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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC 
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA – DEM 
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA D E 
MATERIAIS – PGCEM 
 
 
JEFERSON DALLMANN 
 
 
 
 
PROJETO, CONSTRUÇÃO E VALIDAÇÃO DE UM ABRASÔMETRO R ODA DE 
BORRACHA 
 
 
 
 
 
 
JOINVILLE 
2012 
 
 
JEFERSON DALLMANN 
 
 
PROJETO, CONSTRUÇÃO E VALIDAÇÃO DE UM ABRASÔMETRO R ODA DE 
BORRACHA 
 
 
 
Dissertação apresentada ao Curso de 
Pós-Graduação em Ciência e Engenharia 
de Materiais do Centro de Ciências 
Tecnológicas, da Universidade do Estado 
de Santa Catarina, como requisito parcial 
para obtenção do grau de Mestre em 
Ciência e Engenharia de Materiais. 
Orientador: Prof. Dr. Júlio César Giubilei 
Milan 
 
 
 
 
 
JOINVILLE 
2012 
 
 
 
 
 
 
FICHA CATALOGRÁFICA 
D144p 
 Dallmann, Jeferson. 
 Projeto, Construção e Validação de um Abrasômetro 
Roda de Borracha / Jeferson Dallmann; 
 orientador: Julio Cesar Giubilei Milan. – Joinville, 
 2012. 
 78 f. : il ; 30 cm. 
 Incluem referências. 
 
 Dissertação (mestrado) – Universidade do Estado 
Santa Catarina, Centro de Ciências Tecnológicas, 
Mestrado em Ciências e Engenharia de Materiais, 
Joinville, 2012. 
 
 1. Metais. 2. Tribologia. I. Milan, Julio Cesar Giubilei. 
 
 CDD 620.16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Aos meus pais Gustav Dallmann e 
Marlene Ferreira Dallmann, e a minha 
esposa, Mírnia Pes 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
AGRADECIMENTOS 
 
Agradeço a todos que contribuíram para realização deste trabalho. 
Aos meus pais, que foram muito importantes em todos os momentos, me 
proporcionando condições e me apoiando em cada passo da minha vida. Ao meu 
irmão Gustav Dallmann Jr., pelo apoio e companheirismo. 
A Mírnia Pes, pelo amor e compreensão. 
Ao Prof. Dr. Júlio César Giubilei Milan, pela dedicação e competência na 
orientação. 
A todos os professores do Programa de Pós-Graduação em Ciência e 
Engenharia de Materiais – PGCEM, que de forma direta contribuíram para a 
realização desse trabalho. 
Ao M.Sc. Eng. Mecânico Éverton Rafael Breitenbach, pelas contribuições 
positivas ao projeto. 
Aos amigos, sempre presentes nas horas boas e também nos momentos 
difíceis. 
Às empresas Micro Automação, Steelnox Equip. Ind. Ltda. e TUPY, pela 
doação de materiais, consultorias e apoio prestados em muitos momentos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
“Eine Person, die Nei einen Fehler 
gemacht hat, hat nie etwas Neues 
probiert.” (Albert Einstein) 
“Quem nunca errou, nunca experimentou 
algo novo” (Albert Einstein) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RESUMO 
 
DALLMANN, Jeferson. Projeto, Construção e Validação de um Abrasômetro 
Roda de Borracha. 2012. 78p. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de 
Materiais – Área: Metais) – Universidade do Estado de Santa Catarina. Programa de 
Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. Joinville, 2012. 
 
Neste trabalho foram realizados o projeto, construção e validação de um 
Abrasômetro Roda de Borracha Vertical e Horizontal. Com base nos equipamentos 
propostos pela norma ASTM G-65 e por Hutchings e Stevenson, este trabalho 
propõe agregar em uma só máquina de ensaios de desgaste abrasivo, um 
equipamento capaz de realizar testes operando como um Abrasômetro Roda de 
Borracha Vertical ou como um Abrasômetro Roda de Borracha Horizontal. Contrário 
ao uso de pesos mortos, a aplicação da força na amostra contra a roda é realizada 
por um sistema pneumático, e sua intensidade medida por uma célula de carga. Os 
demais parâmetros dimensionais e especificações de ensaio seguem os propostos 
pela norma ASTM G-65. Para avaliar a reprodutibilidade do equipamento, corpos de 
prova confeccionados em aço SAE 1015 e aço AISI D2 temperado e revenido foram 
utilizados. Os resultados mostraram que o equipamento opera em condições 
satisfatórias na configuração de Abrasômetro Roda de Borracha Vertical, onde as 
amostras apresentaram valores de perdas volumétricas de material esperadas pela 
literatura. Já na configuração de operação Roda de Borracha Horizontal, o 
equipamento necessita de uma melhor calibração, pois, apesar de taxas de 
desgaste menores serem encontradas, os resultados não apresentaram boa 
repetibilidade. 
 
Palavras-chave: Abrasômetro. Roda de borracha. Desgaste abrasivo. ASTM G-65. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ABSTRACT 
 
DALLMANN, Jeferson. Design, Construction and Validation of a Rubber Whe el 
Abrasometer. 2012. 78p. Dissertation (Master course in Science and Materials 
Engeneering – Area: Metals) – Santa Catarina State University. Post Graduation 
Program in Science and Materials Engineering. Joinville, 2012. 
 
In this paper, the design, construction and validation of a Vertical and Horizontal 
Rubber Wheel Abrasometer were performed. Based on the equipment proposed by 
ASTM G-65 and by Hutchings and Stevenson, this paper proposes merging into one 
abrasive wear testing machine, an equipment capable of operating as a Vertical 
Rubber Wheel Abrasometer or as Horizontal Rubber Wheel Abrasometer. Contrary 
to the use of dead weights, the application of force against the wheel in the sample is 
performed by a pneumatic cylinder, and its intensity is controlled by a load cell. The 
other dimensional parameters and test conditions follow those proposed by ASTM G-
65. To assess the repeatability of the tests, specimens of SAE 1015 and AISI D2 
hardened and tempered were used. The results showed that the equipment operates 
in satisfactory condition when operated as a Vertical Rubber Wheel Abrasometer, 
where the samples showed values of volumetric losses of material expected in the 
literature. Already in operational condition as Horizontal Rubber Wheel Abrasometer, 
equipment needs a better calibration, because although smaller friction rates being 
found, the results don’t showed good repeatability. 
 
Key words: Abrasometer. Rubber wheel. Abrasive wear. ASTM G-65. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
 
Figura 1 - Definição de sistema tribológico ............................................................... 20 
Figura 2 - Classificação dos processos de desgaste. ............................................... 20 
Figura 3 - Os quatro principais processos de desgaste. ........................................... 21 
Figura 4 – Representação esquemática de duas superfícies de atrito nominalmente 
“lisas” ............................................................................................................ 22 
Figura 5 – Sistemas tribológicos que sofrem danos por fadiga superficial. ............... 24 
Figura 6 – Reação triboquímica: (a) formação de trilhas de óxidos, (b) e (c) 
crescimento das trilhas de óxidos e (d) destruição das placas de óxidos que 
suportam a carga e formação de outras novas. ........................................... 27 
Figura 7 – Valores de coeficiente de desgaste, k, em função do modo e mecanismo 
de desgaste sem lubrificação. ...................................................................... 28 
Figura 8 - Desgaste abrasivo a dois e a três corpos ................................................. 29 
Figura 9 – Imagens de microscopia eletrônica de varredura mostrando os diferentes 
aspectos de um material que sofreu desgaste abrasivo (a) por deslizamento 
a dois corpos ou três corpos e (b) por rolamento a três corpos. ................... 29 
Figura 10 - Mecanismos de desgaste envolvidos em desgaste abrasivo.................. 30 
Figura 11 – Imagem obtida por microscopia eletrônica de varredura de uma ranhura 
em um aço austenítico e esquema da seção transversal de uma ranhura de 
desgaste. ...................................................................................................... 32 
Figura 12 – Representação esquemática da perda de material por desgaste por 
partículas duras em função das propriedades do material e de parâmetros 
operacionais como (a) dureza da partícula abrasiva, (b) razão da dureza da 
partícula abrasiva e dureza do material de desgaste. .................................. 32 
Figura 13 - Diagrama esquemático do efeito da relação de dureza na taxa de 
desgaste. ...................................................................................................... 33 
Figura 14 – Interações entre partículas abrasivas duras ou macias e as fases de 
reforço. ......................................................................................................... 34 
Figura 15 – Ilustração esquemática de quatro métodos comuns utilizados para medi 
taxas de desgaste abrasivo de materiais: (a) pino sobre disco abrasivo, (b) 
 
 
pino sobre placa abrasiva, (c) pino sobre tambor abrasivo e (d) ensaio de 
abrasão roda de borracha. ........................................................................... 35 
Figura 16 – Representação esquemática do equipamento roda de borracha/areia 
vertical. ......................................................................................................... 36 
Figura 17 – Representação esquemática do equipamento roda de borracha/areia 
horizontal. ..................................................................................................... 36 
Figura 18 - Dimensões da Roda de Borracha ........................................................... 38 
Figura 19 - Dimensões do Bico Dosador ................................................................... 38 
Figura 20 – Marcas de desgaste uniforme e não uniforme, respectivamente. .......... 40 
Figura 21 - Fluxograma do planejamento na fase de projeto e construção ............... 42 
Figura 22 - Modelo 3D do Abrasômetro Roda de Borracha Vertical/Horizontal: a) 
posição para ensaios no modo “vertical”, b) posição para ensaios no modo 
“horizontal”. ................................................................................................... 43 
Figura 23 - Perfil de alumínio utilizado na estrutura do abrasômetro ........................ 44 
Figura 24 – a) Ilustração em 3D da estrutura montada, b) Detalhe dos conectores . 45 
Figura 25 – Conjunto de acionamento: motor elétrico (cor azul) acoplado ao redutor.
 ...................................................................................................................... 46 
Figura 26 - Roda de Borracha ................................................................................... 46 
Figura 27 - Detalhe da roda presa ao eixo do redutor ............................................... 47 
Figura 28 – Bico dosador de vazão ........................................................................... 48 
Figura 29 – Guias e cilindro pneumático. (G) Guia; (H) Haste do Cilindro Pneumático; 
(RB) Roda de Borracha. ............................................................................... 49 
Figura 30 – Direção do movimento da força aplicada pelo Cilindro Pneumático. (CP) 
Cilindro Pneumático; (CC) Célula de Carga; (G) Guias; (T) Trilhos. ............. 49 
Figura 31 – Esquema pneumático do equipamento. (E) Entrada de ar para o 
sistema; (1) Filtro regulador de pressão número 1; (2) Regulador de pressão 
número 2; (V1) Válvula 4/2 - Cilindro de basculamento; (C1) Cilindro de 
basculamento; (V2) Válvula 4/2 - cilindro de carga; (C2) Cilindro de carga; 
(V3) Válvula de controle da vazão de ar para a refrigeração da amostra; (PA) 
Porta amostra refrigerado; (V4) Válvula abre/fecha para uso do ar em outros 
fins. ............................................................................................................... 50 
 
