Soluções — Grupo I

1. F — A fractura por fadiga inicia-se quase sempre na superfície da peça, em pontos de concentração de tensão (entalhes, ranhuras, mudanças de secção, marcas de maquinagem) onde a tensão local é máxima.
2. V — As marcas de praia são formadas por variações da velocidade de propagação da fenda durante ciclos de carga (mais lenta durante paragens) e são características de fadiga.
3. F — A descrição corresponde ao desgaste adesivo (galling), não abrasivo. O desgaste abrasivo é causado por partículas duras (abrasivos) que riscam mecanicamente a superfície.
4. V — A cementação (carburização) aumenta o teor de C na superfície de aços de baixo C (0,1–0,2%C) como 16MnCr5 ou 20MnCr5, seguida de têmpera para obter superfície dura com núcleo tenaz.
5. F — SSCC afecta principalmente aços de alta resistência (Rm > 700 MPa, HRC > 22). A fragilização por hidrogénio é tanto mais grave quanto maior a resistência e a dureza do aço.
6. F — Shot peening introduz tensões residuais de compressão (não tracção) na camada superficial, o que dificulta a iniciação e propagação de fendas de fadiga, aumentando a vida à fadiga.
7. V — O ião cloreto (Cl⁻) rompe a camada passiva de Cr₂O₃ nos inoxes, especialmente em pontos localizados, iniciando o pitting. Por isso se usa 316L (com Mo) em ambientes com Cl⁻.
8. V — As lamelas de grafite no GG actuam como descontinuidades (concentradores de tensão) na matriz de ferro, reduzindo a tenacidade comparativamente ao GGG (grafite nodular).
9. V — Fractura dúctil: estricção, alongamento visível, dimples (microscópio). Fractura frágil: sem deformação macroscópica aparente, superfície brilhante ou granulosa.
10. F — O zinco é menos nobre que o aço (maior potencial anódico na série galvânica), por isso actua como ânodo de sacrifício. Ao corroer-se preferencialmente, protege o aço catodicamente.

Soluções — Grupo II

a) Modo de falha:

Fadiga por flexão rotativa, iniciada na chaveteira.

Evidências: - Marcas de praia concêntricas ao fundo da ranhura → propagação cíclica característica de fadiga - Ponto de iniciação: fundo da chaveteira (zona de concentração de tensão) - Zona de fractura final ≈ 30% da secção → a fenda cresceu até que a secção residual não suportou a carga - Ausência de indicação de deformação plástica macroscópica antes da fractura (típico de fadiga)

b) Causa raíz:

Concentração de tensão excessiva no fundo da chaveteira (Kt ≈ 3,5) combinada com cargas de choque.

Cálculo: A tensão nominal de flexão (σ_n) é amplificada pelo Kt: σ_local = Kt × σ_n = 3,5 × σ_n

O limite de fadiga do C45 normalizado (sem concentrador): σ_f ≈ 0,45 × 370 = 167 MPa Com o concentrador: σ_f_efectivo ≈ 167 / 3,5 ≈ 48 MPa

Se σ_n > 48 MPa na zona da chaveteira (muito provável com cargas de choque), a fadiga inicia-se cedo.

Factores agravantes: - Raio de fundo de 0,1 mm é extremamente pequeno (valor recomendado: ≥ 0,5 mm, idealmente 1–2 mm) - Pó de cimento no ambiente pode actuar como abrasivo nas fendas (acelera propagação) - Cargas de choque sobrepõem tensão de impacto sobre a carga nominal

c) Melhorias de projecto/material:

Melhorias de projecto (mais impactantes): 1. Aumentar o raio de fundo da chaveteira de 0,1 mm para ≥ 1,5 mm → Kt reduz de 3,5 para ≈ 1,8–2,0 2. Shot peening da chaveteira após maquinagem → compressão residual reduz propagação 3. Rolamento da chaveteira (cold rolling) → compressão residual + encruamento superficial 4. Considerar ligação por interferência (ajuste prensado) em vez de chaveta se o torque permitir

