Empregando os fundamentos da técnica brittle coating na inspeção visual de equipamentos

SINÓPSE

Uma breve apresentação da técnica de análise experimental de tensões designada por “brittle coating" ou, em português, verniz frágil, no que concerne a seus aspectos históricos, formais, usos e limitações, com especial
ênfase nos princípios físicos que fundamentam sua aplicação, e como tais princípos poderão fornecer importantes
informações sobre o estado do equipamento durante uma inspeção visual.
Através de um estudo de caso - um acidente real ocorrido com um equipamento de movimentação de carga (um
guindaste móvel sobre esteiras) - demonstra-se praticamente a aplicação e utilidade dos conceitos expostos.
Como conclusão, mostra-se que a aplicação de tais conceitos possibilita ao inspetor ou analista o conhecimento das direções das tensões principais, além de uma primeira avaliação qualitativa do nível (e natureza) dos esforços a que esteve submetido o equipamento inspecionado.

1. INTRODUÇÃO

É de conhecimento geral que a sobrevivência de qualquer empreendimento, de natureza industrial ou não, dentro da realidade de uma economia globalizada, passa necessariamente pela implantação bem sucedida de programas de qualidade e produtividade, cujos objetivos podem ser sintetizados, grosso modo, em se “produzir mais e melhor, por menos”.
Também não é novidade que começa a surgir, de maneira irreversível, uma demanda da sociedade no sentido de se conseguir gerar riqueza sem destruição do meio ambiente ou degradação dos recursos naturais do planeta, além da preservação da segurança e saúde das pessoas diretamente envolvidas nos processos produtivos.
Neste contexto, a inspeção de equipamentos industriais - etapa fundamental de qualquer programa de manutenção- tende a ganhar uma posição de maior destaque. No entanto, e pelas mesmas razões, as técnicas de inspeção precisam ser capazes de fornecer o máximo de informações confiáveis, na precisão adequada e no menor tempo possível, de modo a otimizar os custos de inspeção.
O principal objetivo do presente trabalho será o de chamar a atenção do pessoal envolvido com a inspeção de equipamentos, em especial nos casos de investigação e análise de causas de acidentes, para uma antiga técnica amplamente utilizada na análise experimental de tensões chamada “brittlecoating” ou, em português, “verniz frágil” (alguns analistas preferem a denominação “verniz quebradiço”), cujos principais conceitos podem ser integralmente aproveitados, contribuindo significativamente para a melhoria da abrangência e qualidade dos procedimentos de inspeção visual.

A primeira utilização prática conhecida desta técnica se deu na Alemanha, em 1932, onde Dictrich e Lehr a serviço da empresa Maybarh, conseguiram determinar as direções das tensões principais e estudar a concentração de tensões em pistões e bielas. A partir daí e até os anos 40, vários aprimoramentos na técnica (sempre baseados na formulação dos vernizes) foram conseguidos na França, Inglaterra e EUA. Em meados da década de 40, esta tecnologia já estava relativamente estável, mas seu apogeu só ocorreu entre os anos 50 e 60, justamente quando foi publicada a mais completa referência bibliografia sobre o assunto, por Durelli, Phillips e Tsao [2|.
Mais recentemente, a técnica “brittle coating"perdeu espaço,com o surgimentodenovas técnicas emateriais para ensaios fotoelásticos tridimensionais.

ASPECTOS FORMAIS

O ensaio propriamente dito, consiste na seleção do tipo de verniz apropriado às condições de temperatura e umidade do teste, na preparação da superfície da peça a ser examinada (e das lâminas decalibração), na aplicação de uma camada fina e uniforme do verniz sobre a região de interesse, na secagem ou cura do verniz, no carregamento da peça e das lâminas de calibração, e finalmente, análise da distribuição de tensões, a partir do padrão de trincas criado no verniz.
As lâminas de calibração, pequenas vigas de geometria conhecida, são submetidas a um carregamento e vinculação também conhecidos, de modo a indicar, através desua deflexão e por meio de cálculo, o valor de deformação associado à abertura das trincas no verniz. O conhecimento deste número torna possível a determinação das tensões principais na peça.
Uma das vantagens da técnica, além da simplicidade, reside no fato de que as tensões necessárias para trincar o verniz são muito inferiores às do material da peça em análise. Logo, não há nenhum risco de ocorrerem danos na peça durante o ensaio, que é, portanto, essencialmente não destrutivo.

CAMPO DE UTILIZAÇÃO

Embora a técnica possa ser empregada com sucesso na solução de diversos problemas onde a precisão não seja um requisito fundamental, ela sempre foi mais empregada como coadjuvante, como uma primeira abordagem (análises mais qualitativas do que quantitativas).
A sua característica mais interessantereside no fato de revelar a direção das tensões principais, o que é particularmente útil quando se deseja, por exemplo, diminuir o número total de extensômetros elétricos com uma instrumentação (e conseqüentemente o custo e o tempo necessário para sua realização).
Também são conhecidas aplicações na determinação de tensões residuais, concentração de tensões e distribuição detensões em peças de geometria complicada.

PRINCIPAIS LIMITAÇÕES

Certamente sua principal limitação reside na dificuldade de se obter um nível estável de precisão, em razão da sensibilidade dos vernizes a fatores tais como: homogeneidade da espessura de camada, aderência à base, umidade do ar, temperatura (ambiente e da peça), tempo de secagem, velocidade de aplicação do carregamento, entre outros.
Um outro ponto negativo é que os solventes usados na formulação dos vernizes são, sem exceção, bastante tóxicos e inflamáveis.