 
Figura 32 – Fluxograma do Sistema Pneumático ...................................................... 50 
Figura 33: Gráfico de Força vs. Pressão do Cilindro Pneumático ............................. 51 
Figura 34 – Célula de Carga ..................................................................................... 51 
Figura 35 – Indicador de força da célula de carga .................................................... 52 
Figura 36 - Porta Amostra ......................................................................................... 53 
Figura 37 - Contados de voltas ................................................................................. 53 
Figura 38 - Painel elétrico ......................................................................................... 54 
Figura 39 - Fluxograma do procedimento experimental na fase de validação do 
abrasômetro ................................................................................................. 55 
Figura 40 – Alinhamento e ângulos conferidos ......................................................... 56 
Figura 41 – Configuração inicial e final dos reguladores de pressão ........................ 57 
Figura 42 – Fluxo laminar do abrasivo ...................................................................... 58 
Figura 43 - Fluxograma do procedimento experimental para preparação das 
amostras ....................................................................................................... 60 
Figura 44 - Corpo de prova retificado e polido .......................................................... 60 
Figura 45 – a) Posição “ensaio vertical”, b) Momento de translação para a posição 
“ensaio horizontal”, c) Posição “ensaio horizontal”, d) Válvula de controle 4/2.
 ...................................................................................................................... 63 
Figura 46 – Valores de força, pressão e revoluções durante o ensaio ...................... 64 
Figura 47 – Amostra sendo ensaiada. ....................................................................... 64 
Figura 48 – Morfologia da areia ................................................................................. 66 
Figura 49 – Dados preliminares da fase inicial .......................................................... 67 
Figura 50 – Gráfico do volume de material perdido ................................................... 68 
Figura 51 – Gráfico do volume de material perdido a cada 2000 revoluções ............ 70 
Figura 52 – Gráfico da perda acumulada de volume ................................................. 71 
Figura 53 – Média do volume perdido por ciclo e volume perdido acumulado .......... 71 
Figura 54 – Marca de desgaste na amostra de AISI D2 ............................................ 72 
 
 
LISTA DE TABELAS 
 
Tabela 1 – Materiais e métodos para validação do abrasômetro. ............................. 37 
Tabela 2 - Parâmetros do equipamento e do ensaio ................................................. 37 
Tabela 3 – Característica mecânica dos perfis em conformidade com as normas UNI 
9006-1 e DIN 17615. .................................................................................. 44 
Tabela 4 - Dados técnicos do conjunto motriz motor-redutor .................................... 45 
Tabela 5 - Especificações da roda segundo a norma ............................................... 47 
Tabela 6 – Procedimentos de ensaio ........................................................................ 62 
Tabela 7 - Medição da temperatura final das amostras ............................................ 65 
Tabela 8 – Análise química* dos aços ensaiados e o valor da dureza ...................... 66 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1 INTRODUÇÃO .......................................................................................... 16 
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA...................................................................... 18 
2.1 FATORES QUE INFLUENCIAM NO DESGASTE DE ESTRUTURAS ..... 19 
2.2 SISTEMAS TRIBOLÓGICOS ............................................................. 19 
2.3 PROCESSOS DE DESGASTE .......................................................... 20 
2.3.1 Desgaste por adesão ..................................................................... 22 
2.3.2 Desgaste por fadiga superficial ...................................................... 24 
2.3.3 Desgaste triboquímico .................................................................... 26 
2.3.4 Desgaste abrasivo .......................................................................... 27 
2.3.5 Métodos de ensaio para desgaste abrasivo ................................... 34 
3 ABRASÔMETRO RODA DE BORRACHA ................................................ 41 
3.1 PROJETO ABRASÔMETRO RODA DE BORRACHA VERTICAL / 
HORIZONTAL ........................................................................................................ 41 
3.1.1 Estrutural ........................................................................................ 43 
3.1.2 Acionamento .................................................................................. 45 
3.1.3 Roda de borracha ........................................................................... 46 
3.1.4 Bico dosador .................................................................................. 48 
3.1.5 Silo para abrasivos ......................................................................... 48 
3.1.6 Aplicação da carga normal ............................................................. 48 
3.1.7 Carga Aplicada ............................................................................... 51 
3.1.8 Porta Amostras ............................................................................... 52 
3.1.9 Controle de Revoluções da Roda de Borracha ............................. 53 
3.1.10 Painel Elétrico ............................................................................... 54 
4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ........................................................ 55 
4.1 VALIDAÇÃO DO ABRASÔMETRO RODA DE BORRACHA 
HORIZONTAL E VERTICAL .................................................................................. 55 
 
 
4.1.1 Calibração da célula de carga ....................................................... 56 
4.1.2 Alinhamento e força aplicada ........................................................ 56 
4.1.3 Vazão do abrasivo ......................................................................... 58 
4.1.4 Temperatura das amostras ............................................................ 59 
4.1.5 Validação do abrasômetro ............................................................. 59 
4.2 PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS ..................................................... 59 
4.2.1 Preparação e caracterização das amostras .................................. 60 
4.2.2 Morfologia do abrasivo .................................................................. 61 
4.2.3 Validação dos ensaios ................................................................... 62 
5 RESULTADOS .......................................................................................... 63 
5.1 VALIDAÇÃO DO ABRASÔMETRO .................................................... 63 
5.1.1 Temperatura das amostras ............................................................ 65 
5.1.2 Vazão do abrasivo ......................................................................... 65 
5.1.3 Morfologia do abrasivo .................................................................. 65 
5.2 VALIDAÇÃO DOS ENSAIOS ............................................................. 66 
5.2.1 Ensaios para calibração do abrasômetro ...................................... 66 
5.3 ENSAIO DE DESGASTE ABRASIVO EM AMOSTRAS DE AÇO SAE 
1015 NO TRIBÔMETRO VERTICAL ..................................................................... 67 
5.4 ENSAIO DE DESGASTE ABRASIVO EM AMOSTRAS DE AÇO SAE 
1015 NO TRIBÔMETRO HORIZONTAL ................................................................ 68 
5.5 ENSAIO DE DESGASTE ABRASIVO EM AMOSTRAS DE AÇO AISI 
D2 NO TRIBÔMETRO VERTICAL ......................................................................... 69 
6 CONCLUSÕES ......................................................................................... 73 
7 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ........................................ 74 
REFERÊNCIAS .............................................................................................. 75 
ANEXOS ......................................................................................................... 78 
 
16 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
Uma das maiores preocupações na indústria é o desgaste de equipamentos, 
pois as maiores causas de paradas inesperadas e consequente perda de 
produtividade provêm de falhas do maquinário ou parte dele. 
Dentre os diversos tipos de desgaste, o desgaste abrasivo é o principal 
responsável por quebras de equipamentos e paradas para manutenção ou reposição 
de peças, pois causa a perda progressiva de material das partes móveis em contato 
e movimento relativo. Além do desgaste abrasivo, outros mecanismos como o 
desgaste erosivo, por deslizamento e por fadiga também são frequentemente 
observados. 
Na prática, o desgaste abrasivo é responsável pro 50% das causas de falhas 
das máquinas ou componentes (EYRE, 1991). Diante desse índice, torna-se 
importante a avaliação e entendimento dos fenômenos envolvidos nesse tipo de 
desgaste para o desenvolvimento de materiais e equipamentos. 
O estudo de novos materiais ou revestimentos que possibilitem ao material 
suportar maiores solicitações tribológicas é constante, espaçando assim os períodos 
de trocas de componentes, reduzindo custos e tempos de paradas. 
As perdas econômicas devidas ao desgaste podem ser reduzidas por 
otimização da planta, da organização e por adequado projeto, produção, montagem 
e aplicação. O controle do custo do desgaste pode começar com o processo de 
fabricação correto para o produto, o que inclui a escolha do equipamento e lugar de 
instalação, questões de padronização e estoque. 
O projeto pode efetivamente reduzir o desgaste do componente ao 
aperfeiçoar a transferência de carga e movimento, permitindo apenas baixa tensão, 
usando material apropriado e lubrificante em função da carga, temperatura e 
ambiente. As partes em desgaste podem ser projetadas para fácil recolocação, para 
reduzir tempos de paradas e custos de manutenção. 
As condições de trabalho de um componente dependem do tipo e da 
qualidade da produção. O grau de precisão da forma, tamanho e perfil de superfície 
e rugosidade exercem influência sobre o atrito e o desgaste. No entanto, a vida em 
17 
 
serviço depende também da precisão da montagem, alinhamento exato, limpeza e 
cuidado com a superfície do componente. 
Para o estudo desses fenômenos de desgaste, um dos equipamentos 
utilizados é o abrasômetro roda de borracha, que de maneira generalizada pode ser 
descrito como um equipamento onde uma amostra de material é desgastada por 
abrasivo que passa entre a interface da amostra e da roda de borracha. 
 O objetivo deste trabalho é o projeto e a construção e validação do 
abrasômetro conforme a norma ASTM G-65. Os parâmetros definidos pela norma 
serviram para orientar o projeto do equipamento, assim como materiais e métodos 
aplicados na realização e validação dos experimentos. 
Este projeto em especial visa agregar os conceitos de abrasômetro roda de 
borracha definidos pela norma ASTM G-65 e os propostos por Hutchings e 
Stevenson (HUTCHINGS e STEVENSON, 1996). 
Algumas soluções diferenciadas foram utilizadas nesse projeto, sendo a 
principal delas a adoção de um sistema pneumático de aplicação de carga na 
amostra, ao contrário do uso de pesos mortos, comodescrito nos equipamentos da 
norma ASTM G-65 e por Hutchings e Stevenson. 
Após montado e validado, este abrasômetro será uma importante ferramenta 
para estudos posteriores de desgaste abrasivo, provendo a UDESC de mais um 
equipamento para ensaios tribológicos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
18 
 
