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Fluidos de corte e suas indispensáveis e necessárias características protetivas ao
sistema no qual circulam (máquinas-ferramentas e componentes)
Pós-doutoranda - Marcília Batista de Amorim Finzi LEPU (Laboratório de Ensino e Pesquisa em Usiangem
Universidade Federal de Uberlândia
Por que é importante dedicar atenção especial à seleção adequada de FCs?
Seleção versus Sustentabilidade
Comportamento?
Desdobramentos da escolha... Processo de Usinagem e
sistema no qual circulam Homem Meio ambiente
Processo de Usinagem e sistema no qual circulam Homem Homem Meio ambiente
sistema no qual circulam Homem
DESEMPENHO DESEJADO Exigência do material trabalhado
Fatores decisivos ao usuário na aquisição do FC
Parâmetros de usinagem Processo de Usinagem
etc.
(SHEEHAN, 1999; MACHADO et al., 2015)
Bioestável
Tipo de FC Base: Vegetal, mineral ou misto Características: integral, emulsão (macro, micro ou semissintético) ou sintético etc.
Aquisição
Custos
Fatores decisivos ao usuário na aquisição do FC
Reposição perdas por arraste Monitoramento (mão de obra de manutenção) Descarte
Tratamento resíduos
(SHEEHAN, 1999; MACHADO et al., 2015)
Limpeza da máquina
etc.
etc.
Conformidade a legislação?
(SHEEHAN, 1999; MACHADO et al., 2015)
FCs: 7% a 17% x
Ferramentas: 4%
Custos de produção totais:
Fatores decisivos ao usuário na aquisição do FC
ISO 9001 ISO 14001 OHSAS 18001
Me!todo IP 346/80 – desenvolvido por cientistas da Shell como um ensaio para determinac!a"o de substa#ncias qui$micas carcinoge#nicas (derme).
ALGUNS PARÂMETROS DE CONFORMIDADE/QUALIDADE
TRGS 611 – Elementos restritos na composic!a"o de Fluidos de usinagem por serem formadores de Nitrosaminas.
VDI 3035 – Projeto de ma$quinas-ferramentas, linhas de produc!a"o e de equipamentos perife$ricos que utilizam fluidos de usinagem
Confidencial – apenas para uso interno www.blaser.com
Norma Regulamentadora 15 - NR 15Atividades e Operações Insalubres: Descreve as atividades, operações e agentes insalubres,
inclusive seus limites de tolerância, definindo, assim, as situações que, quando vivenciadasnos ambientes de trabalho pelos trabalhadores, ensejam a caracterização do exercícioinsalubre, e também os meios de proteger os trabalhadores de tais exposições nocivas à suasaúde. A fundamentação legal, ordinária e específica, que dá embasamento jurídico àexistência desta NR, são os artigos 189 e 192 da CLT.
! HIDROCARBONETOS E OUTROS COMPOSTOS DE CARBONO! Insalubridade de grau máximo
! Destilação do alcatrão da hulha.! Destilação do petróleo.! Manipulação de alcatrão, breu, betume, antraceno, óleos minerais, óleo queimado, parafina ou
outras substâncias cancerígenas afins.
Normas Nacionais
Preocupação dos fabricantes:
(SHEEHAN, 1999; MACHADO et al., 2015; WEGENER et al., 2017)
Estão entre as tarefas fluidicas dos Fluidos de Corte
Os fluidos nas máquinas-ferramentas servem para: Lubrificar, Refrigerar, Limpar, Proteção anti-corrosiva, Selar e extinguir fogo com dispositivos vulneráveis. Etc.
Cada um dos campos de aplicação requer diferentes comportamentos e
propriedades dos fluidos em uso.
Real capacidade de excercer suas propriedades?
indispensáveis aos processos de conformação e usinagem
Lubri-refrigeração, proteção anti-corrosiva,
(SHEEHAN, 1999; MACHADO et al., 2015; WEGENER et al., 2017)
Resultado das ações de escolha do fluidos:
Qual é o compromisso com a qualidade?
