Único na América do Sul, equipamento será adquirido graças à parceria, integrando projeto de P&D para estudos da fadiga de altíssimo ciclo, com orçamento estimado em R$ 2,7 milhões

O Departamento de Engenharia Química e de Materiais (DEQM), do Centro Técnico Científico da PUC-Rio (CTC/PUC-Rio), fechou uma parceria de pesquisa e desenvolvimento (P&D) com a Eneva, empresa brasileira de energia, com negócios integrados de produção e exploração (E&P) de hidrocarbonetos e geração de energia, que está possibilitando a compra de um equipamento ultrassônico japonês do grupo Shimadzu para ensaios de fadiga em materiais avaliado em aproximadamente € 140 mil e único na América do Sul. O mesmo deve entrar em operação em 2018 e integra o projeto “Saúde estrutural de virabrequins de usinas termoelétricas”, com orçamento estimado em R$ 2,7 milhões e composto de cinco subprojetos que promoverão estudos tecnológicos para a indústria termoelétrica, com ênfase em danos causados por fadiga.

As pesquisas prometem contribuições relevantes para a especificação de materiais e vida útil de eixos virabrequins, com o intuito de evitar e minimizar falhas por fadiga do componente durante as operações de serviço e que poderão ser utilizados em outros segmentos da área metal-mecânica. “O eixo virabrequim é parte importante de motores a combustão, sendo fundamental para a geração da energia elétrica nas usinas. Falhas e danos nestes eixos causam impactos financeiros consideráveis, associados com paradas de produção e perdas materiais. Devido às dimensões de grande porte, complexidade da operação e o tempo de importação, há uma grande dificuldade para realizar a substituição de componentes danificados”, explica o professor Marcos Venicius Soares Pereira, do DEQM e coordenador do projeto de pesquisa.

O estudo da vida útil desses eixos é essencial para as empresas e permite a previsão da ocorrência de falhas durante as operações no tempo estabelecido de serviço para o componente. Segundo Pereira, os eixos foram projetados para o que chamamos de vida infinita em fadiga. Mas, com o avanço da tecnologia, isso não tem ocorrido e hoje a indústria estrangeira já trabalha com a chamada fadiga de altíssimo ciclo. “Há 30 anos, o material que durava 50 anos, hoje, dura apenas dez. Não por problemas da qualidade do material, mas pela severidade e complexidade das solicitações atuais de serviço”, diz ele, acrescentando que, sob a ótica da engenharia estrutural, a fadiga ocorre em ciclos de carregamentos, a partir de uma alternância de tensões aplicadas no componente mecânico. “A fadiga é um gerador de danos no material, que se acumulam e provocam fratura após determinado número de ciclos”, explica o professor, que complementa: “É o que eu chamo de Saúde Estrutural:  fazer com que o equipamento funcione dentro de condições que aumentem sua vida útil”.

A vida em fadiga é calculada conforme o nível de tensão aplicado e, quando uma tensão muito alta é aplicada, o número de ciclos para a falha é muito baixo. Quando a tensão aplicada é diminuída, o número de ciclos aumenta consideravelmente. “Antes do conceito de fadiga de altíssimo ciclo, o número de ciclos para a falha chegaria no máximo a 10⁷ ciclos. A expansão de 10⁷ para 10¹⁰ e 10¹² ciclos só é possível com uma máquina ultrassônica, cuja frequência não será de 100 hertz, como as máquinas convencionais, mas 20 mil hertz. Nas convencionais, um corpo de provas atinge 10¹⁰ ciclos em três anos. Com a máquina ultrassônica, será possível fazer um corpo atingir até 10¹² ciclos em apenas seis dias, algo inédito na área de materiais no Brasil”.

Pesquisa recente e desconhecida da grande indústria brasileira

O projeto tem duração de três anos, com a previsão de defesa de seis teses de doutorado, seis dissertações de mestrado e quatro iniciações científicas ao longo desse período. Apesar de a instalação da máquina estar prevista apenas para o primeiro semestre do ano que vem, o professor e sua equipe de pesquisadores já iniciaram discussões e estudos, com a apresentação de seminários sobre o tema e uma tese de doutorado defendida dentro do escopo do projeto.

“Não é só uma questão de inovação. É o quanto podemos trazer de novos projetos para o CTC/PUC-Rio”, reforça Pereira, que confirma que há grandes empresas no Brasil que nunca ouviram falar em fadiga de altíssimo ciclo. “Essa pesquisa de extensão de 10⁷ para 10¹² é muito recente, de seis anos para cá. É dificílimo ter no Brasil alguém que faça isso e, agora, só a PUC-Rio oferece esta pesquisa no País. Até o momento, nenhuma máquina ultrassônica para ensaios de fadiga foi vendida na América do Sul, tornando a PUC-Rio pioneira nesta pesquisa no continente”, finaliza.

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