Estudo de Falhas em Eixos Virabrequim de Motores Diesel- Recondicionamento e Análise

0 ESTUDO SOBRE FALHAS EM EIXOS VIRABREQUIM APLICADOS NOS MOTORES DIESEL Eduardo Freitas Silva Júlio Maria de Oliveira Mateus Zardini Jantorno Costa¹ Isadora Potiguara Gotardo² ¹Acadêmico do Curso de Engenharia Mecânica da Faculdade Capixaba Serra MULTIVIX ²Professor Orientador Mestre em Engenheira Civil docente da Faculdade Capixaba da Serra MULTIVIX RESUMO Com o desenvolvimento tecnológico ferramentas sofisticadas foram desenvolvidas para otimizar processos possibilitando a análise de comportamento dos componentes a esforços tensões antes mesmo de sua fabricação sendo uma alavanca para o desenvolvimento de motores eficientes energeticamente e confiáveis Porém pouco se fala dos processos de recondicionamento de peças que se tornam viáveis em termos financeiros e de sustentabilidade Observase em muitos casos que a definição de procedimentos de remanufatura de componentes surgem através de tentativa e erro em oficinas sem o auxílio de um corpo de engenharia com poucas informações relacionadas as características do material e o processo de fabricação O eixo virabrequim é um componente essencial nos motores a combustão interna uma vez fraturado impede que o ciclo de transferência de energia seja completo tornando o motor inoperante O estudo de falhas se justifica na engenharia devido a necessidade de compreender o comportamento dos materiais em relação a fadiga e impedir que essa falha ocorra em outros componentes uma vez identificada a causa raiz é possível corrigir os procedimentos e a fonte causadora identificar os componentes que foram afetados definir a evolução das micro trincas e programar a manutenção antes da ruptura reduzindo custos operacionais e riscos à segurança dos colaboradores Palavraschave Recondicionamento Eixo Virabrequim Componentes Motores 1 1 INTRODUÇÃO Impulsionadas pela crescente expansão da exploração mineral e os recordes registrados na produção agrícola brasileira as empresas que operam as ferrovias nacionais buscam implantar boas práticas de manutenção a fim de alcançar a máxima confiabilidade dos veículos ferroviários e o menor custo operacional No Brasil o modal ferroviário é imprescindível para o transporte de cargas sendo responsável por transportar no ano de 2022 cerca de 91 de todo o volume de minério de ferro que chega aos portos e 42 das commodities agrícolas remetidas a exportação ANTF 2023 As locomotivas dieselelétricas que compõe a frota brasileira são classificadas como veículos híbridos possuem em sua composição o seu exclusivo sistema de potência elétrica sendo capaz de gerar sua própria energia Para isso são equipadas com motores diesel que convertem a energia química presente no combustível em energia mecânica que em seguida é transformada em eletricidade pelo gerador elétrico acoplado ao motor diesel A energia passa pelo sistema eletrônico de potência alimentando os motores elétricos de tração que impulsionam os eixos motores possibilitando a locomotiva moverse pelos trilhos Resende2018 Para TILLMANN 2013 o motor é constituído de partes auxiliares denominados componentes estes trabalham em conjunto garantido o seu funcionamento Segundo MIALHE 1980 apud TILLMANN 2013 os componentes essenciais do motor a combustão interna são os que operam para garantir que a transformação energética ocorra de forma eficiente e contínua entre os principais componentes do motor está o eixo virabrequim Segundo MOLLENHAUER AND TSCHOKE 2010 apud MATEUS 2018 o eixo virabrequim que compõe o motor a combustão interna pertence ao grupo de componentes críticos A qualificação dos eixos virabrequim empregados nas locomotivas consiste no processo de limpeza análise de fadiga verificação de desgaste rugosidade e polimento A remanufatura de peças e componentes se mostra atrativa pela necessidade de redução de custos na manutenção de motores O estudo sobre as falhas em eixos virabrequim aplicados nos motores diesel ferroviários se justifica pela necessidade de implantação de procedimentos de manutenção assertivos a fim de obter maior ciclo operacional do componente que resulta em motores diesel com maior performance confiabilidade e menor custo 2 operacional Em geral a falha provoca inconvenientes