Este TCC apresenta de forma simples o uso de ferramentas para solucionar falhas em forno a vácuo. Enfase no registro das etapas para melhorias futuras.

1. FACULDADE DE TECNOLOGIA DE OSASCO
NATALIA FARIAS SILVA
PAULO MANOEL DE OLIVEIRA
APLICAÇÃO DE FERRAMENTAS DE ANÁLISE E SOLUÇÃO DE PROBLEMAS
PARA MELHORIA DA PERFORMANCE MECÂNICA DE RESISTÊNCIAS DE
GRAFITE ATUANTES EM UM FORNO À VÁCUO
OSASCO
2015

2. 2
FACULDADE DE TECNOLOGIA DE OSASCO
NATALIA FARIAS SILVA
PAULO MANOEL DE OLIVEIRA
APLICAÇÃO DE FERRAMENTAS DE ANÁLISE E SOLUÇÃO DE PROBLEMAS
PARA MELHORIA DA PERFORMANCE MECÂNICA DE RESISTÊNCIAS DE
GRAFITE ATUANTES EM UM FORNO À VÁCUO
OSASCO
2015
Trabalho de Conclusão de Curso entregue como
exigência parcial para aprovação no curso de Tecnologia
em Manutenção Industrial, sob orientação do prof°
Cassiano Martins Sartorelli Horta, prof° Ms. Carlos
Humberto Sartori e prof° Carlos Alberto de Freitas.

3. 3
Orientadores:
________________________________________________
Prof. Cassiano Martins Sartorelli Horta
________________________________________________
Prof. Ms. Carlos Humberto Sartori
________________________________________________
Prof. Carlos Alberto de Freitas
Banca Examinadora:
________________________________________________
Prof. Cassiano Martins Sartorelli Horta
________________________________________________
Prof. Ms. Carlos Humberto Sartori
________________________________________________
Prof. Márcio Henrique Magalhães
Osasco, 12 de Dezembro de 2015

4. 4
À todos aqueles sedentos por conhecimento.

5. 5
AGRADECIMENTOS
Aos nossos familiares e amigos pelo apoio e incentivo nos momentos de estudo.
Aos nossos orientadores pela dedicação e tempo devotados à este trabalho.
À empresa Bodycote Brasimet Processamento Térmico Ltda e todos colaboradores, pelas visitas e
informações cedidas.
À empresa Carbomec, pelas informações prestadas.

6. 6
“Alguns homens veem as coisas como são, e dizem: Por quê?;
Eu sonho com as coisas que nunca foram e digo: Por que não?”
(Geroge Bernard Shaw)

7. 7
RESUMO
Este trabalho tem como objetivo principal a melhoria do MTBF e redução dos custos de
manutenção do equipamento VT-10 da empresa Bodycote Brasimet. O referido equipamento é um
forno à vácuo que utiliza-se de resistências compostas por grafite, e trabalha por aquecimento
indireto em uma temperatura de até 1350 °C. Tais resistências quebram frequentemente
interrompendo a produção e causando aumento no tempo e custo de manutenção do equipamento.
Para tanto, o trabalho encontrou suporte teórico na análise de trabalho do forno,
acompanhamento de relatórios de desempenho do equipamento, análise de ferramentas da
qualidade e bibliografias referente ao tema.
Fornos para tratamento térmico são utilizados para serviços precisos e delicados, portanto,
qualquer falha durante a operação interfere diretamente na qualidade da peça sendo trabalhada,
dessa forma, mitigar as falhas possíveis e tangíveis é uma ação necessária e crucial para o bom
desempenho do equipamento e consequentemente melhor reconhecimento da empresa no mercado.
Os resultados desta pesquisa indicaram que o principal causador das quebras decorre de
falhas operacionais, e em segundo lugar, por conta da geometria das resistências e fragilidade do
material.
Diante destas respostas, concluiu-se primeiramente que, as falhas operacionais decorrentes
do alinhamento da empilhadeira de carga ao forno podem ser minimizadas com a aquisição de um
dispositivo de alinhamento desenvolvido especificamente para este caso. Além disso, sugere-se
que a geometria e composição das resistências sejam alteradas, para que haja redução do local de
concentrações de tensões e aumento da resistência mecânica, respectivamente.
A pesquisa pretende ter contribuído para solucionar os problemas de quebra de resistência
ao mostrar resultados que indicaram que o problema pode ser solucionado com a implementação
de dois projetos de melhoria. Até o momento, não haviam estudos neste caso, portanto, a pesquisa
espera ter feito uma contribuição original para solucionar o problema atual da empresa. O trabalho
ainda apresenta e discute suas limitações e possíveis pesquisas futuras.
Palavras chave: tratamento térmico, forno à vácuo, resistências de grafite, MTBF.

8. 8
ABSTRACT
The main aim of this study was the MTBF improvement and the maintenance costs
reduction for the VT-10 equipment in the Bodycote Brasimet company. This equipment is a
vacuum furnace that uses graphite electrodes; it works by indirect heating in a maximum
temperature of 1350°C. These electrodes are showing breaks causing interrupting production and
increasing of time and maintenance costs.
The study found theoretical support in the oven job analysis, monitoring equipment
performance reports, quality analysis tools and bibliographies related to the theme.
Heat treatment furnaces are used for precise and delicated service, so any failure during
operation affects directly the part quality being worked, thus mitigating the potential and tangible
failures is a necessary and crucial action for the good performance of the equipment and
consequently better recognition of the company in the market.
The results indicated that the main cause of the breakage is due to operational failures, and
secondly, due to the geometry of the strengths and weakness of the material.
Given these answers, it was concluded first that the operational failures, which are resulted
from the alignment of the forklift truck to the oven, could be minimized with the acquisition of an
alignment device developed specifically for this case. Furthermore, it is suggested that the
geometry and composition of the resistances are changed, so will be possible achieve a reduction
of local stress concentrations and increased mechanical resistance, respectively.
The research aims to have contributed to solve the resistance breakage problems when
showed results that indicated that the problem could be solved with the implementation of two
improvement projects. So far, there were no studies in this case, and therefore the research hopes
to have made an original contribution to solve the current problem of the company. The paper also
describes and discusses its limitations and possible future researches.
Key words: heat treatment, vacuum furnace, graphite electrodes, MTBF.

9. 9
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 – Condução, Convecção e Radiação...........................................................................20
Figura 1.2 – Espectro da Radiação Eletromagnética...................................................................22
Figura 1.3 – Forno de Parede Fria...............................................................................................25
Figura 1.4 – Elementos do Forno à Vácuo....................................................................................27
Figura 1.5 – Placa de Isolação de Grafite....................................................................................29
Figura 1.6 – Forno à Vácuo Horizontal com Retorta Retangular................................................30
Figura 1.7 – Direção da Circulação do Gás de Resfriamento – Retorta Retangular...................30
Figura 1.8 – Elementos de Aquecimento de Grafite em Forno de Retorta Cilíndrica..................32
Figura 1.9 – Elementos de Aquecimento de Grafite em Forno de Retorta Retangular.................32
Figura 1.10 – Ilustração da Martêmprera.....................................................................................35
Figura 1.11 – Corte Longitudinal de Forno à Vácuo para Têmpera............................................37
Figura 1.12 – Principais Tipos de Grafite.....................................................................................41
Figura 1.13 – Prensagem Isostática à Frio...................................................................................44
Figura 1.14 – Extrusão de Grafite.................................................................................................46
Figura 1.15 – Grafite Moldado......................................................................................................48
Figura 2.1 – Exemplo do Diagrama Causa-Efeito........................................................................58
Figura 3.1 – Vista Lateral 1 do Forno TV 10................................................................................62
Figura 3.2 – Vista Lateral 2 do Forno TV 10................................................................................63
Figura 3.3 – Amperímetro de Aquecimento...................................................................................64
Figura 3.4 – Painel de LED...........................................................................................................64
Figura 3.5 – IHM de Controle.......................................................................................................65
Figura 3.6 – Pirômetro de Segurança...........................................................................................65
Figura 3.7 – Parte Interna do Forno.............................................................................................66
Figura 3.8 – Desenho das Resistências.........................................................................................67
Figura 3.9 – Empilhadeira de Carga.............................................................................................69
Figura 3.10 – Grelha para Posicionamento da Carga..................................................................70
Figura 3.11 – Guia de Alinhamento do Forno..............................................................................70
Figura 3.12 – Diagrama Ishikawa.................................................................................................76

10. 10
Figura 3.13 – Diagrama Ishikawa com Identificação de Causas Potenciais................................81
Figura 3.14 – Diagrama Ishikawa Apenas com Causas Potenciais..............................................82
Figura 4.1 – Dispositivo de Alinhamento Forno com Puxadores.................................................90
Figura 4.2 – Dispositivo de Alinhamento Forno tipo Canaleta....................................................91
Figura 4.3 – Modificação da Geometria da Grelha......................................................................92
Figura 4.4 – Dispositivo de Alinhamento Grelha/Empilhadeira...................................................92
Figura 4.5 – Detalhe em Raio do Desenho Atual das Resistências...............................................98
Figura 4.6 – Resistência Retangular.............................................................................................99
Figura 4.7 – Conjunto de Resistências Retangulares....................................................................99

11. 11
LISTA DE TABELAS
Tabela 1.1 – Conversão de Pressões..............................................................................................23
Tabela 1.2 – Tipos de Aço Temperáveis.........................................................................................40
Tabela 1.3 – Propriedades e Usos Industriais do Grafite.............................................................42
Tabela 1.4 – Propriedades Físicas de Grafites Isostáticos............................................................45
Tabela 1.5 – Propriedades Físicas do Grafite ISEM 8..................................................................45
Tabela 1.6 – Propriedades Físicas do Grafite R7500....................................................................45
Tabela 1.7 – Tabela de Grafites Extrudados.................................................................................47
Tabela 1.8 – Tabela de Grafites Extrudados CMA e CMB............................................................47
Tabela 1.9 – Tabela de Grafites Extrudados Sigrafine..................................................................47
Tabela 2.1 – Etapas e Objetivos MASP.........................................................................................56
Tabela 2.2 – Exemplo do método “É/ Não é”................................................................................60
Tabela 3.1 – Datasheet ISEM-8.....................................................................................................68
Tabela 3.2 – Datasheet R7500.......................................................................................................68
Tabela 3.3 – Custos Unitários........................................................................................................73
Tabela 3.4 – Custos Mensais..........................................................................................................73
Tabela 3.5 – Análise dos 5 Por Quês.............................................................................................84
Tabela 3.6 – Análise de Estratificação..........................................................................................86
Tabela 3.7 – Análise de Estratificação Específica.........................................................................87
Tabela 3.8 – Plano de Ação...........................................................................................................88
Tabela 4.1 – Fórmula Segunda Lei de Ohm..................................................................................94
Tabela 4.2 – Fórmula da Área de Seção Transversal....................................................................94
Tabela 4.3 – Cálculo do Grafite Atual...........................................................................................95
Tabela 4.4 – Cálculo do Grafite Extrudado CMA.........................................................................95
Tabela 4.5 – Cálculo do Grafite Extrudado CMB.........................................................................96
Tabela 4.6 – Cálculo do Grafite Extrudado Sigrafine...................................................................96
Tabela 4.7 – Fator de Concentração de Tensões...........................................................................97
Tabela 4.8 – Investimento dos Projetos.......................................................................................101

