Erosão, Cavitação, Fissura e Fadiga

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EROSÃO, CAVITAÇÃO
Erosão é o processo de desgaste, transporte e sedimentação do solo, dos subsolos e das rochas como efeito da ação dos agentes erosivos, tais como a água, os ventos e os seres vivos. O processo de desagregação das partículas de rochas (chamadas de sedimentos) é ocasionado pela ação do intemperismo (conjunto de processos químicos, físicos e biológicos que provocam o desgaste dos solos e rochas). O transporte desses sedimentos ocorre pela ação da gravidade e dos elementos da superfície. Já a sedimentação consiste na deposição das partículas dos ambientes erodidos.
 Classificação das erosões conforme os agentes erosivos:
 Erosão Pluvial: como o próprio nome indica, é causada pela água das chuvas. Em menor intensidade, ela provoca apenas a lavagem dos solos, mas, em grandes proporções, provoca alterações mais intensas, com erosões mais profundas. Quando os solos estão “limpos”, ou seja, sem vegetação (sobretudo em áreas inclinadas), os efeitos da erosão pluvial são mais graves.
 Erosão Fluvial: esse tipo de erosão é causado pela água dos rios, transformando o seu curso em vales mais profundos do que o seu entorno. Além disso, quando não há uma vegetação nas margens dos cursos d'água, elas são erodidas pela força das águas, intensificando processos de assoreamento e alargamento do leio das bacias de drenagem.
 Erosão Marinha: causada pelo desgaste de rochas e solos litorâneos pela água do mar, contribuindo para a formação de praias e de paisagens costeiras, tais como as falésias.
 Erosão Eólica: é causada pela ação dos ventos, que provoca o intemperismo das rochas e também atua no transporte de sedimentos para zonas mais distantes dos pontos de erosão. Costuma ser um processo mais lento do que os demais que envolvem a ação da água.
 Erosão Glacial: ocorre com o congelamento dos solos e a consequente movimentação em blocos. Também atua no congelamento da água que se dilata e provoca alterações na composição e disposição das rochas e dos solos.
 Erosão Gravitacional: esse tipo de erosão costuma ocorrer em localidades muito inclinadas, como em cadeias montanhosas. Consiste na ruptura e transporte de sedimentos proporcionados pela ação da gravidade, com a deposição gradual de partículas de rochas das localidades mais altas para os pontos de menor altitude.
 Soluções para as erosões: Ações não estruturais: Educação ambiental forma e informal; Prática de inter e/ou transdisciplinaridade; Planejamento sustentável da ocupação do solo. Ações estruturais: Implantação de obras de infraestrutura como redes de drenagem de águas pluviais, bacias de retenção e detenção, poços e trincheiras de infiltração.
 Um exemplo é a ação do vento durante centenas ou até milhares de anos. Aos poucos, as formações rochosas vão sendo “esculpidas” e, assim, erodidas. O mesmo acontece, às vezes, com os solos, principalmente quando eles estão completamente expostos.
Cavitação:
Cavitação é o nome que se dá ao fenômeno de vaporização de um líquido pela redução da pressão, durante seu movimento. Para todo fluido no estado líquido pode ser estabelecida uma curva que relaciona a pressão à temperatura em que ocorre a vaporização. Por exemplo: na pressão atmosférica a temperatura de vaporização da água é de cerca de 100C. Contudo, a uma pressão menor, a temperatura de vaporização também se reduz.
Cavitação é o nome que se dá ao fenômeno de vaporização de um líquido pela redução da pressão, durante seu movimento. Para todo fluido no estado líquido pode ser estabelecida uma curva que relaciona a pressão à temperatura em que ocorre a vaporização. Por exemplo: na pressão atmosférica a temperatura de vaporização da água é de cerca de 100°C. Contudo, a uma pressão menor, a temperatura de vaporização também se reduz.
