlise microgrfica na ponta original ................................................ 100

Tabela 6.5 Custo e vida til das pontas originais do equipamento ....................... 100

Tabela 6.6 Comparativo de valores entre ponta original e do fornecedor 1 ......... 105

Tabela 6.7 Comparativo de composio qumica do material original com o

material do fornecedor 1 em percentual por peso ................................................... 105

Tabela 6.8 Anlise microgrfica das pontas originais e do fornecedor 1 ............. 106

Tabela 6.9 Resultados dos testes com a ponta original e desenvolvida com o

fornecedor 1 ............................................................................................................ 106

Tabela 6.10 Dados compilados das pontas utilizadas para teste ......................... 109

XVI

Tabela 6.11 Dados compilados das pontas utilizadas para teste ......................... 112

Tabela 6.12 Comparativo de caractersticas mecnicas entre a ponta original,

ponta do fornecedor 1 e ponta do fornecedor 2 ...................................................... 114

Tabela 6.13 Comparativo de composio qumica do material original com o

material do fornecedor 1 e com do fornecedor 2 ..................................................... 114

Tabela 6.14 Anlise microgrfica das trs pontas testadas ................................. 115

Tabela 6.15 Dados compilados das pontas utilizadas nos testes ........................ 116

XVII

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

DF = Disponibilidade Fsica dos Equipamentos.

FPS = Ferramenta de Penetrao de Solo.

h/d = Horas por dia.

HB = Dureza Brinell.

HT = Horas Trabalhadas.

HV = Dureza Vickers.

UF = Utilizao Fsica.

VU = Vida til das pontas.

HT = Horas Trabalhadas.

Q = Quantidade de jogos de pontas.

CT = Custo do conjunto por hora trabalhada.

R$ = Mdia de custo realizado nas pontas da frota de escavadeira em meses.

IC = Itabirito Compacto.

IF = Itabirito Frivel.

ISCR = Itabirito Semi Compacto Rico.

ISCP = Itabirito Semi Compacto Pobre.

IFR = Itabirito Frivel Rico.

IFP = Itabirito Frivel Pobre.

ONU = Organizao das Naes Unidas

OAW = Processo por soldagem de gs de oxi-acetilno.

GMAW = Processo de soldagem de metal arco de gs.

SMAW = Processo de soldagem por arco eltrico com eletrodo revestido.

SAW = Processo de soldagem por arco submerso.

NRM = Norma Reguladora de Minerao.

DNPM = Departamento Nacional de Produo Mineral.

ESC = Escavadeira

CR = Carregadeira

HP = Horse Power Cavalo Vapor

KW = Quilowatt

XII

CAPTULO 1

1.1 - INTRODUO

Em diversos ramos industriais, o desgaste abrasivo o vilo da produo, ou seja,

ele o responsvel pelos danos superficiais que acontece nos equipamentos. Estes

danos provocam uma reduo considervel na produtividade em funo das

constantes paradas para a substituio das peas e componentes desgastados.

Na rea da minerao, com frequncia, ocorre necessidade de se fabricar peas

ou componentes de mquinas que obrigatoriamente devem apresentar uma boa

resistncia abraso, ao desgaste, associado a uma boa resistncia ao impacto.

Nesse caso, preciso que sejam conferidas certas propriedades particulares s

camadas externas desses componentes, para que haja melhora considervel na

resistncia fadiga e abraso.

Uma das possveis formas de combater o desgaste abrasivo dos componentes

utilizados na minerao utilizar o mtodo de deposio de uma liga especial

resistente ao desgaste, chamada de revestimento duro, na superfcie sujeita

deteriorao. Para fazer a deposio deste revestimento duro comum utilizar os

processos de soldagem.

Vrias tcnicas de soldagem, como processo por soldagem de gs de oxi-acetileno

(OAW), processo de soldadura de metal arco de gs (GMAW), processo arco

eltrico com eletrodo revestido (SMAW), processo de arco submerso (SAW) pode

ser utilizado para revestimento duro em qualquer pea. As diferenas mais

importantes entre estas tcnicas encontram-se na eficincia da soldadura, a diluio

em placa de soldadura e o custo de fabricao de soldadura consumvel. O

processo de eletrodos revestidos (SMAW) utilizado devido ao baixo custo e de

uma aplicao mais fcil, enquanto os arames tubulares tm maior produtividade e

melhor qualidade de solda (Buchely et al, 2005).

19

A investigao tem como objetivo estudar um eletrodo comercial em termos da sua

composio qumica, microestrutura, dureza e resistncia ao desgaste abrasivo.

O presente trabalho tem como objetivo geral desenvolver e analisar de forma

comparativa a resistncia ao desgaste de pontas de escavadeiras de grande porte

que so responsveis por escavar materiais nas bancadas das minas, com e sem

revestimento de material duro. Espera-se que, com os resultados obtidos, seja

possvel fornecer melhores informaes sobre qual tipo de ponta apresenta maior

vida til e melhor custo benefcio.

A justificativa e a relevncia deste trabalho so apresentadas no Captulo 2,

apontando a necessidade desenvolvimento.

Neste trabalho contm um objetivo geral e trs objetivos especficos, informados no

Captulo 3.

Uma reviso bibliogrfica descrita no Captulo 4, onde so apresentados alguns

conceitos tcnicos.

Uma descrio do detalhamento dos procedimentos experimentais e dos

equipamentos utilizados para o estudo apresentada no Captulo 5.

Os Resultados apresentados do trabalho bem como as discusses sobre o mesmo

esto apresentados no Captulo 6

Finalmente no captulo 7 so apresentadas as concluses.

20

CAPTULO 2

2.1 JUSTIFICATIVA E RELEVNCIA

As operaes de escavao, carregamento e transporte em uma mineradora so as

operaes mais crticas e complexas dentro dos processos de lavra, j que

representam aproximadamente 40 a 60% dos custos operacionais entre todos os

processos relacionados, de acordo com Rodrigues (2006), apud Quevedo (2009).

Logo, este estudo se justifica pela relevncia que a economia financeira da

substituio de pontas, componentes e equipamentos em uma indstria de

minerao pode proporcionar, alm de impactar em diversos setores da empresa

como vendas, manuteno, controle de qualidade, contabilidade, financeiro entre

outros.

O custo elevado para as peas de minerao se d principalmente pelo desgaste

devido variao de abrasividade dos solos, principalmente as peas que tem

contato direto com o solo, tais como pontas, chapas, escarificadores, suportes,

dentre vrios outros chamados de Ferramentas de Penetrao de Solos (FPS). No

caso de FPS, alm do desgaste rpido, ocorre reduo da produtividade dos

itens, pois diminuem o tamanho e comprimento, reduzindo o poder de penetrao e

arranque. De acordo com Barros & Melo (2006), consideram o desgaste abrasivo

que ocorre entre as superfcies mveis, sob atuao de uma carga, onde a

presena de partes duras nos corpos promove interaes fsicas que deformam e

quebram a superfcie causando a remoo do material das superfcies das

ferramentas de penetrao de solo.

Outro fator importante, segundo informado pela empresa Komatsu na Revista

Manuteno & Tecnologia , edio 181, (2014) a principal funo dos materiais de

desgaste utilizados em caambas de escavadeiras, retroescavadeiras e ps

carregadeiras proteger o componente estrutural, garantindo-lhe maior vida til.

Esses materiais de desgaste, tambm conhecidos como Ferramentas de

21

Penetrao de Solo (FPS), melhoram o desempenho da caamba nas diversas

frentes de trabalho, garantindo maior facilidade no fluxo de entrada de material e,

consequentemente, aumentando a produtividade do equipamento.

O rodzio de FPS torna-se mais gil, permitindo melhor aproveitamento do ao

empregado nas pontas e garantindo maior nvel de afiao at o final de sua vida

til. Ou seja, possvel assegurar-se maior produtividade ao equipamento, aliada

ao menor custo por tonelada produzida.

