trab cavitação

Embed Size (px)

Citation preview

CavitaoOrigem: Wikipdia, a enciclopdia livre.

Ir para: navegao, pesquisa Cavitao o nome que se d ao fenmeno de vaporizao de um lquido pela reduo da presso, durante seu movimento a uma temperatura constante. Para todo fluido no estado lquido pode ser estabelecida uma curva que relaciona a presso temperatura em que ocorre a vaporizao. Por exemplo: na presso atmosfrica a temperatura de vaporizao da gua de cerca de 100C. Contudo, a uma presso menor, a temperatura de vaporizao tambm se reduz. fato sabido e previsvel - com a ajuda do Teorema de Bernoulli - que um fluido escoando, ao ser acelerado, tem uma reduo da presso, para que a sua energia mecnica se mantenha constante. Considere-se um fluido no estado lquido escoando com uma temperatura T0 e a uma presso P0. Em certos pontos devido acelerao do fluido, como em um bocal ou em uma vlvula, a presso pode cair a um valor menor que a presso mnima em que ocorre a vaporizao do fluido (Pv) na temperatura T0. Ento ocorrer uma vaporizao local do fluido, formando bolhas de vapor. A este fenmeno costuma-se dar o nome de cavitao (formao de cavidades dentro da massa lquida). A cavitao comum em bombas de gua e de leo, vlvulas, turbinas hidrulicas,propulsores navais, pistes de automveis e at em canais de concreto com altas velocidades, como em vertedores de barragens. Ela deve ser sempre evitada por causa dos prejuzos financeiros que causa devido a eroso associada, seja nas ps de turbinas, de bombas, em pistes ou em canais. Estas bolhas de vapor que se formaram no escoamento devido baixa presso, sero carregadas e podem chegar a uma regio em que a presso cresa novamente a um valor superior Pv. Ento ocorrer a "imploso" dessas bolhas. Se a regio de colapso das bolhas for prxima a uma superfcie slida, as ondas de choque geradas pelas imploses sucessivas das bolhas podem provocar trincas microscpicas no material, que com o tempo iro crescer e provocar o descolamento de material da superfcie, originando uma cavidade de eroso localizada. Este um fenmeno fsico molecular e que se dissemina e tende a aumentar com o tempo causando a runa dos rotores. Na engenharia hidrulica e na engenharia mecnica grande a preocupao com a cavitao, assim como com a abraso das areias e demais sedimentos transportados pela gua no interior de bombas e

turbinas, sobretudo devido aos prejuzos que podem causar nas estaes elevatrias e nas usinas hidreltricas. No se deve confundir o fenmeno qumico da corroso com os fenmenos fsicos da cavitao e da abraso,embora os efeitos nas ps de bombas e de turbinas sejam parecidos.

[editar] Ver tambm

Engenharia Hidrulica Turbina Corroso Sedimento Energia hidrulica Turbina hidrulica Bomba hidrulica Vertedouro

[editar] Bibliografia

"Manual de Hidrulica" - Azevedo Netto - Ed. Blucher- So Paulo, 1999.

Obtido em "http://pt.wikipedia.org/wiki/Cavita%C3%A7%C3%A3o" Categorias: Fases da matria | Bombas d'gua | Hidrulica | Mecnica de fluidos | Energia | Engenharia | Tecnologia

A corroso metlica a transformao de um material metlico ou liga metlica pela sua interao qumica ou eletroqumica num determinado meio de exposio, processo que resulta na formao de produtos de corroso e na liberao de energia. Geralmente, a corroso metlica (por mecanismo eletroqumico), est associada exposio do metal num meio no qual existe a presena de molculas de gua, juntamente com o gs oxignio ou ons de hidrognio, num meio condutor. A adoo de uma ou mais formas de proteo contra a corroso dos metais deve levar em conta aspectos tcnicos e econmicos. Entre os aspectos tcnicos, o meio de exposio um parmetro de grande importncia. Quanto a este parmetro, o uso de inibidores de corroso

ou o controle de agentes agressivos (SO2, H+, Cl-) so impraticveis nos casos em que se deseja proteger um determinado metal contra a corroso atmosfrica e o mesmo vale para a utilizao da proteo catdica, restando nestes casos somente a modificao do metal ou a interposio de barreiras como uma alternativa para proteo contra a corroso. Em alguns casos, a modificao do metal perfeitamente aplicvel, citando como exemplo, a utilizao do alumnio e suas ligas em componentes como esquadrias, portas e janelas ao invs do aocarbono. No entanto, para estruturas de grande porte, nas quais a resistncia mecnica um requisito importante, o alumnio e suas ligas nem sempre podem ser utilizados, sendo os aos inoxidveis ou os aos aclimveis, potenciais materiais alternativos. A utilizao dos aos inoxidveis nem sempre economicamente vivel, enquanto que a utilizao dos aos aclimveis esbarra na questo de condies de exposio, visto que estes s apresentam desempenho satisfatrio em atmosferas moderadamente contaminadas com compostos de enxofre e em condies de molhamento e secagem, alm da sua limitao de utilizao em atmosferas com alta concentrao de cloretos como, por exemplo, as marinhas severas. Em resumo, so muitos os casos em que os metais ferrosos (aocarbono ou ferro fundido) continuam sendo os materiais mais adequados para utilizao em estruturas expostas a atmosferas em geral, restando to somente a interposio de uma barreira entre este metal e o meio como uma forma de proteo contra a corroso. Para esta finalidade, tanto os revestimentos orgnicos (tintas), como os inorgnicos (revestimentos metlicos ou de converso como a anodizao, cromatizao) ou uma combinao dos dois so utilizados. A escolha de um sistema de proteo contra a corroso para os metais ferrosos (como o ao-carbono) depender de uma srie de fatores, citando como um dos principais, o grau de corrosividade do meio. Na engenharia hidrulica e na engenharia mecnica grande a preocupao com a corroso em bombas e em turbinas, sobretudo devido aos prejuzos que podem causar nas estaes elevatrias e nas usinas hidreltricas. No se deve confundir o fenmeno qumico da corroso com os fenmenos fsicos da cavitao e da abraso,embora os efeitos nas ps de bombas e de turbinas sejam parecidos.

A corroso metlica a transformao de um material metlico ou liga metlica pela sua interao qumica ou eletroqumica num determinado meio de exposio, processo que resulta na formao de produtos de corroso e na liberao de energia. Geralmente, a corroso metlica (por mecanismo eletroqumico), est associada exposio do metal num meio no qual existe a presena de molculas de gua, juntamente com o gs oxignio ou ons de hidrognio, num meio condutor. A adoo de uma ou mais formas de proteo contra a corroso dos metais deve levar em conta aspectos tcnicos e econmicos. Entre os aspectos tcnicos, o meio de exposio um parmetro de grande importncia. Quanto a este parmetro, o uso de inibidores de corroso ou o controle de agentes agressivos (SO2, H+, Cl-) so impraticveis nos casos em que se deseja proteger um determinado metal contra a corroso atmosfrica e o mesmo vale para a utilizao da proteo catdica, restando nestes casos somente a modificao do metal ou a interposio de barreiras como uma alternativa para proteo contra a corroso. Em alguns casos, a modificao do metal perfeitamente aplicvel, citando como exemplo, a utilizao do alumnio e suas ligas em componentes como esquadrias, portas e janelas ao invs do aocarbono. No entanto, para estruturas de grande porte, nas quais a resistncia mecnica um requisito importante, o alumnio e suas ligas nem sempre podem ser utilizados, sendo os aos inoxidveis ou os aos aclimveis, potenciais materiais alternativos. A utilizao dos aos inoxidveis nem sempre economicamente vivel, enquanto que a utilizao dos aos aclimveis esbarra na questo de condies de exposio, visto que estes s apresentam desempenho satisfatrio em atmosferas moderadamente contaminadas com compostos de enxofre e em condies de molhamento e secagem, alm da sua limitao de utilizao em atmosferas com alta concentrao de cloretos como, por exemplo, as marinhas severas. Em resumo, so muitos os casos em que os metais ferrosos (aocarbono ou ferro fundido) continuam sendo os materiais mais adequados para utilizao em estruturas expostas a atmosferas em geral, restando

to somente a interposio de uma barreira entre este metal e o meio como uma forma de proteo contra a corroso. Para esta finalidade, tanto os revestimentos orgnicos (tintas), como os inorgnicos (revestimentos metlicos ou de converso como a anodizao, cromatizao) ou uma combinao dos dois so utilizados. A escolha de um sistema de proteo contra a corroso para os metais ferrosos (como o ao-carbono) depender de uma srie de fatores, citando como um dos principais, o grau de corrosividade do meio. Na engenharia hidrulica e na engenharia mecnica grande a preocupao com a corroso em bombas e em turbinas, sobretudo devido aos prejuzos que podem causar nas estaes elevatrias e nas usinas hidreltricas. No se deve confundir o fenmeno qumico da corroso com os fenmenos fsicos da cavitao e da abraso,embora os efeitos nas ps de bombas e de turbinas sejam parecidos.