Qualidade em desempenho depende de:
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Conceito envolvendo necessidades e exigências do mercado na formulação de um fluido de corte (Fonte: autora)
Assim, o primeiro passo no processo complexo que é a seleção de FCs é entender a natureza dos diferentes tipos de fluidos disponíveis e os pontos fortes e fracos que eles oferecem.
EVANS, 2012
Função Tipo de aditivo Substâncias Modo de ação
Adi
tivos
de
prot
eção
ao
Flu
ido
de C
orte
Aditivo anti-envelhecimento, inibidor de oxidação
Aminas aromáticas, sulfeto orgânico, dialquilditiofostato de zinco
Estabilização da base oleosa e prevenção da oxidação em altas temperaturas.
Emulsificante
Aniônico: sulfonatos, sabão de p o t á s s i o , s a b ã o d e alcanolaminas, Não iônico: etoxilato álcool graxo; ácido graxo amida; Catiônico: sais de amonio quaternario
Formação e estabilização da emulsão. Reduzem a tensão superficial formando película monomolecular semiestável na interface óleo/água.
Inibidor de espuma P o l í m e r o s d e s i l í c i o , tributilfosfato
Desestabiliza a espuma no óleo, melhora a visibilidade da região de corte. Reduz a tensão superficial das bolhas menores que se agrupam em bolhas maiores e menos estáveis
Biocida
C o m p o s t o s d e e n x o f r e , Compostos de Isotiazolinona, A l d e í d o s , D e r i v a d o s halogenados, aditivos nitrados, sais de cobre, sais quaternários de amônio
Prevenir a contaminação m i c r o b i a n a ; i n i b i r a p r o l i f e r a ç ã o d e m i c r o r g a n i s m o s contaminantes e eliminar sua presença
Adi
tivos
de
prot
eção
a su
perf
ície
do
mat
eria
l
Aditivos anti desgaste Ácido fosfór ico e ácido fosfórico não iónico ester, dialquilditiofostato de zinco
Reduz o desgaste abrasivo por adsorção física das superfícies em atrito
Detergente, Dispersante Sulfonato, fenolato, salicilato, compostos organometálicos contendo magnésio, bário, cálcio, etc.
Impede acumulação de vernizes em superfícies, e a aglomeração de partículas sólidas formando depósitos, promove a sua suspensão.
Surfactantes Ésteres fosfato, sulfonatos e álcoois etoxilados
Garantir a uniformidade das emulsões
Aditivo de Extrema Pressão (EP)
Cloroparafina, éster sulfuroso, é s t e r á c i d o f o s f ó r i c o , polisulfureto (PS), fosfato de ferro, cloreto de ferro, sulfeto de ferro, sendo os principais compostos de enxofre, fósforo ou cloro
Proteção contra desgaste pela adsorção ou formação de camadas de reação, previne a micro fusão das superfícies m e t á l i c a s , c o n f e r e m lubr i f i cação ad ic iona l . S u p o r t a m e l e v a d a s temperaturas e pressões de corte reduzindo o contato metálico
Modificador de atrito (MA) Mono oleato de glicerol, óleo de baleia, gorduras naturais, óleos, éster sintético
Reduz o atrito e desgaste, melhora a adesão da película lubrificante
Desativadores de metal Heterociclos, di-amina, fosfito de triarilo
F o r m a ç ã o d e p e l í c u l a adsortiva
Passivo extrema-pressão (PEP) Sobrebasificados de sódio ou sulfonato de cálcio
Tipo de lubrificante sólido, f o r m a ç ã o d e p e l í c u l a separando superfícies
Inibidor de corrosão
Sulfonato, compostos orgânicos de boro, amina, aminofosfato, dialquilditiofostato de zinco, ácido graxo de cadeia longa, sulfurado, nitrito de sódio
Inibe ferrugem e corrosão de meta i s fe r rosos e não ferrosos (prevenção de oxidação)
Adi
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ma
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o Fl
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Melhorador do índice de viscosidade Polímeros A u m e n t a o í n d i c e d e
viscosidade do lubrificante
Tabela 2.3 - Aditivos usados em fluidos de corte durante as últimas décadas, incluindo exemplos e funções associadas , são classificados também quanto ao sítio de ação.