Vale ainda explicar que o rodzio a ao de realizar a troca da posio das pontas

na mesma caamba, para uniformizar o consumo do material de desgaste. Afinal,

as escavadeiras, retroescavadeiras e ps carregadeiras tendem a atacar o material

lateralmente, desgastando mais as pontas do que o meio das caambas. J o giro

a movimentao da FPS em 180 graus nas pontas, para otimizar o

aproveitamento de cada FPS.

Em pontas de escavadeiras, tanto o giro quanto o rodzio podem ser aplicados. No

caso de carregadeiras, devido ao perfil das pontas e do tipo de operao do

equipamento, o giro mais recomendado.

Obviamente a operao do equipamento influencia de forma significativa na vida

til dos materiais de desgaste. Nesse aspecto, vale ressaltar que a constituio das

FPS no que tange rigidez, composio e tratamento trmico da liga de ao

utilizada na sua fabricao tambm faz toda a diferena na durabilidade. A

recomendao, portanto, procurar por materiais adequados a cada operao,

avaliando a dureza, abrasividade e demais caractersticas do material que ser

manuseado.

Para Escavadeiras, por exemplo, h dentes especficos para aplicao geral, para

material extra-abrasivo e para rocha altamente abrasiva. Nesses casos, existem

materiais pontiagudos, perfuradores com ponta dupla e perfuradores do tipo p,

mais adequados para nivelamento, limpeza e classificao de terrenos.

22

Os dentes, como j citado, melhoram a penetrao no solo e, para aumentar sua

produtividade, h tecnologias que so auto-afiantes, ou seja, permitem que

permaneam afiados medida que se desgastam, mantendo seu desempenho em

alto nvel.

23

CAPTULO 3

3.1 - OBJETIVOS DO PROJETO

3.1.1 - OBJETIVO GERAL

Este trabalho tem por objetivo geral analisar os tipos de perfis de pontas de

escavadeiras de grande porte com e sem revestimento de material duro existentes

no mercado da minerao, alm de desenvolver um novo perfil de pontas que seja

mais eficiente, de forma que o mesmo possa atender melhor s necessidades

operacionais alem do custo/benefcio.

3.1.2 - OBJETIVOS ESPECFICOS

a) Definir qual o melhor perfil da ponta das escavadeiras utilizadas em Minas

de Minerao que atendam os diferentes tipos de solos escavados;

b) Elevar a vida til das pontas das escavadeiras de forma que seja possvel

programar a troca das mesmas no perodo programado para a manuteno

preventiva;

c) Avaliar o custo/benefcio das alteraes de forma que a empresa obtenha

ganho financeiro.

24

CAPTULO 4

4.1 - REVISO BIBLIOGRFICA

4.1.1 MINERAO

um termo que abrange os processos, atividades e indstrias cujo objetivo a

extrao de substncias minerais a partir de depsitos ou massas minerais. Podem

incluir-se aqui a explorao de petrleo e gs natural e at de gua. Como atividade

industrial, a minerao indispensvel para a manuteno do nvel de vida e avano

das sociedades modernas em que vivemos (Wikipdia, 2014).

Segundo a classificao internacional adotada pela Organizao das Naes

Unidas, ONU, define-se minerao como sendo a extrao, elaborao e

beneficiamento de minerais que se encontra em estado natural: slido, como o

carvo e outros; lquido, como o petrleo bruto; e gasoso, como o gs natural. Nesta

acepo mais abrangente, inclui a explorao das minas subterrneas e de

superfcie (ditas a cu aberto), as pedreiras e os poos, incluindo-se a todas as

atividades complementares para preparar e beneficiar minrios em geral, na

condio de torn-los comercializveis, sem provocar alterao, em carter

irreversvel, na sua condio primria.

4.1.2 - PROCESSO DE MINERAO

As operaes executadas em minerao e processamento envolvem uma grande

variedade de etapas, cada uma com seus atributos e requerimentos prprios para

aumentar a sua eficincia. As condies para melhorar uma destas etapas podem

ser contra - produtivas levando a queda no desempenho de outra etapa, ou seja,

desde a extrao do minrio at o beneficiamento final o processo tem vrias reas

separadas, mas dependentes uma das outras.

25

As operaes de lavra em uma mina a cu aberto compreendem basicamente

quatro operaes unitrias (processo mina): perfurao, desmonte, carregamento e

transporte. Posteriormente temos os processos de beneficiamento do minrio

(processo usina): britagem primria e para beneficiamento (processo usina) temos a

britagem primria, britagem secundria, peneiramento, transportadores de longa

distncia, jigues, flotao, dentre outros processos para os produtos finais, tais como

Pellet Feed, Sinter Feed, Granulado Grosso, Granulado Fino e Pelotas. O grande

nmero de etapas nas operaes de lavra e processamento e ainda a complexidade

e as inter-relaes entre elas, tornam os processos de tentativa e erro difceis e

caros.

O objeto de estudo desta pesquisa est dentro deste processo, na parte de

carregamento, que feito por escavadeiras e/ou ps carregadeiras.

4.1.3 - PROCESSO DE LAVRA EM MINAS A CU ABERTO

Segundo Wikipdia, 2014, Minerao a cu aberto refere-se ao mtodo de extrao

de rochas ou minerais da terra por sua remoo de um poo aberto ou de uma

escavao em emprstimo. O termo usado para diferenciar esta forma

de minerao dos mtodos extrativos que requerem perfurao de tneis na terra -

minerao subterrnea. A minerao a cu aberto usada quando depsitos de

minerais ou rochas comercialmente teis so encontrados perto da superfcie; isto ,

onde a espessura do terreno de cobertura (situado por cima do material de

interesse, e que tem de ser removido para se chegar a este) relativamente

pequena ou o material de interesse estruturalmente imprprio para a abertura de

tneis (como o caso de areias, cinzas vulcnicas e cascalhos). Onde os minerais

ocorrem muito abaixo da superfcie, e a espessura dos terrenos de cobertura

grande ou o mineral ocorre em veios na rocha - o material de interesse extrado

usando mtodos de minerao subterrnea. As minas a cu aberto so ampliadas

tipicamente at que o recurso mineral (ou o lote de terra possudo pela companhia

de minerao) se esgote.

26

Nas minas a cu aberto, o planejamento da lavra e fundamental para a previso da

cava final, do sequenciamento de lavra, da localizao das bacias de conteno de

finos, da disposio controlada de estril, do desenvolvimento de novos produtos e

de projetos de acessos permanentes (Queiroz Filho et al., 1997).

Os objetivos bsicos do planejamento e execuo da lavra de minrio de ferro para

Casquet et al. (1996) e Queiroz Filho et al. (1997), apud Pinheiro (2000) so:

a) Garantir a continuidade das operaes de extrao do minrio em uma mina

para que a sempre fornea minrio at a exausto definitiva da mina em

questo;

b) Garantir que tenha o transporte de estril e minrio dentro de uma mina em

perodos de longo, mdio e curto prazo;

c) Desenvolver a mina com segurana em todos os aspectos para equipamentos

de mina e usina e para as pessoas;

d) Minimizar impactos ambientais, principalmente eliminando vazamentos de

leo em mquinas e extraindo somente em reas liberadas para o processo

de minerao;

e) Obter a adequada blendagem (mistura de materiais) dos minrios atendendo

a qualidade solicitada pelos clientes;

f) Atender as metas de produo, qualidade e manuteno;

g) Obter maior qualidade dos produtos;

h) Maximizar a vida til da jazida, garantindo maior igualdade dos produtos e

buscando a sustentabilidade;

i) Subsidiar a conduo do aproveitamento econmico do minrio, planejando

desde a retirada do minrio na mina at a chegada do mesmo a qualquer

cliente em qualquer local do planeta;

j) Alcanar condies de custo mnimo.

