CONFIABILIDADE E TRIBOLOGIA AUTOMOTIVA pdf.· CONFIABILIDADE E TRIBOLOGIA AUTOMOTIVA – UMA REVISÃO

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  • CONFIABILIDADE E TRIBOLOGIA AUTOMOTIVA

    UMA REVISO -

    Marcos B.Garcia1, Carlos Mussato

    2

    1Energy Plus Treinamentos & Consultorias, UFABC

    2 ZF do Brasil Ltda, UNICAMP

    E-mails: marcos@clickenergy.com.br, carlos.mussato@zf.com

    RESUMO

    A escassez de petrleo e a busca por novas fontes de energia so hoje preocupaes globais,

    principalmente no que tange a crescente demanda e as suas conseqncias para o aumento do

    consumo sero no futuro prximo os grandes desafios.

    O trabalho apresenta algumas consideraes bsicas dos aspectos da tribologia do sistema

    powertrain tpico, que inclui o motor, transmisso e os pneus, a partir de dados que

    determinam o destino da energia oriunda da queima do combustvel. Estima-se que nos

    veculos de passeio aproximadamente 12% da energia avaliada encontram-se no contato dos

    pneus com o pavimento, enquanto que o motor e a transmisso contribuem com

    aproximadamente 60% e 5% respectivamente, das perdas mecnicas dissipada principalmente

    pelo atrito.

    Grandes desafios de P&D visam veculos mais compactos, utilizando novos lubrificantes e

    tecnologias de combustveis associado ao aumento de potencia, da performance e

    conseqentemente da reduo nos nveis de emisses dos poluentes.

    No entanto, busca-se a integrao dos conceitos de engenharia juntamente com a cincia de

    superfcies, de modo que haja uma unificao dos sistemas automotivos, que somados aos

    avanos da modelagem, condio monitoramento e diagnsticos apresente resultados que

    indicam uma necessidade crescente de melhoria dos mtodos para determinao da

    confiabilidade e estimativa do tempo de vida dos veculos, que aliados ao conhecimento da

    tribologia venha contribuir para a reduo de perdas de energia, bem como atender as

    perspectivas globais no que tange regulamentao ambiental.

    INTRODUO

    Sob diversos aspectos, a confiabilidade de um produto tem impacto direto na

    satisfao do usurio, sendo um desses aspectos a durabilidade. Lembrando que um produto

    menos confivel pode requerer intervenes mais freqentes para reparos, cujos gastos podem

    anular a vantagem inicial de um valor mais baixo de aquisio. Mesmo que estes reparos

    sejam feitos durante o perodo de garantia, fato que ocorre em servios de assistncia tcnica,

    causando transtornos e conseqentes arranhes na marca do fabricante[1]

    .

    O constante aumento dos requisitos pelo mercado, na busca por veculos com maior

    qualidade tem sido uma das exigncias para os fabricantes automotivos. Entretanto, antes do

    inicio da produo so necessrio testes que certifiquem a confiabilidade dos novos produtos,

    mas devido ao custo e limitao de tempo, pequenas quantidades de amostras destes produtos

    so avaliadas, resultando com isso, menores nveis de confiabilidade.

    mailto:marcos@clickenergy.com.brmailto:carlos.mussato@zf.com

  • O requisito 7.3.2 da norma ISO TS 16949, indica a entrada para projetos e/ou

    desenvolvimento, que deve-se determinada e registrada de acordo com os requisitos do

    produto[2]

    , que incluem:

    Requisitos funcionais e de desempenho

    Requisitos legais e regulatrios aplicveis

    Informao aplicvel oriundas de projetos similares anteriores

    Quaisquer outros requisitos essenciais, como:

    - Capabilidade, a relao entre a quantidade de peas conformes produzidas e o

    nmero total de peas fabricadas (PPM, Cpk, Cmk, etc).

    - Confiabilidade, a probabilidade que um item (produto, processo, mquina, etc) possa

    ter boa performance continuamente, sem falha em um intervalo especifico sob

    determinadas condies.

    - Manutenibilidade, probabilidade que o item possa ser mantido ou reparado para uma

    condio de operao especifica em um intervalo especifico quando a manuteno

    realizada conforme procedimentos existentes.

    - Disponibilidade, relao entre o tempo de operao do item e o tempo total.

    A confiabilidade do produto um fator que tem assumido cada vez mais importncia

    para se avaliar a qualidade ao longo do ciclo de vida dos produtos. Principalmente em

    cenrios de alta concorrncia, onde os custos de produo so um diferencial decisivo para a

    competitividade dos produtos. O custo total do produto engloba tanto os custos de produo

    como custos decorrentes de pedidos de garantia. Para os clientes o custo de manuteno um

    fator decisrio para a compra deste bem de capital, como no caso dos veculos automotores.

