Imagine uma peça que se movimenta indo e voltando sobre uma outra peça, que lhe serve de guia. Inicialmente, as peças estão perfeitamente ajustadas, de tal sorte que o atrito é mínimo. Mas, ao longo do tempo, o ato de ir e voltar passa a somar milhares de ciclos. O atrito, que inicialmente era muito baixo, por menor que fosse, sempre acumulava algum nível de desgaste. Quanto maior o desgaste, não só as duas peças perdiam o acabamento inicial de fabricação, como aumentavam as folgas.
No início, este desgaste permite um ajuste casado entre as peças, fazendo-as trabalhar ainda melhor do que quando o conjunto foi fabricado.
Mas este é apenas o começo do processo. Com o uso contínuo, o desgaste não deixa de ocorrer. O atrito continua a se modificar e as folgas tendem a aumentar.
Depois de milhões de ciclos de ida e volta, as folgas se tornam tão significativas que a peça deslizante deixa de apenas deslizar sobre a guia, e passa a se chocar contra ela.
Quanto mais as peças se chocam, mais elas causam danos entre si, e cada dano sofrido aumenta o desgaste, o atrito e novamente as folgas.
É uma espécie de “Efeito Tostines”. Quanto mais as peças se desgastam, as consequências do desgaste gera ainda mais desgaste.
O resultado é que, por sua própria natureza, o processo de desgaste acelera exponencialmente, até o ponto de falha total do conjunto.
Este é um fenômeno é extensamente estudado nas engenharias, e dita o quanto componentes e até sistemas inteiros oferecem de vida útil.
É interessante notar que mesmo processos completamente díspares acompanham esta ideia de uma vida de componentes é determinada por um desgaste que acelera no fim de sua vida útil.
Pense no filtro de ar do seu carro. Ele não é uma peça móvel que sofra desgaste por atrito. Ele possui um elemento filtrante que possui uma trama que progressivamente retém impurezas que poderiam causar danos severos aos componentes internos do motor. Um filtro novo não possui qualquer obstrução. É o começo da vida deste componente. Um filtro sujo ao ponto de causar uma obstrução total não oferece nenhum caminho por onde o ar possa passar. Este é o limite máximo de vida do filtro.
Mas pense nos milhões de partículas que o filtro precisa reter para atingir este fim de vida. Se imaginarmos a retenção de partículas, uma a uma, vamos observar um fenômeno muito importante: Até 80 ~ 85% de obstrução, o ar passa pelo filtro com um esforço mínimo de sucção pelo motor. Porém, quando esta obstrução ultrapassa os 90 ~ 95% de obstrução, o esforço de sucção do motor aumenta rapidamente, comprometendo severamente o desempenho deste.
E não apenas componentes mecânicos sofrem deste tipo aceleração de desgaste ao final da vida do componente. Componentes elétricos também sofrem desta característica.
Esta característica de vida é extremamente cômoda tanto para engenheiros como para usuários.
Para consumidores, a vantagem é óbvia. Pode-se usufruir de um equipamento por muito tempo antes que se sinta uma significativa perda de desempenho ou que se corra o risco de uma falha.
Para engenheiros, com o avanço da ciência dos materiais, é possível estimar e até determinar com precisão a vida útil de cada componente.
Projetar para durar
O avanço da ciência dos materiais permitiu que engenheiros estimassem com precisão cada vez maior a vida útil de componentes mecânicos, elétricos e eletrônicos. Hoje, antes mesmo de um produto chegar ao mercado, é comum que seus principais componentes já tenham sido submetidos a ensaios capazes de estimar sua durabilidade sob diferentes condições de uso.
Esse conhecimento acabou alimentando uma discussão antiga: a chamada obsolescência programada. Segundo essa ideia, alguns produtos seriam deliberadamente projetados para falhar após determinado período, incentivando a compra de novos equipamentos.