A Figura 4.1 apresenta algumas minas de extrao de minrio de ferro a cu aberto.

27

Figura 4.1 Exemplos de minas de extrao de minrio de ferro a cu aberto.

Fonte: http://www.ebah.com.br/content/ABAAABBn4AL/lavra-mina-ceu-aberto-subterrnea

Segundo Guerra (1988), os mtodos para avaliao de reservas podem ser

classificados em trs grandes grupos:

a) Mtodos convencionais: permitem realizar o clculo de reservas minerais

usando fatores mdios ponderados (teores, espessuras, mtodo do inverso

da potncia da distncia e volume), os quais so aplicados a reas ou

volumes de influncia;

b) Mtodos estatsticos: leva em considerao o aspecto espacial de rea ou

volume de influncia de uma amostra. As amostras devem ser escolhidas

aleatoriamente no interior do depsito. Trata-se de mtodos puramente

probabilsticos que consideram processo geolgico como um processo

totalmente aleatrio;

c) Mtodos geoestatsticos: surgiram para levar em considerao as correlaes

espaciais entre as amostras, bem como a aleatoriedade representada pelas

variaes imprevistas de um ponto a outro no depsito.

A proposta de Guerra (1988) apresenta os mtodos estatsticos para avaliao de

reservas, baseados em amostragens aleatrias realizadas no depsito mineral.

28

Para Quevedo (2009) tambm considera os trs mtodos bsicos para avaliao

das reservas minerais. Dentre estes trs, informa que os mtodos geoestatsticos

so os mais utilizados para avaliao dos depsitos minerais, por levarem em conta

os aspectos estruturais e considerar a aleatoriedade caracterstica das formaes

mineralizadas.

Uma vez realizada a avaliao do depsito mineral, a jazida mineral dividida em

blocos geolgicos e dessa forma montada a base de dados geolgicos da jazida.

Aps esta etapa, pode-se ento proceder elaborao de seu projeto de lavra.

Na elaborao do projeto de lavra, faz-se um estudo para o dimensionamento dos

equipamentos e instalaes que iro operar na mina, com base na produo

determinada.

Estas frotas de equipamentos podem ser divididas em cinco principais classes,

segundo Quevedo (2009):

a) Equipamentos de Perfurao: engloba as perfuratrizes responsveis pela

perfurao para colocar insumos de detonao e abalo do solo;

b) Equipamentos de Desmonte: representado pelos tratores que so

responsveis por abrir acessos (estradas) na mina, bem como acerto de

pistas e reas de estoques;

c) Equipamentos de Carga: temos as ps carregadeiras e escavadeiras que

podem ser hidrulicas ou eltricas. So equipamentos responsveis pela

carga de material (minrio e estril) em caminhes para transporte, sendo o

minrio para as plantas de tratamento de minrio e o estril para pilhas de

rejeito;

d) Equipamentos de Transporte: temos caminhes rodovirios ou fora estrada,

que so responsveis pelo transporte de materiais dentro da mina at as

instalaes de tratamento de minrio ou pilha de estril.

e) Equipamentos de Apoio: responsveis pelas pistas e insumos. Contemplam

as motoniveladoras, caminhes pipa, carregadeiras/escavadeiras pequenas,

comboios de abastecimento e todos os equipamentos de suporte s

atividades da minerao;

29

Segundo Pinto, (1999), para a escolha do tipo e o dimensionamento dos

equipamentos devem-se levar em considerao diferentes fatores, como a escala de

produo, capacidade financeira do grupo minerador, caractersticas da mina

testando-se as diversas alternativas disponveis.

Existem minas, por exemplo, que utilizam um misto de carregadeiras e caminhes,

com correias que transportam o minrio desde a frente de lavra at o britador.

Outras minas utilizam britadores semimveis, ou seja, a posio do britador

alterada de tempos em tempos dentro da mina, fazendo com que o britador fique o

mais prximo possvel das frentes de lavra, reduzindo a distncia de transporte e o

material j transportado aps uma britagem,

O dimensionamento final dos equipamentos somente acontece aps a realizao do

plano de lavra da mina, pois, ao fim deste, tem-se uma idia da geometria da mina,

e tambm os acessos a cada ponto de extrao.

A geometria da mina, bem como o material a ser retirado feito atravs de

planejamento de lavra, que pode ser de curto prazo (at um ano de planejamento),

mdio prazo (um a cinco anos de planejamento) ou longo prazo (acima de cinco

anos de planejamento). Pode-se considerar um plano de lavra como sendo um

roteiro de operaes da mina dentro de determinado intervalo de tempo que satisfaz,

em termos mdios s imposies ditadas pela usina de tratamento.

Conforme a Norma Reguladora de Minerao (NRM), (2002), elaborada pelo

Departamento Nacional de Produo Mineral (DNPM) descreve que a geometria da

cava, pilhas e de outras estruturas devem ser atualizadas semestralmente ou em

maior periodicidade, a critrio do DNPM, em conformidade com o ritmo de avano

previsto no Plano de Lavra, o qual deve ser mantido na mina, bem como a

documentao topogrfica pertinente, para exame por parte da fiscalizao.

As plantas de controle geolgico da mina devem ser atualizadas semestralmente,

revendo-se com frequncia todos os aspectos ligados estabilidade das estruturas.

30

O empreendimento deve possuir obrigatoriamente um acervo de plantas que, em

conjunto, contemplem no que couber, os seguintes itens, Norma Reguladora de

Minerao (NRM), (2002):

a) Os limites das concesses;

b) Os permetros das cavas e sistemas de disposio;

c) Limites das faixas de segurana;

d) ngulos laterais das faixas de segurana;

e) Limites da rea de minerao;

f) Dados referentes espessura do minrio ou das camadas mineradas;

g) Os contatos geolgicos dos diferentes cortes na cobertura e no minrio;

h) Cotas nos pontos significativos como no limite superior e inferior dos cortes na

cobertura e no minrio, em distncias inferiores a 200,00 m (duzentos

metros);

i) reas revegetadas;

j) Falhas e diques interceptados;

k) Delimitao das reas de risco e de influncia da lavra.

Pode-se considerar um plano de lavra como sendo um roteiro de operaes da mina

dentro de determinado intervalo de tempo que satisfaz, em termos mdios, s

imposies ditadas pela usina de tratamento.

4.1.4 - EQUIPAMENTOS DE CARGA

Em uma minerao tm-se vrios tipos de produtos sendo escavados conforme

pode ser observados nas Figuras 4.2, 4.3, 4.4 e 4.5 Estes produtos tm que ser

extrados de uma frente de lavra, mas posteriormente tomam caminhos diferentes

depois. Tem-se minrio, estril, blocos dentre outros, cada um com sua composio

qumica e principalmente com suas caractersticas minerais tais como dureza,

resistncia a impacto, atrito, dentre outras. Na escavao a escavadeira ter que

trabalhar com esta variedade de materiais e de caractersticas informadas.

31

Figura 4.2 - Frente de lavra com minrio e estril.

Fonte: Minerao Usiminas (Mina Oeste Itatiaiuu - 2013)

Figura 4.3 - Frente de lavra com vrios tipos de produtos.

Fonte: Minerao Usiminas (Mina Oeste Itatiaiuu - 2013)

32

Figura 4.4 - Frente de lavra com vrias rochas e materiais compactos.

Fonte: Minerao Usiminas (Mina Oeste Itatiaiuu - 2013)

Figura 4.5 - Frente de lavra.

Fonte: Minerao Usiminas (Mina Oeste Itatiaiuu - 2013)

33

Conforme Quevedo (2009), as operaes de carregamento e transporte consistem

em transportar o material extrado da jazida at diferentes pontos de descarga.