12. 12
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 3.1– Quantidade de Quebras............................................................................................71
Gráfico 3.2 – Horas Paradas por Mês...........................................................................................72
Gráfico 3.3 – Subcategorias...........................................................................................................85
Gráfico 3.4 – Gastos Atuais x Investimento.................................................................................102

13. 13
LISTA DE FÓRMULAS
Fórmula 4.1 – Segunda Lei de Ohm..............................................................................................93
Fórmula 4.2 – Seção Transversal..................................................................................................94
Fórmula 4.3 – Fator de Concentração de Tensões.......................................................................97

14. 14
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO..............................................................................................................................18
Capítulo 1: FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
1.1 Transferência de calor...........................................................................................................20
1.1.2 Mecanismos de Transferência de calor.................................................................................20
1.1.2.1 Condução Térmica....................................................................................21
1.1.2.2 Convecção Térmica..................................................................................21
1.1.2.3 Radiação Térmica.....................................................................................21
1.2 O Que é Vácuo? ...................................................................................................................22
1.3 O Forno à Vácuo...................................................................................................................23
1.3.1 Fornos de Parede Quente / (hot-wall) ....................................................................24
1.3.2 Fornos de Parede Fria /(water-colled)....................................................................25
1.3.3 Elementos do Forno à Vácuo..................................................................................26
1.4 Zona de Aquecimento.........................................................................................................27
1.4.1 Zona de Aquecimento de Grafite............................................................................28
1.4.2 Forno Horizontal com Câmara de Aquecimento Retangular.................................29
1.5 Resistências...........................................................................................................................31
1.6 Tratamento Térmico em Fornos à Vácuo..............................................................................32
1.6.1 Tipos de Tratamento Térmico e Fornos à Vácuo...................................................33
1.6.1.1 Alívio de Tensões.................................................................................... 33
1.6.1.2 Recozimento.............................................................................................34
1.6.1.3 Têmpera................................................................................................... 34
1.6.1.4 Martêmpera .............................................................................................34
1.6.1.5 Brasagem..................................................................................................35
1.6.1.6 Solubilização.............................................................................................36
1.6.1.7 Envelhecimento........................................................................................36
1.6.2 Forno à Vácuo para Têmpera.................................................................................36

15. 15
1.6.2.1 Princípio de Funcionamento.....................................................................37
1.6.3 Vantagens da Utilização do Forno à Vácuo para Tratamento Térmico..................39
1.7 Tipos de Aço “Temperáveis” em Forno à Vácuo.................................................................39
1.8 Grafite...................................................................................................................................41
1.8.1 Processo de Fabricação do Grafite.........................................................................43
1.8.2 Tipos de Moldagem do Grafite...............................................................................43
1.8.2.1 Prensagem Isostática a Frio......................................................................44
1.8.2.2 Grafite Extrudado.....................................................................................46
1.8.2.3 Grafite Moldado........................................................................................48
Capítulo 2: METODOLOGIA
2.1 Definição de Pesquisa...........................................................................................................49
2.2 Classificação e Tipos de Pesquisa.........................................................................................49
2.3 Delineamento da Pesquisa.....................................................................................................51
2.4 Procedimentos de coleta dos dados.......................................................................................52
2.5 Objetivo Geral.......................................................................................................................52
2.6 Objetivos Específicos............................................................................................................52
2.7 Métodos e Ferramentas de Qualidade para Análise e Solução de Problemas.........................53
2.7.1 MASP.....................................................................................................................53
2.7.1.1 Etapas e Objetivos do Método de Análise e Solução de Problemas.........53
2.7.2 Brainstorming.........................................................................................................56
2.7.3 Diagrama de Causa-Efeito (Diagrama de Ishikawa) .............................................57
2.7.4 Análise dos “5 Por Quês”.......................................................................................58
2.7.5 Método “É / Não é” - Análise de Estratificação.....................................................59
Capitulo 3: SITUAÇÃO ATUAL DO FORNO
3.1 Bodycote Brasimet Processamento Térmico Ltda................................................................61
3.2 O Forno VT 10......................................................................................................................61

16. 16
3.3 Carregamento de Carga.........................................................................................................69
3.4 Aplicação da Etapa 1 MASP – Identificação do Problema...................................................70
3.5 Apresentação e Análise dos Resultados................................................................................73
3.5.1 Aplicação da Etapa 2 MASP – Observação.........................................................74
3.5.1.1 Método Brainstorming....................................................................74
3.5.1.2 Aplicação do Diagrama de Causa-Efeito........................................75
3.5.2 Aplicação da Etapa 3 MASP – Análise.......................................................................77
3.5.2.1 Análise das Causas de Quebra.........................................................77
3.5.2.3 Análise dos “5 Por Quês”................................................................83
3.5.2.4 Análise de Estratificação – Método “É/Não é”...............................85
3.5.3 Aplicação da Etapa 4 MASP – Plano de Ação.....................................................88
Capítulo 4: APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DE RESULTADOS
4.1 Execução dos Planos de Ação ..............................................................................................89
4.1.1 Plano de ação 1............................................................................................89
4.1.1.1 Projeto 1 - Dispositivo para Alongamento do Centro de
Alinhamento do Forno com Puxadores..........................................................................................89
4.1.1.2 Projeto 2 - Dispositivo para Alongamento do Centro de
Alinhamento do Forno do Tipo Canaleta.......................................................................................90
4.1.1.3 Projeto 3 - Alteração no Projeto da Grelha para Alinhamento ao
Garfo da Empilhadeira..........................................................................................................91
4.1.1.4 Projeto 4 – Dispositivo de Alinhamento para grelha......................92
4.1.2 Plano de Ação 2........................................................................................93
4.1.2.1 Projeto 5 – Modificação de Material das Resistências....................93
4.1.3 Plano de Ação 3..................................................................................................96
4.1.3.1 Projeto 6 – Alteração na Geometria das Resistências.....................96
4.2 Viabilidade dos Projetos.................................................................................................100

17. 17
Capítulo 5: CONSIDERAÇÕES FINAIS....................................................................................103
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.........................................................................................104
APÊNDICE A - Guia de Alinhamento Lado Direito..................................................................109
APENDICE B – Guia de Alinhamento Lado Esquerdo...............................................................110
APÊNDICE C – Módulo de Centro da Grelha (Parte1) ..............................................................111
APÊNDICE D - Módulo de Centro da Grelha (Parte2) ..............................................................112
APÊNDICE E – Montagem Geral Resistências Retangulares ....................................................113
APÊNDICE F – Suporte Lateral .................................................................................................114
APÊNDICE G – Suporte Central.................................................................................................115
APÊNDICE H – Pino de Fixação do Suporte..............................................................................116
APÊNDICE I – Parafuso do Suporte............................................................................................117
APÊNDICE J – Porca do Parafuso do Suporte............................................................................118
APÊNDICE K – Resistência 300mm ..........................................................................................119
APÊNDICE L – Resistência 1320mm..........................................................................................120
ANEXO A – Orçamento Projetos 2 e 4........................................................................................121
ANEXO B – Orçamento Projetos 5 e 6 – Grafite.........................................................................122
ANEXO C – Orçamento Projetos 5 e 6 – Cerâmica ....................................................................123

18. 18
INTRODUÇÃO
Ultimamente, na indústria, existe a procura latente de produtos mais duráveis, resistentes e
com características específicas para determinadas aplicações. Para tais produtos, a utilização de
fornos durante a fabricação é frequente, pois, alguns materiais somente atingem tais exigências
requeridas pelo mercado, após passarem pelo processo de tratamento térmico. O tipo mais comum
de forno utilizado na indústria de tratamento térmico é o forno à vácuo com aquecimento indireto;
neste tipo de forno o material a ser trabalhado é colocado dentro de uma câmara isolada
termicamente, e o calor necessário para o trabalho chega na peça principalmente através do
processo de radiação.
Tendo em vista tal procura do mercado industrial, uma empresa de grande porte na área
metalúrgica, do estado de São Paulo, oferece serviços de tratamento térmico e superficial em
materiais diversos; portanto, utiliza-se de vários fornos e outros equipamentos para realizar os
tratamentos térmicos a seus clientes. Um exemplo desses fornos é o equipamento nomeado como
VT-10, um forno à vácuo, de resistência composta por grafite, que trabalha por aquecimento
indireto, até 1350°C. Devido a necessidade de precisão do trabalho realizado pelo forno VT-10,
existe um alto foco na durabilidade das resistências, pois a uniformidade do calor radiada através
delas é um dos fatores determinantes para a eficiência do tratamento. Em outras palavras, caso haja
algum rompimento ou falha nas resistências, o serviço tem de ser interrompido, causando perda de
tempo, energia e em alguns casos até mesmo descarte do material ao qual se está realizando o
tratamento. Este é o problema mais corriqueiro deste forno, suas resistências de grafite, devido à
fragilidade do material, trincam e rompem de tal forma que a ocorrência de paradas e perdas é uma
média de três a cada trinta dias.
Existem algumas possíveis causas para os problemas citados; o material das resistências pode
não estar corretamente especificado e dimensionado, a vedação do forno pode não estar 100%
correta, portanto a incidência de oxigênio contribui para o rápido desgaste e consequentemente
combustão dos materiais internos, como também podem ocorrer falhas operacionais, choques
mecânicos nas resistências provocando quebras nas mesmas. Portanto, o projeto descrito aqui tem
como objetivo a melhoria do MTBF do equipamento, redução de custos com manutenção e perdas
de peça, devido às falhas durante operação, com maior foco no aumento da durabilidade das

19. 19
resistências.
O alto custo para a troca e um estudo específico para encontrar a causa raiz de contínuas
quebras de resistência contribuíram para esta pesquisa, que visa fornecer melhorias eficazes e
eficientes para a empresa.
Além dos dados de custos e disponibilidade do equipamento, o projeto fundamenta-se nos
conceitos de manutenção industrial até agora estudados, para sua realização. O ponto de partida é
uma análise do funcionamento do forno, da composição das resistências, a coleta de dados do tipo
de operação do forno e, finalmente, o estudo de um material mais durável de acordo com os dados
da operação.
Existem alguns trabalhos que lidam com a questão da especificação correta do tipo de
resistência para determinada operação de forno, entretanto, nenhum deles ainda focou o problema
específico que esse equipamento se identifica, dado em conta o tipo de operação, geometria e
composição de suas resistências, conforme proposto aqui. Desta forma, o projeto busca fazer uma
contribuição original para problemas similares, como também a solução deste problema especifico
na empresa que nos cedeu a situação problema como proposta de estudo.
Portanto, a relevância da investigação das falhas na resistência de grafite do forno à vácuo
VT-10, propriedade da empresa parceira, deve-se principalmente à necessidade de redução das
falhas e identificação da causa raiz do problema para que sejam tomadas as medidas corretas de
manutenção, convergindo então na redução de paradas por quebra de resistência.
Em segundo lugar, o trabalho aqui proposto é importante pois trata-se de um equipamento
comum em indústrias do ramo de tratamento térmico, podendo contribuir posteriormente na
solução de problemas semelhantes em outras organizações.
Finalmente, a relevância do trabalho refere-se também ao fato de que para solucionar os
problemas aqui citados os graduandos terão que se utilizar de vários temas abrangidos em sala de
aula, onde a pratica será aplicada sob a teoria aprendida, tendo como resultado, profissionais
melhores preparados para desempenhar uma boa performance durante a solução de situações
problemas que o mercado de trabalho lhes oferecer.