Independentemente de essa prática existir ou não em maior ou menor grau, uma coisa é certa: a mesma engenharia capaz de limitar a vida útil de um componente também pode ser utilizada para prolongá-la. E é justamente aqui que a manutenção passa a desempenhar um papel fundamental.
Nem todo componente é projetado para durar o máximo possível. Em muitos casos, faz mais sentido que determinadas peças tenham uma vida útil deliberadamente menor para preservar outras muito mais caras ou difíceis de substituir.
É aí que entram os chamados componentes de sacrifício.
O outro lado da moeda
Um fator pouco conhecido da engenharia no tocante à determinação de vida dos componentes está na especificação da vida de certos componentes de menor custo de substituição como forma de proteger componentes mais caros e/ou de manutenção ou troca. Estes são componentes que são projetados para uma vida útil mais restrita que os componentes mais essenciais, e sua substituição regular visa preservar estes demais componentes dentro das especificações originais o maior tempo possível.
Em algumas empresas, estes componentes recebem o nome de “componentes de sacrifício”.
O automóvel é pródigo em componentes de sacrifício.
Todo bom motorista sabe que precisa trocar o óleo do motor de tempos em tempos. O óleo satisfaz plenamente o exemplo de componente de sacrifício.
É um componente barato e de vida útil reduzida, mas que protege componentes vitais, como todo conjunto de peças móveis do motor, mesmo sob o rigor de altas cargas e temperaturas.
Porém, é importante notar que o óleo pode ter sua vida acelerada sob condições mais rigorosas.
A utilização constante do veículo sob a condição conhecida como “ciclo dona-de-casa”, que é o ciclo onde o veículo sofre com um uso intermitente de tão curto prazo que o motor não atinge a temperatura correta de trabalho. Nesta condição, o motor frio exige um enriquecimento da mistura ar-combustível dada a limitação de evaporação do combustível. Parte deste combustível não evaporado entra na câmara de combustão e contamina o óleo lubrificante. O óleo possui uma aditivação para absorver essa contaminação sem que seu desempenho seja afetado, mas esta aditivação tem limites para a quantia de contaminantes absorvida. Isto exige uma troca em termos que quilometragem ou tempo menor do que a especificada como normal pelo fabricante, porém, mesmo ela ocorrendo, o óleo é pensado em se sacrificar desta forma em prol da preservação de outros componentes.
Há outros componentes de sacrifício que nem sempre são percebidos como tal.
Trocar bronzinas e anéis, usados sob a ótica de componentes de sacrifício, antes que o motor exija de uma retífica é uma técnica hoje praticamente desconhecida, mas era uma prática bastante utilizada no passado.
Bronzinas, por exemplo, oferecem uma superfície de material extremamente macio para reduzir o atrito nos primeiros instantes da partida e poucos segundos depois, quando não há óleo pressurizado evitando o atrito metal com metal. O desgaste dessa superfície macia, além de atingir camadas mais duras que podem danificar as superfícies do virabrequim e das bielas, também aumentam a folga entre estas peças, deixando o óleo fluir mais livremente e impedindo que este atinja a pressão ideal de trabalho.
A substituição antecipada de bronzinas preserva as superfícies de deslizamento do virabrequim, cuja reparação é bem mais custosa que a simples troca destas peças.
Anéis de compressão, feitos em metal duro, são os principais componentes que causam o desgaste do cilindro. Quanto mais eles se desgastam, além das bordas afiadas desgastarem mais rapidamente os cilindros, os fazem perder a pressão contra a parede do cilindro, comprometendo progressivamente a capacidade estanque que eles deveriam promover. Anéis de compressão gastos também aumentam a distância da abertura das pontas dos anéis, gerando marcas em forma de ranhuras longitudinais nos cilindros.
Numa manutenção programada de meia vida do motor, o conjunto de virabrequim e pistões pode ser desmontado, quando então anéis e bronzinas podem ser substituídos e o brunimento dos cilindros refeito para melhorar a adesão do filme de óleo à parede dos cilindros.
Com isso, a vida esperada antes da retífica completa do motor pode dobrar ou até triplicar pela simples troca estratégica de componentes de desgaste, tipos como componentes de sacrifício.