A corroso metlica a transformao de um material metlico ou liga metlica pela sua interao qumica ou eletroqumica num determinado meio de exposio, processo que resulta na formao de produtos de corroso e na liberao de energia. Geralmente, a corroso metlica (por mecanismo eletroqumico), est associada exposio do metal num meio no qual existe a presena de molculas de gua, juntamente com o gs oxignio ou ons de hidrognio, num meio condutor. A adoo de uma ou mais formas de proteo contra a corroso dos metais deve levar em conta aspectos tcnicos e econmicos. Entre os aspectos tcnicos, o meio de exposio um parmetro de grande importncia. Quanto a este parmetro, o uso de inibidores de corroso ou o controle de agentes agressivos (SO2, H+, Cl-) so impraticveis nos casos em que se deseja proteger um determinado metal contra a corroso atmosfrica e o mesmo vale para a utilizao da proteo catdica, restando nestes casos somente a modificao do metal ou a

interposio de barreiras como uma alternativa para proteo contra a corroso. Em alguns casos, a modificao do metal perfeitamente aplicvel, citando como exemplo, a utilizao do alumnio e suas ligas em componentes como esquadrias, portas e janelas ao invs do aocarbono. No entanto, para estruturas de grande porte, nas quais a resistncia mecnica um requisito importante, o alumnio e suas ligas nem sempre podem ser utilizados, sendo os aos inoxidveis ou os aos aclimveis, potenciais materiais alternativos. A utilizao dos aos inoxidveis nem sempre economicamente vivel, enquanto que a utilizao dos aos aclimveis esbarra na questo de condies de exposio, visto que estes s apresentam desempenho satisfatrio em atmosferas moderadamente contaminadas com compostos de enxofre e em condies de molhamento e secagem, alm da sua limitao de utilizao em atmosferas com alta concentrao de cloretos como, por exemplo, as marinhas severas. Em resumo, so muitos os casos em que os metais ferrosos (aocarbono ou ferro fundido) continuam sendo os materiais mais adequados para utilizao em estruturas expostas a atmosferas em geral, restando to somente a interposio de uma barreira entre este metal e o meio como uma forma de proteo contra a corroso. Para esta finalidade, tanto os revestimentos orgnicos (tintas), como os inorgnicos (revestimentos metlicos ou de converso como a anodizao, cromatizao) ou uma combinao dos dois so utilizados. A escolha de um sistema de proteo contra a corroso para os metais ferrosos (como o ao-carbono) depender de uma srie de fatores, citando como um dos principais, o grau de corrosividade do meio. Na engenharia hidrulica e na engenharia mecnica grande a preocupao com a corroso em bombas e em turbinas, sobretudo devido aos prejuzos que podem causar nas estaes elevatrias e nas usinas hidreltricas. No se deve confundir o fenmeno qumico da corroso com os fenmenos fsicos da cavitao e da abraso,embora os efeitos nas ps de bombas e de turbinas sejam parecidos.

A corroso metlica a transformao de um material metlico ou liga metlica pela sua interao qumica ou eletroqumica num determinado meio de exposio, processo que resulta na formao de produtos de corroso e na liberao de energia. Geralmente, a corroso metlica (por mecanismo eletroqumico), est associada exposio do metal num meio no qual existe a presena de molculas de gua, juntamente com o gs oxignio ou ons de hidrognio, num meio condutor. A adoo de uma ou mais formas de proteo contra a corroso dos metais deve levar em conta aspectos tcnicos e econmicos. Entre os aspectos tcnicos, o meio de exposio um parmetro de grande importncia. Quanto a este parmetro, o uso de inibidores de corroso ou o controle de agentes agressivos (SO2, H+, Cl-) so impraticveis nos casos em que se deseja proteger um determinado metal contra a corroso atmosfrica e o mesmo vale para a utilizao da proteo catdica, restando nestes casos somente a modificao do metal ou a interposio de barreiras como uma alternativa para proteo contra a corroso. Em alguns casos, a modificao do metal perfeitamente aplicvel, citando como exemplo, a utilizao do alumnio e suas ligas em componentes como esquadrias, portas e janelas ao invs do aocarbono. No entanto, para estruturas de grande porte, nas quais a resistncia mecnica um requisito importante, o alumnio e suas ligas nem sempre podem ser utilizados, sendo os aos inoxidveis ou os aos aclimveis, potenciais materiais alternativos. A utilizao dos aos inoxidveis nem sempre economicamente vivel, enquanto que a utilizao dos aos aclimveis esbarra na questo de condies de exposio, visto que estes s apresentam desempenho satisfatrio em atmosferas moderadamente contaminadas com compostos de enxofre e em condies de molhamento e secagem, alm da sua limitao de utilizao em atmosferas com alta concentrao de cloretos como, por exemplo, as marinhas severas. Em resumo, so muitos os casos em que os metais ferrosos (aocarbono ou ferro fundido) continuam sendo os materiais mais adequados para utilizao em estruturas expostas a atmosferas em geral, restando to somente a interposio de uma barreira entre este metal e o meio como uma forma de proteo contra a corroso.

Para esta finalidade, tanto os revestimentos orgnicos (tintas), como os inorgnicos (revestimentos metlicos ou de converso como a anodizao, cromatizao) ou uma combinao dos dois so utilizados. A escolha de um sistema de proteo contra a corroso para os metais ferrosos (como o ao-carbono) depender de uma srie de fatores, citando como um dos principais, o grau de corrosividade do meio. Na engenharia hidrulica e na engenharia mecnica grande a preocupao com a corroso em bombas e em turbinas, sobretudo devido aos prejuzos que podem causar nas estaes elevatrias e nas usinas hidreltricas. No se deve confundir o fenmeno qumico da corroso com os fenmenos fsicos da cavitao e da abraso,embora os efeitos nas ps de bombas e de turbinas sejam parecidos.

SedimentoOrigem: Wikipdia, a enciclopdia livre.

Ir para: navegao, pesquisa Em geologia, chama-se sedimento ao detrito rochoso resultante da eroso, que depositado quando diminui a energia do fluido que o transporta, gua, gelo ou vento. As caractersticas dos sedimentos dependem da composio da rocha erosionada (erodida), do agente de transporte, da durao do transporte e das condies fsicas da bacia de sedimentao. As rochas sedimentares so formadas pelo acmulo e litificao dos sedimentos. Os sedimentos e as rochas sedimentares formadas por eles so classificados de acordo com o tamanho de gro (granulometria), material constituinte, grau de arredondamento e textura.

[editar] Importncia dos sedimentos em ecologia e na engenharia hidrulicaOs fundos dos oceanos e lagos so, em grande parte, cobertos por sedimentos que formam um substrato que pode suportar ecossistemas complexos. Na zona euftica, os sedimentos podem ancorar plantas que

servem de alimento e refgio a muitos animais; nas zonas mais profundas, so as bactrias que formam a base da cadeia alimentar destes ecossistemas bnticos. No Brasil o estudo dos sedimentos tem grande importncia por causa de inteferncias antrpicas, como por exemplo, mau uso do solo, causando diversos problemas pela eroso, voorocas, transporte de sedimentos nos rios, depsitos em locais indesejveis e assoreamento das barragens. A deposio de sedimentos em reservatrios um grande problema da engenharia hidrulica, pois a maioria da energia consumida vem de usinas hidroeltricas. No caso da Usina hidreltrica de Tucuru, por exemplo, foi calculado, pelos pesquisadores Jorge Rios e Rone Carvalho, em 400 anos o tempo necessrio para o assoreamento total do reservatrio da barragem.