A definio das ferramentas de penetrao do solo (FPS) est diretamente ligada

destinao a qual ser submetido o equipamento portador, como a movimentao

de solos ou rochas, e s suas caractersticas operacionais, como o torque e

potncia. Quando utilizados de forma inadequada, os acessrios como pontas,

bordas, cantos, segmentos, dentes monoblocos, adaptadores, suportes e unhas

podem sofrer desgaste, comprometendo significativamente o desempenho do

equipamento e a sua produtividade. (Revista de Manuteno & Tecnologia, Edio

147, 2011).

Em minas a cu aberto as atividades iniciam com a preparao da rea a ser

lavrada para que ela possa ser perfurada e detonada. Com isto os caminhes so

direcionados at uma determinada frente de lavra, os equipamentos de carga (ps

carregadeiras ou escavadeiras) que esto alocados nas frentes retiram o material e

o carregam nos caminhes. Os caminhes carregados transportam o material at

um determinado ponto de descarga (britadores, pilha estril ou pilha pulmo) e em

seguida voltam para uma frente de lavra disponvel, onde repetiro as mesmas

operaes.

As operaes de carregamento e transporte so realizadas de forma contnua. Os

caminhes realizam ciclos de carregamento e bsculo repetidamente percorrendo as

possveis rotas disponveis; quando partem de um ponto de carga para um ponto de

basculamento, ou vice versa, o fazem diretamente sem paradas intermedirias.

A Figura 4.6 representa de forma esquemtica atravs do diagrama de

movimentao de caminhes nas operaes de carregamento e transporte.

As operaes de carregamento em caminhes rodovirios ou foras de estradas

podem ser feitas com escavadeira, ou carregadeiras. A Figura 4.7 representa uma

escavadeira de grande porte carregando um caminho fora de estrada.

34

Figura 4.6 Processo de carregamento e transporte em uma mina de cu aberto.

Fonte: Prprio autor

Figura 4.7 - Ponto carga com uma escavadeira carregando um caminho fora de

estrada.

Fonte: http://pt.dreamstime.com/imagem-de-stock-mquina-escavadora-que-enche-o-

caminho-image31565251

35

4.2 - FERRAMENTA DE PENETRAO DE SOLO FPS

As ferramentas de penetrao de solo so conhecidas por muitos nomes sendo

alguns deles: bordas cortantes, dentes, protetores, ferro de desgaste, pontas ou

ferramentas de penetrao no solo (FPS).

Independentemente do nome que se d a esta ferramenta a mesma sempre um

componente de sacrifcio. Sua finalidade proteger componentes de alto custo

como a borda base de caambas, a chapa estrutural (chapa me) e todas as

estruturas dos equipamentos que ficam em contato direto com a extrao do

minrio, estril, rochas e demais materiais que esto nas bancadas e solos.

As FPSs contribuem com grande parte dos custos de manuteno de uma

mquina. Apesar de ser uma pea essencialmente de desgaste necessrio

verificar qual a FPS mais adequada para cada tipo de trabalho para que se possa

obter a mxima vida til sob as condies de desgaste e diminua a parada de

mquinas para troca.

Na busca de melhor desempenho do equipamento e diante das necessidades

como, eficincia durante a penetrao na pilha de material, resistncia abraso e

resistncia ao impacto, os usurios precisam avaliar cada caso para que seja feita

a melhor escolha desses componentes. Existem algumas empresas que atuam na

fabricao de FPS e em peas de desgaste que apontam uma tendncia para o

uso de ferramentas cada vez menos espessas.

Para garantir a eficincia desejada os especialistas esto utilizando pontas mais

afiadas, que proporcionam penetrao rpida em vrios tipos de solo,

principalmente em solos como saibro e minrios de baixa abrasividade.

Ferramentas com esse perfil desagregam o material com mais facilidade,

proporcionando ciclos de escavao mais rpidos. Apenas uma advertncia que os

especialistas relatam que as pontas menos espessas apresentam menor

durabilidade.

36

Para evitar a quebra da FPS e paradas constantes para sua troca, alguns usurios

preferem operar com ferramentas reforadas, ou seja, ferramentas de pontas mais

grossas.

Atualmente, as pontas mais espessas so indicadas para servios extremamente

pesados, como o carregamento de rocha, calcrio, granito e minrio de ferro, ou

seja em situaes nas quais o poder de desagregao do material no um

entrave para a produtividade.

As FPS so montadas em caambas e outros componentes atravs de travas,

pinos ou so soldadas diretamente na chapa me. Pontas, e canelas so

montadas. J as demais so soldadas diretamente nos componentes.

Os materiais mais indicados para aplicaes em peas de desgaste, de penetrao

e de movimentao de materiais so os aos com ligas a base de carbono, silcio,

nquel, mangans, molibdnio, e cromo que podem variar as caractersticas

mecnicas do conjunto, pois estes so mais resistentes a condies de abraso e

impacto.

As Figuras 4.8 e 4.9 apresentam as ferramentas de penetrao de solo utilizadas

em caambas, bem como os materiais de desgaste que tambm tem contato direto

com o solo evitando o desgaste da chapa estrutural em caambas que tem contato

com materiais de desgaste mais abrasivos. O item 2 da Figura 4.8 o objeto de

estudo deste trabalho.

A Tabela 4.1 detalha cada um dos componentes de desgaste instalados em uma

caamba na parte estrutural, com suas funes. Esta caamba bem similar a

caamba utilizada no estudo.

37

Figura 4.8 - Detalhamento frontal da caamba com FPS e materiais de desgaste.

Fonte: http://www.excavatorbucket.en.alibaba.com/product/1763067166-221940381/

Kobelco_SK350_Underground_Mining_Bucket_for_Excavator.html

Figura 4.9 - Detalhamento lateral da caamba com FPS e materiais de desgaste.

Fonte: http://www.excavatorbucket.en.alibaba.com/product/1763067166-221940381/

Kobelco_SK350_Underground_Mining_Bucket_for_Excavator.html

38

Tabela 4.1 Ferramentas de penetrao de solo e materiais de desgaste.

Nmero Componente Funo

1 Canela

Proteo das laterais fixadas atravs

de pinos e/ou pelo processo de

soldagem.

2 Pontas Primeira parte caamba que toca do

solo fixadas com pinos ou travas.

3 Revestimento interno

Proteo interna das laterais - fixadas

atravs do processo de soldagem nas

laterais e rebitadas nos centros.

4 Entre dentes Proteo entre os dentes fixadas

atravs do processo de soldagem.

5 Revestimento interno do

bojo

Proteo interna do bojo fixadas

atravs do processo de soldagem.

6 Cantoneira Proteo das quinas fixadas atravs

do processo de soldagem.

7 Revestimento Externo bojo Revestir traseira da caamba - fixada

atravs do processo de soldagem

8 Revestimento lateral do bojo Revestir laterais da caamba fixada

atravs do processo de soldagem.

9 Ala

Suporte de fixao da caamba

fixada atravs do processo de

soldagem.

10 Pastilhas de desgaste

Diminuir contato do material com a

lateral da caamba fixada atravs do

processo de soldagem.

Fonte: Prprio autor

39

4.3 - ESCAVADEIRAS HIDRULICAS EM MINERAO

Tambm chamadas de ps-carregadeiras, escavador ou p mecnica, escavadeira

a designao genrica dada aos vrios tipos de mquinas de escavar, de

revolver ou remover terra ou qualquer material que tenha necessidade de ser

retirado, tais como: terra, blocos de cimento, rochas, bancadas de rejeito, bancadas

de minrios de ferro e outros metais encontrados na natureza.

As escavadeiras podem executar diversas operaes, de acordo com o tipo de

lana, a saber.

a) lana com p frontal com caamba invertida;

b) lana com p frontal com caamba shovel;

c) lana com caamba de arrasto ou drag-line;

d) lana com caamba de mandbulas ou clam-shell;

e) lana com caamba de articulao mltipla ou orange peel;

f) lana restroescavadora, back-shovel, retro-shovel ou hoe.

