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Neste item foram apresentadas variáveis de análise da usinagem deste trabalho: rugosidade média, potência consumida, vibração e emissão sonora. Juntamente com alguns estudos que analisaram detalhadamente a influência de parâmetros de corte ou tratamentos térmicos nessas mesmas variáveis de saída.

2.4.1 Rugosidade média

O que caracteriza as irregularidades superficiais é a variável rugosidade (MAGOSS, 2008). E essas irregularidades podem ser definidas pelas formas e

tamanhos dos picos e vales provocados pela usinagem, ou também pela anatomia da madeira. A obtenção dessa variável pode ser quantificada seguindo-se as normas NBR 6405/1988, NBR 4287/2002 e NBR 4288/2008. Existem vários parâmetros de rugosidade, dentre os principais Ra (rugosidade média), Rz (rugosidade parcial) e Rmáx

(rugosidade máxima).

São usados dois sistemas básicos de medida: o da linha média (M) e o da envolvente (E). O sistema da linha média é o mais utilizado e no Brasil é recomendado pela norma NBR 6405/1988.

As normas citadas anteriormente padronizaram os parâmetros e critérios de avaliação da rugosidade no apalpamento mecânico onde deve se estabelecer um comprimento de medição (lm), com cinco comprimentos de amostragem (le) chamado

de cut-off (Figura 12).

Figura 12 – Comprimentos de amostragem.

Fonte: NBR 6405/1988.

Onde:

le: comprimento de amostragem cut-off;

lm: comprimento de medição;

lt: comprimento total da medição;

ln: comprimento para a parada do apalpador.

O comprimento inicial (lv) e o final (ln) não são considerados na avaliação da

rugosidade. O comprimento de amostragem cut-off, de acordo com as normas citadas anteriormente, deve ser escolhido de acordo com a Tabela 1.

Tabela 1 – Tabela de comprimento de amostragem para perfil não periódico.

Rugosidade Média Ra (µm)

Mínimo Comprimento (le) “cut-off” (mm)

De 0 até 0,1 0,25

Maior que 0,1 até 2,0 0,8

Maior que 2,0 até 10,0 2,5

Maior que 10,0 8

Fonte: NBR 6405/1988.

O parâmetro “Ra” é a média aritmética dos valores absolutos das ordenadas de

afastamento Z(x) (Figura 13), dos pontos do perfil de rugosidade em relação à linha média, dentro do percurso de medição (lm). Essa grandeza pode corresponder à altura

de um retângulo, cuja área é igual à soma absoluta das áreas delimitadas pelo perfil rugosidade e pela linha média, tendo por comprimento o percurso de medição (lm).

Figura 13 – Percurso de medição da rugosidade média.

O valor da rugosidade média pode ser dado pela Equação 4 e é expresso em micrometros. /0 = 1 23 4 5 '5 23 6 (4)

Gurau (2004) reconheceu a necessidade de uma padronização no controle da qualidade de peças usinadas de madeira. Algo que já é presente para outros tipos de materiais como os metais, e que não se aplicam a madeira. Ainda de acordo com Gurau (2010), não há metodologia aprovada para fazer a avaliação da qualidade superficial da madeira.

A qualidade superficial pode ser afetada por características anatômicas, que variam de espécie para espécie, como a densidade, teor de umidade, e distribuição dos vasos e traqueídes e seus diâmetros. Sendo a madeira um material heterogêneo, a padronização da mensuração desses valores de rugosidade pode ser algo complexo.

O que pode interferir ainda nos valores desse parâmetro é de como é feita a usinagem: a velocidade de corte e de avanço utilizadas, o tipo e as condições da ferramenta, direção de corte, vibração da máquina, etc. E esses parâmetros de entrada de usinagem podem ser mudados e otimizados para aumentar a produtividade, reduzir a perda de material, e melhorar a qualidade superficial dos produtos (AGUILERA & MARTIN, 2001).

Em seu trabalho, Pinheiro (2014) com o objetivo de analisar a influência do teor de umidade da madeira (8-12%, 12-16% e 16-20%) no processo de fresamento, nos parâmetros rugosidade “Ra” e “Rt”, madeira de Pinus elliottii, concluiu que o sentido

do fresamento discordante, teor de umidade entre 8 a 12% e lenho tardio, foi a combinação que resultou em um menor valor de rugosidade média (abaixo de 4 µm). E o teor de umidade influenciou significativamente somente no fator sentido de corte. Na Figura 14 pode ser observado os resultados relativos a variável rugosidade média.

Figura 14 – Efeitos dos fatores: sentido de corte, tipo de lenho e teor de umidade na rugosidade média.

Fonte: (PINHEIRO, 2014).

