Resultater fra hypotesetestingen

O processo produtivo no tratamento térmico de têmpera, sobretudo na produção de tubos de aço sem costura, conforme propõem Sakamoto et al. (2016), teve seu desenvolvimento tecnológico nas últimas décadas focado na solução de problemas comumente encontrados como: assimetria da superfície, excentricidade e trincas de têmpera. Esses problemas, em resumo, estão relacionados à existência de taxas de resfriamento distintas ao longo do comprimento do tubo. Como consequência, ocorrem variações das propriedades mecânicas na direção axial.

Segundo Sakamoto et al. (2016), as técnicas de resfriamento mais adotadas no processo de têmpera para tubos de aço sem costura são: resfriamento em piscina ou tanque, resfriamento laminar, resfriamento em túnel e resfriamento em spray. A Figura 22 mostra, esquematicamente, esses processos.

Figura 22 - Métodos de resfriamento (Têmpera em tubo)

47 Referente ao tratamento térmico em tanque (Resfriamento em piscina), Masanao (2012) descreve que a função do jato interno de água no processo de tratamento convencional consiste em remover a camada de vapor que é formada na superfície interna do tubo. O objetivo dessa remoção é minimizar a diferença de temperatura entre a superfície interna e a externa. Já a rotação tem por finalidade garantir um coeficiente de transferência de calor uniforme ao longo da direção circunferencial. Com o objetivo de otimizar e reduzir ainda mais a diferença de temperatura entre as superfícies internas e externas, Masanao (2012) propõe que o controle do tempo de inicialização e permanência do jato interno de água deve ser definido, assim como a sua vazão, a fim de que toda a sua superfície interna seja resfriada a uma taxa, o mais uniforme possível, na direção axial.

No caso do resfriamento laminar, Michiharu (1995) descreve que o problema, comumente encontrado nesse processo, está relacionado ao empeno a frio, devido a dificuldades de se garantir um resfriamento uniforme em tubos de grande comprimento. A limitação desse processo decorre da complexidade da união de módulos de resfriamento responsáveis pela lâmina de água, que devem produzir um coeficiente de transferência de calor uniforme na interface peça fluido de resfriamento, sobretudo no ponto de conexão desses módulos. Diante desse cenário, Michiharu (1995) propõe, que o projeto de módulos e de suas conexões seja avaliado, assim como o número e o distanciamento das suas filas em relação ao tubo, para que, assim, seja obtida uma taxa de resfriamento, o mais uniforme possível, ao longo da direção axial. Do ponto de vista do jato interno, a sua finalidade consiste em garantir que taxas de resfriamento na superfície interna sejam equivalentes às da superfície externa. Já a rotação do tubo tem como propósito garantir um coeficiente de transferência de calor uniforme na direção circunferencial.

O resfriamento em túnel pode apresentar taxas de resfriamento equivalentes e ou até superiores as encontradas no resfriamento em piscina, conforme descrevem Sakamoto et al. (2016). Dentre as limitações do processo, Masanao (2012) enfatiza a existência de taxas de resfriamento distintas ao longo do comprimento do tubo devido a ocorrência de um resfriamento localizado na superfície interna, em função do contato do jato de água com essa região. Com o objetivo de se reduzir esse efeito e promover a uniformidade das propriedades mecânicas ao longo da direção axial, Masanao (2012) sugere que o número de bicos por passo, o número de passos, os limites de vazão mássica e o ângulo de inclinação dos bicos são parâmetros que devem ser levados em conta no projeto de equipamentos para resfriamento em túnel.

Por fim, o resfriamento em spray, na comparação aos processos de tratamento térmico de tubos de aço, apresenta, em geral, as mesmas limitações e dificuldades referentes à garantia da uniformidade das propriedades mecânicas. No entanto, segundo Sakamoto et al. (2016), a vantagem desse

48 processo quando comparado aos demais, consiste na existência de um maior controle das taxas de resfriamento por meio da escolha do bocal do spray.

2.3.6. Conclusão

Nesta seção foram apresentados os mecanismos de transferência de calor e os parâmetros de influência que afetam o processo de ebulição, cujo fenômeno encontra-se presente no processo de têmpera. Também foram apresentadas as formulações matemáticas empregadas na análise desse processo: modelos analíticos, numéricos e em CFD. Em paralelo, foi discorrido sobre os experimentos adotados para prever o comportamento de amostras durante o tratamento térmico de têmpera, assim como para validar modelos matemáticos elaborados. Um apanhado geral foi apresentado, visando mostrar o cenário do estado da arte no tocante às modelagens e testes experimentais no processo de têmpera. O capítulo a seguir é dedicado à descrição do dispositivo experimental utilizado no presente trabalho.

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3. DISPOSITIVO EXPERIMENTAL

3.1. Visão Geral

O presente capítulo tem como objetivo apresentar um detalhamento dos materiais e métodos utilizados no procedimento experimental realizado. Esse procedimento ocorreu na linha de tratamento térmico da Vallourec Soluções Tubulares do Brasil, localizada no munícipio de Jeceaba, Minas Gerais.

Do ponto de vista experimental, o ensaio realizado consistiu em se determinar a resposta térmica de um tubo tratado termicamente por imersão em um tanque de água. Essa resposta foi adotada como base para comparação com os resultados obtidos através do modelo matemático, que foi elaborado e será apresentado no capítulo 4 do presente trabalho. Para isso, a instrumentação de um tubo por meio de termopares, ao longo do seu comprimento, se fez necessário.

Situado nesse contexto, é, incialmente, realizada uma visão geral do experimento, por meio de uma descrição do processo de tratamento térmico de têmpera. Contextualizado o cenário no qual o experimento ocorreu, o sistema de medição empregado é descrito. Sequencialmente a metodologia adotada para avaliação da incerteza de medição é apresentada. Por fim, detalhados os materiais e a metodologia para avaliação da incerteza, a montagem experimental, bem como as condições operacionais e de processo no qual o experimento ocorreu é exibida.