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
 
A investigação científica dos diferenciados tipos de atrito, lubrificação e 
desgaste e também as aplicações técnicas do conhecimento tribológico é feita pela 
tribologia, que é definida como a ciência e tecnologia da interação entre superfícies 
em movimento relativo e das práticas relacionadas. A palavra tribologia é derivada 
da palavra grega tribos, significado de atrito. (ZUM GAHR, 1987). 
A tribologia é um campo da ciência que trata de atrito, desgaste e lubrificação 
de superfícies em movimento relativo. Foi definida como tal por um comitê de uma 
organização para cooperação econômica e desenvolvimento (STACHOWIAK, 
BATCHELOR, 2005). Porém, o estudo da tribologia remonta o século XV, quando 
Leonardo da Vincci formulou leis de atrito (HUTCHINGS, 1992). 
Desgaste, segundo Zum Gahr (1987) e Ribas (2002), é definido como a perda 
progressiva de matéria de uma superfície de um corpo em decorrência do 
movimento relativo e contato com outro corpo sólido, líquido ou gasoso. 
Deve-se considerar que o atrito e o desgaste não são propriedades dos 
materiais, mas resultam de características dos sistemas de engenharia, também 
denominados de tribosistemas, uma vez que atrito é a resistência ao movimento e 
cresce com as interações dos sólidos e com a real área de contato. 
Atrito e desgaste são fatores sérios de dissipação de energia e perda de 
material. O desgaste é causado pelo movimento relativo entre componentes de 
máquinas como resultado de uma tensão do material nas vizinhanças da superfície. 
Em um componente, o desgaste é raramente catastrófico, mas leva a perda de 
eficiência devido ao desalinhamento e vibração. Em casos extremos algumas trincas 
podem levar a fratura e os fragmentos formados normalmente podem danificar o 
equipamento. 
Para minimizar os custos devido ao atrito e desgaste, o controle das 
condições de trabalho e vibração, manutenção e reparos, assim como a limpeza do 
ambiente devem ser controlados. (ZUM GAHR, 1987) 
 
 
 
 
19 
 
2.1 FATORES QUE INFLUENCIAM NO DESGASTE DE ESTRUTURAS 
 
Zum Gahr (1987) define como efeitos do atrito e desgaste a vibração, ruído, 
aquecimento, mudanças geométricas e fragmentos, que podem resultar na perda da 
função pretendida e levar ou não a falha catastrófica. 
Sendo assim, o estudo dos fatores que contribuem para o desgaste se faz 
necessário para predizer a ocorrência dos mecanismos de desgaste. 
As principais variáveis de desgaste, segundo Ribas (2002), são: 
o Variáveis metalúrgicas: dureza, tenacidade, composição química, 
constituição e microestrutura; 
o Variáveis de processo: materiais em contato, pressão, velocidade de 
deslizamento, temperatura e topografia ou acabamento da superfície; 
o Outros fatores: lubrificação, corrosão. 
A solução para um determinado problema de desgaste depende da 
identificação exata e da natureza deste, pois são muitas as condições que causam o 
desgaste. A análise de sistemas pode ser utilizada para identificar os parâmetros 
tribológicos, e dependendo dos parâmetros do sistema, diferentes mecanismos de 
desgaste podem ocorrer. Os mecanismos de desgaste descrevem as interações 
energéticas, como forças, atritos, taxas de perda mássica e volumétrica de material, 
etc., entre os elementos do sistema tribológico. O tipo de movimento relativo também 
pode ser utilizado para classificar os mecanismos de desgaste. 
 
2.2 SISTEMAS TRIBOLÓGICOS 
 
A análise de sistemas tribológicos está caracterizada pela norma DIN 50320 
(ZUM GAHR, 1987). A estrutura de um sistema tribológico é mostrada na Figura 1 
consistindo usualmente de quatro elementos: Corpo sólido; Contra-corpo; Elemento 
de interface; e Ambiente. 
 
 
 
 
 
 
20 
 
Figura 1 - Definição de sistema tribológico 
 
Fonte: ZUM GAHR,1987 
 
A ação sobre os elementos do sistema ou interações entre eles podem ser 
amplamente variadas. A Figura 2 mostra esquemas de diferentes modos de ação na 
superfície do sólido. Segundo Zum Gahr (1987), os modos de desgaste podem ser 
classificados como: desgaste por deslizamento, rolamento, impacto, erosão e 
oscilação, dependendo da cinemática do sistema. 
 
Figura 2 - Classificação dos processos de desgaste. 
 
Fonte: RADI, 2007 
 
Os processos de desgaste podem ser lubrificados ou secos (ausência de 
lubrificante). 
 
2.3 PROCESSOS DE DESGASTE 
 
Ainda segundo Zum Gahr (1987), os processos de desgaste principais são 
quatro e estão mostrados na Figura 3: 
o Desgaste adesivo (formação e quebra das ligações interfaciais adesivas); 
o Desgaste abrasivo (remoção do material devido ranhura); 
21 
 
o Desgaste triboquímico (interação química entre os elementos que resulta 
em reação química); 
o Fadiga de superfície (fadiga e formação de trincas devido a ciclos de 
tensões). 
 
Figura 3 - Os quatro principais processos de desgaste. 
 
Fonte: ZUM GAHR, 1987 
 
O comportamento ao desgaste dos materiais é ditado pelos mecanismos 
atuantes de desgaste (abrasão, adesão, corrosão, fadiga), os quais dependem da 
estrutura do tribosistema (corpo, contra-corpo, interface, meio ao redor), a forma de 
ação dos elementos tribológicos (rolamento, deslizamento, impacto, escoamento) e 
dos parâmetros de operação (carga, velocidade, temperatura, tempo). 
Ludema (1996) relaciona 34 termos diferentes ao discutir a nomenclatura para 
descrever o desgaste. Já Rabinowicz (1995) e Zum Gahr (1987), identificaram 
quatro formas principais de desgaste: adesivo, abrasivo, corrosivo e por fadiga, além 
de uns processos marginais que são frequentemente classificados como formas de 
desgaste. Cada processo de desgaste obedece a suas próprias leis, e em muitas 
ocasiões um dos modos/mecanismos de desgaste atua de tal modo que influenciam 
os outros. Desta forma, na análise de uma situação complexa, é crucial encontrar a 
causa primária do desgaste. 
Oxidação, erosão, erosão por cavitação e impacto, são às vezes classificados 
como tipos de desgaste, embora Rabinowicz (1995) considere que na realidade 
nenhum deles seja uma forma de desgaste. Cada um deles descreve uma maneira 
diferente em que ocorrem a carga e a ação de deslizamento necessário aos 
Desgaste 
triboquímico 
22 
 
desgastes. Na maioria dos casos todas as formas de desgaste podem resultar da 
introdução de energia mecânica num sistema. Assim, pode-se ter desgaste adesivo 
por erosão, abrasão por erosão e assim por diante, todas se dando dentro do 
mesmo processo erosivo. 
Deformação plástica geralmente não é classificada como um mecanismo de 
desgaste, pois não há perda de material, no entanto exerce uma ação importante no 
mesmo. 
A seguir são descritos estes quatro modos de desgaste, em destaque para o 
desgaste abrasivo. 
 
2.3.1 Desgaste por adesão 
 
Em uma escala microscópica, superfícies de metal de deslizamento nunca 
são lisas. Embora a topografia ou a rugosidade da superfície possa ser só de alguns 
centésimos de milímetro, picos, frequentemente chamados de “asperezas” ou 
“asperidades”, e vales são inevitáveis e sempre estão presentes, como representado 
na Figura 4. 
 
Figura 4 – Representação esquemática de duas superfícies de atrito nominalmente “lisas” 
 
Fonte: JUVINALL & MARSHEK, 1991 
 
Quando a pressão de contato e o aquecimento devido ao atrito são 
concentrados em locais com pequenas áreas de contato (indicadas pelas setas na 
Figura 4), as temperaturas locais e pressões são extremamente altas, e as 
condições são favoráveis para a união por soldagem destes pontos, onde 
temperaturas locais instantâneas podem alcançar o ponto de fusão do metal. Se 
ocorrer fusão e soldagemdas superfícies ásperas (nas setas da Figura 4), ou a 
solda ou um dos dois metais perto da solda têm que falhar por cisalhamento para 
permitir que o movimento relativo das superfícies continue. Novas soldagens 
23 
 
(adesões) e correspondentes fraturas continuam ocorrendo, resultando no que é 
apropriadamente chamado de desgaste por adesão. (JUVINALL & MARSHEK, 
1991). 
Segundo Bowden (1950 apud STOETERAU, 2004), como a carga normal é 
suportada por uma área relativamente pequena das asperezas, um dos metais em 
contato deslizante poderá alcançar sua temperatura de fusão devido ao trabalho da 
força de atrito na interface. Se as superfícies de contato são limpas e livres de 
óxidos, o contato muito íntimo leva os átomos das duas superfícies a se 
aproximarem suficientemente para que surjam forças bastante fortes. Essa condição 
é favorável a difusão entre metais solúveis. À medida que o metal funde, a pressão 
nessa pequena área diminui, as partes se deslocam ocorrendo resfriamento e 
solidificação, formando então uma junção sólida. 
Se a superfície áspera soldada e rompida causa a transferência de metal de 
uma superfície para outra, o desgaste resultante é chamado de estria ou risco de 
atrito (scoring). Se a aspereza do local soldado se tornar tão extensa que a 
superfícies já não deslizam uma sobre a outra, a falha resultante é chamada de 
emperramento (seizure) (HUTCHINGS, 1992). 
Se o processo de desgaste por adesão tornar-se severo, com transferência 
de grande volume de metal, o fenômeno é chamado raspagem (galling). 
(HUTCHINGS, 1992). 
Visando aumentar a resistência ao desgaste por adesão, deve-se tomar 
precauções na seleção do par de materiais para que, em condições de contato 
deslizante ou com lubrificação limite, haja resistência ao desgaste por adesão, 
Lipson (1963 apud STOETERAU, 2004) apresenta dois critérios. O par deslizante 
deve: a) ser composto por metais mutuamente insolúveis; b) ao menos um dos 
metais pertença ao subgrupo “B” da tabela periódica. 
A resistência da junção formada, seja na superfície, por adesão natural, seja 
no interior do metal devido à difusão, dependerá das características de junção dos 
metais envolvidos. Metais do subgrupo B da tabela periódica são caracterizados por 
junções fracas e frágeis chamadas junções covalentes. Metais como os do subgrupo 
‘’A’’ formam junções chamadas iônicas, que se apresentam dúcteis e fortes 
(STOETERAU, 2004). 
O número de junções por soldagem a frio dependerá da solubilidade mútua 
dos metais, metais iguais ou metalurgicamente similares. Metais metalurgicamente 
24 
 
similares são chamados “compatíveis” e normalmente não devem ser usados juntos, 
e são definidos como tendo completa miscibilidade líquida e pelo menos 1% de 
solubilidade sólida de um metal no outro na temperatura ambiente. 
 