Fonte: adaptado de PAWLAK, 2003; CAPELLETTI, 2006; BRINKSMEIER et al., 2015; MACHADO et al., 2015.
O Papel dos aditivos
Além das modificações sofridas na composição durante o uso, sofre ainda uma gradativa perda de suas propriedades, resultando em perda da qualidade técnica desempenhada, exigindo ainda o seu descarte.
(OLIVEIRA, ALVES, 2007; KURAM, 2013)
Q u a n d o s e t o r n a c o n t a m i n a d o p o r microrganismos como bactérias e fungos, torna-se menos eficiente na execução de suas propriedades.
Além dos altos custos envolvidos na eliminação dos resíduos de FCs há o efeito negativo de seu descarte para o meio ambiente.
Contaminação microbiológica
Contaminação microbiológica
A análise microbiológica de FCs pode evidenciar altos níveis de contaminação, que variam de 104 a 1010 Unidades Formadoras de Colônia por mililitro de fluido (UFC/mL)
(MATTSBY-BALTZER et al., 1989; SANDIN, MATTSBY-BALTZER, EDEBO, 1991; SLOYER, NOVITSKY, NUGENT, 2002; VAN DER GAST et al., 2003; SAHA, DONOFRIO, 2012).
Uma grande variedade de bactérias são usualmente detectadas, tais como: Staphylococcus sp., Streptococcus sp., Pseudomonas sp., Alcaligenes, bactérias redutoras de sulfato (BRS) e as conhecidas como Acinetobacter sp.
São alterações resultantes de efeitos, como: •% oxidação (dependente da acessibilidade do FC ao oxigênio atmosférico) ou
•% polimerização de componentes dos FCs (devido a reações induzidas termicamente).
•% Contaminação microbiológica
•% Dureza da água
•% Força ionônica
•% pH
A estabilidade química de um FC muda significativamente ao longo de sua vida útil.
(SHENG; OBERWALLENY, 1997; MORRISON; ROSS, 2002; ZHAO; TURAY; HUNDLEY, 2006; NEDI!; PERI!; VURUNA, 2009; TOMS; TOMS, 2010; FINZI; 2015 )
PERDA DO DESEMPENHO DE SUAS PROPRIEDADES
Constituintes Quantidade (peso %)
Solução Emulsão (5,0%) Integrais Óleo mineral - 3,5 – 4,0 75,0 – 1000,0 Emulsificantes - 0,5 – 1,0 - Agentes aglomerantes - 0,05 – 0,25 - Tamponadores de pH 5,0 - - Inibidores de corrosão 10,0 0,25 – 0,50 0,0 – 5,0 Aditivos de extrema pressão 4,0 0,0 – 0,5 5,0 – 20,0 Biocidas 2,0 desconhecida - Antioxidantes - - 0,0 – 2,0 Aditivos de lubrificação limítrofe 9,0 - 0,0 – 10,0 Água 70 95,0 -
Exemplos de formulação de FC a base de óleo e a base de água (emulsão e solução)
(BYERS, 2006; RUDNICK, 2013
used on the same machine tool, applying the same tool, workpiecematerial, grinding parameters, and MWF-supply parameters. AllMWFs were specially designed three different producers for thesame application (grinding of steel workpieces). However, theexperiments indicate a strong dependence of the grinding power Pc
from the used MWF. Especially at high depths of cut, the specificlubricating ability of the MWFs leads to significant variations of thecutting power. The example demonstrates the important role theMWF-composition, which varies slightly from product to product,with regard to the productivity of manufacturing processes.
Vits demonstrated similar effects in earlier works. He comparedoil, emulsion and solutions with varied composition and statedthat increasing lubricating capability results in decreasing normaland tangential grinding forces [258]. Many publications presentedresults, which lead to the propagation of the advantages of usingoil-based MWF in grinding processes [25,111,238]. Besides ofreduced wheel wear and grinding forces, improved workpiecefinish is often combined with the use of oil-based MWFs[34]. However, this is not a general statement as the demandsof the process vary considerably based on the chosen parameters.
