A segurança de um cilindro também depende da requalificação periódica

A requalificação periódica, também conhecida como reteste ou inspeção, nos cilindros que armazenam gases a alta pressão é obrigatória e muito importante para a manutenção da segurança deste produto.

Alguns acidentes acontecem devido às péssimas condições em que se encontram os cilindros, como foi o episódio ocorrido  na cidade de Salvador, no estado da Bahia. Nesta ocasião, a explosão provocada pelo rompimento de um cilindro que armazenava GNV, não provocou vítimas fatais, mas houve feridos e danos materiais. Segundo especialistas que estiveram no local, pode ser observado que o cilindro apresentava corrosão acentuada e perda de massa, acarretando na  diminuição da espessura de suas paredes e conseqüentemente fragilizando-o a ponto de não resistir à pressão de abastecimento.

Este fato ocorrido na Bahia não é isolado e isto reforça o cumprimento da regulamentação técnica do Inmetro e a importância da requalificação periódica dos cilindros. A regulamentação determina que os cilindros devem ser requalificados a cada cinco anos para avaliar as suas condições físicas. A requalificação é fundamental para determinar as características de resistência do cilindro à  pressão do gás armazenado, eventualmente alteradas pelo seu uso ou devido à ação do tempo.

Além disso, durante a requalificação do cilindro, são avaliadas as condições mínimas exigíveis por
normas nacionais e internacionais a que um cilindro deve atender para considerá-lo apto para voltar ao serviço, independente de sua norma de fabricação.

Existem alguns fatores que podem modificar as propriedades do cilindro como: sua exposição a  condições corrosivas; choques ou impactos de objetos  sobre a superfície do reservatório; exposição ao fogo ou calor excessivo; e mesmo o número de vezes em que o veículo é reabastecido num  determinado período de tempo.

A requalificação periódica poderá detectar, por exemplo, a manipulação indevida por pessoas  inescrupulosas, que insistem em utilizar os cilindros sucateados ou que foram condenados para o seu uso, disfarçando-os com uma pintura ou aplicando produtos para recompor a sua estrutura, isto é um ato criminoso.

A requalificação dos cilindros que armazenam GNV somente deverá ser realizada nas empresas requalificadoras certificadas pelo Inmetro. Após a requalificação, estes cilindros recebem um selo com a marca do Inmetro, que identifica a conformidade às normas e aos regulamentos.

Na inspeção anual de veículos, realizada pelos Detrans em alguns estados, já se exige o cumprimento da regulamentação, mas isto deveria ser obrigatório em todos os órgãos de trânsito locais.

A necessidade quanto à divulgação dessa regra de segurança, deve ser responsabilidade de todos os envolvidos no mercado de GNV, o setor privado e o setor público podem conscientizar os  usuários de veículos a GNV de sua importância.

A seguir é mostrada a seqüência das atividades dessas inspeções.

Fluxograma das etapas aa Requalificação Periódica

Verificação da identificação (marcação na cúpula)

A Identificação do cilindro é sua “carteira de identidade”. Portanto, um cilindro não é considerado apto para “existir” e conseqüentemente ser usado e retestado, isto é, a norma NBR 12274  claramente manda reprovar um cilindro que não tenha, no mínimo, as seguintes marcações:

a) número de série
b) nome, logotipo do fabricante ou procedência
c) ano de fabricação
d) pressão de serviço
e) norma de fabricação
f) sinete da entidade inspetora de fabricação

Estas marcações é que dão a legalidade do cilindro. Assim, nenhuma outra atividade envolvida na inspeção periódica pode ser desenvolvida, caso o que descrevemos antes esteja irregular.
Novamente: o cilindro deve ser reprovado nesta etapa.

Exemplo de marcação

Retirada e inspeção da válvula

• Verificação visual do estado da rosca e sua calibração com calibrador anel.
• Verificação do dispositivo de alívio de pressão (DAP).

Avaliação da massa

Perda de massa significa perda de espessura da parede por corrosão.

Assim, caso o cilindro apresente perda de massa superior a 5%, o cilindro deve ser inspecionado de outra forma (ex: ultra-som) para ser verificado se a espessura mínima de projeto está garantida.

Nota: o retestador/inspetor deve ser capaz de calcular a espessura mínima de projeto do cilindro em função da norma de fabricação.

