ESTUDO DE CASO REFERENTE À FRATURA DE UMA BIELA DE MOTOR

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA - CCET

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA - DMEC

ESTUDO DE CASO REFERENTE À FRATURA DE UMA BIELA DE MOTOR DE BARCO

ANDERSON DAS VIRGENS XAVIER

São Cristóvão - SE

Novembro de 2015

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA - CCET

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA - DMEC

ESTUDO DE CASO REFERENTE À FRATURA DE UMA BIELA DE MOTOR DE BARCO

Estudo de Caso Referente à Fratura de uma Biela de Motor de Barco, apresentado como requisito para a segunda avaliação da disciplina de Falhas em Equipamentos Mecânicos, na turma T01, ministrada pelo Prof. Dr. Paulo Mário Machado Araújo.

Anderson das Virgens Xavier

São Cristóvão - SE

Novembro de 2015

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO 1

2. DESCRIÇÃO DO PROBLEMA 2

3. ANÁLISE E DIAGNOSTICO DA FALHA 5

3.1. Levantamento das Causas que Provocarão a Fratura por Fadiga da Biela. 6

3.1.1. Manutenção 7

3.1.2. Projeto 9

3.1.3. Fabricação 9

4. MEDIDAS MITIGADORAS: RECOMENDAÇÕES E SOLUÇÃO 11

5. REFERÊNCIAS 13

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Ilustração do motor utilizado. 2

Figura 2 - Vista superior da região danificada da carcaça. 3

Figura 3 - Ilustração da região danificada e da tampa lateral da carcaça do motor. 3

Figura 4 - Ilustração do motor aberto. 4

Figura 5 - Ilustração da ruptura da biela. 4

Figura 6 - Ilustração da face da fratura do objeto de estudo. 5

Figura 7 - Ilustração dos estágios do processo de fadiga. 6

Figura 8 - Fluxograma das possíveis causas da fratura. 7

Figura 9 - Superfície desgastada do mancal da biela. 8

Figura 10 - Superfície desgastada do moente do eixo virabrequim. 9

Figura 11 - Tabela de manutenção do motor B4T 5.5. 11

Figura 12 - Especificações técnicas das ligas utilizadas na HVOF. 12

1. INTRODUÇÃO

A prevenção de falhas em equipamentos mecânicos está associada a uma série de fatores que vão desde as especificações de projeto, até questões relacionadas com a manutenção dos equipamentos. A monitoração eficaz durante a vida operativa dos motores ou de quaisquer outros equipamentos, através de uma minuciosa análise dos sintomas, identificando as suas possíveis causas e corrigindo-as a tempo antes da ocorrência de falhas potenciais, é a melhor forma de se reduzir ou evitar o tempo de parada dos mesmos bem como o risco de falha dos seus componentes.

O dispositivo utilizado para esse estudo de caso foi uma biela de motor, que e utilizado em barcos de pesca. A falha observada ocorreu na biela, mas a compreensão dessa falha requer conhecer as condições de operação desse componente, assim como as diversas tensões a que ela está submetida e seus pontos críticos.

A biela tem como função transmitir os movimentos alternativos do pistão para o eixo do motor, assim como, a potência gerada pela combustão durante a expansão. Mas também possibilita movimentar o pistão durante os processos de exaustão, admissão e compressão. Este componente deve possuir alta resistência à fadiga, pois sofre carregamentos cíclicos durante toda sua vida útil. Entretanto muitos são os fatores que podem alterar esta propriedade, introduzidos pelo processo de fabricação, montagem, manutenção, material, operação, etc.

A fratura de uma biela é uma das causas mais comuns de falha catastrófica em motores, pois geralmente quando ela se rompe, uma de suas partes acaba se desprendendo do eixo virabrequim, e essa acaba se chocando contra carcaça do motor, que consequentemente provoca a abertura de um buraco, tornando o motor irreparável. Essa falha pode ser resultado da ação da fadiga perto de um defeito físico presente no corpo da biela, da falta de lubrificação numa chumaceira devido a uma manutenção deficiente, do superaquecimento do motor, ou até da falha de um dos parafusos de fixação, com aperto inadequado.

Muitas vezes quando acontece o rompimento da biela com o motor funcionado, devido a grande rigidez do sistema, o motor tende a continuar em operação por algum tempo, isso é muito ruim, pois a superfície da fratura pode sofrer grande amassamento e prejudicar a observação dos mecanismos da fratura.

2. DESCRIÇÃO DO PROBLEMA

Hoje em dia a utilização de motores em barcos de pesca é bastante comum nas regiões em que se encontram comunidades de pescadores, deixando um pouco de lado a utilização do remo, que exige muito da força física do pescador para locomover o barco, é por esse e outros motivos que os motores estão sendo bastante utilizados nos barcos atualmente. Entretanto, é perceptível que alguns proprietários não fazem um controle de manutenção adequada desses motores, sendo comum o aparecimento de falhas em alguns componentes do motor.

O equipamento em estudo é a biela de um motor da marca Branco (B4T RDP 5.5), a gasolina, com potência de 5,5 cv a 3600 rpm e torque máximo de 1,1 kgf.m a 2500 rpm.

Figura 1 - Ilustração do motor utilizado.

O motor usado para o estudo era seminovo, com uma faixa de utilização de mais ou menos 2 anos. A