FORMAS DE MANUTENÇÃO E MÉTODOS DE DESCARTE DOS FLUIDOS DE
CORTE UTILIZADOS NA USINAGEM DE METAIS
(1)
R. E. Catai , E. C. Bianchi, P. R. de Aguiar
e- mail: [email protected], Av. Eng. Luiz Edmundo Carrijo Coube, S/No/Caixa Postal 473,
Laboratório de Usinagem por Abrasão – LUA, CEP: 17033- 360, Bauru, SP, Brasil
UNESP - Universidade Estadual Paulista - Campus de Bauru,
RESUMO
A crescente industrialização presente no cotidiano mundial torna cada a dia o processo de
usinagem, principalmente dos metais imp rescindível nas empresas. Aliado a este crescimento
industrial vigora também o aumento assustador na utilização de fluidos de corte, pois para muitos,
quanto mais fluido existir na região de corte, maiores serão a economia global do processo e a
produtividade. Entretanto, isto não é correto, pois o tratamento e descarte dos mesmos são caros
e ilegais quando desrespeitam leis, além do que o fluido em demasia pode às vezes não melhorar
em nada a qualidade final das peças. Neste artigo será apresentada uma revisão literária sobre a
importância e as formas de realizar a manutenção periódica dos fluidos utilizados no corte dos
metais, como através do controle do pH e concentração, no caso de fluidos à base de água.
Também serão abordados métodos de purificação, formas de reciclagem e descarte dos fluidos de
corte, sendo que estes podem ser divididos em processos químicos, físicos e físicos -químicos.
Palavras chaves: Usinagem
dos metais, Manutenção, Descarte, Fluidos de corte.
INTRODUÇÃO
Devido ao aparecimento de Leis Ambientais cada vez mais rígidas em todo o mundo, surge
mais um grande entrave na vida dos empresários que necessitam dos processos de usinagem de
metais. Este problema diz respeito a como descartar os fluidos utilizados dentro das indústrias, de
formas financeira e ecologicamente viáveis. As alternativas são muitas e variadas, porém a melhor
seria a conscientização dos empresários de que uma manutenção eficiente do fluido minimizaria
descartes e gerariam lucros, pois se aumentaria a vida útil dos mesmos.
Os principais fatores que devem ser observados quanto a correta utilização dos fluidos a fim
de se prolongar a vida útil dos mesmos são: o controle periódico dos aspectos que influenciam a
estabilidade dos fluidos; a higiene do local de trabalho e dos operadores; a constante limpeza e
purificação dos fluidos; e por fim a reciclagem destes quando possível e de acordo com as leis
fiscalizadas pelo CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente) [1]. Seguindo-se os preceitos
acima, somente em último caso é que os fluidos serão descartados, através dos vários processos
de descartes existentes, os quais são determinados de acordo com o tipo de fluido utilizado, a
legislação vigente, as condições do local, sendo que para este descarte, empresas especializadas
podem ser contratadas, pois é um processo muito perigoso, onde apenas um litro de óleo usado,
em contato com a água, pode contaminar cerca de um milhão de litros de água potável [2].
Em 1992 na Alemanha, o volume de descarte de óleos solúveis usados em processos de
transformação metalmecânica representaram cerca de 60% do consumo total de lubrificantes, o
que equivale a 1.151.312 t/ano, representando 7,5% a 17% dos custos de fabricação por peça,
sendo este índice algumas vezes superior aos custos com o ferramental [3]. Os custos relativos
aos fluidos de corte tornaram- se acentuados devido ao elevado consumo e freqüentes descartes
que batem de frente com as políticas de preservação ambiental, sendo, portanto, necessário que
se desenvolvam sistemas compatíveis com o meio ambiente e a saúde dos operários [4].