20. 20
Capítulo 1: FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
1.1 Transferência de Calor
Transferência, propagação ou transmissão de calor, é a troca de energia calorífica entre
corpos. Ocorre quando dois ou mais corpos que estão em temperaturas diferentes, são colocados
em contato um com o outro, ou então em um mesmo local não isolado termicamente, então a
energia térmica de um corpo é transferida para o outro. De acordo com o enunciado de Clausius,
que integra a 2ª lei da termodinâmica, a transferência de calor ocorre sempre do corpo mais quente
para o corpo mais frio, portanto se não houver nenhuma intervenção, os corpos estarão na mesma
temperatura com o passar de um determinado tempo e consequentemente, entrarão em equilíbrio
térmico (FÍSICA APLICADA, 2002).
1.1.2 Mecanismos de Transferência de Calor
A energia calorífica pode ser propagada entre dois corpos ou mais através de três maneiras
diferentes: na forma de condução, convecção ou radiação.
Figura 1.1 – Condução, Convecção e Radiação.
(Fonte: METEOROLOGIA BÁSICA, 1999)

21. 21
1.1.2.1 Condução Térmica
Condução é a transferência de calor por contato físico direto entre as partículas da matéria.
Neste tipo de transferência de calor, a energia calorífica dos átomos e moléculas é transferida por
colisões entre átomos e moléculas vizinhas. A condução ocorre em gases, líquidos ou sólidos,
entretanto nos sólidos metálicos este processo é favorecido graças à presença de elétrons livres.
Um exemplo deste tipo de mecanismo de transmissão de calor ocorre quando deixamos uma colher
encostada numa panela que está sob o fogo, após um tempo a colher estará quente também.
1.1.2.2 Convecção Térmica
Convecção é a transferência de calor dentro de um fluído através de movimentos do próprio
fluido, como mostrado na figura anterior; a medida que aumentam os movimentos dos fluidos,
ocorre a transferência de calor convectiva. A convecção ocorre somente em líquidos e gases. A
geração de vento, por exemplo, é resultado da ação da convecção na atmosfera; o ar que está nas
planícies é aquecido pelo sol e pelo solo, fica mais leve e sobe; consequentemente as massas de
arque estão nas montanhas tomam lugar do ar que foi aquecido na planície, a partir deste fenômeno
formam-se os ventos.
1.1.2.3 Radiação Térmica
É nomeado radiação térmica, toda a energia radiante emitida na gama de comprimentos de
0,1 e 100 μm no espectro eletromagnético, conforme figura a seguir. A radiação é a única forma
de troca de energia que ocorre em um espaço vazio, ou seja, no vácuo; nenhum meio material é
necessário para a radiação ocorrer, o calor se propaga através de ondas eletromagnéticas. Esta é a
forma de transmissão de calor que está presente no interior dos fornos à vácuo. A radiação
eletromagnética pode ser considerada como um conjunto de ondas elétricas e magnéticas cuja
velocidade no vácuo é: c = 3x108 m/s (METEOROLOGIA BASICA, 1999).
As várias formas de radiação caracterizadas pelo seu comprimento de onda, compõem o

22. 22
espectro magnético mostrado a seguir.
Figura 1.2 – Espectro da Radiação Eletromagnética
(Fonte: PORTAL LABORATÓRIOS VIRTUAIS DE PROCESSOS QUÍMICOS, s/d.)
1.2 O Que é Vácuo?
A palavra vácuo deriva-se do Latim “vancant” que descreve um espaço físico totalmente
vazio. O estado de vácuo é um ambiente ideal para processamento de material em altas
temperaturas: por ser livre de pressão atmosférica, garante temperaturas altas e uniformes como
também reduz a energia de dissipação, que é a energia perdida e não aproveitada em um sistema.
O vácuo é considerado quando a pressão estiver abaixo da pressão atmosférica, nesta condição a
transmissão de calor se dá através de radiação. Em geral, pressões entre 10ˉ3 e 10ˉ6 torr referem-
se ao termo “alto vácuo”. A tabela a seguir demonstra algumas possíveis conversões de grandezas
de pressão.

23. 23
Unidade
Atual
Unidade Desejada
pascal torr mbar atm
Pascal 1 7.5x10-3
10-5
9.87x10-6
Torr 133 1 1.33x10-3
1.32x10-3
Mbar 100 0.75 1 9.87x10-4
Atm 1.01x105
760 1.01 1
Tabela 1.1 – Conversão de Pressões
(Fonte: VACUUM TECHNOLOGY - Roger Fabian, 1993; adaptado)
Diferentes níveis de pressão precisam ser atingidos de diferentes formas, tarefa que permite
diferentes tipos de operação em tratamentos térmicos.
Pressões positivas de 1 atm a 2 bar podem ser utilizadas em câmaras de fornos à vácuo
convencionais com portas de travamento especial, no entanto fornos com pressão maior que 2 bar
requerem adequação à ASME – American Society of Mechanical Engineers. Pressões de 1 à 20 bar
absolutos requerem a utilização de gases inertes para resfriamento acelerado da câmara, após o
ciclo de aquecimento; recirculadores de gases e trocadores de calor operam nestas zonas de pressão.
Para realização de têmpera com resfriamento a gás, em alta velocidade, são utilizadas pressões de
2 a 6 bar. Entre as zonas de pressão 10-1
e 10-4
torr, fornos à vácuo com retortas de grafite são
capazes de realizar têmpera, brasagem e sinterização (VACUUM TECHNOLOGY - Roger Fabian,
1993).
1.3 O Forno à Vácuo
A utilização de fornos à vácuo dá-se largamente na indústria de ferramentas, energia,
eletrônica, aeronáutica e quaisquer outras atividades que exijam tratamento térmico de metais,
principalmente aços. O equipamento, criado na década de 1970, foi constantemente melhorado nos
últimos anos, de tal modo que sua utilização na indústria tornou-se indispensável. Em função da
excelente performance, fornos à vácuo são largamente utilizados para o endurecimento de aços de
alta e média liga, sendo capazes de assegurar rápido aquecimento e uniforme resfriamento, e

24. 24
redução de distorções, quando comparado à outras formas de realização de tratamento térmico (O
FORNO À VÁCUO, 2006).
Os fornos à vácuo podem ser classificados de acordo com a forma de carregamento,
configuração, formas de contenção de calor, dentre outras características. O calor dentro do forno
é contido através do resfriamento das paredes externas, ou por uma câmara de isolação; desta forma
os fornos podem ser caracterizados como fornos de parede fria (water-cooled) ou fornos de parede
quente (hot-wall). Nas indústrias de tratamento térmico, o principal tipo de forno utilizado
atualmente é o forno de parede fria; composto por uma câmara de isolação, possuem uma proteção
externa separando, com ar ou água, a parede principal da parede externa do forno. O método de
transporte de carga varia entre: batelada - que consiste em posicionar a carga no forno e esperar até
o final do processo para a inserção de outra - e contínua - onde a carga é introduzida por uma
extremidade do forno e move-se para a outra até ser descarregada, sendo recarregado
continuamente. As formas de carregamento de carga disponibilizadas pelos fabricantes de fornos
à vácuo variam entre horizontal ou vertical; de tal modo que o forno horizontal podem ser
encontradas em dois modelos diferentes: forno de retorta retangular e forno de retorta cilíndrica
(VACUUM TECHNOLOGY - Roger Fabian, 1993).
Neste trabalho, iremos restringir as informações necessárias para o entendimento do
funcionamento do forno horizontal de retorta retangular.
1.3.1 Fornos de Parede Quente / (hot-wall)
Os primeiros fornos à vácuo foram construídos com o que chama-se de “parede quente”.
Neste tipo de forno, o vaso/refratário do forno é aquecido pela parte externa, por eletricidade ou
materiais comburentes. O calor então é mantido pela isolação, e pelo fato da grande quantidade de
massa de material isolado eles normalmente aquecem e resfriam lentamente. Este tipo de forno
também é limitado quanto à máxima temperatura de trabalho, devido ao material do vaso ou da
retorta, que normalmente é composto de uma liga de alta resistência. Desconsiderando as
limitações deste tipo de forno, a sua simplicidade de utilização e o custo baixo de fabricação ainda
permitem que ele seja fabricado para o mercado, entretanto, com um percentual de vendas muito
menor que os fornos à vácuo de parede fria (VACUUM TECHNOLOGY - Roger Fabian, 1993).

25. 25
1.3.2 Fornos de Parede Fria / (water-colled)
Comumente chamado de forno de “parede fria”, este tipo de forno possui um sistema de
resfriamento à água, que mantém o vaso/refratário em temperatura muito próxima a ambiente
durante operação. Como resultado, as temperaturas da retorta do forno, podem ser muito maiores
que as temperaturas que o refratário suporta, possibilitando diversas variações de tratamento
térmico.
Na figura abaixo é possível visualizar um forno de parede fria com resfriamento a água, que
possui a câmara de parede dupla. Protegidos pela parede dupla do forno existe a isolação térmica
da câmara, os elementos de aquecimento (resistências/eletrodos), e o suporte da carga.
Figura 1.3 – Forno de Parede Fria
(Fonte: VACUUM TECHNOLOGY - Roger Fabian, 1993; adaptado)
Considerando que o processo de aquecimento dentro do refratário se dá totalmente no vácuo,
o forno apresenta baixo nível de inércia térmica, o que caracteriza rápido aquecimento da carga. O

26. 26
vácuo apresenta também um efeito isolante, característica que resulta em difícil resfriamento da
carga, por este motivo os fornos mais modernos possuem a possibilidade de utilização de um gás
inerte no final do tratamento térmico, juntamente com recirculadores de gases ou ventiladores, para
que o resfriamento ocorra de forma mais rápida e uniforme.
1.3.3 Elementos do Forno à Vácuo
Dentre os tipos de forno, também existe uma vasta variedade de componentes e formatos
mecânicos utilizados no forno à vácuo. Algumas características comuns em fornos de diferentes
fabricantes podem ser evidenciados a seguir:
 Possuem protetores de calor na câmara;
 A parte interna da retorta possui placas de grafite ou outro material específico para alta
temperatura;
 Os eletrodos/resistências são normalmente constituídos de grafite ou molibdênio, ou
então algum outro material que suporte temperaturas acima de 1000°C;
 Possui sistema de bomba de vácuo;
 Possui controladores de pressão;
 Sistema de controle (CLP);
 Sistema de resfriamento;
(FORNOS À VÁCUO – Eurotherm, 2008).