Inspeção de rosca

• Inspeção Visual (mínimo de sete fios bons)
• Calibrador - Tampão

Nota: no caso de pequenos defeitos, a rosca pode ser reusinada com “macho” adequado.

Inspeção visua

• Externa (olho nú)
• Interna (lâmpada ou fibra ótica)

Deve-se levar em conta sempre a experiência do inspetor, devido à importância desta atividade. Busca-se nesta etapa, além de defeitos causados pelo uso, alterações físicas realizadas por  pessoas não autorizadas (adulterações).

Portanto, após a limpeza externa (remoção completa da pintura) e interna (retirada de óleo, óxidos,
etc.) e só então, realiza-se as inspeções visuais.

• Danos causados por fogo (qualquer evidência de que o cilindro passou por fogo é condenatória).
• Efeitos de arco elétrico (solda) ou bico de gás, também são condenatórios.
• Marcações duvidosas (no corpo)
• Calombos (condenam o cilindro, mesmo que pequenos)
• Mossas,Cortes e Corrosão avaliar conforme  tabela da norma
• Trincas (condenam o cilindro)
• Dobras de laminação (condenam o cilindro)

Testes hidrostáticos

Objetivo: Verificar a resistência mecânica do cilindro quando este é submetido à pressão de teste;  se a resistência mecânica conferida ao cilindro quando foi fabricado (segurança) permanece  existindo dentro dos padrões de aceitação das normas.

Pressões de teste

Conforme a norma de fabricação.

Padrão de aceitação

A Expansão Volumétrica Permanente não deve exceder 10%.
Da Expansão Volumétrica Total.

Métodos de teste { Camisa D´água
Expansão direta

Por Rejane Acioli

Especialistas alertam para a falta de esclarecimentos na utilização de cilindros

O cilindro considerado o componente mais importante de uma instalação de GNV, armazena o gás natural à alta pressão e resiste bravamente as cargas e descargas desse combustível. Além das várias características mecânicas que devem ser consideradas na fabricação dos cilindros, a segurança é o principal fator de preocupação na hora de projetar esse componente.

Algumas vezes, por falta de conhecimento ou simplesmente por falta de esclarecimento, os  procedimentos de requalificação e os cuidados que devem ser tomados na hora de inspecionar um cilindro, são mal interpretados. Construído e preparado para resistir a altas pressões, o cilindro é projetado para armazenar o GNV a uma pressão de serviço de 200 bar, no entanto pressões muito acima desta, fornecidas em postos de abastecimento, podem comprometer a segurança do usuário.

Além disso, a condenação de cilindros no momento da requalificação, muitas vezes é mal recebida pelos seus usuários, no entanto esse procedimento é necessário e devido, tendo em vista a segurança de todos.Por incrível que pareça, até componentes de válvulas são encontradas no interior desses cilindros. Porque isso acontece, veja a seguir a entrevista que realizamos com o engenheiro Guilherme Augusto de Castro, um dos maiores especialistas nesse assunto, para nos explicar o processo de fabricação e alguns cuidados que devem ser tomados no controle desses cilindros.

Globo Gás Brasil: Um cilindro de GNV pode ter soldas, provenientes da fábrica, em seu corpo?

Guilherme Augusto de Castro: Atualmente no Brasil duas normas são aceitas para a fabricação de cilindros para GNV. A norma ISO 4705 para cilindros de aço, recarregáveis, sem costura, para gases e a norma ISO 11439 para cilindros de alta pressão, para armazenamento de gás natural como combustível, a bordo de veículos automotivos.

A primeira norma ISO 4705 tem em seu título a informação de que se trata de uma norma para cilindros “sem costura”, ou seja, o tubo original não possui soldas. A norma ISO 11439 informa que no fechamento dos tubos que irão formar o cilindro acabado ou o “liner” interno do cilindro revestido, não pode ter adição de material. Resumindo, não existe hoje no Brasil norma que permita a fabricação de cilindros de alta pressão para transporte de GNV que não seja em aço sem costura, ou seja,sem solda.

Globo Gás Brasil: Quando se encontra algum vestígio de solda, o requalificador deve condenar este cilindro? E por quê?