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ASPECTOS QUE INFLUENCIAM A ESTABILIDADE DOS FLUIDOS DE CORTE
Vários aspectos podem influenciar a estabilidade dos fluidos de corte, principalmente no
caso dos fluidos a base de água. A seguir serão apresentados alguns aspectos que afetam ou
mesmo influenciam na estabilidade dos principais tipos de fluidos de corte como os óleos de corte
a base de óleo mineral e os fluidos a base de água como as soluções (por exemplo os fluidos
sintéticos) e emulsões (como os fluidos semi-sintéticos).
a-) Óleos de corte: Possuem óleo mineral como composto básico, podendo ser utilizados no
estado puro (sem aditivação) ou aditivado (presença de aditivos polares e/ou aditivos químicos
ativos ou inativos) [5]. A temperatura ideal para se trabalhar com este tipo de fluido e aumentar
sua eficiência é entre 21 e 24ºC [1]. Por possuírem em suas composições óleos gordurosos ou
compostos gordurosos, não devem ser armazenados em condições de temperaturas muito baixas,
devido a existência de uma grande chance dos mesmos virem a se solidificarem ou sofrerem com
a separação do composto gorduroso em relação ao óleo [6].
b-) Fluidos de corte solúveis em água: Transformam-se em misturas, quando o concentrado
é diluído em água, sendo que estas misturas variam entre emulsões e soluções dependendo da
constituição básica do fluido solúvel concentrado (óleo mineral ou sais orgânicos e inorgânicos,
respectivamente), da presença e quantidade de emulgadores no concentrado [5].
É importante ressaltar que tanto os fluidos semi-sintéticos fazem parte deste grupo, pois são
micro-emulsões caracterizadas por apresentarem de 5% a 50% de óleo mineral no fluido
concentrado, sendo que uma menor quantidade de óleo mineral e a presença de biocidas
aumentam a vida do fluido de corte vindo a diminuir os riscos à saúde, como os fluidos sintéticos,
que são isentos de óleo mineral, porém baseiam-se em sais orgânicos e inorgânicos que formam
solução com água, devendo ser tratados como soluções[7]. Quanto as soluções deve-se observar:
Qualidade da água: com a qual a mesma será feita (deve-se ter uma dureza adequada, e
estar isenta de impurezas, microorganismos, excesso de cloro etc). Normalmente a água das
principais cidades é satisfatória para a preparação dos fluidos a base de água, porém é sempre
desejável que um laboratório determine a quantidade de ácidos orgânicos e minerais presentes na
água, bem como a sua dureza, que é dada em função dos sais dissolvidos na mesma,
principalmente de cálcio, magnésio e ferro, e ocasionalmente de alumínio [6].
Dependendo da proximidade de depósitos minerais e das condições climáticas, a água dos
rios e lagos pode vir ou não a ser dura, sendo que a água de poços é normalmente mais dura que
as águas mais superficiais. Utilizando-se água dura, à medida que a água evapora da mistura de
fluido de corte e se repõe a mesma, a concentração de ânions e cátions se eleva rapidamente.
Portanto, se a dureza da água for excessivamente elevada, haverá a necessidade de um prétratamento da água, abrandando-a, por deionização ou por osmose reversa. Já a ausência total ou
parcial de íons, pode resultar apenas em problemas de formação de espuma [1].
Acidez ou alcalinidade: o controle do pH é importante, pois um pH alto ou baixo demais
pode causar irritações na pele, que variam de gravidade de pessoa para pessoa. O pH ideal de
uma emulsão de óleo solúvel varia entre 9 e 9,3 [6]. Os principais critérios quanto ao fator pH são
expressos na tabela I:
Tabela I - Principais critérios que devem ser adota dos em relação ao valor do pH [1]
Valor do pH
Acima de 8,7
Diagnóstico e/ou procedimentos
Emulsão satisfatória para continuar em operação, adiciona-se
pequenas quantidades de biocidas para a manutenção preventiva
entre 7,8 e 8,7
Adiciona-se biocida em q uantidades suficientes para o controle das
bactérias e outros materiais para corrigir a emulsão
abaixo de 7,8
Providenciar a troca do fluido de corte
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Concentração: deve ser controlada para garantir as propriedades lubrificantes e
anticorrosivas do fluido [1].