27. 27
A figura a seguir representa, de modo geral, os sistemas que compõem um forno à vácuo.
Deve-se lembrar que cada fabricante possui montagem e alguns componentes particulares, e
dependendo da aplicação do forno e modo de fixação, os sistemas mostrados podem ser
modificados.
Figura 1.4 – Elementos do Forno à Vácuo
(Fonte: VACUUM TECHNOLOGY - Roger Fabian, 1993; adaptado)
1.4 Zona de Aquecimento
A geometria e os materiais da zona de aquecimento, também chamada de retorta, e processos
do forno à vácuo são uma das características mais importantes para garantia de tratamento eficiente.
A escolha correta confere ao forno a qualidade da produção, a facilidade da manutenção, frequência
de reparos, utilização da energia e vida útil do forno. É importante que a câmara de aquecimento
seja construída a fim de prevenir a distorção da superfície de isolação, que pode causar dentre
outros problemas, empenamento, rachaduras ou aberturas através das quais a energia pode irradiar.
A estrutura deve ser simples e permitir um sistema de fixação que evite perdas de calor por

28. 28
condução.
Um dos fatores críticos para a escolha do refratário, vem da necessidade de garantir
uniformidade de temperatura adequada na área de carga de trabalho, e minimizar a perda de calor
para o refratário. Outra característica importante é a expansão térmica, que deve ser levada em
consideração para garantir folgas na fixação dos elementos e consequentemente mínimos índices
de fissura do material (TIPS FOR SELECTING VACUUM FURNACE EQUIPMENT – Dan
Herring, s/d).
Os materiais mais comuns para a fabricação da zona de aquecimento são:
 100% grafite (isolação e eletrodos)
 100% metálico (isolação e eletrodos);
 Combinado (isolação de metal, separada ou apoiada por cerâmica ou grafite);
 100% de fibra de cerâmica.
O vácuo é, sozinho, um ótimo isolante térmico, por este motivo o aquecimento produzido na
câmara do forno é transmitido apenas por radiação. A quantidade de calor transferida entre as
matérias dentro do forno depende da diferença de temperatura entre as mesmas, como também da
qualidade da superfície. Normalmente a zona de aquecimento para fornos de alta temperatura é
constituída de grafite.
A utilização de um isolamento sólido ou fibroso é uma forma comum de zona de
aquecimento. Combinações de grafite, metal, e fibras de material isolante, têm desempenho
melhorado no vácuo pois os espaços com ar entre as fibras desaparecem. Uma das maiores
desvantagens da utilização de fibras é quando há contato com oxigênio, pois pode ocorrer a
oxidação do material. Neste trabalho, restringiremos as informações sobre controle de energia
apenas para entendimento da atuação do grafite.
1.4.1 Zona de Aquecimento de Grafite
O desenvolvimento do forno à vácuo de parede fria convergiu na utilização de materiais que
normalmente oxidam rápido, mesmo em contato com baixos níveis de pressão atmosférica. A

29. 29
utilização de grafite, para as partes da isolação da câmara de aquecimento do forno à vácuo, tal
como as resistências (ou eletrodos), tem sido muito explorada pelos fabricantes de fornos pois são
disponíveis em diferentes preços, formas e composições (VACUUM TECHNOLOGY - Roger
Fabian, 1993).
Figura 1.5 – Placa de Isolação de Grafite
(Fonte: VACUUM TECHNOLOGY - Roger Fabian, 1993; adaptado)
A isolação do forno à vácuo com a utilização de feltro de grafite possui taxas de adsorção
muito baixas, assegurando altas velocidades de bombeamento e liberação de gases reduzida, em
comparação, por exemplo, com a utilização de isolação de fibra de cerâmica. A velocidade à qual
grafite atinge as zonas requeridas aquecimento e o tempo de vida útil depende fortemente da pureza
da sua composição (TIPS FOR SELECTING VACUUM FURNACE EQUIPMENT – Dan Herring,
s/d).
1.4.2 Forno Horizontal com Câmara de Aquecimento Retangular
Na figura abaixo, pode ser visualizado um forno horizontal de câmara retangular. Após o
aquecimento da carga até a temperatura desejada para o processo, é inserido o gás de resfriamento,
normalmente nitrogênio à 10 bar, abaixo ou acima da carga através de uma comporta. O fluxo de
resfriamento - superior/inferior, inferior/superior - é definido através da temperatura das regiões da

30. 30
carga ou através de um tempo programável e pré-determinado. Nestas condições ocorre um tipo de
resfriamento chamado de reversível onde o gás circula dentro do forno.
Figura 1.6 - Forno à Vácuo Horizontal com Retorta Retangular
(Fonte: AUTORES, 2015)
No forno horizontal com câmara de aquecimento retangular ou retorta retangular, a
introdução do nitrogênio ocorre por toda a seção transversal da carga, conforme a figura a seguir:
Figura 1.7 – Direção da Circulação do Gás de Resfriamento – Retorta Retangular
(Fonte: O FORNO À VÁCUO, 2006, adaptado)

31. 31
Para o tratamento de aços-ferramenta de baixa e média liga, fornos com câmara retangular
são capazes de satisfazer as exigências necessárias. Em relação a produção, este tipo de forno exige
menos tempo e custo de produção, comparado à produção de fornos de câmara cilíndrica (O
FORNO À VÁCUO, 2006).
1.5 Resistências
A escolha dos elementos de aquecimento, as resistências (ou eletrodos) do forno à vácuo,
depende muito da temperatura de operação. Para temperaturas de trabalho baixas, ligas de aço e
níquel podem ser utilizadas. Já para operações em altas temperaturas, normalmente os elementos
utilizados são compostos de grafite ou ligas de metal de alta temperatura. O grafite é uma excelente
escolha para resistências de fornos à vácuo pois possui massa leve, sua dureza é diretamente
proporcional ao aumento da temperatura, possui baixo coeficiente de expansão térmica, não se
degrada facilmente por aquecimento e resfriamento constante, e em geral pode ser utilizado em
temperatura de até 2000°C sem que haja nenhum prejuízo à sua estrutura. O grafite, entretanto,
possui pouca flexibilidade, o que contribui para quebras e trincas na estrutura se submetido à
movimentos bruscos; as resistências de grafite são muito sensíveis à exposição ao oxigênio, ou
vapor de água, característica que resulta da redução da espessura das mesmas, por este motivo o
vácuo pode prevenir este fenômeno. Estão sujeitas à valores de tensão baixas e corrente muito altas,
em decorrência da baixa resistividade; a tensão de alimentação do forno é normalmente conectada
à um transformador, diminuída, e então conectada ao forno. Em comparação com os elementos de
tira de molibdénio, o elemento de grafite em forma curva tem sido relatado como mais durável e
tem uma melhor resistência aos riscos operacionais como quebra acidental.

32. 32
Figura 1.8 – Elementos de Aquecimento de Grafite em Forno de Retorta Cilíndrica
(Fonte: TIPS FOR SELECTING VACUUM FURNACE EQUIPMENT - Dan Herring, s/d)
Figura 1.9 – Elementos de Aquecimento de Grafite em Forno de Retorta Retangular
(Fonte: WHAT SHOULD YOU KNOW ABOUT IPSEN’S VACUUM TECHNOLOGY – Ipsen s/d)

33. 33
1.6 Tratamento Térmico em Fornos à Vácuo
O comportamento de materiais metálicos e não metálicos no forno à vácuo, depende
diretamente da atmosfera residual, propriedades químicas e físicas, como também, dos níveis de
temperatura e vácuo. Todas essas influências no comportamento dos materiais são ainda mais
complicadas quando ocorrem interações entre elas. Contudo, as vantagens da utilização do vácuo
no processo de tratamento térmico eliminam muitos problemas durante o processo, principalmente
relacionados à contaminação da atmosfera de tratamento e descarbonetação.
De acordo com a NBR 8653 a definição de tratamento térmico é: “Operação ou conjunto de
operações realizadas no estado sólido compreendendo o aquecimento, a permanência em
determinadas temperaturas e resfriamento, realizados com a finalidade de conferir ao material
determinadas características”; sendo assim, pode ser realizado no forno à vácuo os seguintes
tratamentos: alívio de tensão, recozimento, têmpera, martêmpera, brasagem, solubilização e
envelhecimento (INFORMATIVO TÉCNICO 01, 2007). Através de novas tecnologias
implementadas em fornos à vácuo, como o processo LPC (Low Pressure Carburizing) e LPN (Low
Pressure Nitriding), também podem ser realizados os tratamentos de cementação e nitretação à
vácuo.
O tratamento térmico em um forno à vácuo é conduzido em algumas etapas distintas, tais
como: iniciar a operação realizando vácuo do forno, purga com gás inerte para realizar limpeza da
atmosfera de trabalho, aquecimento do material até temperaturas intermediárias, aquecimento até
a temperatura de austenitização do material (temperatura crítica recomendada de acordo com o
diagrama ferro-carbono ou orientações de oriundas de manuais e catálogos do aço), e por último o
resfriamento, que ocorre através da inserção de gás nitrogênio sob determinado tempo e pressão.
1.6.1 Tipos de Tratamento Térmico e Fornos à Vácuo
1.6.1.1 Alívio de Tensões
O alívio de tensões é realizado em produtos metálicos com o objetivo de minimizar as tensões
residuais da estrutura, e consequentemente reduz os riscos de alterações dimensionais do

34. 34
componente em algum processo posterior ou na sua utilização final. É normalmente realizado após
uma usinagem bruta ou soldagem e precede o acabamento final. A temperatura de alívio de tensões
é normalmente entre 550° e 650°. O alívio de tensões é realizado em um forno à vácuo quando há
a necessidade de proteger a peça contra oxidações, geralmente faz parte de um ciclo completo pré-
programado. (ALÍVIO DE TENSÕES – Bodycote, s/d).
1.6.1.2 Recozimento
O recozimento é um termo genérico, classificado de acordo com a temperatura utilizada. É
utilizado para reduzir a dureza, aumentar a ductilidade e também auxiliar na redução das tensões
internas da peça. O recozimento permite, dentre outras vantagens, estabilidade dimensional e
usinagem facilitada. É aplicado, em sua maioria, em produtos semi-acabados e possui variações
que podem ser aplicadas em todos os metais. O tratamento recozimento pode ser dividido em
recozimento isotérmico, recozimento para alívio de tensões e recozimento para
esferoidizaçao/coalescimento. O recozimento também é conhecido como recozimento brilhante,
pois gera uma superfície límpida e brilhante após ser realizado à vácuo (TRATAMENTO TÉRMICO
– Proterm, s/d).
1.6.1.3 Têmpera
A têmpera é realizada com o objetivo de propor ao material características elevadas de dureza
– com a formação de martensita, resistência ao desgaste, resistência à tração e diminuição da
ductilidade. Após ser aquecida até os níveis de austenitização do aço, a peça é submetida à um
rápido e uniforme resfriamento formando uma microestrutura chamada martensita.
Sequencialmente à têmpera à vácuo, outros processos podem ser realizados na superfície da peça
(TRATAMENTO TÉRMICO – Proterm, s/d).
1.6.1.4 Martêmpera
A martêmpera mais realizada no forno à vácuo é a da norma NADCA#207-2006 (North

35. 35
American Die Casting Association), que busca identificar e definir parâmetros para o tratamento
de aços em fornos à vácuo. O processo de martêmpera, assim como o processo de têmpera, visa a
formação da martensita; entretanto, a operação se dá em condições diferentes. O aço é aquecido
até a temperatura de austenitização, e então é submetido à um resfriamento rápido e interrompido,
que de acordo com a norma NADCA é de no mínimo 28°C/min. Desta forma a temperatura da
superfície e do núcleo da peça se equalizam em um passo isotérmico, e há formação de perlita ou
precipitação de carbonetos. A finalidade deste processo é obter uniformização do tratamento em
toda a seção da peça, evitar distorções dimensionais, e eliminar trincas (MARTÊMPERA–
Bodycote, s/d).
Figura 1.10 – Ilustração da Martêmprera
(Fonte: PRINCÍPIOS DE TRATAMENTO DE TÊMPERA E SUAS VARIAÇÕES – Cimm, s/d)
1.6.1.5 Brasagem
O processo de brasagem é utilizado quando se deseja realizar a junção de peças metálicas
com formatos e seções diferentes, é então utilizado um elemento de adição com ponto de fusão
menor que os das peças metálicas que se deseja a soldagem. Normalmente são submetidas à