Possivelmente, esta técnica pode ainda ser adotada em algumas empresas de transporte de cargas e de passageiros, pois embora hajam mais intervenções ao longo do tempo no mesmo veículo, na medida certa, é mais rápida, prolonga a vida de componentes essenciais e apresenta custos mais baixos do que deixar o motor ter uma falha total e precisar de uma retífica.
Mas se no ramo automobilístico há uma margem para sua adoção (ou não), variações desta técnica são largamente utilizadas nos setores aeronáutico, ferroviário e marítimo.
As estratégias básicas de manutenção
Do que avaliamos até agora, vemos que existem três estratégias básicas de manutenção, usando o motor como exemplo:
Preventiva Sistemática
Princípio:
- Troca o componente em intervalos definidos pelo fabricante.
Gatilho:
- Quilometragem
- Horas de uso
- Tempo de calendário
Vantagem:
- Paradas totalmente programadas.
Desvantagem:
- Pode descartar peças ainda em boas condições.
Preditiva
Princípio:
- Acompanha a saúde do equipamento por medições.
Ferramentas:
- análise de óleo
- vibração
- termografia
- espectrometria
Vantagem:
- Troca apenas quando realmente necessário.
Desvantagem:
- Exige equipamentos e acompanhamento técnico.
Detecção Pontual
Princípio:
- Uma anomalia desperta atenção e passa a ser monitorada.
Exemplos
- ruído
- vazamento
- folga
- superaquecimento
Vantagem:
- Permite rodar por curto período até uma parada planejada.
Desvantagem:
- A janela de segurança costuma ser pequena.
Corretiva
Princípio:
- Reparar somente depois da quebra.
Resultado:
- parada inesperada;
- prejuízo operacional;
- possibilidade de danos em cadeia.
A partir desse ponto surge uma questão importante: quando deve ocorrer a intervenção?
Trocar cedo demais aumenta o custo da manutenção. Trocar tarde demais aumenta o desgaste e o risco de falhas.
Para entender esse equilíbrio, precisamos observar como normalmente ocorre o desgaste de um componente ao longo da sua vida útil.
O desgaste raramente é linear
É tentador imaginar que um componente que dura 100.000 km sofra exatamente metade do desgaste aos 50.000 km.
Na prática, isso quase nunca acontece.
Durante boa parte de sua vida útil, o desgaste evolui lentamente. Porém, à medida que folgas aumentam, superfícies deixam de trabalhar nas condições ideais e tensões passam a se concentrar em regiões menores, o próprio desgaste acelera.
Em outras palavras, o desgaste passa a produzir ainda mais desgaste.
Esse comportamento não linear aparece em inúmeros fenômenos da engenharia e ajuda a explicar por que pequenas diferenças na quilometragem de manutenção podem produzir grandes diferenças na vida útil do equipamento.
Pareto como aproximação
Esse comportamento acelerado lembra uma regra bastante conhecida: o Princípio de Pareto, segundo o qual uma pequena parcela das causas costuma responder pela maior parte dos efeitos. Embora não seja uma lei exata, essa aproximação descreve bem diversos sistemas não lineares, inclusive o desgaste de muitos componentes mecânicos.
Sob essa ótica, podemos imaginar que grande parte do desgaste acumulado de um componente ocorre apenas na fase final de sua vida útil.
Manutenção precoce versus manutenção tardia
Podemos usar o Princípio de Pareto como uma aproximação para visualizar esse comportamento: 20% do desgaste total ocorre em uma vida estimada em 80%. É uma regra simples, aplicada unicamente para ilustrar que as relações não são lineares, onde inicialmente há pouco desgaste ao longo da maior parte da vida do componente, mas que acelera cada vez mais conforme se aproxima do fim dessa vida, até atingir a falha total.
Vamos considerar o exemplo do óleo do motor como base.