e perdas financeiras milionárias além de prejuízo a segurança dos empregados LIMA 2015 De acordo com ROSA 2002 é imprescindível conhecer as características dos materiais que são utilizados na fabricação de componentes de máquinas sendo a sua resistência determinante na definição do nível de segurança A resistência deve apresentar compatibilidade com padrão de falha que este material alcançará na ruptura A relação entre as características físicas dos materiais processo de fabricação e as condições operacionais são a base para definir os procedimentos de manutenção De acordo com CALEGARO 2018 existem várias razões que podem causar a ruptura do eixo sendo as mais comuns relacionadas à fadiga do material Entre os fatores que contribuem para a falha estão o desalinhamento o excesso de vibração o acúmulo de tensões devido a defeitos no raio de concordância de eixos recondicionados erros operacionais falha no sistema de lubrificação temperatura de operação elevada A ruptura dos eixos virabrequim aplicados em motores diesel observados na Oficina de Locomotivas de Tubarão Vitória possuem características de falha por fadiga Segundo Pêcego 2015 entre as hipóteses que levam um material a fadiga estão o acúmulo de tensões devido a deformações como entalhes arestas quinas vivas resultantes do processo de produção e serviços ou a redução da resistência em locais específicos causada por porosidade e processos de soldagem Para Feiferes 2018 a geometria da peça a qualidade do acabamento externo e as tensões e deformações que o componente é exposto influenciam no surgimento de trincas Calegaro 2018 correlaciona o surgimento da fadiga em materiais com falhas operacionais durante o processo de remanufatura e as condições operacionais em que o eixo é aplicado Desta forma destaca o procedimento de remoção dos bujões do eixo onde se emprega calor demasiado ao material sem o devido controle térmico podendo ocorrer em pontos de tensão reduzindo sua resistência a fadiga Os planos de manutenção das locomotivas equipadas com o motor GE EFI 7FDL16 não incluem o acompanhamento periódico dos componentes críticos como bielas e eixo virabrequim Nesse caso a falha só é detectada após a ruptura impossibilitando o estudo da sua evolução e a definição de parâmetros para intervenção preventiva De acordo com Rosa 2002 o estudo da mecânica da fratura é fundamental para determinar se o componente está apto para utilização ou para 3 descarte Essa análise verifica o comportamento do material após o surgimento de trincas já que a ruptura está relacionada com a evolução das trincas que são provenientes de falhas no processo de fabricação tratamentos térmicos soldagem fundição entre outros O objetivo desse estudo tem por premissa elucidar a causa raiz das rupturas em eixos virabrequim dos motores diesel e estabelecer métodos de análise e acompanhamento de falhas mais adequados às condições operacionais das locomotivas Isso pode incluir a implantação de ensaio não destrutivo para verificação dos componentes críticos e propor procedimentos para retirada dos bujões nos furos de lubrificação do eixo virabrequim Para isso é essencial dispor de informações e recursos adequados para investigar a falha além de implementar boas práticas durante o processo de qualificação e montagem do componente A ocorrência de ruptura nos eixos virabrequim do motor diesel impede o funcionamento das locomotivas resultando na interrupção da operação da composição e na restrição do tráfego ferroviário Uma característica comum da falha é a incidência em motores recondicionados ou seja o procedimento de qualificação montagem ou manutenção provocam a fadiga precoce desse componente crítico para o motor diesel Assim a relevância do estudo colabora para a evolução do processo de manutenção e para a definição de métodos de análise de falhas visando alcançar um diagnóstico preciso sobre a causa raiz do problema e a forma adequada de saná lo 2 REFERENCIAL TEÓRICO A falha é caracterizada pela revelação de que uma peça ou componente em operação ficou totalmente inapto ou que continua funcionando mas não consegue desempenhar sua função com eficácia ou está muito comprometido a ponto de se tornar até mesmo inseguro para uso contínuo RUCHERT 2012 apud FARIA SILVA e FRAGA 