Even though the use of oil-based MWFs has in some cases clearadvantages, lubrication of the contact zone above a threshold cangenerate negative effects as an increased grain cutting depth Tm mayresult. This leads to a higher portion of friction compared to chipgeneration accompanied by higher temperatures. Rising thermalloads of the workpiece layer are the consequence [258]. Whencomparing the performance of oil-based and water-based MWFs ingrinding of case hardened steel 16MnCr5 (AISI5115), Heuer foundthat for the use oil-based MWFs tensile stress in the workpiece layerwas induced (especially at high material removal rates). In contrastto this, emulsions lead in all cases to compressive residual stresses[87]. In view of thermal effects on the workpiece layer water-basedMWFs have a clear advantage [287].
The presented case studies confirmed the general statement thatoils have a higher lubrication ability and water superior heatconductivity. Irani et al. presented an approach to summarize andassess the characteristics of the common types of grinding fluids[99].
3.2. Influence of service life on the technical performance of MWFs
The chemistry of a MWF changes significantly over its service life.However, for oil-based and water-based MWFs, the criteria for theend of the service life differ considerably. Therefore, the effectsoccurring in these types of MWFs are discussed separately in thefollowing.
3.2.1. Oil-based MWFsChanges of the MWF-chemistry in oil-based systems mainly
result from effects such as oxidation or polymerization of MWF-components. The amount and rate of oxidation is strongly
dependent on the accessibility of the MWF to atmospheric oxygen.Polymerization may occur due to thermally induced reactions. Oneconsequence of these chemical effects is a change of the viscosityleading to impaired flow conditions in a machine tool[165,247]. Beside the chemical modification of substances withinthe MWF, volatile substances evaporate especially at highertemperatures (impact load in the contact zone or high tempera-tures within the MWF tank at high productivity) and thus cause adecrease of the concentration of the MWF-component [144].
Additional changes of the chemical properties of MWFs in oil-based systems result from the contact of the MWF with the tooland workpiece material [13]. In grinding processes, small particlesof the grinding wheel as well as the chips provide a considerablesurface area. The transfer of metallic-ions into the MWF or MWF-components to the surface carries the potential for a noticeableshift within the MWF-chemistry. Significant changes of thechemical composition are also obtained when leakages lead tothe contamination of MWFs e.g. by hydraulic fluids.
3.2.2. Water based MWFsBesides the effects for oil-based MWFs, which also apply to the
water-based MWFs, the presence of water leads to a number ofadditional chemical and microbial alterations. As the oil-basedsystems appear to be more stable, water-based MWFs aremonitored on a regular basis. European employers’ liabilityinsurance associations recommend a weekly monitoring intervalfor MWFs in a running system and starts with a control of thewater, which is used to prepare the new MWF. Parameters whichshould be tested before the MWF is prepared are e.g. the pH-value,conductivity, water hardness, nitrite-/nitrate-/chloride-concentra-tion and microbial contamination of the used water [203]. In casethat these tests reveal unfavorable properties, an early loss of theMWF’s performance must be expected.
As premature aging of water-based MWFs is accompanied byeffects such as corrosion (Fig. 23) of machine tool components andworkpieces, microbial and health issues, as well as higher costs fordisposal and refilling, a systematic monitoring is of highimportance. The following sections aim at presenting the mostrelevant monitoring methods and parameters as well as at
Fig. 22. Influence of the MWF on the cutting power in grinding at varied depths of cut (source: IWT Bremen).
Fig. 23. (A) Microbial induced corrosion (MIC) induced by (B) bacteria formingextracellular polymeric substances (EPS) and biofilms at the surface [171].
