Um novo equipamento para teste de próteses

A agência USP de notícia trouxe  neste mês uma notícia importante para os estudiosos de tribologia. Na Escola Politécnica (Poli) da USP acaba de ser desenvolvido o Simulador Multiaxial de Movimento Humano. “Trata-se do primeiro equipamento nacional capaz de testar próteses ortopédicas de articulações como quadril, joelho, coluna, ombro e tornozelo, comercializadas no Brasil. De acordo com o engenheiro e doutorando André Luís Lima Oliveira, a máquina encontra-se em funcionamento e realiza ensaios especificados pela normas internacionais para controle de qualidade que estão sendo implantadas no País”.

A notícia segue com uma análise mais detalhada do funcionamento deste equipamento para ensaios de desgaste e fala sobre a importância do mesmo. Recomendo aos interessados a leitura e o contato com o inventor, o engenheiro André Luís Lima Oliveira, ou com o orientador do trabalho, o Prof. Dr. Raul Gonzalez Lima – respectivamente aluno de doutorando e professor do Departamento de Engenharia Mecânica da Escola Politécnica da USP.

A questão de confiabilidade das próteses que abordamos no post Falhas tribológicas de próteses de fêmur poderá ser adequadamente investigada com o equipamento desenvolvido ou, melhor, com uma bateria de equipamentos como o desenvolvido! Isto porque para aplicações in vivo é fundamental conhecer a durabilidade, ou seja, desenvolver modelos preditivos de vida média. Como a média não gera conforto nestes casos (afinal se a SUA prótese quebra com 3 anos não vai lhe interessar se a vida média é de dez ou vinte anos) é fundamental levantar experimentalmente a distribuição de probabilidade de falha por desgaste das próteses. Apenas com estes dois dados, vida média e distribuição de probabilidade de falhas, será possível oferecer garantias com base ética para os pacientes necessitados.  Sobre a questão do desenvolvimento de modelos de desgaste ver Como estão os modelos e equações preditivas de desgaste?.

Outra oportunidade que se abre com a construção e validação do equipamento de ensaio de desgaste de próteses é a de realizar experimentos com abordagem multidisciplinar integrando aspectos da engenharia mecânica e de medicina, como já vem ocorrendo, ampliando-os com a inclusão da análise de aspectos de engenharia dos materiais, de tribologia, de química, física, biologia…. Esta oportunidade não depende obviamente apenas da existência do equipamento, mas da perspectiva aberta e colaborativa de trabalho implantada pelo Prof. Raul Lima no Laboratório de Engenharia Ambiental e Biomédica (LAB).

Por fim, cabe chamar a atenção para os colegas pesquisadores e estudantes dos grupos de pesquisa que integram o Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies para esta magnífica oportunidade de colaboração que permitirá avaliar em escala mais próxima do uso real os desenvolvimentos que o Instituto realiza visando aplicação biológica.

Amilton Sinatora

Tecnologia de atrito e desgaste

Nomear um laboratório de pesquisa de Laboratório de Tecnologia em Atrito e em Desgaste (LTAD) como fez o Professor Sinésio Franco da Universidade Federal de Uberlândia é um ato de ousadia, uma vez que, como sabemos, os modelos (obtidos em equipamentos de laboratórios) em tribologia são pouco aplicáveis à prática (ver Como estão os modelos e equações preditivas de desgaste?).

Para enfrentar este problema, o Professor Franco apostou, junto com outros colegas, em construir tribômetros de grande porte de modo a ensaiar, por exemplo, amostras com  25 centímetros de diâmetro e, aos pares, em condições de desgaste por deslizamento. O equipamento permite a medição das forças normais e tangenciais bem como a realização de ensaios a seco ou lubrificados. Outros equipamentos no LTAD são igualmente impressionantes pelo porte, como o circuito para estudo de erosão e erosão-corrosão que emprega tubos de aço inoxidável 316 com quatro polegadas de diâmetro e tem mais de dez metros de comprimento.

Atacar de frente e explicitamente problemas tecnológicos envolvendo atrito e desgaste é uma abordagem nova e ousada que merece ser comemorada e apoiada, pois afinal, em que pese a teimosia dos modelos, aplicar ciência no mundo real é a vocação dos  engenheiros.

Como todo empreendimento ousado traz inevitavelmente desafios novos, nossos colegas estão imersos juntamente com seus alunos e funcionários em diversos deles, como levar ao mesmo tempo a construção das instalações e a construção dos tribômetros, realizar experimentos e montagens a ao mesmo tempo incorporar novos estudantes na equipe.