[editar] Bibliografia

Carvalho, Newton de Oliveira - Hidrossedimentologia Prtica - CPRM - Rio de Janeiro, 1994. Rios, Jorge L. Paes - Curso de Sedimentologia - CEFET - Rio de Janeiro, 1990. Rios, Jorge L. Paes - Etudes des Courrents Turbulents par Anemometrie Laser INPG - Grenoble, 1979. (Tese de Doutorado).

LitificaoOrigem: Wikipdia, a enciclopdia livre.

Ir para: navegao, pesquisa Litificao um conjunto complexo de processos que convertem sedimentos em rocha consolidada. A litificao pode envolver vrios processos como desidratao, compactao, cimentao, recristalizaes, lateritizao, enrriquecimento inico...

Hans Albert Einstein (14 de Maio de 1904 - 26 de Julho de 1973) foi professor de Engenharia hdrica pela Universidade de Berkeley e segundo filho de Albert Einstein e da matemtica Mileva Mari. Teve trs filhos, sendo que um foi adotado.

Nascido em Berna, viveu junto com o pai at a separao dele com Mileva em 1914. A partir de ento passou a viver com a me em Zurique. Em 1926 formou-se em engenharia hdrica na mesma faculdade em que seus pais se formaram, a ETH Zurich, de onde receberia o doutorado em 1936. Casou-se com uma mulher mais velha, Frida Knecht, em 1928 - contra a vontade do pai. Migrou-se com a famlia para os EUA em 1938, onde sua esposa morreu. Logo depois casou-se com Elizabeth Roboz. De 1947 a 1971 foi professor de engenharia hidrulica da Universidade de Berkeley. Sua tese foi sobre o estudo dos fenmenos de transporte de materiais slidos (sedimentos) nos rios que resultou num modelo matemtico conhecido como Mtodo de Einstein para clculo de transporte slido nos rios, muito utilizado em Hidrologia e em Sedimentologia , posteriormente modificado por outros hidrulicos e hidrlogos, entre os quais o russso Kalinsky e o portugus Veiga da Cunha do LNEC, em Lisboa. Sobre o relacionamento com o pai Albert Einstein, ele declarou ao New York Times em 1973: "Provavelmente o nico projeto do qual ele desistiu fui eu. Ele tentou me dar conselhos, mas logo descobriu que eu era cabea-dura demais e que ele estava apenas perdendo tempo." Um dos conselhos do pai foi para que ele desistisse de estudar os fenmenos de transporte slido nos rios e se dedicasse a fsica quntica, "pois este era assunto menos complicado do que a sedimentologia dos rios".

A eletroqumica o ramo da qumica relativa ao estudo dos aspectos eletrnicos e eltricos das reaes qumicas. Os elementos envolvidos em uma reao eletroqumica so caracterizados pelo nmero de eltrons que tm. O nmero de oxidao de um on o nmero de eltrons que este aceitou ou doou quando comparado com seu estado neutro (que definido como tendo nmero de oxidao igual a zero). Se um tomo ou on doa eltrons em uma reao, seu nmero de oxidao aumenta, se aceita um eltron seu nmero diminui. A perda de eltrons de uma substncia chamada oxidao, e o ganho conhecido como reduo. Uma reao na qual ocorrem oxidao e reduo chamada de reao redox. Para uma reao ser considerada eletroqumica, deve envolver passagem de corrente eltrica em uma distncia finita maior que a distncia interatmica. Uma reao eletroqumica uma reao

redox que ocorre com a simultnea passagem de corrente entre dois eltrodos. A corrente que circula no meio reacional pode ter duas origens:

No prprio meio, quando ento tem-se uma pilha eletroqumica. Gerada por uma fonte eltrica externa, quando ento tem-se uma clula eletroltica

Em ambos os casos, tem-se sempre dois eltrodos:

nodo: eltrodo para onde se dirigem os nions ou, alternativamente, onde se formam ctions. Nesse eltrodo sempre ocorre corroso, com conseqente perda de massa, e sempre ocorre oxidao dos nions ou, alternativamente a formao dos ctions a partir do metal do eltrodo (quando ento tem-se tambm uma oxidao). Ctodo: eltrodo para onde se dirigem os ctions. Nesse eltrodo ocorre sempre depsito, e tambm reduo dos ctions.

No estudo dos clulas eletroqumicas (pilhas ou clulas eletrolticas) mediante a termodinmica, faz-se uso de uma abordagem de equilbrio a corrente que passa pela clula infinitesimal, a reao ocorre mediante pequenas passagens de carga pelos eltrodos (pela lei da conservao da carga a carga que entra por um eltrodo a mesma que sai pelo outro) Nesse caso, a clula se caracteriza por uma fora eletromotriz ou f.e.m. (). Na prtica pode-se dizer que consiste numa diferena de potencial em circuito aberto. Essa diferena de potencial funo de fatores tais como concentrao dos reagentes, solvente, temperatura e, em muitssima menor contribuio, a presso. No meio reacional, os ons tem geralmente diferentes "velocidades", que normalmente so baixas, devido a viscosidade que eles tm de vencer. Para se medir tais "velocidades", define-se a mobilidade de um on. A mobilidade inica (u) de um on consiste na sua velocidade na direo do campo eltrico de intensidade unitria, e tem unidades m s-1/V m-1 ou, simplesmente m2 s-1 V-1. Por outro lado, em regies prximas aos eltrodos, a cintica toma outras feies, j que ento depende de fenmenos de superfcie, o que forosamente envolve a noo de energia superficial. De qualquer modo, os ons movimentam-se e sofrem oxirreduo sempre envoltos em algumas camadas de solvente, ou seja, esto sempre solvatados. Essa a razo principal pelo qual os ons se movimentam com dificuldade. A solvatao determinada, em grande parte, por dois fatores: a carga do on e seu raio. Como o jogo de interaes mltiplas entre os ons muito complexo, faz-se uso de simplificaes, principalmente quando se admitem grandes diluies. De outro modo, a noo de concentrao no inteiramente til, no sentido de que no mede diretamente o que acontece. Como sofrem mltiplas interaes, elas se somam de forma complexa, em grandes concentraes. Ento mais conveniente usar o conceito de atividade. No caso de uma clula eletroqumica, em funo da complexidade

dessas interaes, no segue necessariamente a lei de Ohm. Ou seja, a corrente eltrica no proporcional tenso eltrica aplicada clula. Uma pilha til aquela na qual o potencial gerado tem alguma vantagem sobre o custo da pilha. Para obter-se um bom potencial, necessrio que a diferena entre os potencias do nodo e do ction seja grande: o agente redutor deve ter potencial negativo e o oxidante deve ter potencial positivo. Obtido em "http://pt.wikipedia.org/wiki/Eletroqu%C3%ADmica"

RESISTNCIA AO DESGASTE POR CAVITAO DE POLMEROS1

Aurlio Alves Pinto ([email protected])2 Flvia Cavalcanti Miranda ([email protected])3 Bruno Costa Camargo ([email protected])4 Alberto Arnaldo Raslan ([email protected])5

A cavitao um processo de desgaste por fadiga em que o material est sujeito a foras consecutivas no processo de colapso de bolhas de gs ou vapor prximo sua superfcie. Entre os materiais metlicos empregados na fabricao de componentes mecnicos sujeitos cavitao, destacam-se os aos inoxidveis e os aos nitretados. Alguns materiais polimricos possuem um conjunto de propriedades mecnicas, tais como alta resistncia ao desgaste por abraso, baixo coeficiente de atrito, boa elasticidade, resistncia a impacto e boa resilincia, que os tornam promissores em termos de resistncia cavitao. O objetivo do presente trabalho avaliar a resistncia cavitao de poliuretano e nylon com vistas a algumas aplicaes que os tornem competitivos com os materiais metlicos tradicionais. Os ensaios de cavitao foram realizados segundo a norma da ASTM G32-98, modificada para o mtodo indireto, em um equipamento Sonic-Mill com potncia de 1790 W, freqncia de vibrao de 19,311- Contribuio a ser apresentada no 61 Congresso Anual, 25 a 28 de julho de 2005, Centro de Convenes e Feiras, Rio de Janeiro - RJ - Brasil. 22.3.4- Graduando, Laboratrio de Tribologia e Materiais (LTM), Faculdade de Engenharia Mecnica (FEMEC) - Universidade Federal de Uberlndia (UFU). 5- Professor Dr., LTM / FEMEC / UFU.