As duas primeiras caambas fazem parte do estudo. As demais no tm ou pouco

utilizam as ferramentas de penetrao de solo.

A escavadeira de caamba frontal conhecida, tambm, com retro-escavadeira,

com caamba invertida, pois possui a caamba voltada para baixo e escava

executando movimentos no sentido de cima para baixo, conforme Figura 4.10.

Esse implemento tem sua maior eficincia quando escava em um nvel inferior ao

de apoio de sua base. O funcionamento da retro-escavadeira semelhante ao do

shovel, diferindo quanto descarga da caamba. O carregamento feito pela

boca e a descarga , igualmente, pela boca da caamba.

J a escavadeira de caamba frontal com caamba shovel uma mquina

automotora, provida de lana articulada, (tambm chamada de torre, em algumas

publicaes), com brao igualmente articulado, tendo na sua extremidade uma

caamba de fundo mvel. Possui a caamba voltada para cima e escava

40

executando movimentos no sentido de baixo para cima, conforme Figura 4.11.

Figura 4.10 Escavadeira com caamba invertida.

Fonte: Caterpilar Modelo 321D - 2014

Figura 4.11 Escavadeira com caamba shovel.

Fonte: Caterpilar Modelo 6090 - 2014

41

As Escavadeiras com caamba Showel so utilizadas para escavar cortes altos,

especialmente de materiais rochosos, com taludes situados acima do nvel em que

a mquina trabalha (Ricardo e Catalani, 2007; Abram e Rocha, 2000; Nunnally,

2011; Peurifoy et al., 2011). O giro da lana permite que a caamba seja deslocada

no plano horizontal para uma posio de descarga que executada com a abertura

do fundo da caamba. O shovel o equipamento ideal para ser empregado em

servios pesados devido grande fora de escavao obtida na borda cortante

da caamba e segurana que possui.

J a escadeira com caamba de arrasto ou drag-line constituda por uma trelia

metlica, em cuja extremidade h uma roldana pela qual passa o cabo de elevao

da caamba, acionado pelo cabrestante. A lana sustentada pelo cabo, variando

seu ngulo entre 25 e 40, atravs de articulao, e pode ter seu raio de alcance

aumentado com a intercalao de uma seo intermediria. A escavao d-se

pelo arrastamento da caamba, atravs do cabo de arrasto, que acionado pelo

cabrestante. As escavadeiras drag-line trabalham em escavaes em nveis abaixo

daqueles em que se encontram (Ricardo e Catalani, 2007; Abram e Rocha, 2000;

Nunnally, 2011; Peurifoy et al., 2011). As vantagens da drag-line so:

a) Maior raio de alcance dentre todos os equipamentos de terraplenagem;

b) A possibilidade de carregar as unidades de: transportes fora da zona de

escavao, evitando que estas tenham que manobrar sobre a lama.

A lana com caamba de mandbulas ou clam-shell constituda por duas partes

mveis, comandadas por cabos que podem se abrir ou fechar como mandbulas e

que possuem superfcie de corte ou dentes. A escavao d-se pela queda da

caamba e, posteriormente, pelo fechamento das mandbulas, de modo que a

escavao avana verticalmente.

A escavadeira com caamba retroescavadora possui a caamba voltada para

baixo, em direo cabina da mquina, e, por essa razo, trabalha escavando em

nveis situados abaixo daquele em que a mquina se encontra. De acordo com

Ricardo e Catalani (2007), este tipo de escavadeira utilizado:

42

a) na escavao de valas em grande profundidade e de largura reduzida,

sem presena de escoramento;

b) em cortes de altura elevada;

c) como equipamento substituto das escavadeiras drag-line na abertura de

canais, na remoo de solos imprprios, dentre outros. No Brasil, este tipo de

equipamento chamado simplesmente de escavadeira hidrulica. Ressalte-se

ainda a existncia tambm da chamada retroescavadeira (backhoe loader),

conhecida por sua versatilidade, que consiste na combinao de trs tipos de

equipamentos trator, carregadeira e escavadeira com lana retroescavadora

(Peurifoy et al., 2011).

As escavadeiras hidrulicas so geralmente divididas em trs tamanhos:

mini/pequena, mdia e grande porte. A Tabela 4.2 apresenta a capacidade de cada

escavadeira em funo do porte da mesma.

Tabela 4.2 Capacidades das escavadeiras hidrulicas.

Porte Peso operacional (ton) Potncia (kw)

Mini / Pequena 7 a 20 59 a 93

Mdio 21 a 37 103 a 200

Grande Maior que 37 Maior 200

Fonte: Caterpilar (2014)

A maior escavadeira do mundo foi construda pela companhia alem Krupp, e tem

96 metros de altura e pesa 13.500 toneladas. A Figura 4.12 apresenta um modelo

de escavadeira de grande porte, destacada na cor branca (clara) e uma

escavadeira de pequeno porte (mini) destacada na cor laranja (escura) que est

dentro da caamba da escavadeira de grande porte.

43

Figura 4.12 - Escavadeira Showel de grande porte e mini escavadeira invertida.

Fonte: http://www.asmaquinaspesadas.com/2012/06/fotos-e-videos-da-maior-escavadeira

.html

Os especialistas que trabalham nas maiores empresas de escavadeiras do setor

advertem que o tipo de ferramenta adequada para cada operao deve ser

considerado de acordo com o servio que a mesma vai executar principalmente em

relao geometria das pontas e at mesmo das lminas (bordas cortantes) das

caambas (Revista de Manuteno & Tecnologia, Edio 147, 2011).

A correta especificao das ferramentas de penetrao do solo (FPS) tambm

resulta em menor consumo de combustvel, menor esforo para o equipamento alm

de contribuir para a reduo dos custos de manuteno e operao. Em geral, as

FPS de trator de esteiras, motoniveladoras e retroescavadeiras tm projetos

semelhantes, com pouca variao. As maiores variaes em termos de geometria da

ponta das FPS se encontram nas carregadeiras e escavadeiras e esto destacadas

dentro deste estudo. (Revista de Manuteno & Tecnologia, Edio 147, 2011).

44

A Figura 4.13 apresenta uma vista mostrando uma escavadeira hidrulica comum no

mercado composta de 29 componentes. A Tabela 4.3 detalha cada um dos

componentes com suas respectivas funes.

Figura 4.13 Componentes de uma escavadeira hidrulica.

Fonte: http://c3manuais.blogspot.com.br/2012/10/curso-escavadeira-hidraulica-case-cx.html

Tabela 4.3 Detalhamento dos componentes de uma escavadeira hidrulica.

45

Nmero Componente Funo

1 Caamba Responsvel por retirar o material do solo. Contem

as pontas.

2 Articulao da

caamba

Responsvel pelo movimento de fechamento e

abertura da caamba.

3 Articulao

intermediria

Responsvel pelo movimento de fechamento e

abertura da caamba.

4 Cilindro da

caamba

Responsvel pelo movimento de fechamento e

abertura da caamba.

5 Brao Penetrador Responsvel pelo movimento de fechamento e

abertura da caamba.

6 Cilindro do brao Responsveis pelo movimento completo do brao.

7 Lana Responsveis pelo movimento completo do brao.

8 Cilindro da lana Responsveis pelo movimento completo do brao.

9 Cabine Local que o operador de mquina movimenta o

equipamento.

10 Redutor de giro Responsvel pelo giro do equipamento em 360

para os dois sentidos de rotao.

11 Motor de giro Responsvel pelo giro do equipamento em 360

para os dois sentidos de rotao.

12 Reservatrio de

Combustvel Tanque de combustvel do equipamento.

13 Reservatrio de

leo hidrulico

Tanque de leo hidrulico para todo sistema

hidrulico.