Sequência de eventos do acidente (conforme relatório descritivo)

3.PRINCÍPIOS FÍSICOS DA TÉCNICA “BRITTLE COATING” (VERNIZ FRÁGIL)

O grande valor desta técnica, que a transforma em um excelente complemento da inspeção visual, não está nela mesma, mas na observação dos princípios físicos que fundamentam sua aplicação:

• As tensões mais elevadas geralmente se desenvolvem na superfície da peça, justamente onde aplicamos o revestimento (tanto o verniz frágil como uma simples pintura à base de esmalte sintético).
• Por ser frágil, o revestimento (verniz ou pintura) falha segundo o critério da máxima tensão normal, com a abertura das trineas ocorrendo perpendicularmente à direção das tensões principais. Observando os princípios acima, é possível inferir uma série de conclusões quanto aos esforços a que esteve submetido o componente e sobre sua integridade estrutural.

4.ESTUDO DE CASO

O caso abordado a seguir refere-se a uma aplicação real e recente dos conceitos apresentados, durante um processo de investigação de acidente envolvendo equipamento de movimentação de carga.

EQUIPAMENTO INSPECIONADO

Trata-se deum guindaste sobre esteiras, com capacidade de elevação para cerca de 150 toneladas, montado com 80 metros decomprimento de lança no momento do acidente.
A inspeção em questão concentrou-se em um determinado componente denominado mesa de giro, sobre a qual é montada a parte giratória do guindaste (cabina, lança, contra-pesos, acionamentos, tambores para cabos de aço, etc.). A função da mesa de giro é permitir o movimento de rotação da superestrutura em torno de um eixo vertical (imaginário) normal ao plano do chassi, que está situado na porção mais inferior do equipamento, local onde também encontramos o material rodante e outros sistemas ligados à função de transladar o guindaste.
Em razão de forma e localização no equipamento, a mesa de giro é um componente bastante sujeito a danos em caso de acidente, merecendo, portanto, especial atenção do inspetor.

O ACIDENTE

O relatório do acidente, elaborado poucos dias após a ocorrência, conta que o operador, ao descuidar-se na manobra de baixara lança, excedeu o máximo raio admissível para aquela carga. Com isto, o sistema saiu da configuração de equilíbrio estático, o que resultou no combamento do guindaste para frente. No momento em que a carga e a extremidade da lança tocaram o solo, por ação do contra-peso, o sistema ficou novamente desequilibrado e o guindaste tombou para trás.
Nestas condições, certamente ambos os impactos foram integralmente transmitidos para a mesa de giro.

OBJETIVO DA INSPEÇÃO

Como a vistoria do equipamento só pôde ser realizada algum tempo após a ocorrência do problema, as evidências das possíveis causas do acidente só poderiam ser encontradas quando da inspeção de suas partes componentes.
Pretendeu-se, portanto, analisar a viabilidade técnica das informações constantes do relatório do acidente, fazer uma primeira avaliação acerca da integridade estrutural da mesa de giro, além de verificar a necessidade de se inspecionar o componente com outras técnicas (não destrutivas ou metrológicas).

TÉCNICA DE INSPEÇÃO USADA

A definição da técnica de inspeção mais apropriada para um determinado caso, baseia-se na análise de diversos fatores, dentre os quais, o material examinado, as dimensões físicas do componente, a precisão requerida, os custos de inspeção c, em especial, as características do defeito procurado.
No presente caso, o modo de falha considerado foi a ocorrência de deformações plásticas de magnitude superior a um dado valor admissível, definido segundo as tolerâncias de forma e posição usuais para construções soldadas [3],
Assim sendo, optou-se por realizar uma inspeção visual “potencializada” pela aplicação dos conceitos da técnica “britde coating”, conforme apresentado anteriormente.

RESULTADOS

O exame da mesa de giro, que é uma peça longitudinalmente simétrica, revelou a seguinte situação:
•Ruptura das soidas na base do mancai esquerdo.
•Presença de trincas na pintura, nas adjacências da base do mancai direito.
• As trincas estão abertas e dispostas perpendicularmente à direção que as une ao referido mancai.

INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS

A posição e o aspecto das trincas denotam que o carregamento do sistema se deu através do mancai direito, puxado para cima (no sentido dearrancá-lo), submetendo a estrutura a esforços de flexão.
Por outro lado, a ruptura da solda na base do mancai esquerdo e a ausência de trincas semelhantes às encontradas no lado direito, revelam que a partir de um dado instante, o carregamento tomou-se assimétrico, torcendo a estrutura. Um posterior exame com a régua de luz comprovou a ocorrência de deformações de torção.
Em razão das indicações encontradas, a peça foi condenada sem a necessidade de novos ensaios, por meio de métodos mais sofisticados (e dispendiosos), bem como também foi possível confirmar a versão dos fatos desentu no relatório acidente.

5.CONCLUSÃO

Através da observação de determinadas indicações presentes na pintura de um equipamento, e com auxílio dos conceitos básicos da técnica de “brittte coating",poderá o inspetor ou analista conhecer as direções das tensões principais, avaliar a ordem de grandeza dos esforços atuantes e inferir uma série de conclusões referentes ao carregamento e integridade estrutural do elemento inspecionado.
Lançando mão de tais recursos, aumenta-se consideravelmente a abrangência c profundidade da inspeção visual, tornando dispensáveis, em alguns casos, o emprego de técnicas mais sofisticadas (e dispendiosas).

6. EFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Budynas, Richard G., "Advanced Slrength and Applied Stress Analysis", New York, McGraw-HilI, 1977, pgs. 406-411.
[2] Durelli, A. J.,etal, "Introduction totheTheoretical and Experimental Analysis of Stress and Strain", McGraw-HilI, 1958, pgs. 329 - 373.
[3] Norma ISO 13920:1996 (E), "Welding-General Tolerances for welded constructions - Dimensions for lengths and angles - Sriape and positíon".