Castro: O único fabricante de tubos de cilindros sem costura, que abastece o mercado brasileiro, só disponibiliza o tipo AISI 4130 em uma versão modificada com adição de Boro para aumentar ainda mais as características de alta temperabilidade do material. Este aço possui um carbono equivalente muito superior ao máximo permitido para considerá- lo como soldável segundo os conceitos de fabricação de qualquer que seja a norma de fabricação. Ou seja, quando este tipo de aço recebe adição de solda ou mesmo sofre abertura de arco elétrico, ele trinca.

E isto é um fator que a norma de reteste NBR 12274 e aquela da qual ela se originou em sua maior parte, a norma ISO 6406, informam que o cilindro deve ser condenado em caso da existência de soldas nos mesmos. Inúmeros são os casos de cilindros que causaram acidentes fatais devido a profissionais que preferiram ignorar este fato.

Globo Gás Brasil: Esta correta a resposta do fabricante em afirmar que algumas soldas em seus cilindros são de fabricação, tecnicamente esta informação procede?

Castro: Esta afirmação é simplesmente absurda e criminosa. Por outro lado, embora alguns profissionais envolvidos na fabricação não possuam conhecimentos adequados a respeito da metalurgia do aço que está sendo utilizado, eu acho muito difícil que os departamentos de Controle de Qualidade dos fabricantes brasileiros ignorem os princípios básicos das normas que estão sendo adotadas. Devo lembrar, no entanto que não é incomum a existência de profissionais não habilitados atuando na área de reteste de cilindros, deste modo não é raro que um inspetor confunda uma mancha de corrosão ou marca de fabricação, com uma abertura de arco ou adição de solda. O lixamento de áreas com marcas de ferramentas de conformação (spinner – veja foto) ou mesmo áreas lixadas com corrosão localizada, por exemplo, podem causar marcas que facilmente podem ser confundidas por adição de solda por profissional não adequadamente informado. Em caso de dúvida as marcas externas causadas por soldas podem, no entanto, ser facilmente detectadas com auxilio de um reagente metalográfico, como o Nital por ou pelo exame interno do cilindro.

Globo Gás Brasil: Por que são encontrados os dispositivos de segurança da válvula, como mola e dispositivo de excesso de fluxo, no interior dos cilindros durante o serviço de requalificação?

Castro: Esta pergunta é realmente muito interessante. A metodologia de certificação adotada pelo Inmetro (Portaria 257) se baseia numa tradução quase que literal das normas ISO 15500. O Inmetro resolveu revisar a regulamentação técnica, pois as normas ISO, são muito genéricas, no que dizem respeito à metodologia de ensaio dos componentes. Além disso, alguns dogmas do tipo: Fabricantes internacionais “consagrados” são melhores do que os fabricantes brasileiros; Fabricantes internacionais já utilizam as normas ISO integralmente e eles produzem equipamentos melhores do que os nossos; “O que é bom para ISO serve para nós também”, pois eles sabem mais do que nós pobres subdesenvolvidos. Sendo assim, esses dogmas podem nos levar a usar as normas ISO em sua versão integral, pois o mundo todo usa a ISO integralmente.

Além do mais, quando o processo de aprovação de válvulas utiliza uma metodologia inadequada de ensaios, pode gerar produtos que se danificam após pouco tempo de uso, como é o caso do despreendimento destes dispositivos de segurança. Vale lembrar, que o Inmetro ao revisar o Regulamento Técnico da Qualidade (RTQ) de componentes para instalação do sistema para GNV, complementou os requisitos das normas ISO 15500 em um trabalho trabalho de vários meses que culminou com esta revisão.

Dessa forma, a revisão deste RTQ não permite que uma válvura seja testada por metodologia incerta e aprovada quanto a parâmetros pouco ou nada definidos evitando-se então diversas falhas existentes nessas normas ISO. Ou seja, enquanto não for mais bem definida, a metodologia de teste e a metodologia de certificação hoje aplicada, não garante a qualidade do projeto e/ou dos componentes fabricados de qualquer dos componentes utilizados e se  insistirmos em adotar normas incompletas ou não adequadas as condições de uso só estaremos comprovando oficialmente a existência de produtos inadequados.

Globo Gás Brasil: Existe algum avanço tecnológico na fabricação de válvulas?