0,1 KHz, amplitude de vibrao de 45 m (pico a pico) e sonotrodo de titnio.A ferramenta foi confeccionada em ao inoxidvel austentico. O tempo total dos ensaios foi de 48 horas, sendo 12 horas para o nylon e 36 horas para o poliuretano. A caracterizao das amostras foi feita atravs de microscopia eletrnica de varredura e interferometria laser. Os resultados mostraram que, tanto o poliuretano quanto o nylon, so altamente resistentes cavitao e com grande potencial de uso como revestimentos de ps de turbinas hidrulicas. Palavras Chave: Desgaste, Cavitao, Poliuretano, Nylon.

Cavitation Wear Resistance of Polimers1Aurlio Alves Pinto ([email protected])2 Flvia Cavalcanti Miranda ([email protected])3 Bruno Costa Camargo ([email protected] Alberto Arnaldo Raslan ([email protected])5

Abstract Cavitation is a fatigue wear process involving consecutive forces in the collapse of gas or vapour bubbles next to the surface. Amongst the metallic materials, stainless steels and nitrated steels have a great use in the manufacturing of components under cavitation. Some polymeric materials present good mechanical properties, such as low friction coefficient and good elasticity, resilience and impact resistance, which make them good candidates to withstand cavitation. This paper aims to evaluate the cavitation resistance of polyurethane and nylon. Applications where they could compete with metallic materials are investigated. The cavitation tests were carried out according to the ASTM G32-98 standard, modified as an indirect method. A USM equipment with a titanium sonotrode was used, model Sonic-Mill, with a power of 1790 W, a frequency of 19,3 0,1 ? KHz, and a vibration amplitude of 45 ?m.(peak to peak). A stainless steel tool was used. The total test time was 12h. SEM and laser interferometry were used to analyse the tested

samples. The results showed that both polyurethane and nylon are highly resistant to cavitation and potentially could be used in hydraulic turbines.

Key Words: Wear, Cavitation, Polyurethane, Nylon.

1 - Contribution to be presented in 61th Annual ABM Meeting, 19 - 22 July, 2006, Rio de Janeiro RJ - Brazil 2,3,4 - Graduating students, Laboratrio de Tribologia e Materiais (LTM), Faculdade de Engenharia Mecnica, Universidade Federal de Uberlndia, Uberlndia MG, Brazil. 5 - Professor, LTM, Universidade Federal de Uberlndia.

Armas Submarinas baseadas na super-cavitaoUMA NOVA GERAO DE ARMAS SUBMARINAS?

O

afundamento do Kursk em

Agosto de 2000 foi envolvido numa trama de mistrio e desinformao por parte da Marinha e autoridades Russas. Apesar da insistncia dos Russos na teoria de que o afundamento se deveu a uma coliso com outro submarino, rapidamente circulou a informao de que o Kursk estaria a testar um novo

Figura 1: Ilustrao do princpio da super-cavitao. O aumento brusco da velocidade do fluido entre o nariz e a superfcie cilndrica tem como consequncia uma forte diminuio da presso, e consequente formao de uma bolha de vapor de gua. A

tipo de torpedo, cuja exploso acidental cavidade gasosa pode ser aumentada e estabilizada atravs da injeco de gs a baixa presso (ventilao), envolvendo por causou o seu afundamento.O novo completo o objecto. torpedo poderia ser o SS-N-16A Stallion, um conjunto torpedo/mssil com um alcance de cerca de 200 milhas, ou uma nova verso do torpedo ultra-rpido Shkval (Squall), capaz de atingir uma velocidade de 200 ns! Esta segunda possibilidade mais interessante, porque levanta o vu sobre o desenvolvimento de uma nova gerao de armas submarinas ultra-rpidas baseadas numa tecnologia surpreendente, inovadora e pouco explorada, que permite a armas e veculos submarinos atingir velocidades de centenas de ns. Esta tecnologia baseada no fenmeno fsico da super-cavitao. O princpio consiste em envolver o objecto em movimento por uma cavidade de gs de modo a reduzir ao mnimo a superfcie do corpo em contacto com a gua, diminuindo drasticamente a resistncia de atrito. As aplicaes potenciais da super-cavitao incluem torpedos ultra-rpidos, projcteis submarinos para destruio de minas ou torpedos em aproximao ao alvo (uma espcie de Phalanx anti-submarino), armas tcticas ou estratgicas de longo alcance com uma combinao torpedo-mssil, ou mesmo submarinos de alta velocidade. O desenvolvimento de uma nova gerao de armas submarinas baseadas na super-cavitao pode alterar por completo a estratgia e tctica navais. Por outro lado, sistemas torpedo-mssil com ogivas nucleares podem aumentar drasticamente a vulnerabilidade das grandes foras navais e anular os sistemas tipo Guerra das Estrelas para proteco das grandes cidades. Uma outra aplicao possvel, a utilizao de projcteis estveis no ar e na gua para neutralizar minas ou atingir submarinos cota periscpica. O FENMENO DA SUPER-CAVITAO Como sabido, necessrio dispr de uma potncia elevada para fazer deslocar um objecto imerso. De facto, a resistncia de atrito produzida pela gua cerca de 1000 vezes superior produzida pelo ar e aumenta Figura 2: Esquema do torpedo Shkval (Squall), segundo Ashley [1]. com a velocidade. Quando um objecto se desloca sob a gua, a componente da velocidade tangencial superfcie do corpo diminui na parte frontal e aumenta na parte posterior, enquanto que a presso exercida pelo fluido sobre a superfcie do corpo tem uma variao contrria. Se o aumento da velocidade causar uma queda de presso suficientemente intensa, o lquido muda de estado, formando cavidades de vapor de gua adjacentes ao objecto em certos pontos localizados. O fenmeno da cavitao normalmente evitado pelos engenheiros e construtores navais, por causar perda de eficincia na propulso e mesmo eroso e desgaste das superfcies metlicas. A super-cavitao um caso extremo de cavitao, no qual o objecto em movimento totalmente envolvido por uma cavidade de gs a baixa presso, o que reduz drasticamente a resistncia de atrito. Se a forma do nariz do objecto for adequada, pode obter-se supercavitao com velocidades a partir de 50m/s. Uma vez formada, a cavidade pode ser mantida e aumentada (ventilada) injectando gs produzido pelo sistema de propulso, de modo a evitar o contacto da fase lquida com a superfcie do objecto. A potncia necessria para atingir o regime de super-cavitao elevada. Mas uma vez atingido o regime de super-cavitao o coeficiente de atrito baixa drasticamente, o que permite atingir grandes velocidades.