2.3.2 Desgaste por fadiga superficial 
 
Segundo Zum Gahr (1987), o desgaste por fadiga superficial pode ser 
caracterizado por formação de trincas e por lascamento de material causado por 
carregamento alternado repetitivo de superfícies sólidas. Este carregamento cíclico 
pode ser causado por contato de rolamento ou deslizamento e impacto de sólidos ou 
líquidos. A Figura 5 mostra sistemas tribológicos que sofrem predominantemente de 
fadiga superficial. 
 
Figura 5 – Sistemas tribológicos que sofrem danos por fadiga superficial. 
 
Fonte: ZUM GAHR, 1987 
 
Nas superfícies em contato com rolamento surgem tensões de contato, as 
quais produzem tensões de cisalhamento cujo valor máximo ocorre logo abaixo da 
superfície. Com o movimento de rolamento, a zona de contato desloca-se, de modo 
que a tensão de cisalhamento varia de zero a um valor máximo e volta à zero, 
produzindo tensões cíclicas que podem levar a uma falha por fadiga do material 
(STACHOWIAK; BELCHELOR, 2000). 
25 
 
Abaixo da superfície pode se formar uma trinca que se propaga devido ao 
carregamento cíclico podendo chegar à superfície lascando-a e fazendo surgir uma 
partícula superficial macroscópica com a correspondente formação de cavidades 
(pitting) ou lascamento (spalling) (STACHOWIAK; BELCHELOR, 2000). 
Pitting origina-se com trincas superficiais, cada pite tem relativamente uma 
pequena área superficial. Spalling origina-se com trincas sub-superficiais, e o spall 
são lascas finas de material de superfície. Estes tipos de falhas ocorrem comumente 
em mancais de rolamento, dentes de engrenagens, cames e em partes de máquinas 
que envolvem superfícies em contato com rolamento. 
O crescimento da trinca de fadiga superficial está relacionado com a ação do 
óleo lubrificante existente entre as superfícies. A teoria aceita é que o óleo de baixa 
viscosidade que entra na trinca que surgiu na superfície é aprisionado pela 
superfície rolante, que fecha a entrada da pista e fica submetido a altas pressões 
enquanto o elemento rolante avança. Este óleo aprisionado sob alta pressão age 
como uma cunha que aprofunda a trinca (STOETERAU, 2004). 
A tendência da superfície para falha por fadiga superficial é reduzida a 
medida que ocorre o decréscimo da carga e do deslizamento. A lubrificação também 
auxilia em pelo menos três maneiras: a) menor atrito reduz a tensão cisalhante 
tangencial na superfície e também a tensão interna resistente à tração; b) menor 
atrito melhora a transferência de calor reduzindo as tensões térmicas; c) a presença 
de um bom filme lubrificante usualmente permite uma favorável distribuição da 
pressão em cima da área em contato. 
Na maioria das vezes, o aumento da dureza superficial aumenta a resistência 
à fadiga superficial, entretanto, a resistência aumentada reduz a habilidade das 
imperfeições de superfície para ajustar-se com desgaste ou fluxo plástico de 
superfície, e assim reduz pressões de contato localizadas. 
A precisão na geometria da superfície e superfícies extremamente lisas são 
altamente benéficas. Exceções ocorrem quando significativo deslizamento está 
presente, onde certa porosidade superficial, ou um padrão de depressões em uma 
das superfícies em contato, pode ajudar a prover reservatórios minúsculos para 
segurar lubrificante. 
 
 
 
26 
 
2.3.3 Desgaste triboquímico 
 
O desgaste triboquímico ocorre devido à interação da superfície de 
deslizamento com o ambiente que a envolve, fazendo com que o produto desta 
reação seja removido da superfície, geralmente por efeito tribológico. A reação entre 
a superfície e o ambiente também é favorecida por esse efeito. Durante o 
deslizamento há geração de calor que favorece, principalmente, a oxidação da 
superfície. 
As reações triboquímicas iniciam-se com rápidas reações iniciais, que 
diminuem com o tempo. Este decréscimo nas reações está associado à formação de 
um filme lubrificante formado pela oxidação da superfície ou por outros produtos 
formados por outras reações químicas. Desta forma tem-se o fim ou a redução do 
desgaste triboquímico após certa profundidade de produto da reação formado. 
Porém, em alguns casos as reações continuam indefinidamente desde seu 
início devido a não formação do filme protetor, ou seja, pela fragilidade ou 
porosidade do mesmo (STOETERAU, 2004). 
Após a reação corrosiva há formação de um filme de produto da reação que é 
removido pelo escorregamento das superfícies do sistema. Com isto, a superfície 
fica novamente exposta e propícia a novas reações. Os produtos removidos da 
superfície podem acelerar outros desgastes, por exemplo, o desgaste abrasivo, uma 
vez que o produto da oxidação seja duro e abrasivo. 
A Figura 6 descreve a sequência de formação de camadas de óxidos no 
deslizamento a temperatura ambiente. Inicialmente, é estabelecida uma área real de 
contato entre as superfícies que se conformam umas às outras. Nos pontos de 
contato são formados pequenos núcleos de óxidos devido à oxidação dos elementos 
metálicos existentes na liga. Nos pontos de suporte da carga se formam ilhas de 
óxidos ou placasdevido ao elevado aquecimento, causado pelo atrito, Figura 6 (a). 
Estas ilhas ou placas crescem até atingir uma espessura crítica e, em seguida, se 
estendem sobre as áreas superficiais vizinhas Figura 6 (b) e Figura 6 (c). Estas 
camadas de óxidos se fragmentam, devido ao carregamento, quando atingem uma 
espessura crítica, que é dependente do tipo de óxido, entre outros fatores, que não 
mais suporta o carregamento. As placas mais elevadas são removidas expondo 
material abaixo, e outras placas são formadas nos novos pontos de suporte da 
27 
 
carga, e assim áreas metálicas superficiais são novamente oxidadas quando entram 
em contato deslizante Figura 6 (d) (Zum Gahr, 1987). 
 
Figura 6 – Reação triboquímica: (a) formação de trilhas de óxidos, (b) e (c) crescimento das 
trilhas de óxidos e (d) destruição das placas de óxidos que suportam a carga e formação de outras 
novas. 
 
Fonte: ZUM GAHR, 1987 
 
Este mecanismo pode ser utilizado de forma controlada para proteção contra 
o desgaste. Produtos corrosivos como fosfato, sulfetos e cloretos são utilizados em 
sistemas onde o processo dominante é o desgaste por adesão. O desgaste 
triboquímico desejado neste sistema é devido à formação de um filme macio 
proveniente da ação corrosiva, com baixos volumes de desgaste e com boas 
características lubrificantes. 
 
2.3.4 Desgaste abrasivo 
 
Segundo Stachowiak e Batchelor (2005) o desgaste abrasivo ocorre quando 
um objeto sólido é pressionado contra um material que tem dureza igual ou superior. 
Hutchings (1992) menciona que, no desgaste abrasivo material é removido ou 
deslocado de uma superfície por partículas duras ou, algumas vezes, protuberâncias 
duras de um contracorpo (asperezas). Zum Gahr (1998) ainda acrescenta que as 
superfícies (corpo e contra corpo) deslizando a uma velocidade relativa v ao longo 
da superfície. 
28 
 
O desgaste abrasivo é uma das formas mais severas de desgaste, 
geralmente provocando maior dano ou perda de material da superfície. A Figura 7 
ilustra a severidade do processo em comparação com o desgaste por deslizamento 
a seco através do coeficiente de desgaste, k, estimado de experiências práticas 
pode ser substancialmente maior no desgaste abrasivo e/ou erosivo (ZUM GAHR, 
1998) 
O custo do desgaste abrasivo é alto, e em países industrializados está 
estimado na faixa de 1 a 4 % do produto interno bruto - PIB, (ASM, 1992). Ainda, 
segundo ASM (1992) a abrasão é particularmente importante em áreas industriais 
agrícolas, de mineração, processamento de minerais, movimentação de terra e onde 
poeira, rochas e minerais são manuseados. 
 
Figura 7 – Valores de coeficiente de desgaste, k, em função do modo e mecanismo de 
desgaste sem lubrificação. 
 
k: coeficiente de desgaste 
Wv: coeficiente adimensional do desgaste volumétrico 
H: dureza do material 
FN: força normal 
s: distância de deslizamento 
Fonte: ZUM GAHR, 1998. 
 
Segundo Hutchings (1992), uma distinção frequentemente é feita entre 
desgaste abrasivo a dois corpos e a três corpos. Muitas vezes o desgaste abrasivo a 
dois corpos é denominado por deslizamento e a três corpos por rolamento. O 
desgaste abrasivo é denominado de dois corpos quando uma superfície dura e 
rugosa, ou uma superfície macia contendo partículas duras, desliza sobre uma 
superfície de menor dureza, produzindo nela diversas ranhuras, pode ser causadas 
29 
 
por protuberâncias duras pertencentes ou engastadas em uma das superfícies. Já 
abrasão a três corpos ocorre quando as partículas duras são livres para rolar e 
deslizar entre as duas superfícies. A taxa de desgaste no caso de três corpos é 
geralmente menor, pois as partículas abrasivas soltas passam 90% do tempo 
rolando, e apenas 10% do tempo em contato com a superfície (ZUM GAHR, 1998). 
A Figura 8 ilustra a abrasão a dois e a três corpos. 
 
