Parte 2-2

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MATERIAIS PARA 
EQUIPAMENTO DE 
PROCESSOS QUÍMICOS 
 
QUI 07-09522 
Ana Maria Furtado 
PRINCIPAIS PROPRIEDADES MECÂNICAS 
 Resistência à tração 
 Resiliência 
 Ductilidade 
 Tenacidade 
 Dureza 
 Resistência ao Impacto 
 Fluência 
 Fadiga. 
Cada uma dessas propriedades está associada à habilidade 
do material resistir às forças mecânicas e/ou de transmiti-las. 
ENSAIO DE IMPACTO 
 Ensaio destrutivo. 
 Empregado no estudo da fratura frágil dos metais. 
 Usado como critério de aceitação de materiais aplicados 
em equipamentos que operarão em baixas temperaturas 
(Transição do comportamento dúctil-frágil). 
 Usado para validação do procedimento de soldagem. 
 Resistência ao impacto 
 
 
Exemplos de normas: 
 
ABNT NBRNM 281-1 (11/2003) Materiais metálicos - Parte 
1: Ensaio de impacto por pêndulo Charpy. 
ASTM E23-05: Standard Test Methods for Notched Bar 
Impact Testing of Metallic Materials (2005) (Charpy e Izod) 
ASTM D256 - 10 Standard Test Methods for Determining 
the Izod Pendulum Impact Resistance of Plastics. 
 
 Corpo de prova com entalhe é quebrado pelo impacto de 
um pêndulo/martelo de determinado peso. 
 A energia potencial da elevação do martelo se transforma 
em energia cinética na descida. Parte desta energia é 
transferida para o corpo de prova, provocando sua 
ruptura. A energia residual eleva o martelo no movimento 
de oscilação do pêndulo. A diferença entre a altura de 
queda e a altura de retorno representa a energia para 
quebrar o corpo de prova. 
Diferença entre as técnicas Charpy e Izod é como o 
corpo de prova é preso no equipamento e no 
desenho do entalhe 
Mais fácil de quebrar! 
ENSAIO DE IMPACTO 
Resultado do teste: Energia necessária para 
promover a deformação e o rompimento do corpo 
de prova. 
 
 energia absorvida  
+ frágil será o comportamento 
do material àquela 
temperatura. 
Teste Charpy com Entalhe em V 
Demonstração do teste: material frágil 
Teste Charpy com Entalhe em V 
Demonstração do teste: material dúctil 
 
Resumo: 
O teste de impacto mede a energia de choque 
necessária para romper, pelo impacto, um corpo de 
prova, contendo um entalhe a dada temperatura. 
Este ensaio tenta reproduzir no corpo de provas 
condições criticas de fragilidade, tais como: 
 
 Efeito da Temperatura (baixa) 
 Concentração de tensões devido ao entalhe 
 Tensões elevadas devido a choque 
 
Material Dúctil x Frágil 
(função da temperatura) 
O processo de fratura envolve duas etapas: 
 Formação de uma trinca 
 Propagação da trinca 
 
 Mecanismo 
 
Dúctil x Frágil 
Dúctil Frágil 
Depende da Temperatura. 
 
Teste de 
Impacto 
Fratura Dúctil 
 É um processo relativamente lento. 
 Necessita de maior energia para ocorrer. 
 Apresenta extensa deformação plástica na 
vizinhança da trinca. 
 A trinca resiste a qualquer crescimento adicional, 
a menos que exista um aumento na tensão 
aplicada (trinca estáveis). 
Fratura Dúctil 
Etapas da fratura dúctil (sob tensão de tração) : 
 
1. Inicialmente ocorre a estricção. 
2. Formação de “buracos/vazios/cavidades” 
3. Coalescência das cavidades - trinca: 
4. Crescimento da trinca 
5. Fratura ocorre devido a propagação da 
trinca que se forma em uma direção 
de ~45º em relação ao eixo de tração 
Tipo cone-taça 
Fratura Frágil 
Para que ocorra uma fratura frágil é necessário que 
existam, simultaneamente, em um ponto da 
peça/equipamento três condições: 
 
 Tensões elevadas (localizado em região com entalhe). 
 Entalhe grave: transição brusca de forma geométrica, 
defeitos na matéria-prima, na solda ou de fabricação. 
 Temperatura inferior a um valor critico, que é 
função do material. 
Fratura Frágil 
 Normalmente é uma fratura repentina e 
catastrófica, sem qualquer indicação prévia, em 
consequência da propagação espontânea e 
rápida da trinca. 
 
