Engenheiros de Béjar estudam ajustes mecânicos para prevenir falhas em maquinaria industrial

José Pichel Andrés/DICYT Pesquisadores do Departamento de Engenharia Mecânica da Escola Técnica Superior de Engenharia Industrial de Béjar, pertencente à Universidade de Salamanca, estudam o comportamento de ajustes mecânicos muito comuns em máquinas industriais, nos quais um cilindro é ensamblado a outra peça, isso é, um eixo se une a um buraco. O objetivo dos cientistas é analisar, através de um equipamento de ultrassom, as pressões a que se submete esta união, de modo que possam ser prevenidas hipotéticas falhas em todo tipo de maquinaria.

No campo da Engenharia Mecânica “nos interessamos pelos problemas de contato, que ocorrem quando temos dois sólidos submetidos a forças de pressão entre eles”, explica a DiCYT Juan Pérez Cerdán, professor da Escola Técnica Superior de Engenharia Industrial de Béjar. Sua linha de pesquisa foca-se nos ajustes por interferência, também chamados ajustes por pressão, que são muito comuns na Engenharia Mecânica porque “são utilizados para montar sobre um eixo ou uma árvore de transmissão distintos elementos, como engrenagens, roldanas ou rolamentos”.

Essencialmente, trata-se de ensamblar um cilindro com outra peça com abertura redonda para que encaixe com perfeição, mas este tipo de ajuste produz pressões muito altas entre os dois elementos. “Ter picos de tensões em uma máquina é muito prejudicial, porque podem provocar falhas, de modo que tudo o que fazemos tem uma finalidade prática: prevenir a possível falha do elementos mecânico”, destaca.

Do ponto de vista teórico, o grupo de pesquisa optou pelo método dos elementos finitos (MEF, em espanhol, ou FEM, em inglês), muito utilizado em diversos ramos da ciência. “É difícil estudar um sólido como um elemento contínuo, no sentido de que dois pontos quaisquer de um sólido podem estar tão próximos quanto se possa imaginar, isso é, que cada ponto tem outro infinitamente próximo e isto resulta em equações muito complicadas”, afirma o pesquisador. No entanto, o MEF considera que o ponto de um sólido está separado do ponto mais próximo. “Com esses pontos, que recebem o nome de nós, constrói-se uma rede e transforma-se o contínuo em uma espécie de grade”, comenta. Desse modo, o sistema de equações é mais simples e pode ser resolvido através de programas de computador nos quais se introduz a informação para obter resultados que logo serão interpretados.

Definitivamente, Juan Carlos Pérez Cerdán utiliza o método dos elementos finitos para determinar as pressões e tensões nestes ajustes por interferência. No entanto, o passo seguinte é completar a teoria com estudos experimentais, nos quais são utilizados protótipos pequenos. “É difícil encontrar uma máquina que não tenha um eixo ou uma árvore de transmissão. Sobre os eixos são montados distintos elementos de modo que transmitem a potência a um eixo paralelo ou perpendicular, através de engrenagens ou roldanas”, afirma.

A outra peça é a que tem um buraco e pode ser a parte de dentro de uma engrenagem, uma roldana ou um rolamento. “A idéia é que estejam pressionadas, de modo que estudamos o que acontece quando estão ajustadas”, afirma. Na parte interior desta peça existem pressões e tensões muito grandes e, em alguns pontos, estão mais acentuadas.

Ultrassons

Ainda que no aspecto teórico essas pressões devessem ser uniformes, “agora estudamos qual é o valor real da distribuição destas pressões, que não correspondem exatamente com as teoricamente deduzidas”, indica o especialista.

Nesta parte empírica da pesquisa o objetivo é determinar as pressões reais às quais estão submetidas as peças mediante um equipamento de ultrassom. Este aparato “emite uma onda e podemos estudar a onda refletida”, afirma Pérez Cerdán. Normalmente estes equipamento são utilizados para determinar se existe alguma fissura nas máquinas, mas o objetivo do Departamento de Engenharia Mecânica é comprovar se existe alguma variação brusca na pressão e no contato.

“O problema é que esses equipamentos não estão projetados para o problema que queremos atacar, mas para detectar pequenas fendas, mas queremos readaptar esta técnica para determinar picos de pressão no ajuste. Determinar com ultrassons qual é a distribuição de pressão será muito demorado, porque demandaria um tratamento, reinterpretação e processamento dos resultados”, indica.

Uma união muito propagada

“Este tipo de união está muito propagada na indústria, é utilizada com freqüência para ajustar elementos, de modo que queremos tirar conclusões práticas que possam melhorar este processo”, detalha Juan Carlos Pérez Cerdán referindo-se a estes ajustes compostos por um cilindro e uma peça ensamblada.

Geralmente o objetivo destas uniões é fazer com que o eixo gire muitas vezes por minuto. “As peças do eixo devem estar solidariamente montadas com o mesmo e, se a pressão não é suficiente, resvalam e a potência não é bem transmitida”.

Para conseguir a montagem das peças, pode-se recorrer à força mediante uma espécie de pinça hidráulica. Outra alternativa seria aquecer a peça que tem a abertura para dilatá-la e introduzir o eixo para se ajuste quando esta esfrie e, por tanto, perca volume. Também se utiliza a idéia contrária, esfriar o eixo para contraí-lo e fazer com que fique ajustado quando recupere a temperatura normal.