Controle microbiológico de emulsões: é importante para evitar a perda do fluido pela
contaminação excessiva por fungos e por bactérias, as quais se constituem na principal causa do
descarte prematuro das emulsões [1]. As bactérias devem ser mantidas sob controle, pois é quase
impossível manter uma emulsão estéril. Para tanto, o controle com biocidas deve ser feito de
maneira periódica, possibilitando o controle do pH e a contagem de microrganismos. A adição de
biocida não deve ser realizada somente quando for detectada sua degradação (deterioração) [5].
A tabela II apresenta propriedades dos fluidos integrais e fluidos a base de água.
Tabela II - Comparação entre as propriedades dos fluidos de corte integrais e solúveis [1]
Propriedades dos fluidos de corte Fluido integral
Fluido solúvel (emulsão ou solução)
Poder lubrificante
Bom
Fraco (*)
Condutividade térmica
Fraca
Boa
Calor específico
Baixo
Alto
Aceitação pelo operador
Menor
Maior
Propriedades anticorrosivas
Boas
Fracas (**)
Decantação dos cavacos
Fraca
Boa
Perdas por arraste
Altas
Baixas
Bombeabilidade
Variável
Fácil
(*) Alguns fluidos solúveis com aditivos de extrema pressão, possuem posição intermediária entre os extremos;
(**)
Se o fluido solúvel for formulado e armazenado corretamente, estes também protegem adequadamente, porém, em
geral, problemas de corrosão com estes fluidos são bastante conhecidos.
MANUTENÇÃO DOS FLUIDOS DE CORTE
Em relação a manutenção dos fluidos, primeiramente, é necessário que se imponha dentro
da empresa um bom programa de manutenção para que os resultados possam aparecer. Um bom
programa é aquele que engloba a observação das alterações que aparecem no sistema de
refrigeração, buscando-se sempre observar sinais de desestabilização do mesmo, além é claro de
incluir procedimentos periódicos ou até mesmo diários de manutenção. Todo programa de
manutenção de fluidos, deve priorizar e começar com a limpeza da máquina, bem como das linhas
de alimentação do fluido e dos reservatórios [8].
Algumas instruções básicas para a manutenção dos fluidos são: limpar as tubulações,
canalizações e reservatórios, além dos cantos mortos, possíveis focos de instalação de
microorganismos; realizar a esterilização do sistema por meio de biocidas, ou mesmo, detergente;
evitar pontos de estagnação de cavacos para evitar a instalação de focos de microorganismos;
realizar constante aeração do fluido, coibindo o crescimento bacteriano e do mau cheiro aliado a
este; sempre prezar pela higiene do local de trabalho; a monitoração destes fatores é fundamental
para se prolongar a vida útil dos fluidos e dos equipamentos, além de colaborar com a saúde do
trabalhador e a qualidade final das peças [1].
MÉTODOS DE LIMPEZA E PURIFICAÇÃO DOS FLUIDOS
O processo de limpeza a ser empregado, depender á do material a ser utilizado, da
operação empregada e do tipo de fluido a ser purificado. A operação e o material utilizado
indicarão quão finos serão os cavacos. Por exemplo, metais dúcteis produzem cavacos mais
grossos que são eficientemente removidos por filtragem ou sedimentação. Porém, uma préfiltragem é essencial em todas operações como primeiro passo [9].
Os processos de purificação mais comuns para a retirada dos resíduos sólidos dos fluidos,
são conhecidos como decantação/escumação e filtração positiva, sendo que no processo de
decantação ou escumação, a ação da força da gravidade e os desvios existentes para o fluxo do
fluido, bem como a baixa velocidade de fluxo induzida no processo auxilia a sedimentação das
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partículas [10]. Este processo tem maior eficiência quando estão envolvidos grandes volumes de
fluidos ou grandes tempos de retenção [9].