14 Vlvula de controle Vlvula hidrulica que direciona o fluxo de leo

para todos os movimentos do equipamento.

15 Silencioso do

motor

Responsvel por reduzir o rudo e poluio dos

gases expelidos pelo motor diesel.

16 Bomba hidrulica

Responsvel por bombear leo hidrulico gerando

presso e vazo calibradas para o sistema

hidrulico.

Nmero Componente Funo

46

17 Motor diesel Motor de combusto interna tendo como

combustvel o Diesel.

18 Contrapeso Responsvel por nivelar a mquina quando a

mesma est em operao de carregamento.

19 Radiador do motor

Componente responsvel pelo controle da

temperatura do motor diesel atravs de sistema de

gua de resfriamento.

20 Motor de

translao

Responsvel pela movimentao da mquina em

ambos os sentidos de direo (frente e r). Tem

uma coroa dentada montada no motor de giro.

21 Esteira

Funciona como corrente de bicicleta e montada

na coroa de giro de um lado e de suportes que

apiam no piso e movimentam a mquina.

22 Sistema eltrico Composto de baterias e os componentes eltricos.

23 Rolete superior Auxilia no giro da esteira.

24 Guia da esteira Responsvel por centralizar a esteira.

25 Rolete inferior Auxilia no giro da esteira.

26 Bomba de

lubrificao

Responsvel por enviar graxa nas principais

articulaes mveis.

27 Mola tensora Responsvel por tencionar a esteira.

28 Roda guia Auxilia no giro da esteira.

29 Esteira Em contato com o solo movimenta o equipamento

em ambos os sentidos.

Fonte: Elaborado pelo Autor

Os movimentos das escavadeiras hidrulicas so controlados por um sistema de

bombas positivas de leo que proporcionam os movimentos de transladar sobre

esteiras, rotacionar em 360 para os dois lados (direito e esquerdo) alm do

acionamento do brao hidrulico que faz todo o carregamento de material para os

caminhes de transporte.

47

Os movimentos da mquina copiam os movimentos do brao humano, onde o

boom e o stick so respectivamente o brao e o ante-brao humano

respectivamente, j a caamba como se fosse a mo que carrega o material.

Uma escavadeira hidrulica composta por trs equipamentos: trator, carregadeira

e a escavadeira. Cada equipamento desses indicado para um tipo de trabalho, e

geralmente em uma obra se usa os trs equipamentos.

O trator foi projetado para se movimentar em todos os tipos de terrenos acidentados,

ele a estrutura central da escavadeira, composto, na maioria das mquinas, por

esteiras metlicas.

A carregadeira, que a parte da frente da escavadeira, usada principalmente para

carregar terra, sujeira e outros materiais em grande quantidade. Serve tambm para

aplainar ou empurrar os mesmos como um arado.

As Figuras 4.14 e 4.15 apresentam, de forma esquemtica, possveis movimentos

das escavadeiras de caamba invertida e de caamba shovel respectivamente.

Pode-se observar que a caamba consegue pegar retirar acima e abaixo do prprio

equipamento. O equipamento pode girar 360 para os dois lados o que possibilita

retirada de material em um raio mximo da escavadeira. Outra caracterstica do

equipamento que ele movimenta para frente e para trs na mesma velocidade e

fora.

Por fim, a principal ferramenta que a prpria escavadeira, serve para compactar

material, levantar objetos pesados e fazer escavaes. Ela escava todos os tipos de

buracos, mas sua principal funo escavar trincheiras.

Figura 4.14 - Possveis movimentos de uma escavadeira hidrulica de caamba

invertida.

48

Fonte: Liebherr Modelo R9100 (2014)

Figura 4.15 - Possveis movimentos de uma escavadeira hidrulica de caamba tipo

shovel.

49

Fonte: Liebherr Modelo R9100 (2014)

A Figura 4.16 apresenta um modelo de escavadeira que utilizada na minerao e

a mquina que foi definida para o estudo neste. Essa escavadeira pesa 110ton e

equipada com um motor de 565kW (757HP). Sua caamba pode transportar em uma

s conchada ou cavada at 15 toneladas.

Figura 4.16 - Modelo da escavadeira hidrulica utilizada para o desenvolvimento

deste trabalho.

50

Fonte: Liebherr R9100 (2014)

51

4.3.1 - DETALHAMENTO DAS CAAMBAS DAS ESCAVADEIRAS

Conforme especificaes tcnicas dos fornecedores de mquinas, tais como

Caterpilar, Liebherr, New Holland, dentre outras, a caamba o componente de uso

geral utilizada em escavadeiras hidrulicas e a cabo de qualquer porte e

capacidade, sendo um acessrio fundamental para realizar principalmente os

trabalhos de escavaes.

As caambas costumam ser a parte do equipamento pesado que tenham contato

direto com a terra, areia ou rocha, sejam em mquinas carregadeiras,

retroescavadeiras, escavadeiras hidrulicas ou caminhes basculantes. Em

mquinas pesadas, as caambas servem para realizar a escavao e transporte do

material escavado ou carregamento.

Nas mquinas, as caambas podem ser comuns com lmina, dentes ou unhas.

Podem ser tambm caambas trituradoras, para triturao de concreto, rocha ou

entulho, podem ser caambas peneiras, para separao gradual de materiais, entre

tantos outros tipos.

O volume das caambas de escavadeiras de acordo com a necessidade do

comprador. As caractersticas das caambas vo depender do tamanho, tipo de

trabalho a serem realizados, caminhes que sero carregados, bem como outros

detalhes tcnicos que devem ser informados ao fabricante no momento da compra

da caamba.

O volume e a densidade do material a ser transportado que determina o tamanho

da caamba. Mas a principal caracterstica que vai determinar como a caamba e

se vai necessitar de reforos ou materiais de desgastes o solo aonde a

escavadeira vai operar.

Uma escavadeira que trabalha com solo macio e solto tem menor esforo que uma

que trabalha escavando bancadas de minrio de ferro (alta abrasividade) ou

arrancando e movimentando rochas (vrios impactos nas pontas e laterais). Isto

52

impacta diretamente tambm nos seus materiais de desgastes e ferramentas de

penetrao no solo.

Por exemplo, a caamba de escavadeira para rocha requer algumas caractersticas

que proporcionem maior resistncia ao desgaste por abraso ou por impacto, por

isso elas so produzidas em ao estrutural de alta resistncia.

A Figura 4.17 mostra detalhadamente as peas que compe uma caamba da

escavadeira da pesquisa. Esta caamba composta de chapas estruturais, tambm

chamadas de chapa me, chapas de desgaste em todas as suas superfcies que

tem contato com o solo para evitar o desgaste das chapas estruturais e

principalmente as ferramentas de penetrao de solo (FPS) que a ponta. As

chapas estruturais devem ter o menor contato possvel com o solo para evitar

desgastes que levariam a fabricao de uma caamba nova.

Figura 4.17 - Detalhamento dos componentes da caamba de uma escavadeira

hidrulica.

Fonte: Prprio Autor

53

Conforme especificao tcnica do fornecedor da caamba do estudo, os materiais

utilizados nas montagens da caamba esto os descritos na Tabela 4.4.

Tabela 4.4 Detalhamento dos componentes de uma caamba.

Componente Funo Material

Ala Chapa da estrutura da caamba que

interliga na escavadeira. USI-SAR-80

Lateral Chapas reforadas nas laterais por ter

contato com o solo. USI-SAR-60

Revestimento

Externo

Revestimento da caamba nas laterais

e atrs da caamba em reas que tem

contato direto com o solo.

USI-AR-450

Lbio ou Borda

Parte frontal da caamba que, depois

das pontas, a segunda rea de

contato com o solo e que desgasta por

abraso.

USI-AR-450

Adaptador

Ferramenta de penetrao de solo que

montado s pontas de desgaste que

o primeiro contato da caamba com

o solo.