Figura 8 - Desgaste abrasivo a dois e a três corpos 
 
Fonte: ZUM GAHR,1987 
 
Visualmente, o aspecto das superfícies submetidas aos dois modos de 
desgaste abrasivo é bem distinto, quando observada ao microscópio. Uma análise 
através de microscopia eletrônica de varredura pode auxiliar a diferenciar os dois 
modos. A Figura 9 apresenta imagens de microscopia eletrônica de varredura 
mostrando os diferentes aspectos de materiais que sofreram desgaste abrasivo por 
deslizamento e por rolamento (TREZONA, ALLSOP, HUTCHINGS, 1999). 
 
Figura 9 – Imagens de microscopia eletrônica de varredura mostrando os diferentes aspectos 
de um material que sofreu desgaste abrasivo (a) por deslizamento a dois corpos ou três corpos e (b) 
por rolamento a três corpos. 
 
(a) (b) 
Fonte: TREZONA, ALLSOP, HUTCHINGS, 1999 
30 
 
Segundo Rabinowicz (1995), o material das ranhuras é deslocado na forma 
de partículas de desgaste geralmente soltas, pequenas e duras. Possuem 
extremidades afiadas, tal como de grãos de areia, partículas de metal ou óxido que 
atritam uma superfície de metal. 
O desgaste produzido por uma partícula abrasiva pode ser provocado por um 
processo de microcorte, fadiga causada pelo microsulcamento ou por 
microlascamentos, se a superfície for frágil (TOMANIK, 2000). A Figura 10 mostra os 
mecanismos envolvidos no desgaste abrasivo. 
 
Figura 10 - Mecanismos de desgaste envolvidos em desgaste abrasivo 
 
Fonte: ZUM GAHR,1987 
31 
 
No microcorte há formação de um microcavacos e remoção de material na 
formação da ranhura com pequena ou nenhuma deformação lateral de material. No 
microssulcamento não ocorre remoção de material, apenas uma deformação 
plástica do material sendo abradado e formando um sulco com consequente 
formação de acúmulos frontais e laterais do material movimentado. Neste caso não 
há perda de material, apenas um dano a superfície. Com a continuidade do 
deslizamento e a formação consecutiva de microssulcos, o material pode sofrer um 
processo de fadiga, formando trincas e, finalmente, a perda de material. 
O microlascamento ou trincamento é um mecanismo que só ocorre em 
materiais frágeis. Decorre na formação de grandes partículas de abrasão devido à 
formação e interação de fissuras, causadas pelas tensões impostas que superam as 
tensões críticas para a formação e propagação de trincas. 
Na prática, dificilmente ocorre situação onde haja um microcorte puro, ou seja 
sem nenhuma deformação, ou um microssulcamento puro, onde ocorre somente 
deformação sem nenhuma remoção de material. Na realidade há um misto de 
microcorte e microssulcamento. Segundo Zum Gahr (1987), a razão do volume de 
material removido como fragmentos de desgaste (microcavacos) pelo volume da 
ranhura pode ser descrito pelo fator fab, definido pela Equação 1: 
 
V
V
ab A
AAA
f
)( 21 +−= (1) 
 
Onde: 
Fab – fator fab; 
AV – área da seção transversal da ranhura de desgaste; 
A1 + A2 – quantidade de material que foi deformado para as laterais da 
ranhura por deformação plástica; 
Este fator varia entre 0 (zero) e 1 (um), sendo que em um microssulcamento 
ideal o fator Fab = 0 e num microcorte ideal o fator Fab = 1. A Figura 11 apresenta 
uma imagem de microscopia eletrônica de varredura de uma ranhura onde pode se 
observar que houve tanto remoção de material (microcorte) como deformação para 
as laterais (microsulcamento). 
Atualmente este fator pode ser mais facilmente determinado através de 
avaliação ótica ou mecânica da superfície, como por exemplo, a interferometria. 
32 
 
Figura 11 – Imagem obtida por microscopia eletrônica de varredura de uma ranhura em um 
aço austenítico e esquema da seção transversal de uma ranhura de desgaste. 
 
Fonte: ZUM GAHR,1998. 
 
Vários fatores podem influenciar no micromecanismo de remoção de material 
durante o desgaste abrasivo, entre eles a dureza e tenacidade do material, a relação 
entre a dureza do abrasivo e do material, o tamanho do abrasivo, força normal, 
velocidade relativa, entre outros. A Figura 12 apresenta esquemas de algumas 
tendênciasde perda de material (desgaste abrasivo) dependendo das propriedades 
das partículas abrasivas, dos materiais submetidos ao desgaste abrasivo e de 
condições operacionais. 
 
Figura 12 – Representação esquemática da perda de material por desgaste por partículas 
duras em função das propriedades do material e de parâmetros operacionais como (a) dureza da 
partícula abrasiva, (b) razão da dureza da partícula abrasiva e dureza do material de desgaste. 
 
Fonte: ZUM GAHR,1998. 
 
O desgaste pode aumentar até duas ordens de grandeza quando a dureza 
das partículas abrasivas é aumentada, Figura 12 (a). Esta variação de baixo para 
alto nível de desgaste depende da relação da dureza do abrasivo pela dureza do 
33 
 
material. No caso de materiais monofásicos a transição ocorre quando as durezas 
do abrasivo e do material são iguais (ZUM GAHR, 1998). 
A dureza relativa das partículas abrasivas é de extrema importância na 
determinação da taxa de desgaste. Como pode ser observado na Figura 13, quando 
a razão de dureza do material pela dureza do abrasivo, ‘r’, encontra-se abaixo de um 
valor crítico rc1 (entre 0,5 e 0,8; KHRUSCHOV, 1974; RABINOWICZ, 1983), observa-
se claramente o desgaste abrasivo como mecanismos predominante. A taxa de 
desgaste decai na zona de transição, entre rc1 e rc2, e quando atinge valores acima 
de rc2 (entre 1 e 1,4; RABINOWICZ, 1983), o desgaste abrasivo cessa, sendo 
predominante, neste caso, outros mecanismos de desgaste. 
 
Figura 13 - Diagrama esquemático do efeito da relação de dureza na taxa de desgaste. 
 
 
 
Fonte: MODERN TRIBOLOGY HANDBOOK, p. 276 
 
O desgaste abrasivo pode ser reduzido com a adição de particulados duros 
na matriz, que podem ser reforços ou outras fases, de modo a interromper os riscos 
(microcorte, microsulcamento), dependendo da distribuição e tamanho relativos 
dessas em relação ao abrasivo. 
 
 
 
34 
 
Figura 14 – Interações entre partículas abrasivas duras ou macias e as fases de reforço. 
 
 
Fonte: ZUM GAHR,1998. 
 
2.3.5 Métodos de ensaio para desgaste abrasivo 
 
Segundo Hutchings (1992), os ensaios de laboratórios mais empregados 
utilizam amostras na forma de pinos que deslizam sobre um abrasivo fixo ou um 
disco com movimento de rotação que desliza contra uma amostra plana com 
abrasivos soltos sendo alimentados, na interface, de forma contínua. 
A Figura 15 apresenta os métodos mais comuns utilizados para ensaios 
abrasivos. Nas Figura 15 (a), (b) e (c) são mostradas variações de um método no 
qual um pino desliza contra uma superfície, plana ou não, na qual os abrasivos 
estão fixos. Neste caso, ocorre o desgaste abrasivo por deslizamento ou a dois 
corpos. Isto pode ser obtido através de uma lixa fixada sobre a superfície na qual o 
pino se movimenta. O tamanho do abrasivo pode ser facilmente alterado através da 
troca da lixa com granulometria diferente. Deve ser garantido que a superfície 
ensaiada do pino sempre deslize contra abrasivo ‘novo’, ou seja, o pino não deve 
deslizar duas vezes sobre o mesmo ponto. 
 
 
 
35 
 
Figura 15 – Ilustração esquemática de quatro métodos comuns utilizados para medi taxas de 
desgaste abrasivo de materiais: (a) pino sobre disco abrasivo, (b) pino sobre placa abrasiva, (c) pino 
sobre tambor abrasivo e (d) ensaio de abrasão roda de borracha. 
 
 
Fonte: produção do próprio autor 
 
O tipo mais comum de ensaio de desgaste abrasivo é mostrado na Figura 15 
(d). A amostra ensaiada possui uma superfície plana, com a forma de uma placa ou 
um bloco que é pressionado com uma carga constante contra a superfície de um 
disco recoberto de borracha, que ao girar desgasta a amostra. Este ensaio é 
normalizado pela norma Americana: American Standards of Testing Materials, 
ASTM, (ASTM G65 – Standard Test Method for Measuring Abrasion Using the Dry 
Sand/Rubber Wheel Apparatus). 
Segundo a norma, o disco consiste de um aro de borracha, de dureza 
definida, que é moldado sobre a superfície curva de um disco de aço. Tanto a 
largura como a espessura da borracha devem ser de 12,7 mm (1/2”) e o diâmetro 
total de 228,6 mm. O disco ou a roda gira com uma rotação constante de 200 RPM 
com variação permitida de ±10 RPM, e um fluxo de abrasivo é direcionado entre a 
face da roda e da amostra, com vazão compreendida numa faixa entre 300 e 400 
36 
 
g/min. A representação esquemática do equipamento, segundo a norma ASTM G-
65, está mostrado na figura a seguir. 
 
Figura 16 – Representação esquemática do equipamento roda de borracha/areia vertical. 
 
Fonte: ASTM G-65 
 
O equipamento proposto por Hutchings e Stevenson (STEVENSON, 
HUTCHINGS, 1996), como mostrado na Figura 17, é uma variação do equipamento, 
e nele a amostra é disposta num plano horizontal e a carga exerce uma força vertical 
aplicada diretamente sobre a amostra. 
 