E. Brinksmeier et al. / CIRP Annals - Manufacturing Technology 64 (2015) 605–628616
(A) Corrosão Microbiologicamente induzida (CMI) por (b) bactérias que formam substâncias poliméricas extracelulares (EPS) e biofilmes na superfície
(ORTIZ; GUIAMET; VIDELA, 1990)
The usage of MWF-components as carbon- and energy-sourcesby microorganisms may cause significant changes of the MWF-composition. The large variety of MO leads to a situation whichmakes it nearly impossible to identify suitable additives, whichcannot be metabolized by bacteria or fungi. As a consequence of themetabolism, the concentration of desired MWF-componentsdecreases over the service life whereas products of the metabolicprocesses accumulate. Fig. 27 exemplarily summarizes some effectsduring the service life of a water-based MWF. With increasingmicrobial load (colony forming units CFU), the concentration of aselected additive (monoethanolamine, MEA) drops. Furthermore,the technical performance (here, the avoidance of tool wear)diminishes. Further studies revealed an increasing risk of microbialinduced skin damage and infections [233].
An inversion of the paradigm that microbial activity in MWFscause negative effects is investigated by Brinksmeier andcolleagues. In an interdisciplinary approach, the potential ofbacteria and/or microbial products to act as MWFs or at leastsubstitute MWF-components was revealed. The lubrication abilityof bacterial cells was shown to be superior to commerciallyavailable MWFs under certain circumstances [194,195]. Thisapproach goes beyond the concept of a European MWF-producerto add one bacteria species to emulsions on purpose to avoidsettlement of further, undesired species.
To reduce negative effects of the microbial contamination,various methods are available. The wide use of biocides such asformaldehyde releasing agents is suitable to delay the microbialcolonization. A complete avoidance even in well cleaned systems isalmost impossible due to the exceptional properties of MO. Ohermethods to control the microbial colonization such as ultravioletlight [208] and gamma radiation have been shown to feature highexpenditures and/or low antimicrobial efficiency [63,175,205].
Various methods exist to estimate the quantity of MO in MWFs:dip slides, adenosine triphosphate (ATP) measurement by enzy-matic luminescence spectroscopy, measurement of dissolvedoxygen, and catalase tests [39]. In the past, dip slides were usedas a simple method to determine the microbial contamination.However, the test takes at least 24 h or longer to incubate beforethe amount of CFU can be assessed. Additional limitations of the
methods derive from the used type of nutrient media and the wayof taking the sample: anaerobic MO, slowly growing MO or MOfrom biofilms within the pipe-system of a machine tool will not bedetected [176]. The determination of bacterial load based on theconcentration of the universal energy carrier ATP correlates withthe biological activity of MOs in the MWF [177]. However, thedirect measurement of the number of CFU is not possible asinactive (but living) cells do no produce significant amounts of ATP.Nevertheless, the ATP test is discussed to be suitable for real-timecontrol and it detects all metabolically active MO in the sample[39].
3.2.8. Demand for automated control systemsTo allow for high productivity and to work at high resource
efficiency, long service life of water-based and oil-based MWFsmust be achieved. Especially the knowledge on the microbial andchemical properties of a MWF is of high importance for the end-user. Until today, the monitoring methods described above are theonly established tools for a regular monitoring of the MWF-condition. These techniques are often time consuming, prone todeviations due to inter-observer effects, and suffer from pooraccuracy. An approach to automate a demand-oriented MWF-control was presented by Palmowski et al. [173]. The authors aimon developing a closed loop control allowing for the systematicalcombination of (conventional and advanced) sensors withmaintenance methods. This would allow for e.g. the adjustmentof the additive concentration or the addition of biocides withoutthe user taking any action. Fig. 28 illustrates the idea of closed looponline control and demand-oriented maintenance of MWFspresented by Brinksmeier and colleagues.
One possibility to allow for online measurement of the chemicaland the microbial state of MWFs are electronic noses or tongues[112,202]. However, these sensors have to be calibrated. Prelimi-nary work on this issue has been presented in the last decade[185,270]. Recent findings based on GC–MS (gas chromatographywith mass spectrometric detection) revealed that suitable marker-substances can be identified. The application of correspondingsensors might allow for the online-detection of changes within theMWF-composition and thereby improve and facilitate MWF-monitoring and maintenance [173].