USI-AR-450

Bojo

Parte interna da caamba responsvel

por receber todo volume de material.

Pode ter material de desgaste na parte

interna ou externa.

USI-SAR-60

Fonte: Elaborado pelo Autor

Conforme tabela de materiais (Catlogo Usiminas Chapas Grossas, 2014), as

classes de aos estruturais USI-SAR-60 e USI-SAR-80 envolvem materiais de ultra-

alta resistncia mecnicas com garantia de tenacidade s baixas temperaturas e

desempenho superior na soldagem. So produzidos por laminao controlada e

resfriamento acelerado. Normalizao ou Tmpera e Revenimento. Caracterizam-se

pelo baixo carbono equivalente, o que confere a esta classe uma excelente

soldabilidade.

54

J o material USI-AR-450 so aos com adies de elementos de liga, temperados,

tendo como principal caracterstica a alta dureza, sendo destinados a servios de

alto desgaste mecnico. Nessa classe se encontram materiais que apresentam

dureza Brinell na faixa de 360 a 550 HB. Esses aos apresentam, ainda, boa

soldabilidade e, em casos especiais, sob consulta, podem ser fornecidos com

garantia de impacto Charpy a -20C ou inferior. So aplicados em tratores,

retroescavadeiras, caambas de caminhes fora de estrada, tremonhas,

revestimentos de calhas, transportadores de minrios, peas de altos-fornos e

ventiladores industriais (Catlogo Usiminas Chapas Grossas, 2014).

A borda ou lbio deve apresentar dureza mnima de 345HB a 499HB, a qual se

mantm praticamente constante da superfcie ao ncleo da caamba de

escavadeira, ou seja, no h degradao da dureza medida que ocorre o

desgaste. As alas so tambm desenvolvidas com maior fora mecnica,

aumentando assim a vida til da caamba de escavadeira (Catlogo Usiminas

Chapas Grossas, 2014).

O material usado para a fabricao dos dentes, adaptadores e pontas um ao com

variaes de mangans (para aumentar a resistncia mecnica do ao), cromo (para

aumentar resistncia abraso) e nquel molibdnio (para aumentar a

temperabilidade e tenacidade). A dureza desta material varia, geralmente, entre 400

a 500 HB (Catlogo Usiminas Chapas Grossas, 2014).

Outros fornecedores de caambas para retroescavadeira, carregadeiras e

escavadeiras hidrulicas, utilizam materiais de maior resistncia ao desgaste, como

por exemplo, o HARDOX 450 que apresentam dureza mnima de 345HB a 499HB, a

qual se mantm praticamente constante da superfcie ao ncleo, ou seja, no h

degradao da dureza com o desgaste. Esse tipo de caamba para retroescavadeira

aplicado em pedreiras, mineradoras, graniteiras e qualquer outro tipo de servio

pesado. Para usos gerais como terraplanagens e escavaes, a construo da

caamba para retroescavadeira, de carregadeira e escavadeira feita sem reforo

em chapa HARDOX (Catlogo Usiminas Chapas Grossas, 2014).

55

Essas caambas so usadas em vrios modelos de mquinas como: Fiatallis, Case,

New Holland, Michigan, Volvo, Caterpillar, Komatsu, Hyundai, John Deere, Massey.

A Figura 4.18 apresenta a caamba objeto de estudo deste trabalho.

Figura 4.18 - Caamba em uma escavadeira de grande porte.

Fonte: Caamba para Escavadeira Liebherr R9100 (2014)

56

4.4 TIPOS DE DESGASTE

Desgaste a perda progressiva de substncia de uma superfcie de um corpo em

decorrncia do movimento relativo com a superfcie. (Gahr, 1987). Segundo Gregolin

(1990), o desgaste influi diretamente nos custos de produo devido s

necessidades de reposio ou recuperao de peas desgastadas, e tambm

indiretamente nos custos de produo, pela necessidade de superdimensionar

componentes e pelas limitaes na produo devido a equipamentos deteriorados,

alm de interrupes imprevistas nas linhas de produo.

De acordo com Eyre (1978), desgaste pode ser definido como a degradao da

superfcie do componente ou do equipamento, envolvendo remoo progressiva do

material, como resultados de processos tribolgicos. Ele observou que o todo

desgaste do abrasivo a mais frequente forma de ocorrncia em segmentos

industriais, contribuindo com cerca de 50% dos problemas industriais envolvendo

desgaste.

J Rigney (2009) define desgaste como sendo o deslocamento ou a remoo de

material resultante de processos tribolgicos, enquanto que a Norma DIN 50 320

(1997), o faz como sendo a perda progressiva de substncias de um corpo slido,

causada por ao mecnica, isto , por contato e movimento relativo de um corpo

slido contra outro corpo slido, lquido ou gasoso.

Devido complexidade dos fatores envolvidos nos desgastes, procura-se

estabelecer classificaes que facilitem o estudo do fenmeno e sua preveno.

Segunda a Norma DIN 50 320 (1997), o desgaste apresenta sob diferentes tipos,

sendo mais frequentes: abrasivo, erosivo, frico, fadiga superficial e desgaste por

reao triboqumica.

Em ambientes industriais o desgaste encontrado pode-se apresentar como

(porcentagem de ocorrncia). De acordo com Albertin (2003) o mecanismo de

desgaste que tem maior percentual de perdas de massa verificadas na prtica o

desgaste por abraso, que gira em todo de 50% em relao a todos os outros tipos

57

de desgastes. Em seguida vem o erosivo com 15%, o de frico com 8% e o de

corroso com 5%.

tambm reconhecida que as resistncias s solicitaes de desgastes no so

propriamente intrnseca de um material, mas sim das caractersticas dos sistemas ou

do equipamento ao qual o componente est ligado mecanicamente e de seu meio de

operao (Martins, 1995).

No trabalho realizado por Passos et al (2010), verificou-se que uma escavadeira da

marca Komatsu, modelo PC4000, com um conjunto de cinco pontas, em apenas um

ms de trabalho (480 horas trabalhadas), teve que trocar 16 conjuntos de novas

pontas, devido ao desgastes das mesmas, ou seja, a mdia de trabalho foi de 30

horas. Estas pontas desgastaram devido alta abrasividade do solo, juntamente

com a capacidade da mquina a penetrao.

4.4.1 - DESGASTE DA FPS

Segundo artigo exposto pela Komatsu na edio 181 da Revista Manuteno &

Tecnologia (2014), a principal funo dos materiais de desgaste utilizados em

caambas de escavadeiras, retroescavadeiras e ps carregadeiras proteger o

componente estrutural, garantindo-lhe maior vida til. Esses componentes, tambm

conhecidos como Ferramentas de Penetrao de Solo (FPS), melhoram o

desempenho da caamba nas diversas frentes de trabalho, garantindo maior

facilidade no fluxo de entrada de material e consequentemente aumentando a

produtividade do equipamento.

Com o deslocamento das ferramentas de mobilizao atravs do solo, ocorrem

diversas interaes, decorrentes do atrito entre esses dois elementos, ocasionando

a perda de material por parte do equipamento e, conseqentemente, o seu

desgaste. Tal interao provoca alteraes nas caractersticas geomtricas das

ferramentas as quais refletiro em maior esforo de trao e dificuldade na

execuo do trabalho, de forma adequada.

58

De acordo com Machado et al (2009), embora existam diversos estudos sobre a

demanda de trao, pouca importncia tem sido dada ao desgaste de ferramentas

simtricas de mobilizao do solo (ponteiras) como os trabalhos de Mourad e

Santos (2003), que construram um equipamento para a avaliao do desgaste de

ferramentas, em funo do tipo de solo em condio de laboratrio e Esprito Santo

(2005) que avaliou, em condies de campo, o desgaste de dois materiais de

ponteiras de hastes sulcadoras de semeadoras de plantio direto, devido ao contato

direto com o solo.