FISSURA
Fissuras são cortes superficiais no concreto, na alvenaria, revestimento ou pintura, decorrentes de diversas causas, como: Acomodação de elementos estruturais; Comprometimento da estrutura; Dilatação térmica no revestimento; Vibrações; Retirada de elementos de escoras durante a fase construtiva; Sobrecarga de uso calculada inadequadamente; Perda de água nas camadas de acabamento, dentre outros. De acordo com o tamanho, as fissuras são classificadas como: microfissuras ou macrofissuras. 
FADIGA
Fadiga é o fenômeno de ruptura progressiva de materiais sujeitos a ciclos repetidos de tensão ou deformação. O estudo do fenômeno é de importância para o projeto de máquinas e estruturas, uma vez que a grande maioria das falhas em serviço são causadas pelo processo de fadiga, cerca de 95%.
Redução gradual da capacidade de carga do componente, pela ruptura lenta do material, consequência do avanço quase infinitesimal das fissuras (deformações plásticas) formadas no interior. Crescimento em cada flutuação do estado de tensões. Deterioração progressiva → Trinca pequena → Trinca de tamanho crítico → Ruptura final (brusca). Causado por carregamento cíclico mecânico ou termomecânico.
 Exemplo: Reservatório pressurizado. Drenagem a cada 2 meses, vida útil de 10-20 anos → 60-120 ciclos
FLUÊNCIA
Fluência é a deformação permanente de materiais quando estes são sujeitos a cargas ou tensões constantes e está em função do tempo. Este tipo de deformação é observada em todos os tipos de materiais. Para os metais ela só é relevante para temperaturas iguais ou superiores a aproximadamente 0,4Tf (Tf = temperatura absoluta de fusão) do metal em causa. Os polímeros amorfos, como plásticos e borrachas, são os materiais mais sensíveis a este tipo de deformação. Os ensaios de fluência consistem em sujeitar o provete a cargas e a temperaturas constantes. A deformação é medida e traçada em função do tempo decorrido até ocorrer a fractura do provete. A deformação do provete é normalmente dividida em três etapas: fluência primária, secundária e terciária. Na primeira é aplicada a carga e ocorre uma deformação elástica instantânea seguida de uma deformação plástica gradualmente menor até se tornar constante devido ao encruamento do material. Na segunda etapa a velocidade de deformação é constante e é a etapa mais longa. Por ultimo, na terceira o material deforma se muito rapidamente até ocorrer ruptura, este aumento da velocidade de deformação deve se à diminuição da área da secção útil do provete que causa um aumento da tensão aplicada pois a carga se mantém constante. Este tipo de deformação é muito comum em materiais que são colocados em serviço a temperaturas elevadas e a tensões mecânicas estáticas, tal como os rotores de turbinas em aviões e geradores a vapor. Sem temperatura não existe fluência.
DESGASTE MECÂNICO
Desgaste é a perda progressiva de material devida ao movimento relativo entre a superfície e a substância com a qual entra em contato. Esta relacionado com interações entre as superfícies e, mais especificamente, a remoção e a deformação do material sobre uma superfície como resultada da ação mecânica da superfície oposta. A necessidade de movimento relativo entre as duas superfícies de contato e mecânica inicial entre asperezas é uma importante distinção entre desgaste mecânico em comparação com outros processos com resultados semelhantes.
Tipos de desgastes:
 Desgaste por Fadiga: A definição de fadiga, pela norma ASTM E1823-96 [1996]: “É o processo de mudança localizada, permanente e progressiva na estrutura, que ocorre no material sujeito a flutuações de tensões e deformações que pode culminar em trincas ou completa fratura depois de um número suficiente de flutuações”. De forma mais simples, ela é um tipo de desgaste atribuído a carregamentos cíclicos de duas superfícies em contato mútuo e usualmente ocorre sem perdas progressivas de material. Este tipo de desgaste pode ocorrer em dois modos: Fadiga de contato O mecanismo de falha chamado de fadiga de contato ou fadiga na superfície é bem comum em alguns componentes mecânicos como rolamentos, engrenagens, rodas de trem e cilindros de laminação. O desgaste devido à fadiga na superfície pode ser caracterizado pelaformação de trinca e descamação causada pelo repetitivo e alternado carregamento rolante e deslizante das asperezas na superfície dos sólidos em movimento relativo. As propriedades dos materiais têm um importante papel no contato de fadiga. Os requerimentos básicos do material para rolamentos é ter suficiente dureza para resistir às tensões do contato, e para isso, é necessário em uma manufatura de rolamentos, rolos e anéis com alta precisão. Aços com alta porcentagem de carbono são os materiais mais amplamente utilizados em contatos rolantes e são relativamente baratos, tendo uma dureza alta quando comparado com outros metais.