2021 A falha de materiais na engenharia na maioria dos casos é considerada uma situação indesejada devido a exposição do risco a vida humana prejuízos econômicos problemas de gestão e indisponibilidade de recursos Mesmo possuindo conhecimento em relação as propriedades dos materiais suas características e fragilidades identificar falhas de forma preventiva ainda é um obstáculo a ser 4 ultrapassado A escolha e o tratamento dos recursos de forma inadequada irregularidade no projeto e má utilização estão entre as causas mais comuns de ocorrências de falhas CALLISTER e RETHWISCH 2012 CALLISTER e RETHWISCH 2012 define a fratura simples como a fragmentação de um corpo em duas ou mais partes devido a aplicação de tensões estáticas de forma contínua ou mesmo variando lentamente com o tempo e exposto a temperaturas muito inferiores ao seu ponto fusão A fratura também pode ser provocada devido a fadiga do material ao implicar tensões cíclicas e pela fluência que ocorre devido a exposição do material a temperatura elevada em um período As tensões empregadas nos materiais podem ser de tração compressão cisalhamento ou torção já as fraturas em corpos metálicos acontecem nos modos dúctil e frágil A fratura dúctil tem característica a deformação plástica nas proximidades de uma fissura que propaga de forma lenta em relação ao tempo Já a fratura frágil a trinca se propaga de forma rápida com pouca deformação plástica após o surgimento da trinca ela se propaga de forma contínua mesmo sem o aumento das tensões aplicadas CALLISTER e RETHWISCH 2012 Falha dúctil ocorre em materiais que apresentam elevada capacidade de deformação plástica quando exigidos por uma carga conforme a figura 1 a observamos que a característica desses materiais é resistir a grandes tensões as fraturas de modo geral remetem principalmente a sobrecargas de tração Já a fratura frágil conforme a figura 1 b possui a particularidade de não admitir deformação plástica a ruptura ocorre em tensões muito abaixo do limite de escoamento do material as descontinuidades se propagam de forma rápida CALEGARO 2018 Imagem 1 a Fratura do tipo taça e cone em alumínio b Fratura frágil em um aço doce Fonte Callister e rethwisch 2012 b a 5 Segundo CALLISTER e RETHWISCH 2012 p 202 qualquer processo de fratura envolve duas etapas formação e propagação de trincas em resposta à imposição de uma tensão O tipo de fratura é altamente dependente do mecanismo de propagação da trinca A superfície da fratura apresenta umas das principais referências para identificação da causa da falha sendo a fractografia o estudo que desempenha o papel crucial analisando as características da fratura relacionando a topografia de sua superfície com as causas e comportamentos mais comuns da falha AMERICAN SOCIETY 1987 apud FARIA SILVA e FRAGA 2021 De acordo com CALLISTER e RETHWISCH 2012 a análise fractográfica detalha informações em relação ao mecanismo de ruptura de forma mais usual empregase um microscópio eletrônico de varredura para especificar os aspectos superficiais da ruptura Examinando a superfície de ruptura de uma fratura tipo taça e cone com o emprego do microscópio de varredura conclui que ela possui microcavidades esféricas causadas pela tração uniaxial Imagem 2 a Fractografia eletrônica de varredura mostrando microcavidades esféricas características de uma fratura dúctil resultante de cargas de tração uniaxiais Ampliadas de 3300 b Fractografia eletrônica de varredura mostrando microcavidades com formato parabólico característica de fratura dúctil resultante de uma carga cisalhante Ampliação 5000x Fonte HERTZBERG R W Deformation and Fracture Mechanics of Engineering Materials 3a ed Copyright 1989 por John Wiley Sons Nova York Reimpressa sob permissão de John Wiley Sons Inc Apud Callister e Rethwisch 2012 6 Os motores a combustão interna que operam obedecendo o ciclo diesel estão sobre o mesmo princípio termodinâmico Se assemelham independente das aplicações destacando as industriais marítimas estacionários e veiculares BORBA 2009 Na atualidade os principais motores ferroviários são configurados com 12 16 e 20 cilindros distribuídos em V ângulo de 45 com variação de rotação entre 400 e 1500 rpm Para Calegaro 2018 p 32 o eixo virabrequim desempenha função essencial para o