Esta utilizao artificiosa do fenmeno fsico da cavitao s possvel atravs de um processo de anlise extremamente complexo, dado que se trata de um problema de escoamento bifsico (o escoamento envolve simultaneamente duas fases, lquida e gasosa). O desenho do nariz do torpedo ou projctil, bem como o dispositivo de controlo da cavidade (ventilao) crtico para se obter o rendimento e comportamento adequados do dispositivo. Igualmente vitais so os sistemas de propulso e guiamento, aspectos que sero considerados mais adiante. O ESTADO-DE-ARTE DAS ARMAS SUBMARINAS ULTRA-RPIDAS A Rssia actualmente lder na tecnologia de armas submarinas baseadas na supercavitao. A tecnologia Russa encontra-se fundamentada em dcadas de investigao, e teve como consequncia prtica a introduo do torpedo Shkval. Os peritos ocidentais pensam que os cientistas russos foram os primeiros a atingir velocidades supersnicas com objectos totalmente imersos. de supor que a Rssia tenha em curso um extenso programa de investigao sobre armas baseadas na super-cavitao, mas os resultados prticos desse programa so desconhecidos. Grande parte da tecnologia fundamental usada no torpedo Shkval foi desenvolvida no Instituto Ucraniano de Hidromecnica de Kiev, na Ucrnia; ainda nos tempos da antiga Unio Sovitica. Este Instituto dispe de um tanque sofisticado para teste de modelos de objectos propulsionados a alta velocidade sob a gua. Durante a dcada de 90 a Frana iniciou tambm um programa de investigao em supercavitao, tendo provavelmente em vista as aplicaes militares. Circulam rumores de que a Frana adquiriu Rssia torpedos Shkval. A Alemanha iniciou um programa de cooperao com a U.S.Navy para o desenvolvimento de armas de super-cavitao. Durante dcadas, a U.S.Navy centrou os desenvolvimentos tecnolgicos da guerra submarina na deteco e na reduo do nvel de rudo dos submarinos, e leva anos de atraso em relao Marinha Russa no campo das armas ultra-rpidas, atraso que agora ter de recuperar, recorrendo s capacidades e recursos do pas no campo da mecnica de fluidos computacional (CFD Computational Fluid Dynamics) para simular os escoamentos bifsicos em torno de objectos. Contudo, a nica arma submarina ultra-rpida operacional de que h conhecimento o torpedo Shkval. Trata-se na realidade de um projctil propulsionado por um motor a jacto, com um comprimento de cerca de 9 metros, um peso de cerca de 2700 kg, capaz de atingir uma velocidade de cerca de 200 ns. O Shkval um torpedo de certa forma primitivo, dado que executa uma carreira rectilnea. No entanto, est certamente em curso investigao tendente a produzir armas capazes de manobrar durante a trajectria, com sistemas de homing na fase terminal da carreira (semelhantes aos dos torpedos convencionais). Os problemas tcnicos a resolver so enormes, face necessidade de impedir o contacto do torpedo com a gua durante as curvas, e de colocar os transdutores do sonar de busca em contacto com a fase lquida sem prejudicar o rendimento das superfcies que produzem a cavitao. ASPECTOS EM DESENVOLVIMENTO O desenvolvimento de novas armas submarinas baseadas na super-cavitao levanta uma srie de problemas tcnicos de difcil soluo Uma das questes mais importantes a geometria dos torpedos ou projctil, em especial o nariz (cavitador) e a zona de injeco de gs (cavity ventilation), visto ser o factor crtico para

criar e manter a bolha de gs que envolve o objecto ao longo da trajectria. Um outro problema o guiamento da arma. necessrio que durante eventuais alteraes de trajectria (por exemplo, numa fase de busca terminal) o contacto com a fase lquida se mantenha minimizado, pois de outra forma o objecto pode perder a estabilidade ou mesmo desintegrar-se. O guiamento pode ser efectuado alterando a geometria do cavitador e usando aletas mveis, mas garantir a estabilidade do objecto no interior da bolha gasosa envolvente um problema delicado, que por sua vez influencia a seleco da configurao geomtrica. Existe alm disso o problema de dotar os futuros torpedos ultra-rpidos com sistemas de sonar activo para aquisio de informao sobre o alvo. Os hidrofones tero que ser colocados nas zonas em contacto com a fase lquida, para obter rendimento adequado. Uma soluo ser colocar os transdutores no cavitador, mas o problema do rendimento mantm-se de difcil soluo. Finalmente, existe o problema da propulso. Para atingir velocidades de super-cavitao, necessrio dispor de sistemas de propulso de grande potncia. Os sistemas aparentemente mais promissores recorrem a turbinas de gs ou propulso a jacto queimando combustveis metlicos e utilizando a gua como oxidante e fluido de arrefecimento. Tais sistemas utilizam combustveis mais energticos e instveis do que os combustveis dos torpedos convencionais, o que poder estar na origem do acidente do Kursk. possvel tambm atingir velocidades de super-cavitao utilizando sistemas com hlices especiais movidas por turbinas a gs com combustveis slidos de alto rendimento. IMPACTES NA ESTRATGIA E TCTICA NAVAIS O desenvolvimento de armas submarinas ultra-rpidas, com grande alcance, guiamento por fio e capacidade de busca autnoma, (homing) poder ter um impacte enorme em futuras operaes navais. Presentemente os sistemas de aquisio (radares, equipamentos ESM/ECM e sonares) adquirem informao a uma velocidade muito superior das armas de ataque e defesa (msseis, peas de artilharia ou torpedos). Com as armas submarinas ultra-rpidas, esta situao potencialmente invertida. Se foi possvel desenvolver torpedos, msseis ou projcteis supersnicos, a deteco da aproximao destes com o sonar impossvel, porque a arma atinge o alvo antes de o eco chegar aos hidrofones da plataforma! Consequentemente, no h contramedidas conhecidas para este tipo de armas, embora seja de supr que tais contramedidas venham a ser rapidamente concebidas e implementadas, eventualmente com base em outras armas de super-cavitao (por exemplo, projcteis anti-torpedo ou projcteis com trajectria estvel no ar e na gua disparados por avies ou helicpteros). Uma consequncia do desenvolvimento deste tipo de armas poder ser o aumento da vulnerabilidade das grandes foras navais incluindo porta-avies e navios de apoio a grandes operaes anfbias, tradicionalmente usadas para desencadear operaes militares de grande escala em cenrios distantes. Por exemplo, uma arma tipo torpedo/mssil com ogiva nuclear, propulso a jacto e velocidade supersnica pode ser disparada a grande distncia de uma fora naval, aproximar-se sem ser detectada, e detonar no centro da fora sem que haja tempo de reaco suficiente. Cidades situadas junto ao mar so igualmente vulnerveis a ataques deste tipo, o que poder tornar inteis iniciativas como a clebre Guerra das estrelas. Por outro lado, a guerra submarina e anti-submarina poder sofrer enormes alteraes a nvel tctico, o que pode vir a pr em causa alguns dos actuais desenvolvimentos tecnolgicos nessas reas. Concretamente, o jogo de gato-e-rato num combate silencioso entre dois submarinos, pode vir a dar lugar a combates rpidos e ruidosos entre submarinos ultra-rpidos, disparando projcteis ou torpedos ultra-rpidos, de forma algo semelhante aos combates areos actuais! Em todo o caso, parece evidente que o desenvolvimento deste tipo de armas aumenta enormemente o valor estratgico do submarino como elemento decisivo de dissuaso, na

proporo em que os demais meios navais (incluindo os grandes porta-avies) se tornam potencialmente mais vulnerveis a ataques sbitos, inesperados e devastadores.Carlos M. Lemos CTEN

REFERNCIAS[1] Ashley, Steven: Warp Drive Underwater, Scientific American, Maio de 2001. [2] Batchelor, G. K.: An Introduction do Fluid Dynamics, Cambridge University Press, 1967. [3] Nicholas, Rufford e Grey, Stephen: Secret torpedo test blew sub apart, SUBSIM Review, Agosto de 2000 (www.deepdomain.olm.net/ssr/).

20 Soldagem Insp., Vol. 2, No. , Jan/Mar 2007

(Recebido em 03/03/2006; Texto Final em 17/10/2006). Artigo baseado em verso apresentada no XXXI CONSOLDA, So Paulo, 29 de Novembro a 1 de Dezembro 2005.

