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Projeto desenvolve sensor mais barato para setor automotivo

O físico e engenheiro Osvaldo Corrêa buscou a melhoria no controle da pressão do sistema de lubrificação do motor. foto: Paulo Ribeiro

Com o crescimento das populações e redução dos bens naturais no planeta, cada dia mais os países promovem políticas públicas e incentivam aperfeiçoamentos tecnológicos na indústria visando à redução de emissão de gases poluentes e à melhoria da eficiência energética.

Em 2013, foi firmado um acordo entre os países do mercado comum europeu, que impôs que, a partir de 2018, todos os veículos produzidos dentro do bloco deveriam atender às novas exigências. Dentro desse contexto, a área de controle da pressão sobre o sistema de lubrificação do motor veicular é essencial para que esses índices de eficiência melhorem.

No mercado automotivo, os sensores de pressão são amplamente aplicados em componentes vitais como pressão do óleo lubrificante do motor, freio ABS, bomba de combustível, transmissão, airbags, pressão dos pneus, gás da exaustão, entrada de ar, pressão do ar condicionado e pressão do sistema de injeção direta de gasolina.
E foi de olho neste mercado que o físico e engenheiro Osvaldo Corrêa desenvolveu uma pesquisa de mestrado buscando justamente a melhoria no controle da pressão do sistema de lubrificação do motor. Ele fez um projeto de sensor de pressão cerâmico a filme espesso.

Outra explicação para seu interesse foi o tamanho do mercado que isso representa, pois esse material é usado na área veicular e na área médica. Corrêa, que trabalha na produção de peças para o setor automotivo, viu no mestrado a possibilidade de colocar a mão na massa e testar um sensor de pressão elaborado com materiais mais baratos. “A decisão (de estudar esses sensores) não foi puramente técnica, mas o contexto criou todo um ambiente favorável ao desenvolvimento deste projeto, que teve início em uma solicitação do próprio mercado”, explica o pesquisador.

Dentre seis tipos de sensores (extensométrico, piezoresistivo, piezelétrico, capacitivo, eletromagnético [LVDT] e óptico), ele optou pelos piezoresistivos, pois são líderes na área automotiva e seu mercado está em pleno crescimento. Com isso, ele se propôs a desenvolver em sua pesquisa um transdutor de pressão sobre substrato de alumina, utilizando pasta condutora de prata e paládio (AgPd), proporcionando uma redução de custo no produto final. “Atualmente os transdutores (sensores) de pressão piezoresistivos a filme espesso utilizam a pasta de ouro como pasta condutora, sendo que a sua substituição por uma pasta de prata paládio proporciona uma redução significativa no custo final do produto, visto que a pasta de ouro tem um custo de US$ 86,00 / grama e a pasta de prata (Ag) paládio (Pd) custa US$ 5,00 / grama, portanto, extremamente significativo para o mercado automotivo”, defendeu ele na dissertação. Em abril de 2018, dois anos depois de defendida a dissertação, o custo da pasta de prata paládio era maior, mas mesmo assim continuava mais vantajosa sua utilização em vez do ouro, segundo Corrêa.

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MÃO NA MASSA

Todo o processo de criação do projeto, confecção das telas, impressão por serigrafia, secagem, sinterização ou cura e ajuste das peças foi realizado por ele. Corrêa diz que a parte mais complicada da pesquisa foi a fase de produção das peças para a realização dos testes. Essa fase foi feita na empresa TSA – Tecnologia em Sistemas Automotivos Ltda, fabricante de sensores e transdutores para o mercado automotivo, localizada na cidade de Itu. “Na empresa, não temos um laboratório de protótipos. Nós temos um processo produtivo. E tivemos que fazer no sábado à noite. Foi uma dificuldade.” Corrêa diz que a produção da empresa teve de ser interrompida para o desenvolvimento dos protótipos. “Foi feita uma amostra e felizmente deu certo, mas foi bastante difícil. Lembro que estava tudo pronto, o projeto, o fotolito, as telas, mas não dava certo porque eu não conseguia encaixar no processo de produção (da empresa). Então, foi uma dificuldade de realizar.”

O físico e engenheiro lembra que, para realizar esses testes dentro de uma empresa da área, foi necessário parar a produção em escala, colocar os protótipos nas máquinas, ajustar o setup e, então, fazer a impressão da via condutora com a pasta de prata paládio. Feito isso, os substratos foram levados a um secador de esteira, onde ficam à temperatura de 150 °C, e depois inseridos no forno de sinterização, onde passam por temperaturas de até 850 °C. Depois, os protótipos receberam a impressão da via resistiva (dos piezoresistores) de óxido de rutênio, passando posteriormente pelo mesmo processo de secagem. Por fim, foi feito o processo de impressão de uma pasta polimérica com a função de proteger os protótipos contra umidade e atmosferas agressivas ao produto.

Os protótipos passaram por testes de temperatura e durabilidade, atendendo padrões exigidos pela indústria. As peças produzidas foram submetidas a testes juntamente com um transdutor obtido no mercado, com o propósito de ter um parâmetro para verificar a reação de um e de outro a um mesmo teste.

Finalizados os testes, Corrêa chegou à conclusão que a utilização da pasta de prata paládio “demonstrou ser uma boa alternativa à pasta de ouro na produção de transdutores de pressão, visto que, além de apresentar as mesmas características, tais como fácil manipulação e a mesma resolução que a pasta de ouro, a prata paládio tem um custo dez vezes menor do que o ouro.” O pesquisador diz que a pasta de prata paládio, mesmo após ser submetida a um intenso teste de fadiga, “não apresentou nenhum indício de fadiga, mostrando-se apta para atender à aplicação em transdutores de pressão industrial.” Finalizando a dissertação, Corrêa sugere outros testes nas peças, para atender às demandas do setor automotivo. Diz que “para aplicação no mercado, embora tenha obtido um resultado promissor no teste de resposta a variação de temperatura de até 150 °C, ainda deverá ser realizado o teste de durabilidade, para avaliação da resistência à fadiga sobre condições de temperatura extrema de 150 °C, necessário para aplicações automotivas.”

Texto elaborado com base na dissertação “Projeto de sensor de pressão cerâmico a filme espesso”, do Programa de Pós-Graduação em Processos Tecnológicos e Ambientais da Universidade de Sorocaba (Uniso), com orientação do professor doutor Norberto Aranha e aprovada em 21 de junho de 2016.

Acesse a pesquisa.

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