funcionamento do motor O virabrequim também chamado de virabrequim ou árvore de manivelas presente em muitos tipos de motores tem a função de transformar a energia química da queima do combustível em uma energia mecânica aproveitada pelas rodas ou seja transforma o movimento alternativo produzido pela força do gás em movimento rotativo O virabrequim é um dos elementos principais no processo de locomoção do veículo Imagem 3 Elementos principais do virabrequim Fonte Ferreira 2008 A seguir a descrição das principais partes do virabrequim Espiga em motores ferroviários é instalada o amortecedor de vibrações damper engrenagem condutoras das bombas de pressão de óleo e água de arrefecimento Braço Seção de ligação entre os moentes e munhões do eixo Contrapeso Proporciona força centrípeta contrária ao moente possibilitando o equilíbrio entre as forças atuante no motor Moente É a seção do eixo onde é fixada as bielas conhecido também como mancal de bielas Sendo excêntrico ao eixo de rotação da árvore de manivelas 7 Munhão conhecido como mancal fixo e Mancal principal é instalado sobre o mancal fixo do bloco sobre os casquilhos onde é envolvido em um filme de óleo lubrificante reduzindo o atrito A dimensão do munhão é definida no projeto a fim de proporcionar a resistência necessária aos carregamentos de flexão e torção que estará exposto Flange em motores ferroviários é situada na extremidade traseira do motor onde é acoplado ao gerador principal responsável em transformar a energia mecânica em eletricidade Os processos de fabricação mais comuns desse componente são forjamento e fundição a se definir levando em consideração as características mecânicas a geometria e o custo observando a Tabela 1 constatase a diferença entre esses processos e os motivos que levam a escolha do processo de forja para fabricação de eixos de máquinas pesadas Tabela 1 Vantagens e desvantagens dos processos de fabricação dos virabrequins Fonte Ferreira 2008 2 1 FALHAS TÍPICAS EM VIRABREQUIM De acordo com Heyes 1998 apud MATEUS 2018 eixos virabrequim de motores do ciclo diesel normalmente falham em decorrência da deficiência de lubrificação e da utilização de componentes como rolamentos além da vida útil predeterminada No estudo proposto avaliouse um eixo virabrequim reutilizado que sofreu intervenção por soldagem em uma sessão de apoio e posteriormente por serviços de usinagem para chegar na dimensão adequada em concordância com as medidas originais de fábrica 8 Inspecionando visualmente o material em conjunto com o estudo de análise macroscópica determinouse o modo de falha resultado da fadiga onde ocorreu a evolução lenta e constante das secções de fissuras Observando o componente na sessão da fratura é possível constatar problemas relacionados ao serviço de soldagem como a má fusão entre o material do eixo e o consumível bem como o revestimento deficitário no moente recuperado Imagem 4 Sessão do eixo fraturada em corte Fonte Heyes 1998 Apud Mateus 2018 Em acordo com os estudos empregados no respectivo eixo verificase que o processo de recondicionamento possui uma má qualidade ocasionando na redução da vida útil do componente comprometendo sua resistência mecânica HEYES 1998 apud MATEUS 2018 A trinca se propagou a partir do furo de lubrificação resultando na interrupção do fluxo do lubrificante esse efeito gera tensões no material além das suportadas em condições normais de trabalho Este fato evidencia que os princípios relacionados a característica e qualidade do material empregado no recondicionamento dos eixos virabrequim precisam ser reavaliados bem como a construção de procedimentos para a manutenção Um estudo proposto para analisar a perda de um motor diesel onde a fratura de um eixo virabrequim instalado em um motor CATERPILLAR V 12 rompeu em três pontos distintos após passagem do motor por uma intervenção completa O eixo em 9 questão passou por processos de inspeção visual e recondicionamento Calegaro 2018 Calegaro 2018 p41 apresenta a análise de falha em motor diesel recondicionado Após 15657 horas de operação o motor em questão foi retirado da máquina devido a danos nos balancins do sexto e oitavo cilindro e também por apresentar grande quantidade de limalha Depois de passar por reforma geral troca de peças e