Castro: O setor esta progredindo em ritmo mais rápido do que os fabricantes desejam.

Um exemplo do que hoje seria a válvula solenóide da Sherwood Superior com um chip que permite a leitura da pressão e temperatura que permite o alívio de pressão gradual evitando que o gás realimente o fogo em caso de incêndio ou desnecessariamente libere todo o gás causando deste modo um potencial risco de incêndio nas proximidades do cilindro em caso de sobre pressão. Ao custo de US$ 80,00 ela é, no entanto, um desenvolvimento tecnológico que pode não ser de interesse do mercado no presente momento.

Por Rejane Acioli

Serviço de requalificação de cilindros para GNV não é executado de acordo com os critérios estabelecidos por norma e deixa o mercado preocupado.

O serviço de requalificação de cilindros para GNV não está sendo realizado de acordo com os critérios estabelecidos pela regulamentação técnica do Inmetro. Esta constatação é dos próprios consumidores, que estranham, muitas vezes, a rapidez como é executado este serviço. Em alguns casos, existem denúncias, até da falta de conhecimento técnico dos requalificadores. Além disso, não cumprem integralmente com a norma NBR 12274, onde estão estabelecidos os critérios técnicos e, optam por um custo menor, realizando parte do serviço, pondo em risco a segurança do usuário.

Existem casos que o risco é dos próprios técnicos que realizam o serviço de requalificação, como por exemplo, desgaseificar o cilindro fora do local adequado.

Outra prática indevida, é a falta da execução do teste hidrostático, os fabricantes de cilindros alertam para a importância deste ensaio, pois ele pode nos mostrar quanto este cilindro está expandido e, se poderá continuar sendo carregado, tendo em vista as expansões sofridas durante os enchimentos
contínuos.

Segundo técnicos do Inmetro, as empresas que executam este serviço são avaliadas e certificadas pelos organismos que acreditados por este órgão para este escopo. Eles dizem ainda, que nos casos da constatação das evidências do não cumprimento da regulamentação técnica pertinente a esta
atividade, estas empresas serão penalizadas de acordo com os critérios previstos para concessão da licença para uso da marca da conformidade.

“As empresas de requalificação que não cumprem com os requisitos estabelecidos por norma, além de estarem agindo de forma ilegal, colocam em risco também o programa de GNV, pois se ocorrer algum acidente com um cilindro que foi mal requalificado, todos acabam perdendo”, alertam os fabricantes de cilindros.

Por Rejane Acioli

Muito se fala sobre a norma ISO 11439, mas efetivamente pouco se sabe sobre sua essência e o porquê ela foi criada.

Como qualquer atividade regular no mundo moderno, o crescimento do mercado de gás natural veicular, exigiu dos organismos internacionais o desenvolvimento de normas que regulassem a atividade e principalmente os produtos envolvidos.

O mercado do GNV apresentava então um grande desafio, como fazer um cilindro de alta pressão para gás natural veicular leve e seguro.

A ISO “International Organization for Standardization”, que é uma rede de institutos de normalização de 148 países, venceu esse desafio desenvolvendo então a ISO 11439:2000, “Cilindros de alta pressão para armazenamento, a bordo, de gás natural como combustível para veículos automotores”.

A ISO 11439:2000, seguindo a essência da normalização não somente prescreveu como o produto deveria ser feito, mas também permitiu inovações tecnológicas considerando o fato de que avanços na qualidade dos materiais, sistemas de qualidade de produção, métodos de produção computadorizada e tecnologias de inspeção não destrutivas.

UM POUCO DA HISTÓRIA

Os primeiros cilindros de aço eram projetos que seguiam especificações industriais. Na Itália, os cilindros de aço de parede fina, equivalentes à especificação da norma US DOT 3AA foram usados até os anos 70. Entretanto, a indústria automotiva exigia continuamente o uso de cilindros mais leves, para minimizar a perda de desempenho do veículo, mas sem reduzir a segurança do sistema. A experiência com o GNV levou a Itália, nos anos 70, a desenvolver uma regulamentação para cilindros de aço de baixo peso (”Leggere”).

