TRIBOLOGIA E SUA IMPORTÂNCIA NA MANUTENÇÃO E NA LUBRIFICAÇÃO INDUSTRIAL

Por: SIMEI, L.C.

Disponível em: https://www.mundodosmateriais.com.br/2023/06/21/tribologia-e-sua-importancia-industrial/

A tribologia é uma área do conhecimento que estuda a interação entre superfícies em movimento relativo e os fenômenos de desgaste, fricção e lubrificação. A palavra “tribologia” deriva do grego “tribos”, que significa atrito, e “logos”, que se refere ao estudo. É considerada um campo multidisciplinar, que engloba conceitos e conhecimentos da física, química, materiais, engenharia mecânica e outras áreas relacionadas.

No contexto da manutenção industrial, especialmente onde há o uso e manipulação de produtos considerados agressivos em relação ao desgaste, a tribologia desempenha um papel crucial na compreensão dos mecanismos desses desgastes, que ocorrem principalmente em máquinas e equipamentos, incluindo peças, conjuntos e estruturas.

Os principais mecanismos de desgaste, como: corrosão, abrasão, adesão e fadiga, são estudados pela tribologia, permitindo a identificação das causas e dos fatores que influenciam seu desenvolvimento, bem como a elaboração de recomendações técnicas para mitigá-los.

Conceitos de Tribologia

A tribologia, campo de estudo que engloba diversos conceitos fundamentais para compreender os processos de desgaste e fricção, é amplamente abordada na literatura científica. Segundo Sinatora (2005), a tribologia trata das interações entre superfícies em movimento relativo e é crucial para o desenvolvimento de soluções eficientes na área da engenharia. Dentre os conceitos mais relevantes, destacam-se o atrito, a lubrificação, o desgaste e a fadiga de materiais.

O atrito, conforme abordado por Rabinowicz (1995), pode ser definido como a resistência ao movimento relativo entre duas superfícies em contato. Ele desempenha um papel crucial na dissipação de energia e no desgaste das superfícies. O atrito estático ocorre quando as superfícies estão em repouso relativo, enquanto o atrito cinético é observado quando as superfícies estão em movimento. O atrito pode ser influenciado por diversos fatores, como as propriedades dos materiais envolvidos, a rugosidade das superfícies e as condições de lubrificação.

A lubrificação, como ressaltado por Bowden e Tabor (2001), é um aspecto fundamental da tribologia. Ela envolve o uso de substâncias lubrificantes para reduzir o atrito e o desgaste entre as superfícies em movimento. Os lubrificantes, conforme mencionado por Raminelli (2018), podem ser líquidos, sólidos ou gasosos, e seu principal objetivo é formar uma película protetora entre as superfícies, diminuindo o atrito e promovendo o adequado funcionamento dos sistemas mecânicos. A escolha e a aplicação corretas dos lubrificantes são essenciais para garantir a eficiência e a durabilidade dos componentes.

O desgaste, conforme abordado por Archard (1953), é a perda de material das superfícies em contato devido à ação do atrito. Existem diferentes formas de desgaste, como: desgaste por adesão, abrasão, erosão, corrosão e fadiga.

Além desses fenômenos de desgaste, a tribologia também estuda a fricção, que está relacionada à resistência ao movimento relativo das superfícies em contato. Embora este também seja um tipo de mecanismo de desgaste, a sua ação pode ser facilmente anulada com técnicas de seleção de materiais corretos e com práticas específicas de projeto.

Mecanismos de desgaste

Mecanismos de desgaste referem-se aos diferentes processos pelos quais ocorre a deterioração e a perda de material das superfícies em contato. Esses mecanismos descrevem as diferentes formas pelas quais as superfícies podem se desgastar e as causas subjacentes a esse desgaste.

Dos principais mecanismos de desgaste estudados pela tribologia, podemos destacar 7 (sete) deles:

1.Desgaste por Abrasão: É causado pela presença de partículas sólidas em movimento relativo em contato com a superfície do material. Essas partículas podem ser provenientes do ambiente externo, como poeira, ou resultar de processos internos, como devido à pressão e ao atrito, resultando na transferência de material de uma superfície para outra.