 Normalmente, a propagação da trinca é 
acompanhada de pouca deformação plástica 
(trincas instáveis), sem necessidade de aumento 
na magnitude da tensão aplicada. 
Inicio da fratura por propagação de uma 
trinca 
Marcas 
de “V” 
“Linhas ou nervuras” 
Nota: Ensaio hidrostático: 
 
Ensaio por meio de fluido incompressível (Água com teor de 
cloro controlado para evitar a corrosão), até um dado valor 
de pressão, com a finalidade de: 
 Aliviar as tensões residuais, 
 Avaliar a integridade e a resistência estrutural dos 
componentes sujeitos a Pressão, dentro das condições 
estabelecidas para a sua realização. 
Normalmente, P 1,5xPressão Máxima de Trabalho Admissível 
(PMTA). 
Nota: Ensaio Pneumático: ar comprimido 
Processos de Deterioração e de Falhas em 
Equipamentos - Introdução 
Projetos de engenharia 
 
Equipamentos com previsão de vida 
 
Evitar falhas prematuras que possam comprometer a 
integridade dos equipamentos. 
(Inspeção de equipamentos) 
Tipos de Falhas 
 Instantânea: 
Ocorre no momento onde são criadas condições de 
solicitação que excedam a capacidade do material 
de resistir a tensão. 
 
 Progressiva: 
Ocorre depois de um período, durante o qual o 
material acumula danos. 
Falha Instantânea 
Ocorre quando a tensão aplicada excede os valores 
de tensão de escoamento (material deforma) e 
tensão limite de resistência (material rompe). 
 
Chamada de falha por sobrecarregamento. 
 
Falha Instantânea 
Exemplos de possíveis causas: 
Tensão excessiva (erro operacional ou descontrole do 
processo). 
 Especificação de material inadequada (erro de projeto). 
 Existência de concentradores de tensões (erro de projeto 
ou de fabricação). 
Obs: Concentradores de Tensões 
 Descontinuidade geométrica (furos, mudanças acentuadas 
de geometria) 
 Tensões residuais de solda (devem ser aliviadas) 
 
Exemplos de descontinuidades geométricas e meios de 
atenuá-las 
 
 
 
Exemplos de descontinuidades geométricas e meios de 
atenuá-las 
Fadiga 
Fluência 
Desgaste/Corrosão 
Fadiga 
 Falha que ocorre devido a ação de tensões dinâmicas e 
cíclicas (mecânicos e/ou térmicos) 
 A falha ocorre com tensões menores que a tração na 
ruptura (ensaio estático). 
 Geralmente a falha por fadiga é de natureza frágil mesmo 
em materiais dúcteis. 
Fadiga 
 A ruptura se inicia com uma micro trinca, que normalmente 
se desenvolve em pontos onde há descontinuidade 
geométrica, de composição e/ou de alta concentração de 
tensões. 
 
Etapas: 
 Iniciação ou nucleação: formação da micro trinca 
 Propagação: a trinca aumenta a cada ciclo de tensão até 
atingir um tamanho critico 
 Fratura final: velocidade de propagação rápida 
 
Fadiga – Morfologia 
Superfície de uma fratura por fadiga: 
Região de inicio e propagação: + polida devido ao atrito, 
apresentando marcas de propagação (marcas de praia). 
 
Região de ruptura: área de fratura final não tendo ação do 
atrito: aspecto grosseiro, irregular. 
Fadiga - Morfologia 
Marcas de estrias (Visível no microscópio 
eletrônico de varredura - MEV) – confirma a falha 
por fadiga 
Fadiga 
Exemplos de equipamentos que podem sofrer falha por fadiga 
 Equipamentos com ciclos diários de operação (T/P). 
 Equipamentos de uso intermitente (caldeira auxiliar). 
 Eixos de bombas e compressores. 
 Tubulações de pequeno diâmetro sofrendo vibração produzida 
por equipamento adjacente. 
 
Inspeção: 
Ex. Ensaios não destrutivos(liquido penetrante, ultrassom) para 
detectar trincas. 
Fadiga 
A resistência a fadiga é medida pelo número de ciclos 
necessários para ocorrer a ruptura, em ensaios realizados 
sob a ação de tensões cíclicas (normalmente senoidal). 
 
 
 
 
Resultado do Ensaio de Fadiga 
Curva tensão versus no ciclos ou curva Wohler 
Limite de fadiga (Se) 
38 
 
 
 
O limite de fadiga pode corresponder de 35 a 65% da tensão 
máxima (limite de resistência), dependendo do material. 
Tempo campanha dos processos contínuos: até 36 meses 
(poucos ciclos). A melhor forma de minimizar a ocorrência de 
falha por fadiga é através da redução dos concentradores de 
tensão. 
 