36. 36
brasagem peças complexas em função do número ou da quantidade e que necessitariam de passar
por soldagem. É também conhecida como “soldagem à quente” pois pode ser realizada em fornos
à vácuo em temperaturas maiores que 1000 °C. Pode-se realizar tratamento térmicos e
termoquímicos posteriores (BRASAGEM – Bodycote s/d).
1.6.1.6 Solubilização
Neste tratamento, o material é aquecido até altas temperaturas para a dissolução de um ou
mais elementos de liga. Ocorre um resfriamento rápido, após o aquecimento sob a atmosfera do
vácuo, para que estes elementos se mantenham em solução sólida (TRATAMENTO TÉRMICO –
Proterm, s/d).
1.6.1.7 Envelhecimento
O envelhecimento à vácuo, também conhecido como envelhecimento artificial, leva à
formação de precipitados endurecedores sob uma temperatura elevada e controlada. O controle de
temperatura e de tempo, no envelhecimento artificial, permite ao material valores de dureza mais
elevados, quando comparado ao envelhecimento natural. O envelhecimento ocorre pelo princípio
de precipitação, onde os solutos solubilizados anteriormente e retidos na matriz através de
resfriamento brusco, são capazes de se precipitar e causarem o aumento de dureza do material.
Normalmente o envelhecimento à vácuo é aplicado em materiais inoxidáveis, onde não se pode
ocorrer nenhum tipo de agressão da superfície (TRATAMENTO TÉRMICO – Proterm, s/d).
1.6.2 Forno à Vácuo para Têmpera
O equipamento utilizado para a têmpera a vácuo é composto de vários elementos. O vaso de
pressão é normalmente constituído de chapa de aço carbono. Este vaso pode ser comparado a uma
“panela de pressão” com dupla parede de aço, caracterizando um forno de parede fria, onde no
interior das paredes corre a água do sistema de refrigeração de maneira a manter a parede externa
do forno em temperatura muito inferior à temperatura interna máxima do projeto. Quando a energia

37. 37
utilizada para aquecer o aço no interior da câmara de aquecimento chega ao nível desejado e é
suspensa, a próxima etapa é extração do calor através de gás inerte, ou mistura de gases, sob
pressão. A figura abaixo apresenta um corte longitudinal do forno de têmpera a vácuo que permite
visualizar os constituintes mais importantes do equipamento, onde:
(1) Trocador de calor formado por vários conjuntos de tubos aletados;
(2) Recirculador de gases de alta potência para o resfriamento da peça;
(3) Retorta / câmara de aquecimento e resistências em grafite;
(4) Suporte para carga de peças em grafite;
(5) Bicos de entrada do gás nitrogênio;
(6) Carcaça do forno formada por dupla parede, sendo a interna o vaso de pressão e a externa
uma camisa d’água.
Figura 1.11 – Corte Longitudinal de Forno à Vácuo para Têmpera
(Fonte: INTRODUÇÃO AO PROCESSO TERMICO – Industrial Heating Journal, 2015)
1.6.2.1 Princípio de Funcionamento
A carga a ser realizado o tratamento é normalmente introduzida no forno através de uma

38. 38
empilhadeira ou carrinho manual, e então é apoiada no suporte de carga que é constituído por
trilhos de grafite suportados por colunas também de grafite que descarregam o peso da carga
diretamente na carcaça metálica. A tampa do forno é fechada e então se inicia o processo de
evacuação da câmara até um vácuo que normalmente é da ordem de 10-2
mbar, em um forno
convectivo, em seguida é realizada a purga do forno com a introdução de gás nitrogênio (N2).
Conforme já tratado neste trabalho de pesquisa, a transmissão de calor entre uma fonte quente
e uma fonte fria em um meio gasoso se dá por dois processos radiação e convecção. Dentro do
forno à vácuo para têmpera, a transmissão de calor por convecção é predominante até 750ºC e
acima dessa temperatura ocorre por radiação quando o forno está em estado de vácuo.
O aquecimento da liga ferrosa é realizado até a temperatura de austenitização, com intervalos
de tempo na rampa de aquecimento para homegeneização da temperatura da superfície e núcleo da
peça. Todo o processo é monitorado e controlado por dois termopares, conforme o projeto do forno,
que estão montados um no núcleo e outro na superfície da peça. Atingida a temperatura de
austenitização e após o tempo de homogeneização de temperatura, o gás nitrogênio entra em ação
para o resfriamento. Com uma pressão de rede superior ao projeto da câmara do forno, no caso de
alguns fabricantes até mesmo o dobro, é injetado na câmara de aquecimento a uma pressão
selecionável que vai de 0 até a pressão máxima de projeto do forno. Comercialmente, os fornos de
têmpera a vácuo podem ser projetados para pressões da ordem de 2, 6, 10, 12, 15 e 18 bar absoluto.
O resfriamento forçado pelo nitrogênio é crucial para a formação da martensita. Mais pressão
em um mesmo volume representa mais massa de gás para extração de calor. O nitrogênio é
recirculado por um ventilador de grande potência, passando inicialmente pela carga e em seguida
por um trocador de calor (normalmente fluxo cruzado gás/água) para a extração de calor do interior
do forno. O gás resfriado volta ao interior da câmara de aquecimento onde retira calor da peça
novamente, e assim continuamente, até atingir a temperatura desejada. O resfriamento no forno à
vácuo não é perfeitamente homogêneo, pois a superfície da peça resfria muito mais rápido que o
núcleo podendo deformar a estrutura do material. Para minimizar deformações e evitar trincas
durante a transformação os equipamentos modernos disponibilizam recursos tecnológicos para
reproduzir o processo térmico denominado martêmpera. Neste caso, antes de se atingir a linha,
determinada por curvas tempo, temperatura e transformação ( Curvas TTT) , de temperatura limite
para o início da transformação em martensita, o gás é retirado do interior do forno e o recirculador

39. 39
passa para um estágio inferior de rotação com consequente diminuição da vazão. Quando o
monitoramento pelos termopares indicar uma diferença de temperatura da ordem de 100ºC entre
núcleo e superfície, o gás N2 é injetado novamente até a pressão original do processo de
resfriamento e o recirculador acelera gradualmente até a rotação máxima, finalizando o processo
de transformação completa da microestrutura. Normalmente o forno libera a abertura da porta
quanto a temperatura da peça é, aproximadamente, inferior a 70ºC (INTRODUÇÃO AO
PROCESSO TERMICO – Industrial Heating Journal, 2015).
1.6.3 Vantagens da Utilização do Forno à Vácuo para Tratamento Térmico
Em função do vácuo que promove à atmosfera de trabalho características antioxidantes, da
uniformidade de aquecimento e resfriamento, da não utilização de meios líquidos ou sólidos de
resfriamento, e da não necessidade da utilização de produtos químicos durante o processo; existem
diversas vantagens de se utilizar o forno à vácuo para tratamento térmico, algumas delas são:
 Menores riscos de variação dimensional;
 Ausência de oxidação na superfície da peça;
 Possibilidade de tratamento em peças de geometria complexa;
 Facilidade no monitoramento e registro dos parâmetros do processo;
 Operação em altas temperaturas;
 Superfície das peças trabalhadas sem resíduos de trabalho;
 Nenhuma emissão de CO₂;
 Baixa contaminação ao meio ambiente;
 Alta eficiência energética causada por pouca perda de calor, etc.
(O QUE É TRATAMENTO TÉRMICO À VÁCUO – Isoflama, 2007).
1.7 Tipos de Aço “Temperáveis” em Forno à Vácuo
O forno à vácuo, de modo geral, é mais adequado para o tratamento de ligas ferrosas de

40. 40
elevado teor em elementos de liga, porém, dependendo da tecnologia de resfriamento do forno
também pode ser realizada a têmpera aços de menor “temperabilidade”.
Alguns exemplos de aço para tratamento de forno à vácuo seguem na tabela a seguir:
Tabela 1.2 – Tipos de Aço Temperáveis.
(Fonte: INFORMAÇÕES TÉCNICAS – Isoflama, 2006)
Em relação aos processos convencionais como banho de sal, resfriamento em óleo etc., o
tratamento térmico em fornos à vácuo também possui vantagens, tais como: a não manipulação da
carga durante o processo, monitoramento e controle das temperaturas da superfície e núcleo da
peça, ajuste computadorizado das taxas de aquecimento, seleção adequada de pressão de
resfriamento e controle de todas as etapas do processo via CLP (Controladores Lógicos
Programáveis). Todas essas vantagens podem se refletir na menor variação dos níveis de

41. 41
empenamento ou distorção da peça, e menor risco de formação de trincas (INFORMAÇÕES
TÉCNICAS – Isoflama, 2006).
1.8 Grafite
O grafite ou grafita, é um produto não metálico, inerte e com inigualáveis propriedades físicas
e químicas. Sendo uma das quatro formas de carbono cristalino, o grafite é um mineral composto
inteiramente de carbono e no seu estado natural é também considerado a forma mais estável do
carbono. Ele é inodoro, insípido, atóxico, quimicamente inerte a ácidos e bases nas mais variadas
condições. Desempenha alta condutibilidade de energia elétrica e calorífica, possui características
resistentes à corrosão e também é capaz de refletir um amplo espectro de radiações
eletromagnéticas.
Na indústria metalúrgica de aço, a utilização do grafite se dá em larga escala. Pode realizar
fundições como carburante por conter baixíssimos níveis de elementos contaminantes como
enxofre, nitrogênio, entre outros e seu elevado ponto de fusão, de 3.650ºC, tornando-o um produto
ideal para produção de refratários (O GRAFITE - Grafite do Brasil, s/d).
Figura 1.12 – Principais Tipos de Grafite
(Fonte: PERFIL DA GRAFITA – Ministério de Minas e Energia, 2009, adaptado)

42. 42
A anisotropia extrema, fenômeno no qual certas propriedades físicas de um mesmo corpo
dependem da direção em que são medidas, torna o grafite um mineral de propriedades únicas, sendo
responsável por uma resistividade elétrica de 5 x 10³ ohm/m no sentido perpendicular ao plano e 5
x 10-6
ohm/m no sentido paralelo ao plano. Com estas características o grafite, portanto, é um
semicondutor no sentido perpendicular ao plano e um condutor metálico no sentido paralelo ao
plano. Sua cor varia do preto ao cinza e apresenta um brilho metálico nas partículas maiores,
conhecidas como flocos ou "flakes". Comercialmente, pode ser classificado em três tipos: grafita
em flocos, em veio cristalino e amorfo; e baseando-se no teor de carbono, tamanho da partícula e
tipos de impurezas podem ser subdivididos em vários “graus”. O grafite natural tem a sua
equivalente comercial que é a grafita sintética.
A tabela mostra a utilização industrial do grafite de acordo com sua propriedade:
Tabela 1.3 – Propriedades e Usos Industriais do Grafite
(Fonte: GRAFITE, PRODUÇÃO X DEMANDA - Sandio Pereira, 2007, adaptado)