2. Desgaste por Adesão: Ocorre quando duas superfícies em movimento relativo são pressionadas uma contra a outra, resultando na transferência de material de uma superfície para a outra. Esse fenômeno ocorre devido à formação de ligações químicas ou forças intermoleculares entre as superfícies em contato. O desgaste por adesão pode levar à formação de deslizamentos, arranhões e ao aumento do atrito.

3. Desgaste por Erosão: É causado pelo impacto de partículas sólidas, líquidas ou gasosas em alta velocidade na superfície do material. Esse fenômeno é comum em sistemas de transporte de fluidos, onde as partículas carregadas pelo fluido podem colidir com as superfícies e causar danos. A erosão resulta na remoção de material e pode levar ao desgaste acelerado em áreas de alta turbulência.

4. Desgaste por Corrosão: É um fenômeno químico em que a superfície do material é deteriorada pela ação de agentes corrosivos, como oxigênio, umidade, ácidos ou bases. A corrosão pode ocorrer em diversos materiais, especialmente em metais, e pode levar à perda de espessura, alteração das propriedades mecânicas e formação de falhas estruturais.

5.Desgaste por Cavitação: Surge quando bolhas de vapor são formadas e colapsam em um líquido próximo à superfície, causando danos por impacto. Esse tipo de desgaste é frequentemente observado em hélices de navios e componentes de sistemas hidráulicos.

6.Desgaste por Deslizamento ou desgaste por escorregamento: Ocorre quando duas superfícies deslizam uma sobre a outra repetidamente, causando desgaste progressivo. É comum em sistemas mecânicos, como engrenagens e rolamentos.

7. Desgaste por Fadiga: É causado pelas tensões cíclicas aplicadas a um material, que resultam em falhas progressivas e propagação de trincas. A fadiga ocorre devido à aplicação repetitiva de cargas abaixo do limite de resistência do material, levando à formação de microtrincas que se propagam até causar falhas catastróficas. Esse fenômeno é comum em componentes sujeitos a carregamentos dinâmicos, como engrenagens, eixos e molas.

A fadiga é dentre todos os mecanismos de desgaste o mais complexo e danoso, no ponto de vista de engenharia de manutenção e confiabilidade. A compreensão da fadiga de materiais é de suma importância para o projeto e a manutenção de sistemas mecânicos, como ressaltado por Juvinall e Marshek (2011). É necessário considerar as propriedades dos materiais, as condições de operação e as tensões aplicadas para evitar danos significativos, e desperdícios de ordem econômica e financeira.

Importância da Tribologia na Manutenção Industrial

A tribologia desempenha um papel fundamental na manutenção industrial. Ela permite entender os mecanismos de desgaste e fricção que afetam os componentes mecânicos, possibilitando a adoção de estratégias de manutenção preventiva e preditiva.

A aplicação correta de técnicas de lubrificação é um dos principais aspectos da manutenção industrial. A seleção adequada do lubrificante, levando em consideração as características do sistema, como velocidade, temperatura e carga, é essencial para garantir o bom funcionamento e a vida útil dos componentes. Além disso, a análise do estado do lubrificante, por meio de análises químicas e físicas, permite identificar precocemente problemas e antecipar ações corretivas.

A tribologia também contribui para o desenvolvimento de materiais com melhor resistência ao desgaste e à fadiga. O conhecimento dos mecanismos de desgaste permite a seleção de materiais adequados para cada aplicação, aumentando a eficiência e a vida útil dos componentes. Outra área de aplicação da tribologia na manutenção industrial é a análise de falhas. Por meio de técnicas de análise de superfície, é possível identificar as causas dos problemas e propor soluções para evitar sua recorrência.