Fadiga térmica: É um modo de falha importante que ocorre em materiais e equipamentos submetidos a mudanças bruscas e cíclicas de temperatura, como em usinas termoelétricas e termonucleares, cilindros de laminação, turbinas a gás, motores a diesel, turbinas de aeronaves entre outros. No caso das usinas termonucleares, a falha por fadiga térmica corresponde a um problema comum e que pode levar a um acidente tipo LOCA (Loss Of Coolant Accident) ou “acidente por perda de refrigerante”. A Fadiga Térmica provoca tensões e deformações em componentes metálicos por causa de flutuações cíclicas de temperatura, causando danos semelhantes a choques térmicos repetitivos. Curva S-N: O desempenho de materiais em fadiga normalmente é caracterizado pela "curva S-N", também conhecida como "curva de Wöhler", que é um gráfico de magnitude de tensão (S) por número de ciclos (N) em escala logarítmica.
Desgaste por fricção: Quando um corpo se desloca em contato com outro, existe uma força, chamada atrito ou fricção, em direção oposta ao sentido do movimento. Esta força é proporcional à força de contato entre os corpos; a constante de proporcionalidade é chamada de coeficiente de atrito entre os corpos específicos (cada superfície e corpo tem um coeficiente diferente). Esta força existe porque as superfícies em contato não são perfeitas; há saliências e reentrâncias que se opõem ao movimento. Se as superfícies forem lixadas e/ou um lubrificante for usado, o coeficiente diminui muito porque estas saliências e reentrâncias desaparecem (pela lixa) ou ficam separadas uma da outra (lubrificante).
Desgaste por erosão: O desgaste por erosão é caracterizado pela remoção de material pelo impacto na superfície de partículas sólidas presentes em um determinado fluído. Esse tipo de desgaste é encontrado em peças de máquinas, tais como pás de ventiladores, exaustores industriais, pás de turbinas de hidrelétricas, distribuidores de adubos, tubulações, entre outros. E é importante se ter a noção desse fator porque as ligas aplicadas vão ser diferentes de acordo com o tipo de ambiente. No desgaste por erosão em algumas situações a peça chega a furar e perder a eficiência no processo e parar o equipamento. O desgaste por erosão em baixa temperatura requer uma liga de carboneto de tungstênio, porque o carboneto de tungstênio é muito aplicado em temperaturas de até 450 graus centígrados. Acima dessa temperatura o aço começa a ter corrosão e a partir daí torna-se necessário outra liga que é o carboneto de cromo.
Desgaste por cavitação: O mecanismo de desgaste por cavitação ou corrosão por cavitação é uma forma de desgaste feito através de qualquer líquido que contenha bolhas gasosas ou vaporosas, que servem como núcleos de cavitação. Quando a pressão é reduzida a um determinado nível, as bolhas se tornam o repositório de vapor ou de gases dissolvidos. O resultado imediato dessa condição é que as bolhas aumentam rapidamente de tamanho. Posteriormente, quando as bolhas entram em uma zona de pressão reduzida, elas tomam um tamanho reduzido como resultado da condensação de vapores que elas contêm. Este processo de condensação surge de modo rápido, acompanhado por choques hidráulicos, emissão do som, destruição dos laços materiais e outros fenômenos indesejáveis. Um aspecto crítico do processo de desgaste da cavitação é a destruição da superfície e do deslocamento de material causado pelo alto movimento relativo entre uma superfície e o fluido exposto. Como resultado de tais movimentos, a pressão local do líquido é reduzida, o que permite à temperatura do fluido chegar ao ponto de ebulição, formando pequenas cavidades de vapor. Quando a pressão retorna ao normal (sendo maior do que a pressão de vapor do fluido), implosões ocorrem gerando as bolhas de vapor ou cavidades em colapso. Este colapso de bolhas provoca ondas de choque que produzem forças de alto impacto em superfícies metálicas adjacentes. Este encruamento causa fadiga e cavitação. As causas do desgaste por cavitação estão relacionadas ao material empregado na construção da peça, ao acabamento e ao perfil hidráulico da superfície.