43. 43
O grafite amorfo (apesar de ter uma designação incorreta pois trata-se de um material com
uma estrutura verdadeiramente microcristalina) possui, caracteristicamente, uma aparência preta
terrosa e macia ao tato. Pode ser encontrado com teor de carbono que varia entre 75 e 90%, e seu
tamanho pode variar desde 75 mm até 5 µm.
O grafite em flocos tem a morfologia de pequenos flocos, que podem ocorrer, segundo
distribuição homogênea, em todo o corpo do minério ou concentrados em lentes na forma de
pacotes. Em termos de diâmetro dos flocos de grafite, podem variar desde 1 mm a mais de 2,5 cm,
com média de 0,25 cm. Diferem em dureza e densidade, entre os jazimentos e, até mesmo, dentro
do próprio jazimento.
O grafite em veio cristalino é a única forma natural do carbono, também chamada de lump
ou grafite altamente cristalino. É encontrado em veios cristalinos bem definidos ou acumulados em
pacotes ao longo dos contatos intrusivos entre pegmatitos e calcário. As impurezas incluem:
quartzo, feldspato, pirita, piroxênio, apatita e calcita. Esses depósitos, relativamente raros,
fornecem grafita maciça, cujos grãos podem ocorrer segundo vários tamanhos, desde aquele do
minério lump, até os microcristais (PERFIL DA GRAFITA – Ministério de Minas e Energia, 2009).
1.8.1 Processo de Fabricação do Grafite
A fabricação da matéria-prima do grafite é um processo científico e com várias etapas. De
forma resumida, os materiais brutos: coque de petróleo negro; fumo de grafite natural; alcatrão e
piche, são calcinados peneirados e graduados. Depois desta etapa, o carbono produzido pela
carbonização da mistura do coque ou combinação de outros materiais que contém carbono seguem
para a moldagem. Na sequência da moldagem é dado o processo de grafitização, que consiste em
um processo de aquecimento contínuo do carbono em alta temperatura, até 3000°C, permitindo a
transformação do carbono amorfo em grafite de estrutura cristalina e orientada (MANUAL DE
ESCOVAS ELÉTRICAS - Carbomec, s/d).
1.8.2 Tipos de Moldagem do Grafite
Após ser misturado a um agente ligante, de forma geral, o grafite pode ser compactado por

44. 44
uma das técnicas a seguir: prensagem isostática a frio; extrusão e moldagem.
1.8.2.1 Prensagem Isostática a Frio
Prensagem isostática a frio, ou “cold isostatic pressing”, é um método de compactação do pó
do grafite realizado em temperatura ambiente. Este método envolve a aplicação de pressão a partir
de várias direções através de um meio líquido que rodeia a região a ser compactada. Quando o
grafite fica selado dentro de um molde, normalmente de borracha, que oferece pouca resistência à
conformação, a pressão de compressão aplicada quando imerso em um meio liquido, normalmente
água, é igual a pressão líquida em sua superfície, de modo que o grafite seja comprimido e moldado,
o que permite ao elemento possuir as mesmas características físicas independente da região da
estrutura e equilíbrio gravitacional (GRAFITES ISOSTÁTICOS – Metgraphite, 2006). A figura e a
tabela a seguir, apresentam respectivamente: a forma de prensagem isostática à frio do grafite,
como também, algumas propriedades físicas que compõem os grafites submetidos à prensagem
isostática.
Figura 1.13 – Prensagem Isostática à Frio
(Fonte: GRAPHITE MANUFACTURING PROCESS – Dimitri Kopeliovick, 2013, adaptado)
Nas tabelas a seguir, é possível verificar as propriedades físicas de alguns tipos de grafite isostático.

45. 45
Tabela 1.4 – Propriedades Físicas de Grafites Isostáticos
(Fonte: GRAFITES ISOSTÁTICOS – Metgraphite, 2006)
Tabela 1.5 – Propriedades Físicas do Grafite ISEM 8
(Fonte: CARBOMEC – adaptado, s/d)
Tabela 1.6 – Propriedades Físicas do Grafite R7500
(Fonte: SIGRAFINE R7500 – adaptado, s/d)

46. 46
1.8.2.2 Grafite Extrudado
A forma de moldagem do grafite por extrusão é empregada principalmente para materiais
que apresentam longas hastes, tubos, barras e placas. Na extrusão a mistura em pó é forçada através
de extremidade de uma fieira, conforme pode ser visualizado na figura a seguir, e sai pela outra
extremidade. A seção transversal da peça já extrudada pode ser cortada, se necessário.
A extrusão confere ao grafite características isotrópicas, onde as propriedades físicas na
direção diferem de outras direções da peça (GRAPHITE MANUFACTURING PROCESS – Dimitri
Kopeliovick, 2013).
Figura 1.14 – Extrusão de Grafite
(Fonte: GRAPHITE MANUFACTURING PROCESS – Dimitri Kopeliovick, 2013, adaptado)
Nas tabelas a seguir, é possível verificar as propriedades físicas de alguns tipos de grafite
extrudado.

47. 47
Tabela 1.7 – Tabela de Grafites Extrudados
(Fonte: GRAFITES EXTRUDADOS - Metgraphite, 2006)
Tabela 1.8 – Tabela de Grafites Extrudados CMA e CMB
(Fonte: CARBOMEC – adaptado, s/d)
Tabela 1.9 – Tabela de Grafites Extrudados Sigrafine
(Fonte: SIGRAFINE HLM - Sigrafine, s/d)

48. 48
1.8.2.3 Grafite Moldado
A matriz de moldagem uniaxial é eficazmente utilizada para a produção em massa de peças
simples, é um método alternativo a prensagem isostática a frio.
Neste tipo de moldagem o pó de grafite é prensado por um método de compactação em que
envolve pressão uniaxial aplicada ao pó colocado num molde entre dois punções rígidos, um
superior e outro inferior. O ciclo de prensagem pode variar em média de 400 a 5000 vezes / hora,
velocidade que depende diretamente do tipo de prensa, propriedades do pó de enchimento, tamanho
da peça e complexidade da geometria. Prensas hidráulicas e mecânicas com carga de até 750
toneladas são utilizadas para o a prensagem (GRAPHITE MANUFACTURING PROCESS – Dimitri
Kopeliovick, 2013).
A figura abaixo representa didaticamente o processo de moldagem do grafite prensado.
Figura 1.15 – Grafite Moldado
(Fonte: GRAPHITE MANUFACTURING PROCESS – Dimitri Kopeliovick, 2013, adaptado)

49. 49
Capítulo 2: METODOLOGIA
Neste capítulo é apresentada a metodologia de pesquisa empregada no trabalho, incluindo a
descrição dos equipamentos e teorias utilizadas, bem como a especificação dos procedimentos de
coleta e análise dos dados.
2.1 Definição de Pesquisa
É importante relatar neste trabalho a definição e os tipos possíveis de pesquisa. De forma
geral, os dicionários definem pesquisa como a ação de busca, indagação ou investigação minuciosa
para a averiguação da realidade, com a finalidade de estabelecer fatos ou princípios relativos a um
campo qualquer do conhecimento.
A pesquisa pode buscar o conhecimento pelo próprio desejo de investigar determinada área
por alguma motivação de ordem intelectual, ou ainda por uma aspiração de descobrir uma aplicação
prática para a solução de um problema.
2.2 Classificação e Tipos de Pesquisa
Existem diversas sistemáticas dos tipos de pesquisas e muitas são as formas de classifica-las.
Dentre este grande grupo, destacam-se algumas clássicas denominações, que focam somente os
pontos relacionados com o objetivo de posicionamento metodológico de estudo. Do ponto de vista
da sua natureza, pode ser:
 Pesquisa Básica: objetiva gerar conhecimentos novos úteis para o avanço da ciência
sem aplicação prática prevista. Envolve verdades e interesses universais;
 Pesquisa Aplicada: objetiva gerar conhecimentos para aplicação prática dirigidos à
solução de problemas específicos. Envolve verdades e interesses locais.
Do ponto de vista da forma de abordagem do problema pode ser:
 Pesquisa Quantitativa: considera que tudo pode ser quantificável, o que significa
traduzir em números opiniões e informações para classificá-las e analisá-las. Requer o uso de
recursos e de técnicas estatísticas (percentagem, média, moda, mediana, desvio-padrão, coeficiente

50. 50
de correlação, análise de regressão, etc.);
 Pesquisa Qualitativa: considera que há uma relação dinâmica entre o mundo real e o
sujeito, isto é, um vínculo indissociável entre o mundo objetivo e a subjetividade do sujeito que
não pode ser traduzido em números. A interpretação dos fenômenos e a atribuição de significados
são básicas no processo de pesquisa qualitativa. Não requer o uso de métodos e técnicas estatísticas.
O ambiente natural é a fonte direta para coleta de dados e o pesquisador é o instrumento- chave. É
descritiva. Os pesquisadores tendem a analisar seus dados indutivamente.
Do ponto de vista de seus objetivos pode ser:
 Pesquisa Exploratória: visa proporcionar maior familiaridade com o problema com
vistas a torná-lo explícito ou a construir hipóteses. Envolve levantamento bibliográfico; entrevistas
com pessoas que tiveram experiências práticas com o problema pesquisado; análise de exemplos
que estimulem a compreensão;
 Pesquisa Descritiva: visa descrever as características de determinada população ou
fenômeno ou o estabelecimento de relações entre variáveis. Envolve o uso de técnicas padronizadas
de coleta de dados: questionário e observação sistemática. Assume, em geral, a forma de
levantamento.
 Pesquisa Explicativa: visa identificar os fatores que determinam ou contribuem para a
ocorrência dos fenômenos. Aprofunda o conhecimento da realidade porque explica a razão das
coisas. Quando realizada nas ciências naturais, requer o uso do método experimental, e nas ciências
sociais requer o uso do método observacional.
Do ponto de vista dos procedimentos técnicos, pode ser:
 Pesquisa Bibliográfica: quando elaborada a partir de material já publicado, constituído
principalmente de livros, artigos de periódicos e atualmente com material disponibilizado na
Internet;
 Pesquisa Documental: quando elaborada a partir de materiais que não receberam
tratamento analítico;
 Pesquisa Experimental: quando se determina um objeto de estudo, selecionam-se as
variáveis que seriam capazes de influenciá-lo, definem-se as formas de controle e de observação
dos efeitos que a variável produz no objeto.
 Estudo de caso: quando envolve o estudo profundo e exaustivo de um ou poucos

51. 51
objetos de maneira que se permita o seu amplo e detalhado conhecimento.
 Pesquisa-Ação: quando concebida e realizada em estreita associação com uma ação ou
com a resolução de um problema coletivo. Os pesquisadores e participantes representativos da
situação ou do problema estão envolvidos de modo cooperativo ou participativo.
 Pesquisa Participante: quando se desenvolve a partir da interação entre pesquisadores
e membros das situações investigadas. Portanto, a pesquisa científica só pode ser aplicada
plenamente mediante a prática dos conhecimentos disponíveis, dos métodos e técnicas e demais
procedimentos científicos, que vão desde mencionar a relação entre fatos verificados e teoria,
sintetizar os resultados obtidos, evidenciar as conquistas alcançadas com o estudo, indicar as
limitações e as reconsiderações (SPAMER, Fernanda Rosa - UFRJ, 2009).
Levando-se em consideração a aplicação desta pesquisa, bem como seus objetivos
específicos, este trabalho pode assim ser classificado como uma pesquisa de natureza aplicada,
pois procura gerar conhecimentos para aplicação prática dirigidos à solução de problemas
específicos e que envolve verdades e interesses locais. Sob o ponto de vista da forma de abordagem
classifica-se como uma pesquisa qualitativa, que considera que há uma relação dinâmica entre o
mundo real e o sujeito e não requer o uso de métodos e técnicas estatísticas. Quanto aos seus
objetivos de pesquisa, este trabalho tem característica explicativa, portanto, visa identificar os
fatores que determinam ou contribuem para a ocorrência dos fenômenos. Pela abordagem dos
procedimentos técnicos a pesquisa será bibliográfica, procura auxiliar na compreensão de um
problema a partir de referências publicadas em documentos e pesquisa participante, quando se
desenvolve a partir da interação entre pesquisadores e membros das situações investigadas.
2.3 Delineamento da Pesquisa
Baseado em fatos e dados dos registros apontados pelos funcionários do departamento de
manutenção assim como com a utilização de pesquisas bibliográficas este estudo visa aplicar o
Método de Análise e Solução de Problemas, MASP, com o desejo de identificar causas
fundamentais de parada do equipamento VT-10 derivadas da quebra de resistências e propor ações
para mitigar as ocorrências de quebra. A finalidade desta pesquisa é reduzir o MTBF (Mean Time
Between Failures) ou período médio entre falhas, para aumentar a disponibilidade e a