Conclusão

Atribui-se à tribologia um papel fundamental na manutenção industrial e na lubrificação, como destacado por diversos autores. A compreensão dos mecanismos de desgaste e fricção, aliada à seleção adequada de lubrificantes e ao desenvolvimento de materiais mais resistentes, permite otimizar a performance dos sistemas mecânicos e antecipar problemas antes que se tornem mais graves.

A aplicação dos princípios tribológicos na manutenção industrial proporciona benefícios significativos, tais como a redução de custos e o aumento da eficiência operacional. Investir em conhecimentos e técnicas tribológicas é uma estratégia essencial para garantir o bom funcionamento dos equipamentos e prolongar sua vida útil. Como enfatizado por diversos especialistas, a prevenção de falhas por meio da análise tribológica contribui para evitar paradas não programadas, reduzir o tempo de inatividade e minimizar os custos associados à substituição de componentes desgastados.

Além disso, a adoção de práticas de lubrificação adequadas desempenha um papel crucial na redução do atrito e do desgaste, promovendo o correto funcionamento dos sistemas mecânicos. Conforme ressaltado por especialistas em lubrificação, a escolha do lubrificante adequado e a sua aplicação correta são determinantes para maximizar a eficiência dos equipamentos, minimizar o consumo de energia e prolongar a vida útil dos componentes.

Em suma, o estudo e a aplicação da tribologia na manutenção industrial e na lubrificação proporcionam vantagens significativas para as indústrias. Ao entender os mecanismos de desgaste e fricção, selecionar lubrificantes apropriados e adotar práticas de manutenção preventiva, é possível alcançar uma gestão mais eficiente dos recursos, reduzir custos e melhorar a produtividade. Investir em conhecimentos e técnicas tribológicas é um investimento estratégico que contribui para o sucesso e a competitividade das empresas no cenário industrial. Portanto, valorizar a tribologia como uma disciplina essencial é fundamental para garantir o bom funcionamento dos sistemas mecânicos e a otimização dos processos industriais.

REFERÊNCIAS

ARCHARD, J. F. Contact and rubbing of flat surfaces. Journal of Applied Physics, 24(8), 981-988, 1953.

BOWDEN, F. P., & TABOR, D. The Friction and Lubrication of Solids. Oxford: Oxford University Press, 2001.

COSTA, F. R. (2021). Tribologia Aplicada à Mineração: Conceitos e Aplicações. Disponível em: https://www.linkedin.com/pulse/tribologia-aplicada-%C3%A0-minera%C3%A7%C3%A3o-conceitos-e-rodrigues-da-costa/?originalSubdomain=pt

INEGI – Instituto de Ciência e Inovação em Engenharia Mecânica e Engenharia Industrial. (s.d.). Tribologia e Manutenção Industrial. Disponível em: https://www.inegi.pt/pt/servicos-laboratoriais/tribologia-e-manutencao-industrial/

SINATORA, A. (2005). Tribologia: Um resgate histórico e o estado da arte. Disponível em: https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/7518236/mod_resource/content/4/Sinatora%20%282005%29%20-%20Tribologia%20Um%20resgate%20hist%C3%B3rico%20e%20o%20estado%20da%20arte.pdf

MUNDODOSMATERIAIS.COM.BR. (2021). Lubrificantes: Conceitos Básicos e sua Importância. Disponível em: https://www.mundodosmateriais.com.br/2021/06/24/lubrificantes/

PMKB – Project Management Knowledge Base. (2018). A Importância da Tribologia na Manutenção. Disponível em: https://pmkb.com.br/wp-content/uploads/2018/07/A-IMPORT%C3%82NCIA-DA-TRIBOLOGIA-NA-MANUTEN%C3%87%C3%83O.pdf

RABINOWICZ, E. Friction and Wear of Materials. 2nd Edition. New York: Wiley, 1995.

RIJEZA. (2020). Tribologia – Desgaste, Lubrificação e Materiais. Disponível em: https://rijeza.com.br/wp-content/uploads/2020/09/1524590484ebook_tribologia.pdf

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