4. Advanced approaches for sustainable MWF-application
Recent and future challenges in the application of MWFs areeconomically and environmentally driven. To achieve higherproductivity and resource efficiency, two aspects of MWF-application are decisive: the possibility to apply MWFs asmultipurpose fluids and the increased sustainability of MWFs.This section aims on giving an overview regarding today’s trendsand possible future developments.
Fig. 27. Influence of the microbial load on the technical quality of MWFs and toolwear in drilling [143].
Fig. 28. Approach for online closed loop control of MWFs using advanced sensorssuch as an electronic nose [144].
Fig. 26. (A) Macroscopic biofilms in a MWF-tank and (B) filter clogged by biofilms[143].
E. Brinksmeier et al. / CIRP Annals - Manufacturing Technology 64 (2015) 605–628618
(A) Biofilme macroscópico em um tanque contendo fluido de corte e (B) filtro coberto por biofilme (MEYER, 2011)
T i p o lubrificante
Biodegradabilidade (%) Tipo lubrificante Biodegradabilidade
(%) Hidrocraqueados 25 – 80 Di-ésteres 50 – 100 Óleos brancos 25 – 45 Poliol Esteres 55 – 100 Óleos minerais 10 – 45 Esteres aromáticos 0 – 95 Óleos vegetais 75 – 100 Polipropileno glicóis 10 – 30 Polialfaolefinas 20 – 80 Polietileno glicóis 10 – 70 Alquilbenzenos 05 – 25 Polieteres 0 – 20
Biodegradabilidade de alguns lubrificantes (PAWLAK, 2003)
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Micela de emulsão óleo em água (adaptado de HARKINS; MATTOON; CORRIN, 1946; ROSSI et al., 2007; BERGSTRÖM, 2015; BRINKSMAYER, 2015)
Material e métodos
!% .
!% .
!% .
!% .
Mineral (semissintético) Vegetal (emulsão)
DIN-51360-2 (2 horas)
ASTM-D4627 (24 horas) Concentração 8%
!
!
Novo x 7 dias x 70 dias
Cavaco
. FC Base Tipo pH
(uso) Densidad
e (20 oC) Ponto
fulgor Viscosida
de (40 oC) Concentração
recomendada (v.v-1)
Vegetal Emulsão 8 , 7 –
9,2 0 , 9 5 g /
cm3 192 oC 55 mm2/s Usinagem FGD* (5-8%)
Mineral Semissintétic
o 8 , 5 –
9,2 1,065 g/
cm3 180 °C 56 mm!/s Usinagem FGD*(5-10%) Retificação (3-5%)
Fonte: fabricantes; *Usinagem FGD = Usinagem utilizando ferramentas com geometria definida
Materiais e métodos Preparo dos FCs
.
Material e métodos
Grau de corrosão Significado Superfície do papel 0 Ausência Sem alteração 1 Traços de corrosão No máximo três sinais de corrosão com diâmetro < 1mm
2 Leve corrosão Até 1% da superfície descolorida, porem sinais de corrosão em
maior número e mais fortes que no grau 1 3 Média corrosão Superfície descolorida entre 1% e 5% 4 Forte corrosão Descoloração de mais de 5% da superfície
Fonte: DIN 51360-2 e IP 287/87 – Petrobrás
84
Obtenção da curva padrão
� Preparar soluções padrão de 25 mL de volume contendo: 0, 20, 40, 60,
80, 100 ppm de dicromato de potássio (K2Cr2O7), 1 mL de ácido sulfúrico (H2SO4)
3,0 mol L-1.
Tabela 16 - Como reportar a corrosão
Fonte: IP 287/87- Petrobrás.
Figura 23 - Aparência do papel filtro após teste de corrosão.
GRAU 0 GRAU 1 GRAU 2 GRAU 3 GRAU 4 Fonte: Método IP 287/87- Petrobrás.