Já no processo de filtração positiva, utiliza-se meios porosos através dos quais o fluido
passa por meio de sucção, pressão ou gravidade [1]. Em se tratando da filtração do fluido de
corte, de acordo com papel ou gaze podem ser utilizados como elementos filtrantes, porém estes
elementos devem ser analisados frequentemente, o que é inviável, pois para isto acontecer são
necessárias paradas na produção para a troca destes elementos. Porém estas paradas podem ser
evitadas com a utilização de sistemas de auto-limpeza, com filtros de cintos clarificados conforme
é mostrado na figura 1. Nestes filtros, o fluido passa através do filtro intermediário e é enviado de
volta a máquina, sendo que quando o filtro fica cheio de resíduos, o transportador move-se para
frente, descartando a sujeira e o filtro intermediário usado em um depósito. A única manutenção
requerida neste tipo de filtro é a limpeza periódica da caixa de resíduos e a recolocação do rolo de
filtro de papel quando necessário [11].
Fluido
sujo
Caixa com os resíduos
Rolo de
papel
Fluido limpo
Figura 1 – Exemplo de um filtro de cinto clarificado [11]
A figura 2 apresenta um complexo sistema de purificação, com separadores magnéticos,
filtros, tanque de decantação etc.
Figura 2 - Sistema de purificação de fluido de corte [12]
RECICLAGEM DE FLUIDOS
Nos países desenvolvidos, a coleta de óleos usados (incluindo os utilizados como fluidos de
corte), é geralmente tratada como uma necessidade ambiental. Na Itália e na França, por
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exemplo, os impostos que incidem sobre estes produtos a base de óleo, custeiam a coleta dos
mesmos. Já em outros países este suporte financeiro provém de impostos para tratamento de
resíduos em geral. Nos Estados Unidos e Canadá, diferentemente do que ocorre no Brasil, é o
gerador do óleo (fluido) usado, quem paga ao coletor pela retirada do mesmo [13].
Uma maneira de se aproveitar ao máximo os fluidos de corte e ao mesmo tempo realizar
uma diminuição dos custos acrescidos a estes produtos, é a implantação na própria empresa de
plantas recicladoras, que são sistemas capazes de reciclar fluidos de corte bem como os resíduos
sólidos presentes nos mesmos provindos tanto dos metais que foram usinados como, por
exemplo, do desgaste da própria ferramenta de corte. Muitas vezes, em projetos de várias
máquinas ferramentas, torna-se mais eficiente instalar uma única unidade central de reciclagem.
Já as pequenas indústrias devem optar por sistemas de reciclagem individuais devido aos altos
custos dos sistemas centrais de reciclagem e a não contínua operabilidade que estes terão. O
sistema de reciclagem a ser instalado depende do: tipo de fluido; material da peça; qualidade
superficial da peça; grau de pureza do fluido; concentração residual de sedimentos; pressão
necessária ao fluido; temperatura de operação; transporte de sedimentos [11].
As plantas de reciclagem podem ser muito rentáveis, embora possuam alto custo inicial de
instalação. Nestes sistemas, podem ser aproveitados tanto os resíduos sólidos na forma de
limalha de ferro como o fluido, que sai limpo na forma de óleo reciclado pronto para ser reutilizado.
DESCARTE DOS FLUIDOS DE CORTE
O descarte dos fluidos de corte como já comentado é um processo extremamente oneroso e
complicado, além de ter que seguir a legislação vigente, por isso deve ser o último recurso a ser
utilizado. Deve- se ter sempre em mente a preocupação em assegurar a manutenção apropriada
dos fluidos, para que a quantidade descartada e a freqüência sejam pequenas [1].
Descarte de óleos de corte: os óleos de corte podem ser vendidos para nova refinação,
reciclados pelo usuário, pelo fabricante ou por uma companhia especializada, podendo ainda ser
queimados em caldeira, desde que permitido em legislação e estando o mesmo seco e sem
impurezas, apresentando baixa concentração de enxofre e isento de cloro.