Pelo lado da metodologia, os desafios serão tão grandes ou maiores que os equipamentos, uma vez que são raras as informações sobre sistemas tribológicos de grande porte, sobre ensaios tribológicos em escala piloto. Para atacar estes novos desafios, o LTAD conta com uma ampla gama de tribômetros “convencionais”, ou seja “como os nossos”, e um forte apoio da Petrobras e seus fornecedores bem como das agências de fomento FAPEMIG, CAPES, CNPq e FINEP.

Cabe à comunidade tribológica conhecer melhor o trabalho que lá se realiza pois certamente as atividades do LTAD levantarão muitas novas questões metodológicas, acadêmicas e tecnológicas que alimentarão a comunidade nacional. É uma oportunidade única para evoluirmos no Brasil numa direção pouquíssimo explorada no mundo inteiro.

Amilton Sinatora

Os motores flex e o livro de Bowdem e Tabor. Procuram-se candidatos para a pesquisa!

Não sei o que está acontecendo com os motores flex. Entretanto, um dos candidatos a responsável pelos problemas de durabilidade, é a alteração do efeito lubrificante do…lubrificante.

Num livro muito instrutivo e agradável de ler, publicado em re-edição em 1966, The Friction and Lubrication of Solids (Oxford Classics Texts in the Physical Sciences), F. P. Bowdem e D. Tabor descrevem com detalhes de quem trabalhou muito no assunto a interação entre lubrificantes e os metais.

Eles ensinam que é importante separar o efeito do lubrificante do efeito do óleo base. Em linguagem de hoje, o efeito dos aditivos e do óleo lubrificante. O óleo base, fornecido pelas empresas de prospecção de petróleo, tem efeito importante na lubrificação hidrodinâmica e não tem efeito significativo na lubrificação limítrofe. Nesta, importante no início do funcionamento dos componentes lubrificados, o que interessa mesmo são os aditivos.

Muitos aditivos são ácidos orgânicos ou seus derivados. Aqueles pesquisadores mostraram que o efeito lubrificante é mais intenso (menor coeficiente de atrito) e mais duradouro (manutenção daquele coeficiente por mais tempo ou até temperaturas mais elevadas) quanto maior a cadeia carbônica, mais forte a ligação química entre a cadeia e o aço e maior a concentração da especie química do aditivo – boas pistas para os que têm que resolver os problemas dos motores flex.

Tudo isso é história e pode ser encontrado nos livros e cursos (esta apresentação trata do assunto)  Verificar se estas conclusões são válidas para os materiais empregados nos motores modernos, com os lubrificantes atuais é tarefa para o qual precisamos de investimentos e jovens talentosos. Candidados podem contatar o autor deste blogue ou o Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies!!

Amilton Sinatora

Tanques de guerra e a tribologia

A se acreditar nos romances de Tom Clancy, um tanque de guerra dura em combate cerca de duas horas. Sobre este lapso não há muito que a tribologia pode fazer. Esta curta vida em combate esconde, felizmente, longas existências dedicadas a treinamento e vigilância. É sobre aspectos da vida dos blindados fora dos campos de batalha que tratamos neste artigo.

O exército brasileiro comprou da Alemanha 250 blindados Leopard 1 A5. Os primeiros chegarão ao Brasil em Santa Marina no Rio Grande do Sul, em novembro de 2009, juntando-se aos atuais 120 Leopard 1A1 em serviço, como informou a revista Carta Capital de 5 de agosto.

Estes tanques são uma grande oportunidade para a aplicação de conhecimentos de tribologia uma vez que, por razões evidentes, seus motores foram desenvolvidos para propiciar o máximo desempenho requerendo, por isto um aprimorado e sistemático programa de manutenções. Saber prever e ampliar o período entre manutenções é um desafio atraente para os tribologistas.

Os motores dos tanques são da empresa MTU-Engines and System Engineerig, tradicional fabricantes de motores de grande porte. Para os tribologistas, os motores dos Leopard apresentam outro atrativo, o de operar  com tecnologia multi combustível, a mesma que, em princípio, é usada nos veículos flex fuel de uso civil. Este funcionamento com diferentes combustíveis leva a mudanças na pressão máxima de combustão com variações nas solicitações dos componentes do motor.

O aprendizado com estes motores poderia, em tese propiciar a pesquisadores civis as competências necessárias para otimizar motores semelhantes como os de locomotivas e pequenas embarcações. Trata-se de uma oportunidade a, no mínimo, ser considerada.

Amilton Sinatora