� Realizar a leitura de absorvância em um comprimento de onda
específico (O = 430 mm) para estas soluções no espectrofotômetro UV-Visível,
Figura 3.6. Classificação do papel filtro quanto ao grau de corrosão por análise do aspecto do papel após ensaio. Fonte: DIN 51360-2 e IP 287/87 – Petrobrás
Tabela 1. Classificação do ensaio de corrosão
2 mL 2 g de cavaco
(ferro fundido cinzento)
2 horas
5 mL 4 g de cavaco
(ferro fundido cinzento)
24 horas
Placa Petri (!35 mm)
Lavados em acetona (5 segundos) Secagem – temperatura ambiente
ASTM D4627
DIN 51360-2
Placa Petri (!35 mm)
RESULTADOS
Fluido de corte base (8% vv-1) e condição
de teste
Carga microbiana inoculada UFC/mL
Carga microbiana de viáveis UFC/
mL
Grau de corrosão determinado Significado
Vege
tal Novo - 0,0 0 Ausência
7 dias* 6,0 x 1022 1,0 x 105 0 Ausência
70 dias* 5,8 x 1023 3,0 x 103 3 Média corrosão (1% a 5% superfície)
Min
eral
Novo - 0,0 0 Ausência
7 dias* 6,0 x 1022 1,8 x 105 2 Leve corrosão (até 1% superfície)
70 dias* 5,8 x 1023 1,3 x 104 2 Leve corrosão (até 1% superfície)
Tabela 2. Classificação do grau de corrosão determinado nos dois FCs testados de acordo com a norma DIN 51360-2.!
*Período de realização da contaminação microbiológica "in vitro"
RESULTADOS
Fluido de corte base (8% vv-1) e condição
de teste
Carga microbiana inoculada UFC/mL
Carga microbiana de viáveis UFC/mL
Grau de corrosão
determinado Significado
Vege
tal
Novo - 0 Ausência
7 dias* 6,0 x 1022 1,0 x 105 0 Ausência
70 dias* 5,8 x 1023 3,0 x 103 2 Leve corrosão (até 1% superfície)
Min
eral
Novo - 0 Ausência
7 dias* 6,0 x 1022 1,8 x 105 3 Média corrosão (entre 1% e 5% superfície)
70 dias* 5,8 x 1023 1,3 x 104 4 Forte corrosão (mais 5% superfície)
Tabela 3. Classificação do grau de corrosão determinado nos dois FCs testados de acordo com a norma ASTM
*Período de realização da contaminação microbiológica "in vitro"
Norma FC de base vegetal FC de base mineral Novo 7 dias* 70 dias* Novo 7 dias 70 dias
DIN 51360-2 - - 1% a 5% - < 1% < 1% ASTM D4627 - - < 1% - 4% >5%
Tabela 4. Resultados dos ensaios de corrosão realizados para os dois FCs utilizando-se as duas normas
*Período de realização da contaminação microbiológica "in vitro"
RESULTADOS
RESULTADOS
Estratégias de gestão dos FC PARÂMETRO MEDIDA
Óleos contaminantes de fugas de sistemas hidráulicos
Implantação de plano de manutenção do sistema Manutenção preventiva e emprego de juntas adequadas que reduzam fugas Emprego do mesmo óleo base para a formulação de fluidos de usinagem, sistemas hidráulicos e engraxe Instalação de decantadores ou centrífugas para a separação dos óleos contaminantes
Partículas sólidas metálicas oriundas do processo (carepas, limalhas, cavacos)
Instalação de sistema de filtração eficiente (filtros: não-tecido de polipropileno, papel; peneiras) Decantação Centrífugas Separadores magnéticos
Resíduos contaminados (panos, plásticos) Capacitação dos funcionários
Monitoramento da qualidade dos fluidos de corte
Medida de pH: deve manter-se alcalino (conforme orientação do fornecedor) Óleos estranhos: é necessário detectá-los para evitar um aumento na velocidade de degradação do fluido Teste de corrosão: permite levantar o poder corrosivo do fluido Cloretos: este ensaio controla o poder corrosivo e instabilidade da emulsão Sólidos em suspensão: controla o nível de sólidos para proteger a ferramenta e não interferir no acabamento da peça e danos ao sistema (desgaste abrasivo)
Parâmetros de controle dos fluidos aquosos