Na América do Norte, a conversão em grande escala dos veículos para gás natural começou nos anos 80. Cilindros de aço de baixo peso recobertos com fibra de vidro desenvolvidos para aplicações aeroespaciais foram incorporados pela indústria de gases em 1977. Em 1982, os cilindros de alumínio recobertos com fibra de vidro começaram a ser utilizados para armazenagem de gás natural comprimido. Em 1985 os fabricantes de cilindros de aço seguiram o mesmo caminho desenvolvendo cilindros de aço recobertos com fibra de vidro.

Para diminuir mais ainda o peso do cilindro, diversos fabricantes desenvolveram projetos de cilindros de metal com toda a superfície externa recoberta com fibra.

Nos anos 80, Suécia, Rússia e França iniciaram as primeiras aplicações de cilindros com cobertura total de fibra para aplicação em GNV. Em 1992, na América do Norte, os primeiros cilindros com fibra de vidro e fibra de carbono foram introduzidos no mercado.

O DESENVOLVIMENTO DE PADRÕES DO CILINDRO DE GNV

Em 1989 a Nova Zelândia publicou a norma NZS 5454, que foi a primeira norma dedicada a GNV. Esta norma especificava o teste de dureza do material para todo cilindro fabricado, além de ser a primeira norma que incluía testes de performance de ciclo de vida baseados nas condições de serviço de uso automotivo.

O Canadá, seguindo o exemplo da Nova Zelândia criou a norma CSA B51-1991, que regulava a utilização dos cilindros com cobertura de fibra, que vinham sendo utilizados na América do Norte com autorizações especiais, pois o mercado de ônibus demandava cada vez mais por cilindros de baixo peso. Essa norma ainda incluía testes para assegurar a compatibilidade dos materiais do cilindro com o agressivo ambiente de trabalho automotivo.

Ainda em 1989 iniciou-se o trabalho de desenvolvimento da norma internacional de cilindros para GNV, a ISO 11439.

Em 1992 os EUA desenvolveram a norma ANSI/AGA NGV2-1992 para cilindros de GNV baseada nos padrões industriais. A norma NGV2 foi a primeira a definir os quatro tipos de projetos de cilindros:
Tipo 1 - cilindros do metal (alumínio ou aço).
Tipo 2 - cilindros de metal recobertos com fibra (região anular).
Tipo 3 - cilindros de metal recobertos com fibra (em toda ex-tensão).
Tipo 4 - cilindros de compósito recobertos com fibra (em toda extensão).

Em 1994, após diversas falhas ocorridas nos EUA, identificou-se que o problema ocorria, pois os cilindros eram projetados para o uso industrial e utilizados em ambiente automotivo. Como resultado a NGV2-1992 foi reavaliada no Canadá e criou-se a CSA B51-95. Esta norma forneceu um sumário completo de condições de serviço do GNV e de testes de desempenho para todos os tipos do cilindro. Especificou também requisitos de revestimento de proteção externo além de um teste ambiental de exposição externa.

AS CARACTERÍSTICAS DA ISO 11439
OTIMIZAÇÃO DO PRODUTO SEGUNDO A APLICAÇÃO

O principal requisito de um usuário de GNV é o peso do sistema de armazenagem de combustível do veículo. Cilindros usados em aplicações industriais são projetados para fornecer uma vida infinita, o que de outro lado faz com que o peso aumente consideravelmente. Cilindros industriais permanecem em serviço até que eventualmente falhem, ou sejam reprovados em testes periódicos ou inspeções visuais. O objetivo da norma ISO 11439 foi prover cilindros de GNV projetados para um tempo de vida especificado, considerando o tempo de vida usual de um veículo.

PERFORMANCE BASEADA NA APLICAÇÃO

O segundo conceito adotado pela ISO 11439 foi de desenvolver requisitos de performance, ao contrário das normas para cilindros industriais que especificam tipicamente os materiais e suas características.

Como os cilindros de GNV são usados somente sob ambientes automotivos, os testes do desempenho podem ser especificados para a condição do serviço, demonstrando a adequação do projeto à aplicação.

Além disso, definindo os testes de desempenho, materiais de alta resistência podem ser utilizados, reduzindo mais ainda o peso do cilindro.