52. 52
confiabilidade do equipamento. Antes de realizar qualquer análise referente ao equipamento citado,
percebe-se uma necessidade de introdução ao assunto da pesquisa. Desta forma, primeiramente foi
realizada uma revisão bibliográfica onde foram discorridos os seguintes assuntos:
 Transferência de calor;
 Funcionamento de um forno à vácuo;
 Fornos para tratamento térmico
 Grafite, produção e utilização;
2.4 Procedimentos de coleta dos dados
Os dados coletados para realização desta pesquisa abrangem referências bibliográficas,
auxiliadoras no entendimento de forma geral do funcionamento do forno e seus derivados;
observação de trabalho do forno em seu local de trabalho, entrevistas com técnicos mantenedores
responsáveis pelo equipamento no parque fabril, e coleta de dados específicos na carenagem e
manual do forno.
2.5 Objetivo Geral
O Objetivo geral deste trabalho é realizar uma análise junto ao corpo de manutenção da
empresa parceira assim como com o auxílio das bibliografias pertinentes, com o foco nas falhas de
um forno à vácuo devido a quebras dos elementos de aquecimento, implementando Métodos de
Análise de Solução de Problemas, MASP, e conceitos estudados durante o curso de Tecnologia em
Manutenção Industrial.
2.6 Objetivos Específicos
Aplicação dos conteúdos estudados no curso de Tecnologia em Manutenção Industrial com
o intuito de auxiliar diretamente a empresa parceira a reduzir o tempo de parada por quebras, o
tempo de manutenção, prover confiabilidade no trabalho do forno para que não haja atrasos nas

53. 53
entregas dos produtos e, contribuir para diminuição das despesas por manutenções extras
relacionada aos elementos de aquecimento.
2.7 Métodos e Ferramentas de Qualidade para Análise e Solução de Problemas
2.7.1 MASP
Um problema pode ser definido como uma diferença entre o estado desejado e o estado atual,
portanto; uma situação que necessita ser melhorada. O MASP (Método de Análise e Solução de
Problemas) é o método de análise e solução de problemas mais difundido e utilizado no Brasil. É
um método racional, estruturado e sistemático utilizado para o desenvolvimento de um processo
de melhoria num ambiente organizacional, visando solução de problemas e obtenção de resultados
otimizados. Para receber uma análise com o método MASP, o problema precisa necessariamente
possuir um comportamento histórico, onde sua solução e causas sejam desconhecidas. O MASP
parte do pressuposto de que em toda solução há um custo associado, a solução que se pretende
descobrir é aquela que maximize os resultados, minimizando os custos envolvidos. Há, portanto,
um ponto ideal para a solução, aquele em que se pode obter o maior benefício para o menor esforço,
e que pode ser definido como decisão ótima (JEREMIAS, Arthur – UDESC, 2010).
2.7.1.1 Etapas e Objetivos do Método de Análise e Solução de Problemas
O MASP é formado por oito etapas, e cada uma representa uma função e um objetivo no
método como pode ser demonstrado a seguir:
Etapa 1: Identificação do Problema
O objetivo desta etapa é definir claramente o problema e reconhecer sua importância. A partir
da observação, deve-se investigar as características específicas do problema com uma visão ampla
e sob vários pontos de vista, e então analisá-las descobrindo a causa fundamental (JEREMIAS,
Arthur – UDESC, 2010).

54. 54
Etapa 2: Observação
O objetivo desta etapa é investigar as características específicas do problema com uma visão
ampla e sob vários pontos de vista. O ponto principal desta etapa é coletar informações que podem
ser úteis para direcionar um processo de análise que será feito na etapa posterior (JEREMIAS,
Arthur – UDESC, 2010).
Etapa 3: Análise
Na etapa de análise serão determinadas as principais causas do problema. Se não
identificamos claramente as causas provavelmente serão perdidos tempo e dinheiro em várias
tentativas infrutíferas de solução. Por isso ela é a etapa mais importante do processo de solução de
problemas. A análise se compõe de duas grandes partes a identificação de hipóteses e o teste dessas
hipóteses para confirmação das causas. A identificação das causas deve ser feita de maneira
científica, o que consiste da utilização de ferramentas da qualidade, informações, fatos e dados que
possam dar ao processo um caráter objetivo (JEREMIAS, Arthur – UDESC, 2010).
Etapa 4: Plano de ação
O objetivo desta etapa é conceber um plano e estratégias para bloquear as causas
fundamentais dos problemas. A descoberta de anomalias, se não for seguida da adoção das medidas
saneadoras, será algo inútil. Assim, uma vez que as verdadeiras causas do problema foram
identificadas, ou pelo menos as causas mais relevantes entre várias, as formas de eliminá-las devem
então ser encontradas. Conforme a complexidade do processo em que o problema se apresenta, é
possível que possa existir um conjunto de possíveis soluções (JEREMIAS, Arthur – UDESC, 2010).
Etapa 5: Ação
O objetivo desta etapa é colocar o plano de ação em funcionamento e bloquear as causas
fundamentais dos problemas. É nesta etapa que se deve desenvolver atividades previstas no plano.

55. 55
Através do esclarecimento do plano para as pessoas envolvidas é realizada a execução
propriamente dita, e termina com o acompanhamento dessas ações para verificar se sua execução
foi feita de forma correta e conforme planejado (JEREMIAS, Arthur – UDESC, 2010).
Etapa 6: Verificação
É nesta etapa que é verificado se as expectativas foram satisfeitas, possibilitando aumento da
autoestima, crescimento pessoal e a descoberta do prazer e excitação que a solução de problemas
pode proporcionar às pessoas. Consiste na coleta de dados sobre as causas, sobre o efeito final
(problema) e outros aspectos para analisar as variações positivas e negativas possibilitando concluir
pela efetividade ou não das ações de melhoria (contramedidas) (JEREMIAS, Arthur – UDESC,
2010).
Etapa 7: Padronização
Uma vez que as ações de bloqueio ou contramedidas tenham sido aprovadas e satisfatórias
para o alcance dos objetivos elas podem ser instituídas como novos métodos de trabalho. Os
objetivos de padronização são a garantia do não retorno à condição anterior, o que levaria a
reincidência de falhas; e a informação padronizada e fixa para qualquer funcionário envolvido no
trabalho, tornando-se então hábitos dos trabalhadores (JEREMIAS, Arthur – UDESC, 2010).
Etapa 8: Conclusão
Esta etapa fecha o método de análise e solução de problemas. Os objetivos da conclusão são
basicamente rever todo o processo de solução de problemas e planejar os trabalhos futuros,
aplicando as lições aprendidas em novas oportunidades de melhoria (JEREMIAS, Arthur – UDESC,
2010).
A tabela a seguir mostra simplificadamente as etapas do MASP e seus objetivos.

56. 56
Tabela 2.1 – Etapas e Objetivos MASP
(Fonte: JEREMIAS, Arthur – UDESC, 2010, adaptado)
2.7.2 Brainstorming
É a precursora e, provavelmente, a mais conhecida das técnicas de geração de ideias. Uma
ferramenta a ser utilizada quando a causa raiz de um problema não é claramente conhecida. Esta
ferramenta utiliza o poder multifuncional de pessoas familiarizadas com o processo para determinar
quais as causas de um problema. O Brainstorming é baseado no princípio da total suspensão do
julgamento; dos diversos tipos de pensamentos humanos devemos destacar dois, o criativo e o
crítico, usualmente o que predomina é o último. Assim, o objetivo da suspensão de julgamento é o
de possibilitar a geração de ideias, superando o pensamento de julgar e criticar. Somente após a

57. 57
geração de um número suficiente de ideias é que se fará o julgamento de cada uma. Desta forma o
Brainstorming pode ser definido como uma técnica de estimulação da criatividade de uma equipe
para gerar e esclarecer uma série de ideias, problemas ou questões.
2.7.3 Diagrama de Causa-Efeito (Diagrama de Ishikawa)
O Diagrama de Causa Efeito é utilizado para analisar, identificar e expor graficamente, em
detalhes, todas as possíveis causas de um efeito. Em muitos casos, todas as possíveis causas de um
problema, primeiramente propostas no Brainstorming, são posteriormente aplicadas no diagrama
de Ishickawa sendo subdivididos de acordo com sua categoria. As possíveis formas de divisão são
problemas relacionados à:
 Método;
 Mão de Obra;
 Máquina;
 Material;
 Meio Ambiente, e
 Medição.
Na figura a seguir, é possível visualizar um exemplo de aplicação deste método:

58. 58
Figura 2.1 – Exemplo do Diagrama Causa-Efeito
(Fonte: GAUSS – Métodos de Análise e solução de Problemas, 2012, adaptado)
2.7.4 Análise dos “5 Por Quês”
A ferramenta de 5 Por Quês é de simples utilização, porém poderosa nos seus resultados,
auxiliando a determinar a causa raiz de um problema. Muitas vezes a tendência é parar de procurar
depois que a causa imediata de um problema é encontrada, e normalmente os questionamentos são
cessados sem a certeza de que não há mais nenhuma causa subjacente do problema. A ferramenta
de 5 Por Quês auxilia então na procura de todas as causas possíveis do problema, analisando
criticamente a indicação do problema e continuando a questionar mais sobre o mesmo, até chegar
ao nível mais baixo de definição, que é de normalmente cinco níveis (GAUSS – Métodos de Análise
e solução de Problemas, 2012).
Exemplo de aplicação do método 5 Por Quês:
Problema: você chegou tarde ao trabalho esta manhã.
1: Por que você se atrasou para o trabalho nessa manhã?
R: Meu carro não queria pegar.

59. 59
2: Por que seu carro não queria pegar?
R: O motor de arranque não estava fazendo o motor girar.
3: Por que o motor de arranque não queria movimentar o motor?
R: A bateria estava muito fraca.
4: Por que a bateria estava com a carga baixa?
R: O alternador não estava produzindo energia suficiente para mantê-la carregada.
5: Por que a produção de energia do alternador estava baixa?
R: A correia do alternador estava escorregando, o que foi corrigido apertando a correia.
2.7.5 Método “É / Não é” - Análise de Estratificação
A análise de estratificação pelo método “É / Não é”, é um processo que distingue aspectos
associados à um problema daqueles que poderiam ser, mas não são. Os benefícios são:
 Padronização (entendimento comum para todos);
 Comunicação (acomoda as diversidades entre os membros da equipe);
 Plano de ação (obter informações torna-se as atividades do plano de ação).
Na tabela a seguir, é demonstrado um exemplo de utilização deste método.