serviços de retifica o motor operou por 2559 horas e parou devido à quebra do virabrequim e quebra do bloco consequentemente perda total do motor Fonte Adaptado de Calegaro 2018 Para realizar a análise de falhas é necessário observar registros e evidências do motor de posse das peças e informações concluiu que o eixo virabrequim não falhou por deficiência de lubrificação ou avaria nos sistemas As análises de óleo preventivas estavam dentro da conformidade isentas de contaminação Quanto aos procedimentos de montagem folgas torques estavam dentro da tolerância admitida pelo fabricante Ao avaliar os serviços que foram executados no eixo virabrequim constatou que os mancais principais foram retificados porém foi admitida medidas fora de padrão menor do que recomendado em projeto conforme imagem 6 CALEGARO 2018 Imagem 5 Partes do virabrequim fraturado 10 Imagem 6 Especificação dimensional do munhão do eixo virabrequim Fonte Caterpillar 2018 apud Calegaro 2018 Calegaro 2018 p 53 concluiu que ocorreu fadiga devido a esforços repetitivos oriundo das flexões alternadas do próprio funcionamento do motor levando a abertura de uma trinca na região do raio de concordância entre a pista do mancal principal no 4 e o braço 22 TÉCNICAS DE INSPEÇÃO EM EIXO VIRABREQUIM Nas últimas décadas os métodos de análises não destrutivos evoluíram e são indispensáveis para os processos de produção e qualidade Sua utilização se destaca na Industria para a avaliação de materiais e identificação de descontinuidade Para Roque 2018 p 17 Descontinuidades são interrupções na estrutura normal de um material tais como pequenas falhas superficiais ou trincas todas passíveis de serem percebidas durante a realização de um ensaio não destrutivo Definese como ensaios não destrutivos END os que ao serem empregados em materiais componentes não alteram suas características nem prejudicam seu emprego posterior ou seja não causam danos ao material ROQUE 2018 De acordo com Roque 2018 p 17 os ensaios não destrutivos possuem uma vasta gama de aplicações Uma descontinuidade não necessariamente é um defeito 1 Os ENDs constituem uma das principais ferramentas do controle da qualidade e são utilizados na inspeção de produtos soldados fundidos forjados laminados entre outros com vasta aplicação nos setores petroquímico nuclear aeroespacial siderúrgico naval autopeças e transporte rodoferroviário Eles contribuem para a qualidade dos bens e serviços redução de custo preservação da vida e do meio ambiente sendo fator de competitividade para as empresas que os utilizam 1 Os ENDs incluem métodos capazes de proporcionar informações a respeito do teor de defeitos eou descontinuidades de um determinado produto das características tecnológicas de um material ou ainda da monitoração da degradação em 11 serviço de componentes equipamentos e estruturas 2 O método a ser utilizado depende entre outras coisas das propriedades físicas do material Um conhecimento geral dos métodos de END disponíveis é necessário para a seleção do método adequado 3 Os ensaios não destrutivos são aplicados para garantir a confiabilidade de produtos através de critérios de aceitação definidos em norma informar sobre a necessidade de reparo prevenir acidentes redução de custos 3 Para obter resultados satisfatórios e válidos é fundamental observar os seguintes elementos pessoal treinado qualificado e certificado conduzir o ensaio segundo um procedimento qualificado elaborado com base em normas e critérios de aceitação 221 Ensaio Visual A utilização do ensaio visual permite o diagnóstico parcial da falha sendo aplicado nos mais variados campos A sua eficiência depende de condições externas como iluminação boa visão e limpeza De acordo com as circunstâncias a análise seguirá de acordo com as regras da ótica geométrica e propriedades ondulatória da luz ROQUE 2018 222 Ensaio Líquido Penetrante De acordo com Filho e Guedes 2018 p2 Consistem num método específico para a detecção de descontinuidades superficiais de inspeção indireta fundamentado no fenômeno da capilaridade Para alcançar a confiabilidade dos ENDs por líquido penetrante em juntas soldadas e peças postas é necessário que se estabeleça procedimentos adequados fundamentados em normas técnicas que descrevam com exatidão todos os