Entre as diversas formas de desgaste, o principal, encontrado na operao de

mobilizao do solo, o desgaste por abraso, que se constitui na remoo do

material da ferramenta devido ao atrito com as partculas do solo. De acordo com

Mesquita e Barbosa (2005), o fim da vida das ferramentas normalmente

condiciona-se ao desgaste, devido s altas tenses de contato, associadas ao

deslizamento relativo da ferramenta, podendo o processo conter partculas de alta

dureza na regio de deslizamento, causando desgaste por abraso. Segundo

Bhole e Yu (1992), o desgaste abrasivo o que melhor descreve a remoo de

material de uma superfcie slida pela ao do solo.

As caractersticas de frico do solo no ao influenciam o desempenho dos

equipamentos, de trs maneiras: primeiro, o desgaste se constitui em um problema,

tanto no equipamento de preparo do solo como no cultivo devido natureza

abrasiva de muitos solos (Richardson, 1967); em segundo lugar, a fora exigida para

separar ou mover o solo no s depende das propriedades fsicas do solo, mas,

tambm, do atrito solo/equipamento (Hettiaratchi et al., 1966); finalmente, a

magnitude do atrito de natureza interna do solo estabelece o grau de abrasividade

do solo na interface (Stafford & Tanner, 1977).

De acordo com Baptista e Nascimento (2014), o desgaste de uma ferramenta que

atua diretamente no solo, depende de vrios fatores, entre eles os atributos do solo

e caractersticas da ferramenta. Segundo Owsiak, (1997), o desgaste de uma

ferramenta de corte do solo est merc das condies do solo, dos fatores

59

operacionais e das caractersticas da ferramenta; salienta, ainda, que na prtica da

pesquisa muito difcil cobrir simultaneamente todos os fatores de influncia sendo

que, geralmente, apenas os efeitos de alguns fatores so investigados.

De acordo com Fernandes et al. (2002), o estudo dos mecanismos de desgaste dos

materiais utilizados em implementos agrcolas fundamental para a otimizao na

escolha dos mesmos e para a previso da durabilidade de um equipamento.

Ponteiras projetadas inadequadamente so levadas a substituies excessivas; este

procedimento se torna dispendioso, pois, alm da quantidade de ferramentas

utilizadas, demanda em tempo de reposio, que poderia ser utilizado em trabalho

efetivo (Esprito Santo, 2005). Verificou-se que, quanto maior o desgaste da

ponteira, maior tambm a fora horizontal requerida por esta ferramenta e,

consequentemente, mais energia deve ser imposta trao do equipamento e a

penetrao da ferramenta no solo.

O desgaste de componentes e equipamentos industriais, mineradoras, agrcolas,

bem como de inmeros outros ramos de atividade, representa um fator importante

de depreciao do equipamento e de fonte de despesas com manuteno e

reposio de componentes mecnicos (Castro, 2010).

O desgaste proporciona diretamente aumento do custo de peas desgastadas e de

sua reposio. Muitas vezes exige ainda o super dimensionamento de componentes,

a limitao da produo devido aos equipamentos depreciados e a interrupo

drstica da produo. Estes fatores influem significativamente sobre as perdas

indiretas do rendimento de produo.

Como o desgaste um fenmeno essencialmente superficial, envolvendo a remoo

mecnica indesejvel de material de superfcies, as solues encontradas atravs

de solda de revestimento tem-se mostrado altamente valiosas, tanto para prevenir

como para minimizar ou recuperar as diferentes formas de desgaste de metais. Por

outro lado torna o tempo de produo bem maior podendo inviabilizar os

60

revestimentos e deve ser levado em conta no clculo do custo benefcio (Baptista e

Nascimento, 2014).

Em inmeras situaes, peas e componentes podem ser fabricados com materiais

convencionais, dentro das especificaes normais do projeto. Posteriormente,

podem-se aplicar sobre a superfcie, camadas ou cordes de solda, com

consumveis adequados para resistir s solicitaes de desgaste.

Estudos metalogrficos observaram que a resistncia ao desgaste est diretamente

relacionada com as caractersticas microestruturais do material. Mourad e Santos,

2003 estudaram a resistncia ao desgaste de aos tratados termicamente para

vrios nveis de dureza e tambm de alguns metais puros. Para metais puros, a

resistncia ao desgaste aumenta linearmente com a dureza.

Nos materiais ferrosos, esta relao (resistncia ao desgaste dureza) no

simples. O aumento no teor de carbono faz a resistncia ao desgaste aumentar. J

para os aos com a mesma porcentagem de carbono, a resistncia ao desgaste de

um ao ligado maior do que de um ao sem liga, mas este aumento pequeno

quando comparado com outro em que aumentou a porcentagem de carbono

(Baptista e Nascimento, 2014).

A resistncia ao desgaste geralmente aumenta conforme a microestrutura mudada

de ferrita para perlita, desta para bainita e finalmente bainita para martensita; isto,

desde que seja acompanhada de aumento de dureza. Entretanto, para um mesmo

valor de dureza, a estrutura baintica tem maior resistncia ao desgaste do que a

martenstica (Baptista e Nascimento, 2014).

A microestrutura tem maior influncia no desgaste do que a dureza da matriz. Tem

sido mostrado que a presena de austenita retida tem melhorado a resistncia ao

desgaste da martensita revenida. A austenita fornece uma melhor ancoragem aos

carbonetos, ocasionando um baixo arrancamento do carboneto da matriz austentica

(Baptista e Nascimento, 2014).

61

Os carbonetos parecem ser particularmente importantes na resistncia abraso,

principalmente em materiais como os aos e ferros fundidos brancos ligados ao

Cromo (Cr). A influncia deles est relacionada com sua dureza, tamanho e

distribuio. Carbonetos duros, e finamente dispersos, aumentam a resistncia ao

desgaste, enquanto que os grosseiros diminuir-se-iam.

Na especificao e normalizao de ligas para resistir ao desgaste, s maiores

dificuldades residem na inexistncia de ensaios padronizados, para discriminar os

nveis de aceitao ou rejeio, conforme as aplicaes particulares.

Estas dificuldades esto associadas principalmente natureza complexa do

fenmeno de desgaste. Este, alm de envolver a deformao e corte superficial por

partculas abrasivas, ou o atrito entre superfcies metlicas, muitas vezes ocorre

devido a vrios mecanismos concomitantes de desgaste da superfcie, os quais

tambm podem estar associados a outros fenmenos de degradao tais como

impacto, corroso ou fadiga (Dettogni, 2010).

Estruturas deformadas por trabalho a frio, no aumentam a resistncia ao desgaste,

enquanto que o aumento da dureza pelo refinamento dos gros agiria

favoravelmente.

Para maior facilidade de anlise e preveno, procura-se geralmente identificar o(s)

mecanismo(s) predominante(s) de remoo de material. Para tanto, os tipos gerais

de desgaste podem ser classificados como (Baptista e Nascimento, 2014):

a) Desgaste por Abraso ocasionado por partculas abrasivas (duras) sob

tenso, deslocando-se sobre a superfcie;

b) Desgaste por Eroso devido ao choque contra a superfcie, de partculas

slidas ou gotas lquidas presentes em correntes de fluidos;

c) Desgaste por Cavitao associado formao e imploso de bolhas

gasosas em correntes de fluidos, na interface lquida - metal, devido

variao sbita de presso ao longo do percurso;

62

d) Desgaste por Adeso ou Frico resultante da fabricao metal - metal,

quando superfcies speras deslizam entre si;

e) Desgaste Corrosivo que envolve a ocorrncia de reaes qumicas

superficiais no material, alm das aes mecnicas de desgaste;

f) Desgaste por impacto ocasionado por choques ou cargas aplicadas

verticalmente sobre a superfcie