Melhorias de material: - Usar C45 temperado e revenido (Rm ≈ 700 MPa) em vez de normalizado (Rm ≈ 370 MPa) - Ou 42CrMo4 T&R para ambientes com impacto

d) Comparação de limite de fadiga:

Conclusão: Com 42CrMo4 T&R e melhorias de projecto (raio 1,5 mm → Kt ≈ 2), o limite de fadiga efectivo sobe para ≈ 225 MPa — muito superior ao C45 normalizado (48 MPa). A combinação de material melhorado + geometria corrigida é a solução mais robusta.

Solução — Grupo III

a) Mecanismo de degradação do NBR:

O NBR (nitrilo butadieno borracha) tem excelente resistência a óleos minerais, mas fraca resistência a bases concentradas a alta temperatura. O NaOH 15% a 85°C provoca:

1. Hidrólise alcalina: a cadeia polimérica do NBR é atacada por OH⁻, quebrando as ligações éster e nitrilo → endurecimento progressivo (perda de plasticidade)
2. Extracção de plastificantes: a base dissolve/extrai os plastificantes que mantêm a borracha flexível → rigidez, fissuração
3. Temperatura agravante: a 85°C a cinética das reacções químicas é muito mais rápida do que a temperatura ambiente (regra de Arrhenius: cada +10°C dobra a velocidade de reacção)

Resultado: o NBR perde a elasticidade e a capacidade de vedar → falha precoce em 2–4 meses.

b) Materiais alternativos:

Opção 1: EPDM (Etileno-Propileno-Dieno Monómero)

Limitação: não pode ser utilizado se houver qualquer contaminação por óleo mineral no sistema.

Opção 2: FKM (Fluoroelastómero — Viton)

Nota: FKM standard tem boa resistência a bases diluídas; para NaOH concentrado a alta T recomenda-se FKM tipo GF ou FFKM (Perfluoroelastómero).

c) Selecção preferencial:

Material seleccionado: EPDM (se não há risco de contaminação por óleo) ou FKM GF (se há possibilidade de óleo no sistema)

Para esta aplicação específica (bomba dedicada a NaOH, sem óleo): - EPDM é a escolha óptima — excelente resistência a NaOH, menor custo que FKM, temperatura máxima (150°C) superior à condição (85°C)

Requisitos adicionais a verificar antes de implementar: 1. Confirmar que o sistema é exclusivamente aquoso (sem qualquer lubrificante à base de óleo mineral) 2. Verificar a compatibilidade do material do lip spring (mola da garra do retentor) com NaOH — se for aço inox standard, verificar resistência ao ataque alcalino 3. Confirmar rugosidade do veio: Ra ≤ 0,8 µm (retentor EPDM pode ser mais exigente que NBR) 4. Verificar disponibilidade de retentores EPDM nas dimensões Ø35 (nem sempre em stock; lead time 2–4 semanas)

d) Benefícios do revestimento Cr₃C₂-NiCr no veio:

1. Dureza superficial 900 HV vs. aço comum 180–220 HB → redução drástica do desgaste do veio pelo lip do retentor
2. Rugosidade controlada após rectificação do revestimento: Ra 0,2–0,4 µm → menor desgaste do retentor; melhor vedação hidrodinâmica
3. Resistência à corrosão pelo NaOH: o NiCr como ligante resiste a ambientes alcalinos; o Cr₃C₂ é quimicamente estável
4. Durabilidade do sistema: veio com vida útil 5–10× superior comparado a aço C45 sem revestimento → menor frequência de troca do veio

Nota: O revestimento HVOF é aplicado por projecção térmica de alta velocidade, resultando em porosidade muito baixa (<1%) e boa aderência (> 70 MPa), superior às técnicas de plasma spray.