TEMPO DE VIDA

Uma consideração no projeto dos cilindros de GNV é o número de ciclos de pressão que um cilindro pode sofrer durante as operações de enchimento. Os cilindros de GNV sofrem um número significativamente maior de ciclos de pressão do que os cilindros industriais. Os ciclos repetidos de pressurização resultarão eventualmente no aumento das trincas causadas pela fadiga do material. Definiu-se então como pior caso de ciclo de vida de 1000 pressurizações por ano de vida, isto é, 20000 ciclos de pressurização em 20 anos.

Para evitar que defeitos não detectados no material viessem a causar falhas prematuras, introduziu-se a inspeção não-destrutiva em 100% dos cilindros produzidos, através da varredura da superfície dos cilindros por ultra-som.

Requisitos de teste e projeto garantem que se um cilindro for utilizado além do tempo de vida estipulado e uma falha por fadiga vier a ocorrer, que o cilindro vaze antes de estourar, isto é os cilindros não estouram e sim deixam o gás vazar.

PRESSÃO DE ESTOURO

A pressão do estouro de um cilindro foi usada como um indicador da segurança relativa, quanto mais elevada a pressão de estouro, maior a segurança. Entretanto, para a aplicação de GNV a pressão de estouro não pode ser usada para predizer a tempo de vida do cilindro, sua resistência aos efeitos ambientais, sua resistência a danos por impacto ou a resistência das fibras à sobrecarga.

Atualmente esse tipo de teste não é mais requerido como uma verificação aleatória, ou seja destruição de alguns cilindros em cada lote produzido, ele transformou-se em uma confirmação periódica de que todo o sistema de produção está funcionando corretamente, através de sistemas de qualidade reconhecidos.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Cilindros de GNV foram adaptados originalmente de projetos industriais feitos por padrões que especificavam as tensões permissíveis do projeto, materiais de construção e processos de manufatura. A experiência demonstrou que os projetos industriais de cilindro eram freqüentemente inadequados para condições de serviço automotivas, não considerando a resistência às condições ambientes ou ao tempo de vida necessário.

A ISO 11439:2000 veio de encontro às necessidades de mercado desenvolvendo um produto adequado à utilização, considerando características necessárias ao bom desempenho do sistema, como a definição do tempo de vida e a redução de peso.

Este artigo foi extraído do ISO Bulletin February 2001
Colaboração: Eng. Pedro Mazzaro

Os materiais metálicos, de uma forma geral, sofreram grande desenvolvimento ao longo das décadas de 60, 70 e 80. Os de interesse específico para a fabricação de cilindros para gases comprimidos, as ligas de aço e as ligas de alumínio, tiveram como principal força motriz em seu desenvolvimento as necessidades crescentes de materiais para construção de navios, plataformas de petróleo, submarinos com fins militares e de pesquisa etc.

No tocante às ligas de aço, a busca por materiais com alta tensão de escoamento, alta tenacidade à fratura, resistência à corrosão, boas características de soldabilidade (mecânicas e microestruturais), entre outras propriedades, propiciou o surgimento ao longo das décadas de 60 e 70 dos aços da série HY (alta tensão de escoamento), dos aços tipo Cortem, aços de ultra – alta resistência e os inoxidáveis do tipo Maraging. Esses aços embora possuindo elevada resistência mecânica e tensão de escoamento, boa resistência à corrosão e corrosão sob tensão, ainda apresentavam deficiências quanto à soldabilidade e tenacidade à fratura.

A necessidade de solucionar tais deficiências aprofundou os estudos dos mecanismos de fratura e principalmente das inter-relações entre a microestrutura do material e suas propriedades mecânicas, o que resultou no surgimento dos aços microligados e passíveis de serem “projetados a atender determinadas propriedades mecânicas”.

No caso das ligas de alumínio, os grandes avanços ocorreram nas décadas de 60 e 70, impulsionados também pela área aeroespacial. São exemplos de uso na área de cilindros as ligas AA – 6061 e AA – 6010.

Um grande avanço ocorreu no desenvolvimento dos materiais metálicos, não só na formulação de novas ligas, mas na obtenção destas. Assim, processos inicialmente dispendiosos e restritos à pesquisa, passaram a ser empregados comercialmente na fusão das novas ligas, como por exemplo a fusão a vácuo (VIM) e a fusão e refino a vácuo (VIM e VAR).