Figura 17 – Representação esquemática do equipamento roda de borracha/areia horizontal. 
 
Fonte: HUTCHINGS e STEVENSON, 1996 
37 
 
Para a instrumentação de um abrasômetro roda de borracha, materiais 
distintos podem ser utilizados, com parâmetros assim definidos pela norma: 
 
Tabela 1 – Materiais e métodos para validação do abrasômetro. 
Material Dureza [HRC] Força Aplicada [N] * 
Nr. de 
Revoluções 
Volume 
perdido [mm³] 
AISI D2 
Temperado e 
Revenido 
58,5 a 60,5 130 6000 36 ±5 
AISI H13 
Temperado 47 a 48 130 2000 56 ±4 
AISI 4340 31 a 33 
130 1000 49 ±3 
45 6000 91 ±5 
Aços com alto 
teor de Cromo ** 130 100 1,3 ±0,3 *** 
* Tolerância na variação da força aplicada: ±3% 
** Valor não especificado 
*** Valor não normalizado 
Fonte: ASTM G-65 
 
Pela recomendação da norma, preferencialmente o aço AISI D2 é utilizado 
para a maioria dos casos de instrumentação de equipamentos. 
Os parâmetros para o ensaio e o equipamento, segundo a norma, estão 
mostrados na Tabela 2. 
 
Tabela 2 - Parâmetros do equipamento e do ensaio 
Potência do motor 750 W 
Rotação do disco de borracha (RPM) 200 ±10 
Revoluções durante o ensaio 100 a 6000 
Carga aplicada sobre a amostra (N) 45 a 130 (±3%) 
Vazão de abrasivo (g/min) 300 a 400 
Dimensões da amostra (mm) 25 x 75 x 12,7 (LxAxEsp.) 
Diâmetro externo do disco (mm) 228,6 
Dureza da borracha (Shore A) 60 ± 2 
Fonte: ASTM G-65 
38 
 
A Figura 18 ilustra as dimensões da Roda de Borracha, e a Figura 19 traz as 
dimensões do Bico Dosador. 
Figura 18 - Dimensões da Roda de Borracha 
 
 
Fonte: ASTM G65, 2010. 
 
Figura 19 - Dimensões do Bico Dosador 
 
 
Fonte: ASTM G-65, 2010. 
39 
 
O abrasivo recomendado pela norma ASTM G-65 é uma areia de sílica de 
classificação AFS 50/70. O abrasivo deve ser classificado através de peneiras, e a 
norma estabelece uma porcentagem máxima de 5% de retenção na peneira 50 e 
mínima de 95% para a peneira 70. 
As amostras ensaiadas devem ser retangulares de dimensões 25x76 mm e 
com espessuras entre 3,2 e 12,7 mm. A superfície de ensaio deve ser preparada de 
modo a obter uma rugosidade superficial abaixo de 0,8 µm. 
Antes de cada ensaio, as amostras devem ser pesadas, utilizando-se uma 
balança com precisão de 0,001 gramas. Ao final do ensaio sua superfície deve ser 
limpa e novamente pesada. A diferença entre as massas final e inicial serve para 
calcular o volume de material perdido pela amostra durante o ensaio, utilizando a 
Equação 2: 
 
������	��	
�
�	���
� = 	
�����	��	
�
�	���
����
�
�	�
�
��
�
	× 1000 (2) 
Como ocorre naturalmente um desgaste da borracha que recobre o disco, o 
diâmetro externo da roda deve ser medido antes e depois de cada ensaio, para que 
o volume perdido calculado na Equação 2 possa ser corrigido. Para esta correção, 
utiliza-se a Equação 3, a seguir: 
 
������	��	
�
�	������
�	���
� = 	
228,6	����
���	�	
�		�
�	��ó�	�	������	����
	× ������	��	
�
�	�������
�	���³� 
(3) 
 
Uma inspeção visual na amostra após o ensaio deve observar um marca 
de desgaste uniforme e centralizada. Na Figura 20 (a) e Figura 20 (b) estãomostradas amostra desgastadas de maneira uniforme e não uniforme, 
respectivamente. 
Numa situação de desgaste não uniforme da amostra, as condições de 
alinhamento entre a face da amostra e a face da roda de borracha devem ser 
revisadas. 
 
40 
 
 
Figura 20 – Marcas de desgaste uniforme e não uniforme, respectivamente. 
 
Fonte: ASTM G-65 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
41 
 
3 ABRASÔMETRO RODA DE BORRACHA 
 
O projeto proposto neste trabalho visa agregar os conceitos de 
abrasômetro roda de borracha vertical e horizontal num só equipamento de 
ensaios. 
A norma ASTM G-65 propõe um equipamento para ensaios de desgaste 
abrasivo, como visto na Figura 16, onde a amostra é disposta num plano 
vertical e forçada horizontalmente contra um disco de borracha que gira a uma 
rotação constante, ao mesmo tempo em que um abrasivo é direcionado para 
passar entre as superfícies da amostra e do disco de borracha, causando 
assim o desgaste do corpo de prova. 
Já no equipamento proposto por Hutchings e Stevenson, como mostrado 
na Figura 17, a amostra é disposta num plano horizontal e a carga exerce uma 
força vertical aplicada diretamente sobre a amostra. 
 
3.1 PROJETO ABRASÔMETRO RODA DE BORRACHA VERTICAL / 
HORIZONTAL 
 
O equipamento descrito neste trabalho uniu os conceitos dos 
abrasômetros horizontal e vertical descritos anteriormente numa só máquina de 
ensaios. Esta configuração permite escolher entre ensaio vertical ou horizontal 
e selecionar a configuração mais interessante para cada ensaio. 
Sendo um equipamento ‘dois em um’, ele proporciona menor uso de 
espaço físico e menor custo de aquisição e manutenção, quando comparado a 
dois equipamentos distintos. 
O planejamento da fase de projeto e construção do abrasômetro está 
demonstrado no fluxograma da Figura 21. 
 
 
 
 
 
 
 
42 
 
Figura 21 - Fluxograma do planejamento na fase de projeto e construção 
 
 
Fonte: produção do próprio autor 
 
A Figura 22 mostra o modelo desenvolvido em três dimensões. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Coleta de dados das 
bibliografias
Elaboaração de 
croquis
Escolha dos perfis 
para a estrutura
Escolha por um 
sistema pneumático 
para aplicação de 
carga
Elaboração de 
desenhos técnicos 
em 3D e 2D
Aquisição dos perfis 
cortados nas 
especificações do 
projeto
Montagem da 
estrutura
Aquisição do 
sistema pneumático 
e do conjunto motriz
Montagem do 
sistema pneumático 
e do conjunto motriz 
à estrutura
Aquisição e 
montagem dos 
compomentes 
elétricos
Aquisição de 
acessórios 
(válvulas, célula de 
carga, etc.)
Finalização da 
montagem e Start 
Up do equipamento
43 
 
Figura 22 - Modelo 3D do Abrasômetro Roda de Borracha Vertical/Horizontal: a) 
posição para ensaios no modo “vertical”, b) posição para ensaios no modo “horizontal”. 
 
Fonte: produção do próprio autor 
 
Para fazer a transição no modo vertical para o modo horizontal, e vice e 
versa, o equipamento é dotado de um cilindro pneumático para realizar a 
operação, controlado manualmente por uma válvula 4/2 (quatro vias/2 
posições). 
O cilindro possui um curso total de 500 mm e é capaz de exercer uma 
força de 321,5 N quando operado a pressão máxima de 4 bar, duas vezes 
maior do que a necessária para realizar a operação. 
 
3.1.1 Estrutural 
 
A parte estrutural do equipamento é composta por um sistema modular 
de perfis de alumínio 6060 T5 anodizado, de dimensões 45 x 45 mm. 
A escolha se justifica pela praticidade de montagem, uma vez que 
dispensa soldas, graças a conectores específicos. A anodização do alumínio 
proporciona um excelente acabamento superficial, além de dispensar pintura 
posterior, tanto para fins estéticos como de proteção contra corrosão. 
a) b) 
44 
 
Figura 23 - Perfil de alumínio utilizado na estrutura do abrasômetro 
 
Fonte: produção do próprio autor 
 
A boa resistência mecânica e a baixa densidade linear dos perfis 
resultam numa estrutura leve e rígida, isentando o equipamento de vibrações. 
A Tabela 3 apresenta características do perfil utilizado na confecção da 
estrutura do equipamento. 
 
Tabela 3 – Característica mecânica dos perfis em conformidade com as normas UNI 
9006-1 e DIN 17615. 
Tensão de 
Escoamento 
[MPa] 
Módulo de 
Elasticidade 
[GPa] 
Momento de 
Inércia I x = Iy 
[cm 4] 
Densidade 
Linear [kg/m] 
 
250 
 
70 
 
11,40 
 
1,728 
Fonte: Catálogo do fabricante. 
 
Foram utilizadas três barras de 18 metros cada para confeccionar a 
estrutura do equipamento, resultando numa massa total de 31,1 kg. Elas foram 
cortadas nas dimensões requeridas no projeto e unidas através de conectores 
específicos para este fim. 
Na A Figura 24 (a) temos ilustrada a estrutura montada em 3D e a 
Figura 24 (b) mostra os conectores utilizados para unir as partes. 
 
 
 
45 
 
Figura 24 – a) Ilustração em 3D da estrutura montada, b) Detalhe dos conectores 
 
Fonte: (a) produção do próprio autor; (b) catálogo do fabricante 
 
3.1.2 Acionamento 
 
Em atendimento a norma ASTM G-65, o conjunto motriz é composto por 
um motor elétrico de 0,75 kW (1,0 cv) e uma relação de transmissão a fim de 
produzir uma rotação de saída de 200 RPM ±10 RPM no disco de borracha. 
No equipamento proposto, esta redução é obtida utilizando-se um 
redutor de engrenagens cilíndricas acoplado diretamente ao eixo do motor 
elétrico através de flange. A base do redutor é dotada de pés que unem o 
conjunto motriz à estrutura do equipamento através de quatro parafusos M8. A 
Tabela 4 mostra as informações técnicas do conjunto motriz. 
 