Rf = 35-65% m 
FLUÊNCIA 
 
 
Com o aumento da Temperatura, o material poderá se 
deformar permanentemente de modo lento e progressivo: 
Fluência 
Nota: ensaio feito a temperatura ambiente 
FLUÊNCIA 
Definição: fenômeno de deformação permanente, lenta e 
progressiva, que se observa nos metais e ligas metálicas, com o 
decorrer do tempo, quando submetidos a um esforço de tração a 
temperaturas elevadas (acima da temperatura da faixa de 
fluência). 
 
Nota: As deformações serão permanentes, ainda que a tensão 
inicial seja inferior ao limite de escoamento do material 
(temperatura acima da faixa de fluência) 
 
 
 
Norma: ASTM E139 
 Denomina-se “Faixa de Fluência ou creep range” o 
intervalo de temperatura onde a ocorrência do fenômeno 
de fluência se torna significativo. 
Material Temperatura de inicio de 
fluência oC 
Alumínio e ligas ~200 
Aço carbono com 
Tensão rup  415MPa 
~340 
Aço carbono com 
Tensão rup > 415MPa 
~370 
AISI 304 ~510 
AISI 347 ~540 
 O ensaio de fluência é normalmente realizado com 
temperaturas da ordem de 1/3 a ½ da temperatura de 
fusão do material. 
Carga constante 
FENÔMENO DE FLUÊNCIA 
AO: É a deformação que 
ocorre imediatamente 
após a aplicação da carga, 
independente de haver ou 
não a fluência. 
Corresponde a 
deformação total obtida 
em um ensaio de tração 
realizado com a mesma 
temperatura e carga. 
FENÔMENO DE FLUÊNCIA 
AB: Corresponde ao 1º 
estágio da fluência, que é 
caracterizado por um 
decréscimo contínuo na taxa 
de fluência (=d/dt), ou seja, 
a inclinação da curva diminui 
com o tempo. 
FENÔMENO DE FLUÊNCIA 
BC: 2º estágio da 
fluência. 
A taxa de fluência 
(=d/dt) é constante 
(comportamento linear) 
FENÔMENO DE FLUÊNCIA 
CD: 3º estágio da fluência. 
Ocorre uma aceleração na 
taxa de fluência (=d/dt), 
ocorre a estricção seguida da 
ruptura do corpo de prova 
Os materiais dos 
Equipamentos de 
processos não devem 
atingir o 3º estágio da 
fluência dentro do 
tempo de vida útil do 
equipamento. 
 
FENÔMENO DE FLUÊNCIA 
AA’: Representa a 
deformação que haveria se 
a temperatura de teste 
estivesse abaixo da faixa 
de fluência 
Contração se a 
carga for 
removida. 
FENÔMENO DE FLUÊNCIA 
FENÔMENO DE FLUÊNCIA OU CREEP 
função (Temperatura, tensão) 
Carga de 
tração (kg) 
Temperatura 
(oC) 
Tempo necessário para 
Deformação de 
25mm 
ruptura 
1500 650 4 meses 4 anos 
3000 650 20 horas 5 dias 
1500 730 20 horas 5 dias 
Exemplo: Barra cilíndrica aço inoxidável tipo 304 com 
10m de comprimento e 12mm de diâmetro. 
 
 
EFEITO TEMPERATURA E DA CARGA 
FENÔMENO DE FLUÊNCIA OU CREEP 
Observações 
 Os materiais dos Equipamentos de processos 
não devem atingir o 3º estágio da fluência dentro 
do tempo de vida útil do equipamento. 
 
 Equipamentos que operam em alta Temperatura 
(fornos) podem atingir o 2º estágio (norma) 
dentro da vida útil projetada (cascos, tampos, 
pescoços, suporte e outras partes de equipamentos de 
processo; tubulações). 
 
Nota: parafusos, estojos, peças de vedação, peças de precisão, 
encaixe: Não podem sofre deformação permanente. 
FENÔMENO DE FLUÊNCIA OU CREEP 
Observações 
 Componentes sujeitos a trabalho em Temperatura 
dentro da zona de fluência são projetados usando 
tensões admissíveis sob condição de fluência 
 
Nota: tensão de ruptura por fluência a 100.000h em uma 
temperatura T representa a tensão que levará o material a 
ruptura (ultimo valor da curva)