Legenda: sentido de corte, 1-concordante e 2-discordante; anel de crescimento, 1-lenho inicial e 2-lenho tardio; teor de umidade, 1-8 a 12%, 2-12 a 16% e 3-16 a 20%.

Korkut et al. (2012) estudando o efeito do tratamento térmico nas madeiras de Fraxinus angustifolia e Castanea sativa na rugosidade média, utilizando 3 temperaturas (ambiente, 160 e 180˚C), com duração de 2 e 4 horas, obteve a média de 6,9 µm para as amostra de controle, e a de 4,4 µm para a temperatura de 180˚C e duração de 4 horas (Fraxinus angustifólia). Para a outra espécie todas as combinações de tratamento tiveram influencia significativa, sendo que as médias de rugosidade decresceram nessa ordem: amostra de controle (9,57 µm), 160˚C – 2 horas (6,47 µm), 160˚C – 4 horas (5,96 µm), 180˚C – 2 horas (5,89 µm) e 180˚C – 4 horas (5,70 µm). Para as duas espécies analisadas o tratamento térmico melhorou o acabamento dos corpos de prova. O estudo também melhorou propriedades físicas como estabilidade dimensional, porém as propriedades mecânicas foram afetadas com o aumento da temperatura e duração de tratamento.

O mesmo efeito se deu no trabalho de Kesik et al. (2014), para as madeiras de Black locust (Robinia pseudoacacia L.), Common alder (Alnus glutinosa L.), Western prickly juniper (Juniperus oxycedrus L.) e Plum (Prunus domestica L.). Os valores da rugosidade média diminuíram com o aumento da temperatura e tempo de tratamento (Figura 15).

Figura 15 – Valores de rugosidade média para combinação de fatores.

Fonte: Adaptado de (KESIK et al., 2014).

Em um trabalho sobre torneamento, Bilesky (2015) analisando a influência da termorretificação (100, 140, 160, 180 e 200˚C) das madeiras de Pinus elliottii e Corymbia citriodora, variando o material da ferramenta de corte, também no parâmetro rugosidade média, obteve uma diminuição desse valor com o aumento da temperatura de termorretificação.

O efeito contrário ocorreu no estudo de Palermo (2014), onde com o tratamento térmico houve um aumento da rugosidade média depois do processo de lixamento nas granulometrias de P80 e P100 para a madeira de eucalipto.

2.4.2 Potência consumida

A potência de usinagem pode ser medida, experimentalmente, através da obtenção da tensão e da corrente elétrica consumida. Devido a um comportamento nem sempre linear dessas grandezas citadas e à defasagem entre elas no tempo, a obtenção da potência por esse método não é uma operação tão simples (MACHADO et al., 2011).

O cálculo da potência instantânea pode ser feito utilizando a Equação 5 que pode ser usada para motores monofásicos.

7₈ = !_(:) 5 <_(:) [W] (5)

Onde:

Pi: potência instantânea;

V(t): tensão medida no tempo, em Volts;

I(t): corrente elétrica medida no tempo, em Amperes.

Para a captação da diferença de potencial é recomendado a utilização de sensores de Efeito Hall. Pois nesses sensores a diferença de potencial gerada é proporcional à corrente que gerou. E a razão entre ambas é chamada de Resistência de Hall, que é uma característica do material do material utilizado. Esses sensores são colocados externamente aos cabos elétricos sem precisar cortá-los (MACHADO et al., 2011).

Muitos estudos tiveram como parte a obtenção da potência consumida, como é o caso de Santini (2000), que estabeleceu um índice de desempenho com relação ao consumo de energia por volume de produção, fazendo medições do consumo de potência durante a operação de desdobro das toras de pinus, mais precisamente, em operação de serramento por serra de fita. Um medidor do tipo alicate (portátil) foi

utilizado diretamente no painel de distribuição de energia elétrica da serra de fita. O medidor foi ligado em um sistema de aquisição de dados computadorizado que registrou em tempo real os valores de diversas variáveis de saída, como tensão, corrente, frequência, fator de potência ativa e potência aparente.

Santiago (2011) em um processo de lixamento plano da madeira de Pinus elliottii, analisou a influência da granulometria de lixa, velocidade de corte e pressão, na variável potência consumida, e percebeu que somente os dois últimos fatores citados influenciaram significativamente.

Pinheiro (2014) estudou a influência dos fatores: sentido de corte no fresamento (concordante e discordante), e teor de umidade (8-12%, 12-16% e 16-20%), para a madeira de Pinus elliottii, no consumo de potência, e não obteve diferenças significativas para nenhum dos fatores. Os dados podem ser vistos na Tabela 2.

Tabela 2 – Estatística descritiva para potência consumida em um trabalho sobre fresamento.

Fonte: (PINHEIRO, 2014).

Legenda: fator A, 1-concordante e 2-discordante; fator B, 1-8 a 12%, 2-12 a 16% e 3-16 a 20%.