Tabela 4 - Dados técnicos do conjunto motriz motor-redutor 
Motor Elétrico RPM – eixo de saída do motor 
Relação de 
transmissão 
RPM – saída do 
redutor 
1,0 cv (0,75 kW) 1715 8,78 195,33 
Fonte: catálogo do fabricante 
 
a) b) 
46 
 
Como mostrado na Tabela 4, a configuração adotada produz uma 
rotação de saída de 195,33 RPM, atendendo assim a norma ASTM G-65. A 
Figura 25 mostra o conjunto motor e redutor acoplado e montado na base. 
 
Figura 25 – Conjunto de acionamento: motor elétrico (cor azul) acoplado ao redutor. 
 
Fonte: o próprio autor 
 
3.1.3 Roda de borracha 
 
A roda de borracha é composta por dois materiais distintos, um disco de 
aço SAE 1020, e sobre este, uma tira de borracha vulcanizada sem emendas, 
como mostrado na Figura 26. 
 
Figura 26 - Roda de Borracha 
 
Fonte: produção do próprio autor 
Disco de Aço SAE 1020 
Tira de borracha 
47 
 
Foram confeccionadas duas rodas para garantir uma fácil substituição 
quando necessário. As especificações das duas rodas, fabricadas segundo a 
ASTM G-65, são mostradas na Tabela 5. 
 
Tabela 5 - Especificações da roda segundo a norma 
Especificações do disco 
de SAE 1020 
Especificações da tira de borracha Diâmetro externo 
total 
Ø Externo Espessura Largura Espessura Dureza 
203,2 mm 12,7 mm 12,7 mm 12,7 mm 60 Shore A 228,6 mm 
Fonte: produção do próprio autor 
 
A roda é montada diretamente sobre o eixo do redutor e presa pelo 
centro por um parafuso M8, como mostrado na Figura 27. 
 
Figura 27 - Detalhe da roda presa ao eixo do redutor 
 
 
Fonte: produção do próprio autor 
 
 
 
Disco roda de borracha 
Redutor 
Parafuso de fixação central 
48 
 
3.1.4 Bico dosador 
 
Para atender a especificação da vazão de areia entre 300 e 400 g/mim, 
dois bicos dosadores com dimensões conforme a norma ASTM G-65 foram 
produzidos. 
 
Figura 28 – Bico dosador de vazão 
 
Fonte: produção do próprio autor 
 
3.1.5 Silo para abrasivos 
 
O silo para armazenar o abrasivo foi confeccionado em aço inoxidável e 
possui capacidade volumétrica para 18 litros, suficiente para armazenar 45 kg 
de areia (ρareia ≈ 2,5 g/cm³). Levando em conta uma vazão máxima de 400 
g/min de abrasivo, esta quantidade é suficiente para realizar três ensaios 
completos sem reabastecimento do silo. 
 
3.1.6 Aplicação da carga normal 
 
Aaplicação da força normal à amostra ensaiada, pela norma ASTM G-
65 e pelo equipamento proposto por Hutchings e Stevenson, é feita por meio 
de pesos mortos, tendo o limite máximo fixado em 130 N. 
No equipamento proposto, a aplicação da força sobre a amostra é feita 
por um cilindro pneumático, que através de duas guias move o corpo de prova 
em direção à roda de borracha. 
49 
 
O par de guias montado juntamente com o cilindro pneumático é 
mostrado na Figura 29. 
 
Figura 29 – Guias e cilindro pneumático. (G) Guia; (H) Haste do Cilindro Pneumático; 
(RB) Roda de Borracha. 
 
Fonte: produção do próprio autor 
 
O cilindro pneumático está conectado em série com uma célula de carga que 
mede a reação de compressão causada sobre a amostra. 
Na Figura 30 observa-se a direção de movimento da força aplicada pelo 
cilindro pneumático (seta em vermelho), e a reação sobre a célula de carga (seta em 
amarelo). 
 
Figura 30 – Direção do movimento da força aplicada pelo Cilindro Pneumático. (CP) Cilindro 
Pneumático; (CC) Célula de Carga; (G) Guias; (T) Trilhos. 
 
 
Fonte: produção do próprio autor 
H 
G 
G 
RB 
e a pressão de trabalho é regulada por um regulador de pressão. A 
o sistema pneumático do equipamento.
Filtro regulador de pressão número 1; (2) Regulador de pressão número 2; (V1) Válvula 4/2 
de basculamento; (C1) Cilindro de basculamento; (V2) Válvula 4/2 
carga; (V3) Válvula de controle da vazão de ar para a refrigeração da amostra; (PA) Porta amostra 
refrigerado; (V4) Válvula abre/fecha para uso do ar e
pneumático ilustrado n
 
A atuação do cilindro também é controlada manualmente por uma válvula 4/2, 
e a pressão de trabalho é regulada por um regulador de pressão. A 
o sistema pneumático do equipamento.
 
Figura 31
Filtro regulador de pressão número 1; (2) Regulador de pressão número 2; (V1) Válvula 4/2 
de basculamento; (C1) Cilindro de basculamento; (V2) Válvula 4/2 
carga; (V3) Válvula de controle da vazão de ar para a refrigeração da amostra; (PA) Porta amostra 
refrigerado; (V4) Válvula abre/fecha para uso do ar e
 
 
A Figura 
pneumático ilustrado n
 
Figura 32
Ar proveniente 
da linha (E)
A atuação do cilindro também é controlada manualmente por uma válvula 4/2, 
e a pressão de trabalho é regulada por um regulador de pressão. A 
o sistema pneumático do equipamento.
31 – Esquema pneumático do equipamento
Filtro regulador de pressão número 1; (2) Regulador de pressão número 2; (V1) Válvula 4/2 
de basculamento; (C1) Cilindro de basculamento; (V2) Válvula 4/2 
carga; (V3) Válvula de controle da vazão de ar para a refrigeração da amostra; (PA) Porta amostra 
refrigerado; (V4) Válvula abre/fecha para uso do ar e
Figura 32 apresenta
pneumático ilustrado na 
32 – Fluxograma do Sistema Pneumático
Ar proveniente 
da linha (E)
A atuação do cilindro também é controlada manualmente por uma válvula 4/2, 
e a pressão de trabalho é regulada por um regulador de pressão. A 
o sistema pneumático do equipamento.
Esquema pneumático do equipamento
Filtro regulador de pressão número 1; (2) Regulador de pressão número 2; (V1) Válvula 4/2 
de basculamento; (C1) Cilindro de basculamento; (V2) Válvula 4/2 
carga; (V3) Válvula de controle da vazão de ar para a refrigeração da amostra; (PA) Porta amostra 
refrigerado; (V4) Válvula abre/fecha para uso do ar e
Fonte: 
apresenta um fluxograma para melhor entendimento do esquema 
a Figura 31.
Fluxograma do Sistema Pneumático
Fonte: produção do próprio autor
Filtro regulador 
de pressão Nr.1
A atuação do cilindro também é controlada manualmente por uma válvula 4/2, 
e a pressão de trabalho é regulada por um regulador de pressão. A 
o sistema pneumático do equipamento. 
Esquema pneumático do equipamento
Filtro regulador de pressão número 1; (2) Regulador de pressão número 2; (V1) Válvula 4/2 
de basculamento; (C1) Cilindro de basculamento; (V2) Válvula 4/2 
carga; (V3) Válvula de controle da vazão de ar para a refrigeração da amostra; (PA) Porta amostra 
refrigerado; (V4) Válvula abre/fecha para uso do ar em outros fins.
Fonte: produção d
um fluxograma para melhor entendimento do esquema 
. 
Fluxograma do Sistema Pneumático
Fonte: produção do próprio autor
Filtro regulador 
de pressão Nr.1
Regulador de 
pressão Nr.2
Sistema de 
refrigeração
Usos diversos
A atuação do cilindro também é controlada manualmente por uma válvula 4/2, 
e a pressão de trabalho é regulada por um regulador de pressão. A 
Esquema pneumático do equipamento. (E) Entrada de ar para o sistema; (1) 
Filtro regulador de pressão número 1; (2) Regulador de pressão número 2; (V1) Válvula 4/2 
de basculamento; (C1) Cilindro de basculamento; (V2) Válvula 4/2 
carga; (V3) Válvula de controle da vazão de ar para a refrigeração da amostra; (PA) Porta amostra 
m outros fins.
produção do próprio autor
um fluxograma para melhor entendimento do esquema 
Fluxograma do Sistema Pneumático 
Fonte: produção do próprio autor
 
Regulador de 
pressão Nr.2
Sistema de 
refrigeração
Usos diversos
A atuação do cilindro também é controlada manualmente por uma válvula 4/2, 
e a pressão de trabalho é regulada por um regulador de pressão. A 
(E) Entrada de ar para o sistema; (1) 
Filtro regulador de pressão número 1; (2) Regulador de pressão número 2; (V1) Válvula 4/2 
de basculamento; (C1) Cilindro de basculamento; (V2) Válvula 4/2 - cilindro de carga; (C2) Cilindro de 
carga; (V3) Válvula de controle da vazão de ar para a refrigeração da amostra; (PA) Porta amostra 
m outros fins. 
o próprio autor 
um fluxograma para melhor entendimento do esquema 
Fonte: produção do próprio autor 
Válvula V1
Válvula V2
A atuação do cilindro também é controlada manualmente por uma válvula 4/2, 
e a pressão de trabalho é regulada por um regulador de pressão. A Figura 
(E) Entrada de ar para o sistema; (1) 
Filtro regulador de pressão número 1; (2) Regulador de pressão número 2; (V1) Válvula 4/2 
cilindro de carga; (C2) Cilindro de 
carga; (V3) Válvula de controle da vazão de ar para a refrigeração da amostra; (PA) Porta amostra 
um fluxograma para melhor entendimento do esquema 
Válvula V1
Válvula V2
50
A atuação do cilindro também é controlada manualmente por uma válvula 4/2, 
Figura 31 ilustra 
(E) Entrada de ar para o sistema; (1) 
Filtro regulador de pressão número 1; (2) Regulador de pressão número 2; (V1) Válvula 4/2 - Cilindro 
cilindro de carga; (C2) Cilindro de 
carga; (V3) Válvula de controle da vazão de ar para a refrigeração da amostra; (PA) Porta amostra 
 
um fluxograma para melhor entendimento do esquema 
Cilindro 
Pneumático C1
Cilindro 
Pneumático C2
50 
A atuação do cilindro também é controlada manualmente por uma válvula 4/2, 
ilustra 
(E) Entrada de ar para o sistema; (1) 
o 
cilindro de carga; (C2) Cilindro de 
carga; (V3) Válvula de controle da vazão de ar para a refrigeração da amostra; (PA) Porta amostra 
um fluxograma para melhor entendimento do esquema 
 
Pneumático C1
Pneumático C2
51 
 
3.1.7 Carga Aplicada 
 
A quantidade de carga aplicada sobre a amostra é diretamente proporcional à 
pressão utilizada no cilindro pneumático (CP) mostrado na Figura 30, e esta pressão 
é ajustada pelo regulador de pressão número 2 indicado na Figura 31. 
A relação entre pressão e força do cilindro é mostrada na Figura 33. 
 