Descarte dos fluidos solúveis em água: as emulsões e soluções não podem ser
descartadas normalmente no sistema de esgoto, havendo a necessidade da separação do óleo da
água (no caso de emulsões) e demais produtos químicos da água (no caso de soluções) antes do
descarte. A fase oleosa separada é removida, sendo esta tratada como um fluido integral [1]. Os
processos de descarte de emulsões são escolhidos de acordo com a composição da emulsão, das
condições locais, da legislação vigente e do custo de cada processo, estando divididos e
classificados da seguinte forma [5]:
a-) Processos físicos: utilizados na separação de emulsões, incluindo a ultrafiltração,
processo no qual a emulsão circula através de permeadores, que possuem membranas tubulares
cujos poros controlados impedem a passagem das moléculas de óleo, efetuando a quebra da
emulsão e o processo de quebra térmica, no qual a separação da fase oleosa e aquosa dá-se por
intermédio do aquecimento da emulsão e evaporação da fase aquosa ([1] apud [2]).
b-) Processos químicos: neste processo chamado de quebra ácida com adsorção a frio,
adicionam- se sais para quebrar as emulsões pela degradação dos emulgadores, sendo que a
reação química pode ser reforçada pela adição de sais metálicos [5].
c-) Processos físico-químicos: conhecidos como quebra ácida com adsorção a quente com
ou sem estágio de separação mecânica, onde a reação química é reforçada pelo aquecimento da
emulsão, sendo uma combinação dos processos físico e químico ([1] apud [2]).
Descarte de soluções sintéticas: os fluidos ou soluções sintéticos são constituídos de
uma grande gama de produtos químicos [1]. Para o tratamento e descarte bem sucedidos destes,
é necessário compreender a química de cada fluido a ser descartado. Através da escolha correta
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do tipo e da dosagem adequada de coagulante polimérico, e tomando-se por base as faixas de pH
encontradas, a taxa desejada das reações de precipitação pode ser controlada e os ajustes
adequados poderão ser feitos para colocar a água efluente nos padrões necessários.
CONCLUSÕES
É importante que as operações de descartes de fluidos de corte sejam realizadas de acordo
com as Leis Ambientais vigentes dentro de cada cidade, estado ou país. Não existindo
processos de manutenção e descartes padrões, pois estes variam muito de acordo com as
condições do local de trabalho, com os fluidos utilizados, com a legislação vigente e os custos
que podem estar atrelados a cada tipo de processo, sendo, portanto sempre cabível um estudo
profundo de cada situação para se realizar a melhor e mais eficiente manutenção bem como se
necessário o mais viável processo de descarte dentro da lei;
Um bom programa de manutenção é capaz de eliminar odores desagradáveis, excesso de
resíduos sólidos nos reservatórios, bem como consegue assegurar através da purificação e
filtração periódica, uma qualidade ainda melhor para a peça final, além de aumentar a vida útil do
fluido, o que significa maiores lucros para as empresas, pois diminui principalmente a freqüência
de descarte dos fluidos, que é um processo extremamente oneroso; Sendo que uma boa forma
de se realizar a filtragem do fluido é através de um filtro de cinto clarificado, pois este não requer
que a máquina em produção seja parada para a troca do filtro;
REFERÊNCIAS
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MANNERS OF MAINTENANCE AND METHODS OF DISCARD OF CUTTING
FLUIDS USED IN THE METALS MACHINING PROCESSES
(1)
(1)
R. E. Catai , E. C. Bianchi, P. R. de Aguiar
e- mail: [email protected], Av. Eng. Luiz Edmundo Carrijo Coube, S/No/Caixa Postal 473,
CEP: 17033-360, Bauru, SP, Brazil
UNESP - State University from São Paulo – Campus of Bauru
ABSTRACT
The machining processes of metals every day become more and more important in the life
of companies, however the same brings with itself a big problem that is how to discard the cutting
fluids in agreement with the existent environmental laws. However isn’t the discard that should be
the largest concern of the companies in relation to the fluids, but the correct maintenance of the
same ones, with periodic controls of pH, concentration, because in this way, the useful life of fluid
tends to be larger and probably smaller will be the costs and concerns with the discard. This article
w ill present methods and forms of accomplish an efficient maintenance and discard of the fluids,
which can be separated in processes of discards chemicals, physicals and physical-chemicals.
Key-words: Optimization, grinding, deflectors, cutting fluids, metals.
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