passos da tarefa e estabeleça medidas de controle adequadas FILHO e GUEDES 2018 223 Inspeção por Partículas Magnéticas Os ENDS por partícula magnéticas consistem em introduzir uma fina camada de material ferromagnético sobre a superfície de um componente e com o emprego de um gerador magnetizar a área em análise Havendo interação entre o material ferromagnético com o campo magnético possibilita o alinhamento das partículas em relação ao campo magnético formando linhas de indução ANDREUCCI 2009 apud PEREIRA 2021 12 224 Ensaio por Ultrassom Andreucci 2009 apud PEREIRA 2021 p5 diz que o ensaio por ultrassom caracterizase num método não destrutivo que tem por objetivo a detecção de defeitos ou descontinuidades internas presentes nos mais variados tipos ou forma de materiais ferrosos ou não ferrosos O teste ultrassônico compete diretamente com o teste radiográfico porque ambos detectam descontinuidades internas nos materiais No entanto a imagem radiográfica de uma fratura apresentada no material é sempre mais confiável e mais fácil de interpretar em comparação com a leitura mostrada na tela do aparelho de ultrassom cujo tipo nem sempre pode ser determinado com certeza Por esta razão alguns códigos de construção preferem testes radiográficos a testes de ultrassom O exemplo é o Código ASME que especifica o nível de teste radiográfico exigido pelo projeto do equipamento já em produção Com o desenvolvimento e aprimoramento da tecnologia de ultrassom digital o já citado código permite a substituição do exame radiográfico pelo ultrassom desde que totalmente mecanizado e com registro digital ANDREUCCI 2009 apud PEREIRA 2021 3 METODOLOGIA E MÉTODO DA PESQUISA Com o objetivo de melhorar os métodos de análise de falhas em eixos virabrequim e propor padrão de previsibilidade para acompanhamento de evolução de trincas a natureza do trabalho será a aplicada e a abordagem qualitativa Para embasamento teórico foi adotada a pesquisa bibliográfica utilizouse livros artigos acadêmicos e outros materiais bibliográficos para respaldar o problema investigado e analisado as obras publicadas a respeito dos principais conceitos de manutenção em eixos virabrequim Na revisão bibliográfica foram utilizados livros acadêmicos teses dissertações artigos científicos e sites com ênfase em assuntos de manutenção de eixos virabrequim visando conteúdos convenientes para o desenvolvimento deste trabalho A pesquisa bibliográfica é definida por Vergara 2000 como um estudo sistematizado desenvolvido com base em material publicado e acessível ao público Para o desenvolvimento do tema foi utilizado um estudo de caso ocorrido em uma oficina de manutenção ferroviária situada no complexo de Tubarão em VitóriaES 13 Como base serão analisados os materiais de uma empresa ferroviária entre os anos de 2016 e 2022 Neste período houve problemas no processo de manutenção acarretando avaria de 65 eixos virabrequim Com isso gerou impactos financeiros e logísticos comprometendo a confiabilidade dos ativos 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO Após analisar as falhas recorrentes nas locomotivas Dash 9W da EFVM constatouse um padrão de avarias que ocorreram em motores diesel GE EFI 7FDL16 que foram montados na Oficina de Locomotivas em Tubarão a partir do ano de 2012 A princípio foi elaborado um plano de ação a fim de determinar a causa raiz da ruptura do eixo virabrequim É importante ressaltar que a quebra do motor em trabalho compromete vários componentes podendo o virabrequim ser afetado por outras falhas Após a desmontagem do motor e ensaio visual do eixo e demais componentes como bielas sessões do eixo de comando de válvulas conjuntos de força bloco e cárter observouse no eixo virabrequim uma zona com coloração escura de formato circular ao redor dos bujões instalados nas extremidades da galeria de lubrificação o que indicou a alteração das microestruturas do aço devido a exposição a fonte de calor direcionando o estudo para o procedimento de limpeza e qualificação do componente Imagem 7 Sessão do eixo fraturada em corte evidenciando a área de coloração escura ao redor do bujão Fonte Produzido pelo autor 14 O eixo virabrequim tem um canal interno que recebe óleo lubrificante dos mancais do bloco do motor e o direciona para as