Caracterizao de Revestimentos Resistentes Cavitao Depositados por Asperso Trmica(Characterization of Thermal Spraying Cavitation Resistant Coatings) Anderson Geraldo Marenda Pukasiewicz1, Andr Ricardo Capra2, Joceli de Guia Chandelier2, Ramn Sigifredo Corts Paredes3 1UTFPR, Universidade Tecnolgica Federal do Paran, Campus Ponta Grossa, Coordenao de Mecnica, Ponta Grossa, Paran, Brasil, [email protected] 2LACTEC, Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento, Curitiba, Paran, Brasil, [email protected] 3UFPR, Universidade Federal do Paran, Departamento de Mecnica, Curitiba, Paran, Brasil, [email protected] Resumo Revestimentos protetores contra a corroso e/ou desgaste vm sendo cada dia mais depositados atravs de asperso trmica. As grandes vantagens da asperso trmica so: no induzir ciclos trmicos, tenses residuais e transformaes no substrato, porm apresentam algumas limitaes como unio mecnica e oxidao das partculas durante a projeo. Neste trabalho estudou-se a variao na microestrutura dos revestimentos depositados dos aos inoxidveis AWS 309LT1, AWS 410NiMo e liga inoxidvel com cobalto pelo processo de asperso trmica por arco eltrico. A caracterizao foi realizada por microscopia tica e eletrnica com EDX. Os resultados obtidos indicaram que as alteraes nos parmetros de deposio influenciaram diferentemente as microestruturas dos revestimentos de acordo com o tipo de arame e composio qumica. Os depsitos de

liga com cobalto foram os mais modificados, enquanto que os de AWS 410NiMo no apresentaram alteraes significativas. Os parmetros que mais influenciaram na microestrutura, porosidade e frao volumtrica de xidos dos depsitos foram a presso de ar-comprimido e distncia de aplicao. Palavras-chave: asperso trmica, cavitao, revestimento Abstract: Wear and corrosion resistant coatings have been applied by thermal spraying. The great advantages of the thermal spraying are: not imposes thermal cycles, residual stress and metallurgical transformations on the substrate, but the coatings have mechanical bonding and are affected by the oxidation of the droplets during the deposition. In this work the changes in the microstructure of the AWS 309LT1, AWS 410NiMo and cobalt stainless steel coatings by the variations in arc thermal spraying was studied. The characterization was realized by optical and electronic microscopy. The results demonstrated that the variations in the parameters modified the microstructure of the coatings, dependent of the wire type and chemical composition, where the cobalt stainless steel was the most sensible to the parameters variation, and the AWS 410NiMo did not have significant variations. The parameters that have more influence on the microstructure, porosity and oxide volume fraction were air pressure and application distance. Key-Words: thermal spraying, cavitation, coating 1. Introduo O fenmeno da cavitao refere-se formao e colapso de bolhas de vapor em um fluido, geralmente devido reduo localizada da presso. O colapso das bolhas de vapor pode produzir presses extremamente elevadas que, freqentemente, danificam a superfcie do material causando a perda de massa. A cavitao o maior problema encontrado nas operaes de equipamentos hidrulicos como: turbinas de hidreltricas, vlvulas, bombas e propulsores de navios [ ]. Na Figura visualiza-se a cavitao em uma p de turbina do tipo Francis da Companhia Paranaense de Energia Eltrica, COPEL-PR. Observa-se que esta regio apresentou uma cavitao muito severa, promovendo a remoo da camada revestida com inox AWS 309 chegando ao substrato de aoC, visvel pela regio oxidada indicada na Figura 1. As turbinas hidrulicas so estruturas metlicas que quando em operao, sofrem cavitao. Associado a isto, as ps das turbinas apresentam solicitaes que podem produzir elevadas tenses, podendo provocar o crescimento de trincas por fadiga. A origem dos defeitos pode ser decorrente de solicitaes ocorridas durante a operao, e/ou defeitos provenientes do processo de fundio ou deposio do revestimento por soldagem. O reparo das turbinas seja das trincas ou de reas ca2 Soldagem Insp., Vol. 2, No. , Jan/Mar 2007 Pukasiewicz, A. G. M.; Capra, A. R.; Chandelier, J. G.; Paredes, R. S. C.

vitadas realizado principalmente por soldagem, utilizando arames de aos inoxidveis austenticos ou ligas inoxidveis com cobalto, mais resistentes cavitao [2-5]. Figura 1. Regio cavitada em uma turbina Francis da Usina de Foz do Areia-COPEL-PR. Normalmente os processos de soldagem e recobrimento

utilizados no reparo de turbinas so por arco eltrico, do tipo eletrodo revestido e principalmente MIG/MAG. Os ciclos trmicos ocasionados pelo aquecimento localizado, aliado contrao do material depositado resultam em elevadas tenses residuais. Estas tenses residuais causam um srio problema, pois favorecem mecanismos de nucleao e crescimento de trincas e com isso acelerado o processo de cavitao [6-8]. Com a finalidade de se reduzir as tenses residuais, ocasionadas pela deposio por soldagem de ligas resistentes cavitao, tem-se estudado o recobrimento de turbinas hidrulicas atravs de asperso trmica, com a finalidade de se obter recobrimentos com adequada resistncia cavitao sem comprometer a integridade do equipamento [ ,9]. A asperso trmica um processo que envolve a deposio de um material metlico ou no metlico finamente dividido em um estado fundido ou parcialmente fundido em uma superfcie preparada para formar uma camada superficial protetora. A Figura 2 ilustra esquematicamente a pistola utilizada no processo de asperso por arco eltrico ASP, Arc Spray. Com relao tcnica de asperso trmica tm-se pesquisado em laboratrio a deposio de ligas especficas para soldagem aplicadas por asperso trmica (ASP), com e sem posterior tratamento trmico de refuso [ 0, ]. O objetivo deste trabalho estudar a influncia dos parmetros envolvidos no processo de asperso na microestrutura dos recobrimentos depositados por asperso trmica por arco eltrico, assim como na porosidade e frao volumtrica dos xidos gerados durante o processo de recobrimento. 2. Materiais e Mtodos Foram depositados trs tipos de revestimentos resistentes cavitao atravs de asperso trmica por arco eltrico em substratos de ao carbono 020. Os materiais depositados foram AWS410NiMo, AWS309LT1 e liga inoxidvel com cobalto conhecida comercialmente como Cavitec.. Estes materiais foram desenvolvidos para serem utilizados para soldagem MIG/MAG. Os arames utilizados e composies qumicas encontram-se na Tabela . O substrato de ao carbono foi preparado atravs de Figura 2. Descrio esquemtica do bico da pistola de asperso trmica ASP [ ]. Tabela 1 Arames utilizados e composio (% em peso) dos materiais utilizados nesta pesquisa [10,11].22 Soldagem Insp., Vol. 2, No. , Jan/Mar 2007 Caracterizao de Revestimentos Resistentes Cavitao Depositados por Asperso Trmica

jateamento abrasivo utilizando xido de alumnio branco (granulometria 30/ Alundum 38 A) como abrasivo, sendo que as rugosidades obtidas foram de no mnimo 4,0 m e 40m, Ra e Ry, respectivamente, sendo imediatamente depositados evitando assim acmulo de impurezas ou umidade. Para a deposio utilizou-se uma pistola a arco eltrico marca Suzler-Metco modelo 300E. Para a realizao do experimento, variaram-se os seguintes parmetros de deposio: corrente eltrica, presso do ar comprimido e distncia bico-pea, mantendo-se constante a tenso em 30V e sem utilizar pr-aquecimento. A Tabela 2 indica os

valores utilizados para a preparao das amostras para os trs materiais empregados. A caracterizao dos revestimentos foi realizada atravs de microscopia tica em um microscpio Olympus BX51, com aquisio, determinao de fases e quantificao da frao volumtrica das fases atravs de software de anlise de imagens Image Express. A microscopia eletrnica de varredura foi realizada em um microscpio Philips modelo XL30. 3. Resultados e Discusso 3.1. Modificao da microestrutura com a variao da presso do ar Nas Figuras 3, 4 e 5 so observadas as diferentes microestruturas das ligas Cavitec, AWS309LT e AWS4 0NiMo depositadas com diferentes nveis de presso de ar-comprimido. Em relao s amostras analisadas houve uma diminuio na espessura das lamelas depositadas, um aumento da quantidade de salpicos e uma reduo na quantidade de gotas semifundidas com o aumento na presso do ar-comprimido. O aumento da quantidade e do tamanho das gotas semifundidas com a diminuio da presso do ar pode ter ocorrido devido ao aumento do tamanho das gotas projetadas, diminuio da velocidade das partculas e diminuio da temperatura da partcula no momento do impacto. O aumento do dimetro das gotas ocorre devido a menor eficincia na atomizao com a reduo na presso. esperado uma diminuio na temperatura de impacto das partculas com a diminuio na presso, quer seja pelo maior tempo de vo durante a projeo ou pela diminuio da quantidade de calor gerada pela oxidao devido a maior relao volume/rea superficial [12,13]. (c) Figura 3 Morfologia das camadas depositadas com Cavitec (a) 180A, 280kPa, (b) 180A, 410kPa (c) 180A, 550kPa. Os poros so pretos, os xidos cinza escuro e a fase metlica, cinza claro. Tabela 2 Parmetros utilizados durante a aplicao (a) (b)23 Soldagem Insp., Vol. 2, No. , Jan/Mar 2007 Pukasiewicz, A. G. M.; Capra, A. R.; Chandelier, J. G.; Paredes, R. S. C.