Desgaste por adesão: O desgaste adesivo se dá pela junção localizada no meio de superfícies solidas em contato, o que causa transferência de partículas solida de um ponto da peça à outra parte, ou perda de uma dessas partículas. Materiais sólidos tendem a se unir com esse tipo de desgaste. Na pratica, qualquer superfície possui asperezas, até mesmo aquelas que são extremamente limpas ou polidas possuem sinuosidades, que tendem a junção à medida que entram em contato, a adesão ocorre nos contatos destas asperezas. A área de contato real entre duas superfícies é muito inferior à área aparente entre duas superfícies, de tal forma que a pressão entre essas asperezas pode ser extremamente alta, o que pode levar a deformação plástica em algumas asperezas em contato muito intima, levando assim a uma condição em que estas sinuosidades se ligam e provocam a ligação entre essas superfícies.
Desgaste abrasivo: O desgaste abrasivo é o tipo de desgaste ocasionado por partículas e protuberâncias localizadas nas superfícies dos materiais, que são forçadas umas contra as outras ao longo da superfície de contato. Logo, a perda de material ocorre devido ao roçamento das partículas com os materiais atritados, que desgastam as superfícies dos mesmos.
 FRATURA MECÂNICA
A Mecânica da Fratura trata do comportamento à fratura de componentes contendo defeitos ou trincas sob condições semelhantes às encontradas na prática. Os conceitos tradicionais de resistência dos materiais baseados em propriedades como resistência ao escoamento ou resistência à ruptura não levam em conta a tenacidade à fratura do material, a qual é definida pela mecânica da fratura como a propriedade que quantifica a resistência à propagação de uma trinca. Sob certas condições de serviço, um defeito, mesmo de dimensões muito pequenas, pode levar a falhas catastróficas. Tais defeitos são inevitáveis nas estruturas. Por mais controlada que seja a fabricação dos componentes, defeitos aparecem de formas variadas, adicionalmente àqueles inerentes ao próprio material. As dimensões críticas de defeitos, que dependendo da sua posição provocam rupturas catastróficas sob as condições de tensões, são determinadas em função da tenacidade do material.
Processo de fratura: Formação da trinca. Propagação da trinca.
Tipos: Fratura dúctil, Fratura frágil.
CARBONETAÇÃO, DESCARBONETAÇÃO
Carbonetação é um processo de adicionar carbono à superfície. Ele é conseguido pela exposição da peça a uma atmosfera rica em carbono em alta temperatura, que permite a transferência de átomos de carbono para o aço. O processo de difusão só ocorre se o aço tiver baixo teor de carbono porque a difusão baseia-se no princípio do diferencial de concentração. Se um aço de alto carbono é aquecido em um ambiente livre de carbono (como ar), a difusão do carbono tende a ocorrer no sentido inverso ( átomos de carbono saem do aço) , resultando na descarbonetação. A carbonetação pode ser feita de três formas: sólida, com gás e com líquido. Em todos os casos não existe limite técnico para a profundidade de endurecimento, mas valores acima de 1,5 mm não são usuais. Todos os tipos de carbonetação requerem a têmpera a partir da temperatura do tratamento ou a partir de uma temperatura mais baixa, ou ainda reaquecimentoe têmpera. As peças são então revenidas para o grau de dureza desejado.