Figura 33: Gráfico de Força vs. Pressão do Cilindro Pneumático 
 
Fonte: catálogo do fabricante 
 
A força é medida por uma célula de carga com capacidade para 490,5 N (50 
kgf), posicionada atrás do cilindro pneumático, como mostrado na Figura 34. 
 
Figura 34 – Célula de Carga 
 
Fonte: produção do próprio autor 
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
0,
62
0,
69
0,
76
0,
83
0,
90
0,
97
1,
04
1,
11
1,
17
1,
24
1,
31
1,
38
1,
45
1,
52
1,
59
1,
66
1,
73
1,
80
F
or
ça
 [N
]
Pressão [bar]
52 
 
A célula de carga mede a força de compressão que o cilindro faz sobre a 
amostra, como mostrado na Figura 30, e o valor da carga é mostrado no indicadorde força, calibrado em Newton, conforme Figura 35. 
 
Figura 35 – Indicador de força da célula de carga 
 
Fonte: produção do próprio autor 
 
3.1.8 Porta Amostras 
 
Para prender de forma segura o corpo de provas durante o ensaio, o porta 
amostras foi projetado para comportar amostras de dimensões 25 x 75 x 10 mm (L x 
A x Esp.). A amostra encaixada nele é fixada por dois parafusos laterais que são 
apertados para dar maior fixação. 
O porta amostras foi projetado com canais internos por onde o ar circula, 
refrigerando a amostra. A Figura 36 (a) mostra o modelo em 3D desenvolvido para 
fixar o corpo de prova durante o ensaio, e a Figura 36 (b) mostra o porta amostra em 
corte, para melhor ilustrar os canais de refrigeração. A seta azul indica a entrada por 
onde o ar frio é insuflado, e as setas em vermelho indicam as saídas do ar quente. 
Hutchings e Stevenson (1996) citam que o aumento da temperatura da 
amostra, e consequentemente da roda de borracha, deixam a borracha mais macia, 
diminuindo assim a taxa de desgaste. 
Dotar o porta amostras com um sistema que permita a refrigeração da 
amostra significa obter resultados mais constates, além de evitar paradas 
prolongadas para resfriar a borracha. 
 
53 
 
Figura 36 - Porta Amostra 
 
 
Fonte: produção do próprio autor 
 
A vazão de ar que passa pelos canais é controlada pela válvula V3 indicada 
no esquema pneumático ilustrativo da Figura 31. 
 
3.1.9 Controle de Revoluções da Roda de Borracha 
 
Para o controle de revoluções da roda durante o ensaio, o abrasômetro foi 
equipado com um contador de voltas, mostrado na Figura 37. Este contador de 
voltas é equipado com um sensor indutivo que lê o número de revoluções do eixo do 
redutor, no qual a roda de borracha está fixada. 
 
Figura 37 - Contados de voltas 
 
Fonte: produção do próprio autor 
54 
 
Ele permite programar o número total de ciclos desejado durante o ensaio, e 
quando o valor é atingido, desliga o motor elétrico, eliminando assim a necessidade 
de controlar o ensaio pelo tempo. 
 
3.1.10 Painel Elétrico 
 
O painel elétrico mostrado na Figura 38 conta com: (A) chave geral, que 
fornece energia ao contador de voltas, à célula de carga, o indicador de força e o 
sistema de partida do motor elétrico; (B) e (C) botão de acionamento e parada do 
motor elétrico, respectivamente; e (D) painel do contador de voltas. 
 
Figura 38 - Painel elétrico 
 
Fonte: produção do próprio autor 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
55 
 
4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 
Neste capítulo são apresentados os procedimentos utilizados para validação 
do abrasômetro roda de borracha, tanto no ensaio vertical quanto no ensaio 
horizontal, assim como os procedimentos de ensaios. Todo o trabalho experimental 
foi realizado nos laboratórios do Departamento de Engenharia Mecânica (DEM) do 
Centro de Ciência Tecnológicas (CCT) da Universidade do Estado de Santa 
Catarina (UDESC). 
 
4.1 VALIDAÇÃO DO ABRASÔMETRO RODA DE BORRACHA 
HORIZONTAL E VERTICAL 
 
O trabalho experimental para a validação do abrasômetro está demonstrado 
do fluxograma da Figura 39. 
 
Figura 39 - Fluxograma do procedimento experimental na fase de validação do abrasômetro 
 
 
Fonte: produção do próprio autor 
Start Up do 
equipamento
Calibração da célula de 
carga
Teste dos cilindros 
pneumáticos
Verificação do 
alinhamento entre a face 
da roda e face da 
amostra
Correção do 
alinhamento
Melhoria do controle de 
pressão dos cilindros
Controle da força normal 
aplica nas amostras
Controle da vazão do 
abrasivo
Controle da temperatura 
das amostras
56 
 
4.1.1 Calibração da célula de carga 
 
Para calibrar a célula de carga, uma massa de 1 kg (um quilograma) foi 
utilizada e o indicador de força foi configurado para mostrar o resultado em Newton, 
com uma precisão de 0,01 N. 
 
4.1.2 Alinhamento e força aplicada 
 
O objetivo foi verificar o perpendicularismo entre a face da amostra e a face 
da roda de borracha e também a quantidade de força exercida pelo sistema 
pneumático para verificar a repetibilidade dos resultados de desgaste das amostras. 
Nesta etapa de ensaios, o alinhamento do equipamento ao que se refere à 
excentricidade da força aplicada em relação ao eixo da roda, Figura 40 (a), o ângulo 
de aplicação desta força, Figura 40 (b), e o ângulo da face da amostra com a face da 
borracha, Figura 40 (c), foram avaliados. 
 
Figura 40 – Alinhamento e ângulos conferidos 
 
 
Fonte: produção do próprio autor 
 
Os valores ideais para estes parâmetros são: e=0 mm, Aº=0º e Bº=90º, 
respectivamente. Qualquer desvio em relação a estes, poderia causar variações nos 
ensaios e desvios dos resultados em relação à literatura. 
A investigação mostrou uma pequena folga entre os trilhos e o cilindro 
pneumático (ilustrados na Figura 30), o que gerava uma pequena excentricidade da 
aplicação da força, além de uma inclinação no ângulo de aplicação. 
57 
 
Notou-se também que esta folga causava um erro na leitura da célula de 
carga, levando ao uso de uma pressão maior do que a realmente necessária para 
exercer a força sobre a amostra. 
A adoção de um novo par de trilhos, usinados com maior precisão e 
montados com maior atenção aos detalhes, foi suficiente para eliminar a folga. 
Outra solução adotada para um melhor controle da pressão, e assim da força 
aplicada sobre a amostra, foi a instalação de um segundo regulador de pressão, 
como mostrado na Figura 41. A esquerda, a configuração inicial, e a direita, a 
configuração com dois reguladores. 
 
Figura 41 – Configuração inicial e final dos reguladores de pressão 
 
Fonte: produção do próprio autor 
 
Justificativa: na fase inicial de testes, havia apenas um filtro regulador de 
pressão em uso. Ele é dotado de um manômetro com faixa de escala entre 0 e 16 
bar, com valor de divisão de 1 bar. O ajuste de pressão foi considerado grosseiro 
demais para os ensaios. 
A adoção de um segundo regulador de pressão, instalado em série com o 
primeiro, aumentou consideravelmente a precisão do ajuste da pressão. Ele é 
dotado de um manômetro com faixa de escala entre 0 e 4 bar, com valor de divisão 
de 0,1 bar. 
Como os pneumáticos do equipamento não operam com pressões superiores 
a 4 bar (para não danificar a célula de carga), e para forças de até 130 N dos 
ensaios (1,8 bar de pressão), a escolha do acessório foi considerada correta, uma 
vez que aumentou a resolução do equipamento e não permite exceder a pressão 
crítica. 
58 
 
O esquema pneumático do equipamento já foi ilustrado na Figura 31 e na 
Figura 32, do capítulo 3.1.6. 
 
4.1.3 Vazão do abrasivo 
 
A vazão do abrasivo foi determina coletando-se uma determinada quantidade 
de areia que fluía através do bico dosador. Com a válvula do silo aberta, 
aguardaram-se alguns instantes até que o fluxo se tornasse constante, e a partir daí, 
a areia foi coletada por um período de dois minutos e a pesagem foi realizada com 
auxílio de uma balança digital com precisão de 0,01 gramas. O procedimento foi 
repetido cinco vezes para obter um valor médio do fluxo de abrasivo. 
Como pode ser visto no detalhe da Figura 42, observou-se também um fluxo 
laminar da areia que passa através do bico dosador, considerado satisfatório para a 
realização dos ensaios. 
 
Figura 42 – Fluxo laminar do abrasivo 
 
 
Fonte: produção do próprio autor 
59 
 
4.1.4 Temperatura das amostras 
 
A média das temperaturas de algumas amostras foi medida durante os 
ensaios com auxílio de um termômetro de contato. A influência da temperatura no 
desempenho das amostras frente ao desgaste abrasivo não será levada em 
consideração neste trabalho, uma vez que o objetivo é a instrumentação do 
abrasômetro e não a avaliação dos materiais. 
Como já citado do capítulo 3.1.8, aumento da temperatura da borracha 
deixam-na macia, diminuindo assim a taxa de desgaste (HUTCHINGS e 
STEVENSON, 1996). 
Uma vantagem que o