O aumento do tamanho das gotas durante a projeo afetam a espessura das lamelas, a Tabela 3 indica os valores das espessuras das lamelas das amostras ensaiadas. Observase a reduo da espessura com o aumento da presso e a diminuio da distncia de deposio. Observa-se em termos gerais que as menores espessuras foram obtidas nos revestimentos de AWS4 0NiMo e as maiores espessuras com as amostras de Cavitec. A diminuio da velocidade das partculas, com a reduo da presso esperada no apenas pelo aumento no dimetro das gotas, causando um maior arraste, mas devido principalmente diminuio na velocidade do gs de transporte. Isto acarreta um aumento do tempo para a chegada das partculas no substrato e conseqentemente uma diminuio

da temperatura das gotas no momento do impacto com o substrato [ 2, 3]. (a) (b) (a) (b) (c) Figura 4 Morfologia das camadas depositadas com AWS 309LT1 (a) 180A, 280kPa, (b) 180A, 410kPa, (c) 180A, 550kPa. (c) Figura 5 Morfologia das camadas depositadas com AWS 410NiMo (a) 180A, 280kPa, (b) 180A, 410kPa, (c) 180A, 550kPa.24 Soldagem Insp., Vol. 2, No. , Jan/Mar 2007 Caracterizao de Revestimentos Resistentes Cavitao Depositados por Asperso Trmica

A maior frao volumtrica de salpicos nas amostras com maior presso de deposio pode ser explicado pela diminuio do dimetro das gotas durante a projeo e conseqente aumento da velocidade de impacto. Outro fator que pode determinar a maior quantidade de salpicos maior temperatura de impacto das gotas, diminuindo assim sua viscosidade. O menor tempo de vo e o maior calor gerado pela oxidao das partculas menores pode determinar este aumento de temperatura. Observa-se claramente nas amostras obtidas com presso mais elevada que as regies com maior concentrao de salpicos apresentam uma maior Tabela 3. Espessura das lamelas das ligas Cavitec., AWS309LT e AWS4 0NiMo. frao volumtrica de xidos, ver regies em destaque nas Figuras 3, 4 e 5, particularmente devido a menor relao volume/rea superficial [14]. Devido diminuio das gotas durante a projeo, a microestrutura dos revestimentos mais refinada, constituda de lamelas mais finas. A formao de xidos interlamelares fica mais intensa com o aumento da presso de trabalho. A formao deste xido diminui a resistncia interlamelar, aumentando assim a susceptibilidade de ocorrer delaminao [ 4]. Nos grficos das Figuras 6(a), (b) e (c) observado (c) Figura 6 Variao da frao de xidos e poros com a presso de ar-comprimido e distncia de deposio para as ligas Cavitec. (a), AWS309LT , (b) e AWS4 0NiMo, (c). (a) (b)25 Soldagem Insp., Vol. 2, No. , Jan/Mar 2007 Pukasiewicz, A. G. M.; Capra, A. R.; Chandelier, J. G.; Paredes, R. S. C.

a variao da porosidade e frao volumtrica de xidos com a variao na presso de ar comprimido e distncia de aplicao. A diminuio na frao de xidos pode ser decorrente dos seguintes fatores: aumento do dimetro das gotas e espessura das lamelas, ver Tabela 3; diminuio da quantidade de ar disponvel para oxidao ao redor das partculas durante a projeo; reduo da turbulncia e conseqente quebra dos xidos protetores formados ao redor das partculas e diminuio da quantidade de salpicos com a reduo da presso.

De acordo com Hoile et al., 2004 a frao volumtrica de xidos controlada pelo fenmeno de spray das gotas, neste trabalho o autor verificou comportamento semelhante da reduo da frao de xidos com a diminuio de presso para uma liga de ao carbono com 0,8%C [15]. Verificou-se, para as ligas ensaiadas, que os revestimentos depositados com AWS4 0NiMo obtiveram uma menor variao nas fraes volumtricas de xido, enquanto que nos revestimentos de AWS309LT , esta variao foi maior com a variao da presso de ar-comprimido. A liga Cavitec foi a que apresentou menores teores de xido, podendo esta caracterstica ser decorrente da maior concentrao de elementos desoxidantes como Mn e Si e formao de xidos mais resistentes e protetores. Outra modificao imposta pela composio qumica a alterao da viscosidade no estado fundido, onde um aumento da viscosidade diminui a oxidao durante a projeo das partculas e reduz a frao volumtrica de xidos e espessura do filme depositado [16]. A variao de porosidade entre as amostras ensaiadas no foi significativa. A variao da porosidade deve ser analisada com cuidado devido possibilidade de quebra dos xidos durante a preparao das amostras, o que pode dificultar uma anlise mais precisa. 3.2. Modificao na morfologia com a variao da distncia da aplicao A formao dos xidos e a porosidade esto diretamente ligadas fora de impacto e ao tempo que a partcula percorre entre a ponta da pistola e a pea, podendo alterar assim a molhabilidade das partculas. Sendo assim avaliou-se a morfologia do recobrimento em duas distncias, a 20mm, onde a velocidade das partculas mxima e a 200mm, onde existe um aumento do tempo de projeo das partculas [ 2]. A Figura 6 (a), (b) e (c) indicam as fraes de xidos e porosidade presentes nas amostras depositadas com diferentes distncias pistola-pea, mantendo-se constante a tenso em 30V e corrente em 180A. Observa-se de modo geral uma reduo na frao de xidos com a diminuio da distncia de aplicao para as amostras depositadas, conforme observado na literatura [ 2, 3]. A frao volumtrica de xidos variou de forma mais significativa para os revestimentos depositados com Cavitec, apresentando uma forte reduo para os revestimentos depositados com presso de deposio entre 410 e 550kPa. Este mesmo comportamento no foi verificado para as ligas AWS4 0NiMo e AWS309LT , que apresentaram alterao menos significativas. A reduo na oxidao deve ter sido promovida pelo menor tempo de projeo das partculas, e com isso gerado espessuras de xidos menores. A importncia da composio qumica na oxidao durante a asperso trmica deve ser mais bem estudada, possibilitando um melhor conhecimento das formas de controle da oxidao e melhorar assim as propriedades dos revestimentos. A reduo na porosidade ficou prxima da margem de erro das amostras de Cavitec e AWS4 0NiMo, porm para as

amostras AWS309LT observou-se uma importante reduo na porosidade com a reduo da distncia, principalmente para as menores presses de deposio. Nas Figuras 7 a 9 observa-se a variao da microestrutura dos revestimentos das ligas Cavitec, AWS309LT e AWS4 0NiMo, respectivamente, com a diminuio da distncia de aplicao. (a) (b) Figura 7 Morfologia dos depsitos com AWS410NiMo, 180A, 280kPa. (a)120mm. (b) 200mm.26 Soldagem Insp., Vol. 2, No. , Jan/Mar 2007 Caracterizao de Revestimentos Resistentes Cavitao Depositados por Asperso Trmica