Em outro trabalho Bilesky (2015) analisou a potência consumida no processo de torneamento das madeiras de Pinus elliottii e Corymbia citriodora, com elas previamente termo tratadas em seis temperaturas, variando também o material da ferramenta, e constatou que houve influência significativa na potência consumida (a um nível de 10%), os fatores espécie (o pinus exigiu menor potência) e material da ferramenta (metal duro revestido apresentou um menor valor). A temperatura não

influenciou. Ele atribuiu o menor de consumo de potência para a espécie de pinus devido a sua menor densidade. O resultado pode ser observado na Figura 16.

Figura 16 – Valores de potência consumida em um trabalho de torneamento de madeiras termorretificadas.

Fonte: (BILESKY, 2015).

Legenda: temperatura, 1-ambiente, 2-100˚C, 3-140˚C, 4-160˚C, 5-180˚C e 6-200˚C; madeira, 1-comrymbia e 2- pinus; ferramenta, 1-metal duro, 2-metal duro polido e 3-metal duro revestido.

2.4.3 Vibração

A vibração é um parâmetro de usinagem que pode estar relacionada ao desgaste de ferramentas de corte e falhas de componentes de máquinas, que ocorre devido a variação de forças dinâmicas. O monitoramento desse parâmetro é feito sem interromper o funcionamento da máquina.

De acordo com Budakci et al. (2007) a textura de uma superfície em madeira usinada se divide em três graus. No primeiro a textura é definida pela anatomia da madeira, no segundo a textura é definida pelo método de usinagem (que resultam em marcas de dente de serra e marcas de faca de plainas), e no terceiro e último grau a textura é definida dentro do próprio método de usinagem como vibração, desalinhamento, e falta de afiação das ferramentas de corte.

Para Alves et al. (2009) todos os componentes possuem diferentes e particulares frequências de vibração, que podem ser isoladas e identificadas. A amplitude de cada componente de vibração distinto deverá permanecer constante ao longo do tempo, caso não ocorram alterações na dinâmica operacional da máquina ou mudança na integridade dos componentes. Através da análise de vibrações pode-se detectar desgaste de ferramentas, queima em peças, condição de lubrificação, entre outros.

Zacarias (2012) em seu estudo sobre lixamento tubular da madeira de Corymbia citriodora, analisando a influência da granulometria de lixa, velocidade de corte e de avanço, na vibração, constatou que todos os fatores influenciaram significativamente a um nível de 5%.

Porém Varasquim (2014) teve resultados diferentes em seu estudo, também no processo de lixamento, variando a granulometria de lixa (P80, P100 e P120), com 3 tipos de materiais abrasivos: óxido de alumínio, carbeto de silício e óxido de zircônio, madeira de Pinus elliottii e Corymbia citriodora, onde os fatores citados não influenciaram significativamente na vibração.

2.4.4 Emissão sonora

O som é um fenômeno vibratório resultante de variações de pressão no ar. Elas ocorrem longitudinalmente, com velocidade de 344 m/s a 20˚C. O que caracteriza o som são três variáveis físicas: frequência, intensidade e timbre (FERNANDES, 2005). Ainda segundo Fernandes (2005) a intensidade do som pode ser medida através da pressão do ar causado pela onda sonora medida na unidade BAR ou pode ser a energia contida no movimento vibratório medida em W/cm2. Porém a emissão sonora é normalmente medida em número de decibels que é um expoente de relação dessas intensidades físicas multiplicado por 10. Isso se dá o nome de nível de intensidade sonora (NIS) medido em decibel (dB). A conversão da intensidade física para a unidade de emissão sonora se dá de forma logarítmica, e pode ser expressa na Equação 6.

=<> = 10 5 log_<< BC, [dB] (6) Onde: I: intensidade sonora, em W.cm-2; Iref: 10-16 W.cm-2.

Através da emissão sonora pode-se detectar alguns comportamentos relativos ao processo de usinagem de materiais. Como é o caso de Pinheiro (2014) que em seu trabalho (com valores das variáveis citadas anteriormente), que analisou a influência do sentido de corte e teor de umidade para a madeira de Pinus elliottii, no processo de fresamento, na análise de valores de emissão sonora. Os valores encontrados podem ser vistos na Tabela 3. Houve influência significativa dos dois fatores na emissão acústica, sendo que o corte discordante provocou o menor valor e o teor de umidade influenciou de forma decrescente na emissão sonora.

Tabela 3 – Estatística descritiva para emissão sonora em um trabalho sobre fresamento.

Fonte: (PINHEIRO, 2014).

3 MATERIAIS E MÉTODO

Nos próximos itens serão descritos os materiais e a metodologia utilizada na realização do trabalho com o objetivo de esclarecer a forma com que a pesquisa foi conduzida.