60. 60
Tabela 2.2 – Exemplo do método “É/ Não é”
(Fonte: GAUSS – Métodos de Análise e solução de Problemas, 2012)

61. 61
Capítulo 3: SITUAÇÃO ATUAL DO FORNO
3.1 Bodycote Brasimet Processamento Térmico Ltda.
A empresa Bodycote Brasimet, foi primeiramente fundada como Brasimet Comércio e
Indústria S.A, em 1942 no estado de São Paulo, vinculada a um grupo internacional de mineração
e comércio. Suas atividades estiveram direcionadas ao comércio de aços, à fabricação de fornos
industriais e de produtos químicos para metalurgia (sais para têmpera). Durante 64 anos de atuação
tendo exercido importantíssimo papel no processo de industrialização do Brasil, a Brasimet tornou-
se sinônimo de qualidade, confiabilidade e conhecimento na área de tratamentos térmicos e
superficiais de metais. Em outubro de 2006, a Brasimet passou a integrar o Grupo Bodycote
International plc, sediado no Reino Unido e com mais de 300 fábricas em cerca de 30 países.
Fundada pela família Bodycote no início da década de 1900, o grupo Bodycote
Internacional plc, se desenvolveu por meio de um crescimento estrutural e de uma série de
aquisições estratégicas para se tornar líder internacional em processamento térmico, empregando
mais de 5.000 funcionários no mundo todo. Com a experiência vários anos fornecendo serviços
metalúrgicos para as indústrias brasileiras, a Brasimet, agora chamada Bodycote Brasimet
Processamento Térmico Ltda, fornece aos seus clientes provenientes de uma ampla gama de
segmentos industriais, serviços de qualidade, a partir das plantas industriais situadas em Campinas
e Jundiai no estado de São Paulo, Joinville em Santa Catarina e São Leopoldo no Rio Grande do
Sul.
O processamento térmico é uma parte vital de qualquer processo de fabricação e inclui uma
diversidade de técnicas e processos de engenharia especializados que aprimoram as propriedades
de metais e de ligas metálicas. A Bodycote Brasimet dispõe de uma grande gama de diferentes
serviços de tratamentos térmicos, brasagem e revestimentos PVD. Os clientes reconhecem a
confiabilidade e a garantia que a Bodycote pode oferecer por meio de quase um século de
experiência em processamento térmico e por um extenso leque de acreditações de qualidade
internacionalmente reconhecidas (NOSSA HISTÓRIA – Bodycote, s/d)
.
3.2 O Forno VT 10

62. 62
O Forno VT 10, é o equipamento que será estudado neste trabalho. Para melhor entendimento
de seu funcionamento, além dos dados gerais das atividades e componentes de um forno à vácuo,
expostos anteriormente, será discorrido também dados específicos das atividades, componentes, e
quaisquer outras informações relevantes para o desenvolvimento desta pesquisa.
O VT-10, é um forno à vácuo que realiza têmpera em materiais diversos. Instalado
primeiramente na planta do distrito de Santo Amaro, na cidade de São Paulo - SP, este forno foi
realocado posteriormente para a nova planta, em Jundiaí – SP.
Construído pela multinacional ALD Vacuum Technologies, em 1995 o VT-10 é alimentado
por 380V de tensão e possui uma temperatura máxima de trabalho de 1350°C, sendo que a
temperatura usualmente circula entre 970°C e 1200°C. A pressão interna deste vaso de pressão
pode variar entre -1 e 10bar; o resfriamento da carga ocorre de forma forçada e pode atingir a
velocidade altas de resfriamento dependendo material e do resultado esperado. É utilizado
Nitrogênio, com grau de pureza 5 ou o mesmo que 99,999% de pureza.
Figura 3.1 – Vista Lateral 1 do Forno VT 10
(Fonte: AUTORES, 2015)
A parte externa do forno é provida de diversos componentes, neste trabalho serão

63. 63
apresentados os componentes mais relevantes para o entendimento do funcionamento do forno.
Figura 3.2 – Vista Lateral 2 do Forno VT 10
(Fonte: AUTORES, 2015)
Os componentes a serem apresentados são:
 Amperímetros de Aquecimento: Informam a alteração da corrente das 12 resistências,
monitora 4 elementos de resistência por fase, totalizando 3 fases.

64. 64
Figura 3.3 – Amperímetro de Aquecimento
(Fonte: AUTORES, 2015)
 Painel de LED: Permite a visualização do funcionamento dos demais componentes do
forno, tais como, as bombas de vácuo, as válvulas de nitrogênio, as válvulas de direcionamento do
gás, entre outros.
Figura 3.4 – Painel de LED
(Fonte: AUTORES, 2015)

65. 65
 IHM Controlador: (Interface Homem – Máquina), onde é possível monitorar e
programar todas as variáveis do processo em forma de receita. O programador ou operador informa
os dados para realização do tratamento térmico na peça de acordo com o material e o resultado
esperado.
Figura 3.5 – IHM de Controle
(Fonte: AUTORES, 2015)
 Pirômetro de Segurança: É um componente de segurança que trabalha informando se
a quantidade de calor interna do forno está de acordo com os padrões pré-estabelecidos. Caso a
temperatura ultrapasse ao valor desejado pelo programador, o pirômetro realiza o desligamento do
aquecimento.
Figura 3.6 – Pirômetro de Segurança
(Fonte: AUTORES, 2015)

66. 66
O equipamento ainda possui outros elementos, tais como:
 Circuito de entrada de água;
 Trocador de calor;
 Bomba de vácuo mecânica;
 Bomba de vácuo (Roots);
 Recirculador de ar;
 Válvulas de vácuo e pré vácuo;
 Sistema de pistões para abertura das comportas internas;
 Indicadores de pressão, etc...
Na parte interna do forno é possível visualizar sua câmara de aquecimento retangular,
composta por feltro rígido de grafite, feltro flexível, e grafite rígido na superfície. Para o suporte
da carga, este forno conta com uma mesa rígida de grafite que pode suportar até 600kg recebendo
os esforços de maneira distribuída. A carga antes de entrar no forno é primeiramente posicionada
em uma grelha, de inox refratário, e pode atingir até 600mm de altura
.
Figura 3.7 – Parte Interna do Forno
(Fonte: AUTORES, 2015)

67. 67
Figura 3.8 – Desenho das Resistências
(Fonte: AUTORES, 2015)
As 12 resistências de grafite possuem um fechamento triângulo, com 4 elementos por fase.
A tensão de alimentação das resistências é 60V e a corrente que passa pelas por elas, controlada
pelo amperímetro é de 1000A. Cada resistência possui 1323mm de comprimento e 30mm de
diâmetro.
A geometria dessas resistências foi modificada do projeto inicial do fabricante, e seu desenho
atual pode ser conferido na figura anterior, tais mudanças ocorreram devido à dificuldade de se
encontrar um material isostático no comprimento de 1323mm. Por este motivo foi desenvolvida
uma emenda central para possibilitar o fornecimento dessas resistências por fabricantes do Brasil.
O material utilizado para fabricação destas resistências é o Grafite ISEM-8, comercializado pela
empresa Carbomec - Industria de Produtos e Comercio Eletromecânicos, assim como o material
Grafite R7500, fornecido pela empresa SLG Group – Seecil. Nas tabelas a seguir são mostradas as
características físico-químicas destes materiais:

68. 68
Tabela 3.1 – Datasheet ISEM-8
(Fonte: CARBOMEC – adaptado, s/d)
Tabela 3.2 – Datasheet R7500
(Fonte: SIGRAFINE R7500 – adaptado, s/d)

69. 69
3.3 Carregamento de Carga
O carregamento da carga no forno é realizado por uma empilhadeira elétrica específica de
direcionamento manual que suporta uma grelha para posicionamento das peças, conforme as
figuras a seguir. Esta empilhadeira possui guias inferiores que se encaixam às guias do forno, para
que a carga entre de forma correta na câmara de aquecimento. O procedimento ocorre da seguinte
maneira: o operador alinha visualmente, tanto os pés da empilhadeira para posicionamento nos pés
do forno, quanto as lanças de apoio da grelha. Após o alinhamento, as peças são posicionadas no
interior do forno, é possível elevar ou abaixar as lanças com um dispositivo hidráulico para o
posicionamento da grelha sobre a mesa do forno, após isso e a empilhadeira é removida. Após a
realização do processo térmico, se faz necessário novamente a utilização da empilhadeira para
retirada da grelha com as peças já tratadas, então o operador novamente alinha a empilhadeira ao
forno, os garfos sob a grelha, e realiza a retirada das peças.
Figura 3.9 – Empilhadeira de Carga
(Fonte: AUTORES, 2015)

70. 70
Figura 3.10 – Grelha para Posicionamento da Carga
(Fonte: AUTORES, 2015)
Figura 3.11 – Guia de Alinhamento do Forno
(Fonte: AUTORES, 2015)
3.4 Aplicação da Etapa 1 MASP – Identificação do Problema
A necessidade da realização deste trabalho vem diretamente da necessidade de encontrar a

71. 71
causa dos problemas na zona de aquecimento do Forno VT-10, especificamente, encontrar as
causas que culminam em quebras das resistências. Conforme informado anteriormente, o forno
possui 12 resistências de grafite, compostas pelo material ISEM-8 ou R7500 Essas resistências
rompem facilmente, e muitas vezes desenvolvem trincas que são evidenciadas somente durante o
aquecimento do forno, situação que causa retrabalho e prolongamento do tempo de operação. A
seguir estão dispostos dados quantitativos sobre periodicidade de quebras, disponibilidade e custo
de manutenção, advindas de quebra das resistências.
Gráfico 3.1 – Quantidade de Quebras
(Fonte: AUTORES, 2015)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
Fev Mar Abr Maio
Quantidade de Quebras por Mês -
(Fev-Maio/2015)

72. 72
Gráfico 3.2 – Horas Paradas por Mês
(Fonte: AUTORES, 2015)
Após a análise dos custos envolvendo manutenções corretivas devido às quebras de
resistência no forno, no período de quatro meses informado pela empresa, temos que a quantidade
de quebras foi de 9 resistências, desta forma, obtêm-se a média de 2,25 resistências quebradas por
mês, ou 27 resistências trocadas anualmente devido à quebra. Da mesma forma, é possível
chegarmos à conclusão de que a média de horas paradas deste equipamento em função de
manutenções corretivas causadas por rompimento da resistência é de 7h15m; portanto a média total
de horas paradas ao ano por esta causa específica é de 85h45m.
Nas tabelas a seguir estão dispostos custos de manutenção em função da quebra de resistências.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Fev Mar Abr Maio
Horas Paradas por Manutênção das Resistências -
(Fev-Maio/2015)

73. 73
Tabela 3.3 – Custos Unitários
(Fonte: AUTORES, 2015)
Tabela 3.4 – Custos Mensais
(Fonte: AUTORES, 2015)
Desta forma, considerando que os gastos anuais com manutenção corretiva por quebra de
resistência deste forno chegam em média a R$ 85.056,00, este trabalho de pesquisa visa encontrar
as causas raízes dos fatores de quebras, com o objetivo de reduzir o MTBF do equipamento, assim
como a diminuição de gastos com a compra de novas resistências sem a chegada do fim da vida
útil do produto e, por fim, proporcionar à empresa maior confiabilidade no funcionamento do
equipamento, para cumprimento dos prazos de entrega de seus produtos e satisfação dos clientes.
3.5 Apresentação e Análise dos Resultados
A partir da necessidade de se descobrir a causa fundamental da quebra de resistências, serão
utilizadas ferramentas de análise e solução de problemas, bibliografias que auxiliem no
entendimento do funcionamento do forno à vácuo, assim como histórico de quebras do
equipamento cedido pela empresa parceira. A ferramenta que irá fundamentar as análises aqui