    A distribuio de energia de um veculo de passageiro em um ciclo de conduo

    especfica est representada pela Fig. 1. No ponto de vista do motor, apenas 25% da chamada

    energia til a partir da energia total de entrada (capacidade energtica do combustvel) est

    disponvel, sendo reduzida ainda mais devido s perdas pelas engrenagens, restando apenas

    12% que vo estar disponveis entre as rodas e o pavimento para conduzir o carro. Outras

    contribuies podem vir devido diferentes condutores e condies de funcionamento, alm

    das propriedades tribolgicas que podem melhorar ainda mais a eficincia mecnica.

  • Energia 100%

    Exausto 33% Arrefecimento 33%Trans. Potncia 38%

    Bomb. Ar - 6% Cj. Pisto 3% Outros Comp. 4,5% Freio Motor - 6%

    Transmisso-6% Eixos - 6% Frenagem- 6% Acelerao Cte- 6%

    Arraste Aerod. 6%Pneus 6%Acessrios

    Alternador 0,5% Embreagem 0,5% Bomba de Ar 0,5% Radiador 0,5% Bomba dgua 0,5%

    Figura 1 - Distribuio de energia em um veculo de passeio

    durante ciclo EPA city/highway (BARTZ, 1997)

    Uma viso abrangente dos aspectos da tribologia do sistema powertrain tpico, que

    inclui o motor, transmisso e os pneus, feita a partir dos dados que determinam o destino da

    energia oriunda da combusto. O sistema propulsor e a transmisso contribuem com

    aproximadamente 60% e 5%, respectivamente, das perdas mecnicas dissipadas

    principalmente pelo atrito.

    CONFIABILIDADE

    Todos os produtos tm uma vida til limitada evidentemente, mas que deve-se buscar

    portanto uma maximizao desta importante varivel, atravs do uso da tecnologia e

    conhecimento especfico aplicado aos conceitos de tribologia e confiabilidade[4]

    . Em um

    rigoroso estudo do ciclo de vida do produto, no se deve desconsiderar rigorosamente os

    seguintes fatores abaixo:

    - Novos desenvolvimentos oferecendo melhoria da funcionalidade do componente ou sistema

    - Mtodos eficientes e eficazes de produo para novos produtos

    - Flutuaes de demanda e tendncias de estilos

    - Atitudes e percepo dos consumidores

    - Exigncias legais e econmicas

    - Poltica de mercado inadequada ou inapropriada

    Uma das principais funes probabilsticas usadas para descrever estudos provenientes

    de testes de durabilidade a funo de confiabilidade, definida como a probabilidade de um

    produto desenvolver sua funo sem falhar at um determinado tempo (t). A figura 2

    apresenta a curva tpica da funo de confiabilidade para dois produtos, de marcas diferentes

    que desenvolvem a mesma funo.

  • .

    Figura 2 Funes de Confiabilidade, R(t) para dois produtos (FREITAS, 1997)

    Nota-se que o produto 1 apresenta uma durabilidade superior ao produto 2, onde 90%

    ainda estaro em operao com 10 anos de uso, enquanto que para o produto 2 apenas 50%. A

    vida mdia (B50) do produto 1 o dobro do produto 2, ou seja, 20 anos.

    As situaes estudadas em confiabilidade envolvem o tempo at a ocorrncia de um

    evento interessante. Estes eventos so, na maioria dos casos, indesejveis e usualmente

    chamado de falha. Em algumas situaes a definio de falha pode assumir termos ambguos,

    ou seja, as mais usuais so chamadas de catastrfica. Como os sistemas mecnicos reparveis

    degradam com o tempo, algumas vezes existem apenas uma linha divisria entre atender a sua

    funo ou falhar. A taxa de falha F(t) de um sistema mecnicos reparveis indica os

    seguintes comportamentos que esto representados pela figura 3.

    Figura 3 Curva tpica de desgaste metlico em sistemas mecnicos

    para o perodo de running in (STOLARSKI, 2000)

  • A maioria dos produtos comear suas vidas com a alta taxa de falhas e depois apresentaro uma reduo a partir de um determinado ponto;

    A taxa de falha ento se estabiliza e se mantm constante durante a vida til do produto;

    Com o decorrer do tempo o produto degrada (desgaste, fadiga, corroso, contaminao do lubrificante, etc) e a taxa de falha comea a aumentar rapidamente com o tempo.

    TRIBOLOGIA

    A definio da norma alem de atrito conclui que um dos efeitos do atrito o desgaste.

    Este raciocnio parece lgico e convincente no caso de contato entre dois corpos. Nestes casos

    o desgaste pode ser relacionado ao da fora normal e da fora tangencial resultante da

    fora de atrito[5]

    .

    As condies de desgaste e atrito do tribosistema so determinadas por alguns

    parmetros, nos quais a predominncia de um ou de outro dependem das condies de

    funcionamento (carga, velocidade e temperatura), das condies de interface (meio

    triboqumico como a lubrificao, subprodutos da combusto e gradientes de temperatura) e

    das condies estruturais (caractersticas geomtricas, materiais e tratamentos superficiais) do

    par tribolgico ou triboelementos.

    O exemplo clssico a influencia da carga normal e da velocidade sobre os regimes de

    desgaste, pois os mesmos influem na taxa de deformao plstica e t