Tipos de carbonetação - sólida, gasosa, líquida
Carbonetação Sólida ou em caixa: Neste processo a peça é colocada num container de aço selado, contendo carvão granulado. O carvão é tratado com um ativador químico como carbonato de bário que promove a formação de CO2 . O gás reage com o próprio carvão formando monóxido, CO. O monóxido reage com a superfície da peça formando carbono atômico que difunde para o aço. Ver figura do processo abaixo. O processo de carbonetação não endurece o aço. Ele simplesmente aumenta o teor de carbono até uma profundidade pré-determinada, a um nível suficiente para permitir um endurecimento subsequente por têmpera. Tempo do processo: entre 4 e 10 horas.
Carbonetação gasosa: Pode ser feita com qualquer gás a base de carbono, como metano, etano, propano ou gás natural. A maioria dos gases é inflamável, o que requer cuidados especiais para que o gás a aproximadamente 9000C não tenha contato com oxigênio. A vantagem deste processo em relação a carbonetação sólida é que a têmpera pode ser feita a partir da temperatura do tratamento. Fornos com sistema de esteira tornam possível o resfriamento em atmosfera controlada.
Carbonetação líquida: Pode ser executada em banhos de sal líquido, com aquecimento externo ou interno. O sal de carbonetação contém compostos de cianeto ( como cianeto de sódio- NaCN). O tempo do tratamento é mais curto que os demais ( 1 a 4 horas). A desvantagem do processo é a toxidez e o custo do descarte do material do banho.
DESCARBONETAÇÃO:
Na indústria química, petroquímica e na indústria siderúrgica do setor metal mecânico, a descarbonetação é um tipo de tratamento térmico importante, porém não é aceito em qualquer nível, uma vez que deixa o metal mais suscetível à corrosão. A descarbonetação é caracterizada como uma mudança na estrutura do aço, mais usado em aço baixa liga, no qual alguns átomos de carbono contidos na camada superficial ou camadas do aço acabam sendo perdidos. 
Na descarbonetação total, há redução do teor de carbono na camada superior do aço, que é composta principalmente de materiais como o ferrite, enquanto na descarbonetação parcial, há perda de carbono nas camadas mais periféricas do aço. Uma microscopia é usada nesse caso para identificar a perda de carbono, porém, outras técnicas de teste também estão disponíveis atualmente para identificar se houve ou não perda de carbono pelo aço. Este tipo de tratamento térmico ocorre em produtos que necessitam de baixa permeabilidade magnética.
Classicamente, a descarbonetação do aço ocorre quando o metal é aquecido em um ambiente onde o oxigênio está presente, levando ao metal à oxidação e à perda de carbono. Como resultado da descarbonetação, o metal perde um pouco de sua resistência e ductilidade, e pode desenvolver fissuras que o tornem vulnerável à ruptura. A superfície do aço também pode se tornar mais escamosa.
Quando é verificada alguma falha no processo de descarbonetação do aço, ensaios de materiais são testados no aço para confirmar que o nível de perda de carbono é aceitável. Se não for, o aço não será usado para produção de nenhum tipo de material. Perda de carbono pode fazer a estrutura do aço pode ficar menos estável, além de desvirtuar o desempenho de ferramentas de aço e causar uma variedade de outros problemas com os equipamentos fabricados com o aço descarbonetado.
	
CORROSÃO
A corrosão metálica é a transformação de um material ou liga metálica pela sua interação química ou eletroquímica num determinado meio de exposição, processo que resulta na formação de produtos de corrosão e na libertação de energia. Quase sempre, a corrosão metálica (por mecanismo eletroquímico), está associada à exposição do metal num meio no qual existem moléculas de água, juntamente com o gás oxigênio ou íons de hidrogênio, num meio condutor. A adoção de uma ou mais formas de proteção contra a corrosão dos metais deve levar em conta aspectos técnicos e econômicos. Entre os aspectos técnicos, o meio de exposição é um parâmetro de grande importância. Quanto a este parâmetro, o uso de inibidores de corrosão ou o controle de agentes agressivos (SO2, H+, Cl-) são impraticáveis nos casos em que se deseja proteger um determinado metal contra a corrosão atmosférica e o mesmo vale para a utilização da proteção catódica, restando nestes casos somente a modificação do metal ou a interposição de barreiras como uma alternativa para proteção contra a corrosão.