bielas e pistões garantindo sua lubrificação reduzindo o atrito e facilitando a transferência de calor no conjunto mecânico No entanto o óleo lubrificante tende a se deteriorar devido às condições rigorosas de funcionamento do motor e à presença de partículas contaminantes O sistema de filtragem de óleo presente nas locomotivas não é capaz de remover todas as partículas o que faz com que esses resíduos se acumulem principalmente nas áreas próximas ao canal de lubrificação do eixo Com o tempo essas partículas se depositam formando borras que obstruem o sistema e comprometem a eficácia da lubrificação do motor A limpeza e qualificação do eixo virabrequim é realizada de forma manual com poucos recursos e equipamentos basicamente é realizada a remoção dos resíduos oleosos da superfície externa com o desengraxante posteriormente é necessário remover os 17 bujões da galeria de lubrificação para a limpeza interna Nesta etapa demanda recursos além dos disponíveis na área esses bujões são fabricados com perfil de rosca NPT e instalados com trava química aplicando um torque de 75 Lbs o que dificulta a extração utilizando ferramentas manuais por essa razão decidiu aquecer o eixo com um maçarico provocando a dilatação térmica dessa região facilitando a remoção dos bujões e possibilitando a limpeza interna do eixo A atividade de aquecer o eixo foi realizada sem o estudo técnico de viabilidade e implantação de medidas de controle como o monitoramento da temperatura No período que antecedeu as falhas foram aquecidos 65 eixos virabrequim gerando um passivo de 65 composições ferroviária com risco operacional Gráfico 1 Locomotivas inspecionadas Fonte Produzido pelo autor 65 56 22 26 Quantidade de locos Locos inspecionadas Eixos trincados Projeção de eixos trincados Quantidade 15 A fim de prever as possíveis rupturas dos eixos virabrequim foi elaborado o mapeamento dos motores diesel através da inspeção dos eixos com ensaio não destrutivo por líquido penetrante possibilitando o mapeamento das trincas estudar sua evolução e estabelecer parâmetros para intervenção preventiva A parada da locomotiva para a inspeção ocorre de forma programada aproximadamente a cada 30 dias de acordo com a passagem do equipamento na oficina para abastecimento e inspeção de viagem Imagem 8 Monitoramento de trincas ao redor do furo de lubrificação Fonte Produzido pelo autor O parâmetro para retenção da locomotiva e desmontagem do motor diesel para substituição do eixo virabrequim é definida a partir da condição do eixo evolução da trinca disponibilidade de materiais e mão de obra para realizar a intervenção Para a instalação de um novo eixo virabrequim é necessário retirar o motor diesel da locomotiva realizar sua desmontagem completa limpeza e recuperação das peças e substituição dos itens obrigatórios como juntas vedações bronzinas e elementos de fixação 16 Imagem 9 Desmontagem do motor diesel após ruptura do eixo virabrequim Fonte Produzido pelo autor Em paralelo ao monitoramento dos eixos foi realizado o estudo metalográfico e micro dureza do material que possibilitou determinar as características do aço mapeando a área do virabrequim que sofreu mudança microestrutural e propor medidas de contenção de danos ao componente Através da análise dos materiais concluímos que existem duas as possibilidades de redução de risco e de contenção da falha Uma seria um tratamento térmico de revenimento localizado na zona termicamente afetada a fim de reduzir a dureza da martensita a outra seria a remoção mecânica da área fragilizada aumentando o diâmetro externo do furo Devido à área afetada ter apenas 2mm de profundidade a remoção mecânica é a mais viável porém só aplicável apenas para trincas de até 2mm Com a participação da engenharia da Vale empresa cedente dos materiais estabeleceu um procedimento padronizado para realização da remoção dos bujões determinando a proibição de utilização de métodos à quente sendo necessário a extração mecânica do elemento de vedação A princípio foi utilizado uma furadeira manual brocas com diâmetro entre 18 e 58 e extrator para realizar a atividade desta forma é necessário grande esforço físico e exposição a posição ergonômica desconfortável durante 2 dias desta forma a atividade se tornou morosa e inviável A