Digamos que o óleo do motor receba a indicação de troca a cada 10.000km. É razoável supor que o intervalo recomendado resulte de ensaios destinados a garantir uma margem adequada de segurança, não cumprindo sua função, por exemplo, aos 11.000km. Esses 1.000km extras seriam uma margem de segurança.
Esta margem de segurança é apertada porque, para o fabricante, é importante passar ao consumidor que aquele modelo oferece baixos custos de manutenção. Entretanto, 10 mil km representa mais de 90% da vida estimada para este óleo.
O desgaste neste estágio poderia ser sensível, causando algum pequeno dano aos componentes essenciais, o que reduziria a vida útil do motor, porém numa proporção que só seria sentida nas mãos do segundo ou terceiro dono do veículo.
Por outro lado, digamos que o dono do veículo deixasse de lado as indicações do fabricante e passasse a trocar o óleo a cada 8.500 km. Isso é aproximadamente 77% da vida estimada do óleo. Como o desgaste sensível não é linear com a vida do óleo, este deve ser muito menor do que aos 10.000 km, e os componentes essenciais do motor ficariam melhor preservados. Reduzir o prazo de troca de óleo de 10.000 para 8.500 km implicaria em uma troca extra a cada 50.000km aproximadamente.
Em muitos motores antigos, a adoção dessa filosofia de manutenção permitia ampliar significativamente sua vida útil, frequentemente chegando ao dobro e, em alguns casos, até mais que isso, sem um aumento proporcional dos custos de manutenção.
Curiosamente, manutenção precoce não significa necessariamente gastar mais. Em muitos casos, significa apenas trocar componentes baratos antes que eles provoquem o desgaste de componentes caros. Sob essa ótica, o custo da manutenção deixa de ser uma despesa e passa a ser um investimento na preservação do equipamento.
Esta é a principal diferença entre as estratégias de manutenção precoce e a manutenção tardia.
Não há nada de errado em seguir uma ou outra. A questão é com quais objetivos o veículo é utilizado.
- Se você compra um carro zero quilômetro e pretende trocá-lo daqui 5 anos, não há razão para usar uma manutenção precoce. Você estaria gastando mais apenas para preservar o veículo para o próximo dono;
- Se você tem um carro antigo, raro, e pretende ficar muitos anos com ele ainda, então preservá-lo é do seu interesse. Então um plano de manutenção precoce é muito mais interessante do que um plano tardio;
- Se o veículo é de prestação de serviços, um plano precoce implica em maior número de paradas para manutenção, e isso tem um custo. Porém, para um veículo que roda muito, a maior preservação das peças essenciais pode representar um menor custo num longo prazo. Aqui é importante balancear qual a precocidade da manutenção, a fim de redução máxima dos custos de manutenção.
Conclusão
Quem é motorista de coração já olhou, pelo menos uma vez, o quadro de manutenções previsto pelo fabricante do seu veículo. Isso é muito mais que simplesmente saber com qual quilometragem o óleo do motor precisa ser trocado, que é o máximo que muitos motoristas comuns sabem.
O que pouca gente sabe é o quão detalhado é o estudo de vida dos componentes e que estratégias de projeto e posterior manutenção existem para cada componente destes.
Num curso de engenharia, este estudo pode exigir uma ou duas matérias anuais, só enfocando o projeto de diferentes tipos de componentes e, principalmente, quanto eles duram seguindo determinada metodologia de projeto.
Porém, para a maioria do público, é necessário apenas um vislumbre da complexidade desse assunto e como isso impacta na vida deles.
Este é o objetivo deste artigo, e espero que ele ajude você, leitor, a criar o seu próprio plano de manutenção.
Obs: diferente de outros artigos que venho publicando, este tem um cunho mais prático, para aqueles que apreciam algo mais próximo sobre seu automóvel. Gostaria de saber de vocês, leitores, que tipo de matérias vocês apreciam mais. Há espaço tanto para grandes análises, como os artigos sobre petróleo e energia, bem como artigos mais práticos, alguns até do tipo “faça você mesmo”.
AAD