Em alguns casos, a modificação do metal é perfeitamente aplicável, citando como exemplo, a utilização do alumínio e suas ligas em componentes como esquadrias, portas e janelas ao invés do aço-carbono. No entanto, para estruturas de grande porte, nas quais a resistência mecânica é um requisito importante, o alumínio e suas ligas nem sempre podem ser utilizados, sendo os aços inoxidáveis ou os aços aclimáveis, potenciais materiais alternativos. A utilização dos aços inoxidáveis nem sempre é economicamente viável, enquanto que a utilização dos aços aclimáveis esbarra na questão de condições de exposição, visto que estes só apresentam desempenho satisfatório em atmosferas moderadamente contaminadas com compostos de enxofre e em condições de molhamento e secagem, além da sua limitação de utilização em atmosferas com alta concentração de cloretos. Um parafuso velho corroído pelo tempo.
Em resumo, são muitos os casos em que os metais ferrosos (aço-carbono ou ferro fundido) continuam sendo os materiais mais adequados para utilização em estruturas expostas a atmosferas em geral, restando tão somente a interposição de uma barreira entre este metal e o meio como uma forma de proteção contra a corrosão. Para esta finalidade, tanto os revestimentos orgânicos (tintas), como os inorgânicos (revestimentos metálicos ou de conversão como a anodização, cromatização) ou uma combinação dos dois são utilizados. A escolha de um sistema de proteção contra a corrosão para os metais ferrosos (como o aço-carbono) dependerá de uma série de fatores, citando como um dos principais, o grau de corrosividade do meio. Na engenharia hidráulica e na engenharia mecânica é grande a preocupação com a corrosão em bombas e em turbinas, sobretudo devido aos prejuízos que podem causar nas estações elevatórias e nas usinas hidrelétricas. Não se deve confundir o fenômeno químico da corrosão com os fenômenos físicos da cavitação e da abrasão, embora os efeitos nas pás de bombas e de turbinas sejam parecidos.
Existe três formas do meio agir sobre o material, degradando-o; por isso, a corrosão é classificada em: eletroquímica, química e eletrolítica. Veja como ocorre cada uma delas:
 Corrosão eletroquímica: Esse é o tipo de corrosão mais comum, pois é a que ocorre com os metais, geralmente na presença de água. Ela pode se dar de duas formas principais: (1) Quando o metal está em contato com um eletrólito (solução condutora ou condutor iônico que envolve áreas anódicas e catódicas ao mesmo tempo), formando uma pilha de corrosão. Exemplo: A formação da ferrugem é um exemplo de corrosão eletroquímica. O ferro se oxida facilmente quando exposto ao ar úmido (oxigênio (O2) e água (H2O)). Essa oxidação resulta no cátion Fe2+, formando o polo negativo (que perde elétrons) da pilha:
Ânodo: Fe(s) → Fe2+ + 2e-
 Corrosão Química: É o ataque de algum agente químico diretamente sobre determinado material, que pode ou não ser um metal. Ela não precisa da presença de água e não há transferência de elétrons como na corrosão eletroquímica.
Exemplos:
* Solventes ou agentes oxidantes podem quebrar as macromoléculas de polímeros (plásticos e borrachas), degradando-os.
 Corrosão eletrolítica: É um processo eletroquímico que ocorre com a aplicação externa de uma corrente elétrica. Esse processo não é espontâneo, ao contrário dos outros tipos de corrosão mencionados acima. Quando não há isolamento ou aterramento, ou estes estão com alguma deficiência, formam-se correntes de fuga, e quando elas escapam para o solo formam-sepequenos furos nas instalações.
Exemplos: Isso acontece em tubulações de água e de petróleo, em canos telefônicos e de postos de gasolina.