proposta de melhoria apresentada e desenvolvida foi o projeto de uma base metálica removível para furadeira automática de base magnética esta base se encaixa no braço de ligação entre moentes e munhões do eixo possibilitando a fixação do equipamento que irá realizar a furações e deste modo reduzindo o esforço físico e exposição de risco da equipe de manutenção 17 A concepção do projeto se deu de forma pioneira não existindo solução similar no mercado devido as especificações da atividade espaço restrito do acoplamento necessidade de alinhamento da furadeira A remoção do bujão não pode comprometer a rosca onde está instalado e caso ocorra poderá causar o descarte do virabrequim que possui um alto valor de mercado Imagem 11 Base para fixação da furadeira automática de base magnética em utilização Fonte Produzido pelo autor Com a proposta implantada e equipe treinada a remoção dos bujões ocorre em média em 2 horas de trabalho sendo aprovada pela engenharia e executantes da atividade 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS Com base no estudo proposto foi identificado a necessidade de desenvolver procedimentos operacionais embasados em análises de engenharia pois mesmo em 18 etapas aparentemente simples como a limpeza de um componente sendo executada de forma inadequada poderá acarretar prejuízos financeiros em grande escala Com a realização de ensaios não destrutivos por líquido penetrante nos eixos aquecidos foram possíveis identificar microtrincas na região termicamente afetada acompanhar sua evolução e com essas informações realizar paradas programadas para troca de eixos antes que estes entrassem em ruptura A ruptura do eixo com o motor em trabalho compromete outros componentes do motor o que eleva os gastos com a manutenção Não menos importante o envolvimento dos profissionais executantes das atividades de manutenção nos desafios e projetos de melhoria contínua da área uma vez que o projeto do dispositivo para fixação de furadeira automática foi projetado e confeccionado pelos executantes da atividade e se transformou em uma alternativa eficiente para conter as falhas em eixos virabrequim na Oficina de Locomotivas de Tubarão com a possibilidade de implantação em outras unidades REFERÊNCIAS ANTF Transporte de Grãos Acompanha Avanço da Safra Associação Nacional dos Transportadores Ferroviários 2023 Disponível em httpswwwantforgbrreleasesavancoexpressivodotransportede graostextEscrito20por3A20Antf207C20postado20em3A2023 2F062F2023textNo20ano20passado2C20mais20de62520das 20commodities20agrC3ADcolas20exportadas Acesso em 22 mai 2024 BORBA José L Estrutura das locomotivas dieselelétricas Motor diesel ferroviário Curitiba UNIALL Universidade Corporativa América Latina Logística 2009 Vol III Disponível em httpsptscribdcomdocument325444108AEstrutura dasLocomotivasDieseleletricasALLIIpdf Acesso em 13 nov 2022 CALEGARO Ana Beatriz Análise de falha de um eixo virabrequim 2018 Trabalho de Conclusão de Curso Graduação em Engenharia Mecânica Departamento de Engenharia de Produção e Mecânica Universidade Federal de Juiz de Fora Juiz de Fora 2018 Disponível em httpswwwufjfbrmecanicafiles200906UFJF2018TCCAnaBeatriz Calegaropdf 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instruções específicas para peças soldadas usadas Revista Científica Semana Acadêmica Fortaleza ano MMXVIII Nº 000139 06112018 Disponível em httpssemanaacademicaorgbrartigoensaiosnaodestrutivospor liquidospenetrantesinstrucoesespecificasparapecassoldadas Acesso em 14 nov 2022 LIMA DIRCEU ALVES Análise de Falha de Peças Rompidas em Serviço 2015 Relatório Final Faculdade de Tecnologia de Sorocaba São Paulo Disponível em httpssilotipsdownloadanalisedefalhadepeasrompidasemserviodirceualves delimagooglevignette Acesso em 26 maio 2024 MATEUS João Análise do modo de falha de um motor diesel 19 TDI Dezembro de 2018 Dissertação Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Lisboa Portugal Disponível em httphdlhandlenet104002110195 Acesso em 12 nov 2022 PEREIRA Fábio Importância dos ensaios não destrutivos na garantia da qualidade em processo de soldagem 2021 Trabalho de Conclusão de Curso Faculdade Pitágoras Poços de Caldas Poços de Caldas Minas Gerais Disponível em 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