Processos como extrusão inversa a morno seguida de laminação a frio, estampagem profunda, repuxo a quente, soldas a “laser” e “eletron beam” são utilizados na transformação dessas matérias-primas para a fabricação de cilindros com e sem costura. Tais transformações são realizadas com total controle da microestrutura objetivada, através de controles de temperaturas, tempos, tamanho de grão, tipo, forma e dispersão de intermetálicos, controle de textura, entre outros parâmetros, o que tornou possível a fabricação de cilindros usando todas as propriedades inerentes à liga escolhida. Este fato, associado à utilização das ferramentas de análise estrutural, que discutiremos adiante, possibilitam a fabricação de cilindros metálicos mais leves.

MATERIAIS COMPÓSITOS

Materiais compósitos são aqueles obtidos a partir de fibras estruturais na forma de filamentos contínuos, tecidos ou picadas, impregnados por uma matriz que pode ser metálica, cerâmica ou plástica (termoplástico, termofixo ou elastômero). Quando a matriz é plástica temos o “plástico reforçado”, que é o material compósito de interesse na fabricação de cilindros.

Como material de uso estrutural o plástico reforçado surgiu na década de 60, tendo sua primeira aplicação na construção das carcaças dos motores dos foguetes Polaris. O uso não militar do material compósito deu-se no fim da década de 70, início da de 80, através da fabricação e comercialização de cilindros de alumínio reforçados com fibras destinados a equipamentos de respiração autônoma.

As fibras estruturais de uso mais freqüente são as fibras de vidro, carbono e de aramida. Entretanto, para aplicações menos triviais existem fibras outras como as de tungstênio – boro, alumina, carbeto de silício etc., que apresentam excelentes propriedades mecânicas em temperaturas de até 2.000ºC.

As fibras de vidro são obtidas a partir da fusão de misturas de areias, calcário e alumina, apresentando resistência à tração entre 1800 e 2600 MPa e módulo de elasticidade em torno de 70 GPa, com uma densidade de 2,54 g/cm3.

As fibras de carbono são obtidas a partir do Rayon, da poliacrilonitrila (PAN) ou do piche, sendo mais comum a obtida a partir da PAN. Apresentam-se como fibras de alta deformação, médio módulo e alto módulo. As de alta deformação apresentam resistência à tração entre 3500 a 6700 MPa, com módulo de elasticidade de 230 GPa, enquanto as outras apresentam resistência à tração entre 2700 a 5400 GPa e módulo de elasticidade entre 350 a 600 GPa. A densidade da fibra de carbono é de 1,8 g/cm3.

As fibras de aramida são fibras orgânicas oriundas da família das poliamidas. Foram introduzidas na década de 70 pela DuPont, com o nome comercial de Kevlar e posteriormente pela Akzo Nobel com o nome comercial de Twaron. Apresentam resistência à tração de 3600 MPa e módulo de elasticidade entre 70 e 112 GPa. Sua densidade é de 1,45 g/cm3.

MATRIZES PLÁSTICAS

São usadas como matrizes para os materiais compósitos termoplásticos, elastômeros e termofixos. O mais usual é o uso dos termofixos, principalmente os polímeros e copolímeros de resina epóxi e as resinas epóxi éster – vinílicas, devido às suas excelentes propriedades mecânicas e químicas e ao fato de apresentarem ligações cruzadas após cura.

Excluindo-se a redução significativa do custo das fibras de reforço, os materiais compósitos devem o aumento da intensidade de seu uso a dois fatores básicos:

— O primeiro, à melhoria do processo de fabricação das fibras de reforço, que tornaram as variações de propriedades extremamente pequenas, sendo ampliada, portanto, a confiabilidade e a performance, além do desenvolvimento de novas resinas terem aumentado o desempenho do compósito final, quer do ponto de vista mecânico, quanto ao término de químico.

— O outro fator diz respeito ao desenvolvimento de processos de manufatura de alta produção, que tornaram a fabricação de componentes em plástico reforçado menos artesanal.

No tocante à produção de cilindros, a utilização de equipamentos de bobinamento de fios contínuos de alta velocidade e produtividade é hoje possível graças aos avanços da eletrônica digital. Esses fatores, aliados ao embasamento teórico do comportamento de estruturas não isotrópicas, propiciam a fabricação de cilindros muito leves e resistentes em plástico reforçado.

Fonte: INT