No se observa grandes alteraes na microestrutura dos revestimentos depositados com a alterao da distncia de aplicao, como analisado anteriormente a frao de xidos foi menos alterada pela distncia de aplicao que pela presso do ar-comprimido Figura 6, assim como a espessura de lamelas, Tabela 3. 3.3. Modificao da microestrutura com a variao da corrente As variaes na microestrutura dos revestimentos depositados com a variao na corrente so observadas nas Figuras 0 a 2. Na Tabela 4 so observados os valores de porosidade e frao volumtrica de xidos com a variao da corrente. A variao na corrente est diretamente ligada com a quantidade de material fundido, tamanho das gotas e relao ar-comprimido/material fundido. O aumento da corrente produz um aumento no dimetro das gotas fundidas, assim como produz uma reduo da velocidade das partculas, sem afetar significativamente a temperatura (a) (b) Figura 9 Morfologia dos depsitos com AWS309LT1, 180A, 550kPa. (a)120mm. (b) 200mm. (b) Figura 8 Morfologia dos depsitos com Cavitec, 180A, 410kPa. (a)120mm. (b) 200mm. (a) das partculas no momento do impacto. [ 2, 3]. O aumento da corrente implica em um aumento da taxa de alimentao de arame, mantendo assim estvel o arco durante a projeo das partculas, esta caracterstica diminui o efeito da variao da corrente em relao temperatura e microestrutura. H uma alterao mais significativa da velocidade para valores de corrente prximos a 100A, porm no se adotou valores inferiores a 140A devido a baixa taxa de alimentao e nem valores acima de 180A devido a perda de estabilidade do arco durante a projeo [12, 15]. A variao na frao volumtrica dos xidos com a intensidade de corrente foi maior para a liga Cavitec e menor para a liga AWS309LT1. Existe uma provvel influncia do tipo de arame e da composio qumica da liga. Verifica-se que ocorre uma pequena reduo da frao volumtrica de xidos para os arames ASW410NiMo e Cavitec, sendo este slido e tubular do tipo metal cored,

sem apresentar fluxo. Para o arame AWS309LT1, tubular com fluxo de rutlo, a diminuio da corrente no altera a concentrao de xido.27 Soldagem Insp., Vol. 2, No. , Jan/Mar 2007 Pukasiewicz, A. G. M.; Capra, A. R.; Chandelier, J. G.; Paredes, R. S. C.

(a) (b) Figura 10 Revestimentos de Cavitec, 200mm de distncia. (a) 140A, 410kPa. (b) 180A, 410kPa. (a) (b) Figura 11 Revestimentos de AWS 309LT1, 200mm de distncia. (a) 140A, 410kPa. (b) 180A, 410kPa (a) (b) Figura 12 Revestimentos de AWS 410NiMo, 200mm de distncia. (a) 140A, 410kPa. (b) 180A, 410kPa28 Soldagem Insp., Vol. 2, No. , Jan/Mar 2007

4. Concluses A liga Cavitec apresentou maiores modificaes na microestrutura com as variaes dos parmetros do processo, enquanto que a liga AWS 4 0NiMo apresentou uma menor variao. As variaes nos parmetros de deposio, presso do ar, corrente e distncia determinaram grandes modificaes na microestrutura dos revestimentos, principalmente a presso do ar-comprimido. Em relao variao na frao volumtrica de xidos e espessura das lamelas com a presso de ar-comprimido, observou-se que h uma diminuio na frao de xidos com a reduo na presso e um aumento da espessura das lamelas depositadas. A reduo na frao volumtrica de xidos ocorre principalmente devido ao aumento do tamanho das lamelas e diminuio do nmero de salpicos, diminuindo assim a relao rea superficial/volume de material. O aumento da corrente promoveu um pequeno aumento na quantidade de xidos para as ligas Cavitec e AWS4 0NiMo, mantendo-se estvel para a liga AWS309LT . A espessura das lamelas e formao de salpicos e gotas prsolidificadas no foi alterada com a variao na corrente. A variao da distncia de asperso de 200 para 20mm promoveu uma diminuio nas fraes de xidos para a liga Cavitec, AWS4 0NiMo e AWS4309LT , porm a liga Cavitec demonstrou-se bem mais sensvel a esta variao. 5. Agradecimentos Ao Programa de Ps-graduao em Engenharia, PIPE, pela oportunidade de realizao desta pesquisa, ao Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento, LACTEC, pela cooperao, utilizao dos laboratrios e suporte financeiro dado para a realizao desta pesquisa e a COPEL, pelo financiamento deste projeto. 6. Referncias Bibliogrficas [ ] MARCH, P.; e HUBBLE, J., Evaluation of Relative Cavitation Erosion Rates for Base Materials, Weld Overlays, and Coatings, Report No. WR28-1-900-282, Tennessee Valley Authority Engineering Laboratory, Norris, TN, September 996. [2] SIMONEAU, R. et al., Cavitation Erosion and Deformation Mechanism of Ni and Co Austenitic Stainless Steel, Proceedings of 7th Conference on Erosion by Liquid and

Solid Impact, Cambridge, Inglaterra, set 1987. [3] SIMONEAU, R., Vibratory, Jet and Hydroturbine Tabela 4 Teor de xidos e porosidade com a variao na corrente. Cavitation Erosion, Cavitation and Multiphase Flow Forum, American Society of Mechanical Engineers, 99 . [4] PROCOPIAK, L. A. J., Resistncia Cavitao de Trs Revestimentos Soldados, Florianpolis, 997. p. 74. Dissertao (Mestrado em Engenharia Mecnica) Setor de Tecnologia, Universidade de Santa Catarina. [5] XIAOJUN, Z., Effect of Surface Modification Processes on Cavitation Erosion Resistance, Curitiba, 2002. p. 105. Tese (Doutorado em Engenharia Mecnica) Setor de tecnologia, Universidade Federal do Paran. [6] ARAI, Y. et al., Residual stress due to welding and its effect on the assessment of cracks near the weld interface, International Journal of Pressure Vessel and Piping, n. 63: p. 237 248. 1995. [7] BOY, J. H. et al., Cavitation and Erosion Resistant Thermal Spray Coatings, Construction Productivity Advancement Research (CPAR) PROGRAM, Technical Report 97/118, Julho 997. [8] SHI Y.M. et al., Effects of welding residual stresses on fatigue crack growth behavior in butt welds of pipeline steel. Eng Fract Mech, 36, 6, 893-902, 1990. [9] KREYE, H., et al., Cavitation Erosion Resistant Coatings Produced by thermal Spraying and by Weld Cladding, Proceedings of the 15th International Thermal Spray Conference, 25-29 May 1998, Nice, France. [ 0] PAREDES, R.S.C. et al., Relatrio: Otimizao dos reparos de turbina atravs da pesquisa em novos processos e materiais de soldagem Desenvolvimento de parmetros para novos materiais Projeto Otimizao, COPEL, 2003. [ ] PAREDES, R.S.C. et al., Relatrio: Efeito dos Processos de Modificao Superficial na Resistncia Eroso de Cavitao Projeto TrataSuper, COPEL, 2003. [ 2] NEWBERY, A.,P. et al., The velocity and temperature of steel droplets during eletric arc spraying, Surface & Coating Technology, n. 195: p. 91-101. 2005. [ 3] NEWBERY, A.P., et al., A particle image velocimetry investigation of in-flight and deposition behaviour of steel droplets during electric arc sprayforming, Materials Science and Engineering A 383, 2004, 137145. [14] NEWBERY, A.P., GRANT, P.S., Oxidation during electric arc spray forming of steel, Journal of Materials Processing Technology, 2006, artigo em impresso. [15] HOILE, S. et al., Oxide formation in the Sprayform Tool Process, Materials Science and Engineering A 383 (2004) 5057. [16] SOBOLEV, V.V., GUILEMANY, J.M., Oxidation of coatings in thermal spraying, Materials Letters, 37, 1998, 231-235.Caracterizao de Revestimentos Resistentes Cavitao Depositados por Asperso Trmica