Dureza: um certo grau de dureza evita a formação de espumas. Uma água com uma dureza muito alta pode desestabilizar a emulsão Sais dissolvidos: controle de sulfatos e cloretos Sólidos: devem ser menores que 500 mg/L Microrganismos: para evitar a proliferação de fungos e bactérias, não devem exceder a 10 UFC/mL Monitoramento da eficiência de aditivos anticorrosivos Água de reposição: água deionizada para evitar a contínua acumulação de íons de cálcio, cloretos, nitratos e metais pesados, que incidem negativamente na estabilidade dos fluidos. Utilização de água com baixo grau de dureza
Contaminação por microrganismos (bactérias, fungos)
Limpeza geral, desinfeção do sistema e a utilização de biocidas (prevenção e/ou controle) Sistema eficiente de filtragem e de aeração do fluido (repouso) Cultivo de amostras de FC para detecção da contaminação microbiológica Monitoramento/Controle da formação de biofilmes Controle da temperatura externa
Arrastes de fluidos de usinagem por cavacos
Otimizar as dimensões da peça a ser usinada para que a quantidade de material a ser retirada seja mínima (near net shape) Implantar sistema de drenagem de fluido aderido aos cavacos
Aerossolização do fluido de corte e de seus contaminantes
ventilação, guardas de proteção instaladas nas máquinas de usinagem, bem como sistemas de exaustão afetam a a distribuição (tamanho de partículas e quantidade) dos aerossóis liberados na zona de respiração do trabalhador
Derrames
Plano Informativo para operadores de máquinas-ferramenta Formação de pessoal e conscientização através de palestras e cursos Derramamentos e respingos produzidos no processo de usinagem podem ser eliminados mediante instalação de uma tela protetora
Medidas de controle adotadas
(ASM Handbook, 1992; LIU et al., 2010)
Estratégias de gestão dos FC
Valor medido Potenciais problemas associados Medidas de controle Concentração: < 3%
Contaminação microbiológica, odores ruins, problemas de processamento, corrosão e problemas de filtragem causados por fungos
Adicionar FC concentrado e se necessário, um biocida
Concentração: > 10%
Irritação na pele, problemas de espuma, problemas de processamento, custo elevado do líquido de arrefecimento
Adicione água até que a concentração recomendado seja alcançada
Óleo do cárter > Concentração
Contaminação microbiológica, poluição do FC, irritação da pele, problemas de processamento
Remoção de óleo mecânico (sucção, desnatação, separação)
valor pH > 9,3 Irritação na pele EPI
valor pH < 8,7 Contaminação microbiológica, odores, problemas de processamento, corrosão
Adicionar FC concentrado, parcial ou a troca completa, utilização de aditivos possíveis
Condutividade > 6 mS/cm
Problemas de processamento, corrosão, depósitos de sal, lavagem imperfeita
Parte ou mudança completa, adicione a água macia
Dureza > 40° d (Alemão)
Corrosão, depósitos de sais, limpeza ineficaz, pouca atividade de limpeza
Parte ou mudança completa, adicione a água macia
D u r e z a < 1 0 ° d (Alemão)
Problemas de espuma Adicionar água de dureza superior ou aumentar a dureza com um aditivo
Cloreto > 100 mg/L É possível que ocorra corrosão
(RAVE, JOKSCH, 2012) EPI, equipamento de proteção individual
A utilização de FCs contendo biocidas mais efetivos, que sejam submetidos ao monitoramento microbiológico rotineiro, para uma resposta precoce quando da contaminação, numa indústria com boas práticas de produção, são necessárias para evitar a contaminação, multiplicação e formação de biofilme, além de garantir uma usinagem produtiva e eliminação de danos aos sistemas nos quais os FCs circulam devido a sua perda de propriedades anti-corrosivas.
Obrigada!!
Dra. Marcília Batista de Amorim Finzi
Pós-doutoranda (LEPU) Laboratório de Ensino e Pesquisa em Usinagem
Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica – UFU
Doutora em Engenharia Mecânica – FEMEC/UFU (Conceito 7 CAPES)
Doutora em MIcrobiologia – ICBIM/UFU (Conceito 6 CAPES)
(34) 99912-1514 marthyamorim@gmail.com
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