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Guias e Dicas
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Apostila Completa de Lubrificantes, Manuais, Projetos, Pesquisas de Engenharia Mecânica

Atrito, petróleo, lubrificantes, características físicas dos óleos lubrificantes, graxas, aditivos, classificação dos lubrificantes, recebimento e manuseio de lubrificantes, lubrificação de mancais, lubrificação de motores e fluidos hidráulicos.

Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas

2010
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Baixe Apostila Completa de Lubrificantes e outras Manuais, Projetos, Pesquisas em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity! CST Arcelor Brasil MECÂNICO LUBRIFICADOR SERRA 2006 SUMÁRIO 1. ATRITO .................................................................................................................................................... 5 1.1. ATRITO .................................................................................................................................... 5 1.2. TIPOS DE ATRITO ..................................................................................................................... 7 1.3. TIPOS DE LUBRIFICAÇÃO........................................................................................................... 8 1.3.1. Lubrificação Fluida............................................................................................................. 8 1.3.2. Lubrificação Limite ou Semifluida...................................................................................... 9 1.3.3. Formação da Película e da Cunha de Óleo ...................................................................... 9 1.3.4. Distribuição das Pressões na Película Lubrificante ........................................................ 11 2. PETRÓLEO ........................................................................................................................................... 13 2.1. CRONOLOGIA DO APARECIMENTO DOS LUBRIFICANTES ............................................................ 13 2.2. PETRÓLEO ............................................................................................................................. 13 2.3. CRONOLOGIA DO APARECIMENTO DO PETRÓLEO ..................................................................... 13 2.4. ORIGEM DO PETRÓLEO........................................................................................................... 14 2.5. TIPOS DE PETRÓLEO .............................................................................................................. 15 2.6. OBTENÇÃO DOS LUBRIFICANTES ............................................................................................. 20 3. LUBRIFICANTES ................................................................................................................................. 22 3.1. DEFINIÇÃO ............................................................................................................................. 22 3.2. TIPOS DE LUBRIFICANTES ....................................................................................................... 22 3.3. PROPRIEDADES DOS LUBRIFICANTES....................................................................................... 23 4. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DOS ÓLEOS LUBRIFICANTES ................................................ 25 4.1. DENSIDADE............................................................................................................................ 25 4.2. COR ...................................................................................................................................... 26 4.3. VISCOSIDADE ......................................................................................................................... 27 4.3.1. Aparelhamento ................................................................................................................ 28 4.3.2. Interpretação dos Resultados.......................................................................................... 31 4.4. ÍNDICE DE VISCOSIDADE ......................................................................................................... 32 4.5. PONTOS DE FULGOR E DE INFLAMAÇÃO ................................................................................... 36 4.5.1. Aparelhagem ................................................................................................................... 37 4.5.2. Fornecimento dos Resultados......................................................................................... 38 4.5.3. Interpretação dos Resultados.......................................................................................... 38 4.6. PONTOS DE NÉVOA E DE FLUIDEZ (ASTM D 97)...................................................................... 41 4.6.1. Aparelhamento ................................................................................................................ 43 4.6.2. Procedimento................................................................................................................... 43 4.6.3. Fornecimento dos Resultados......................................................................................... 44 4.6.4. Interpretação dos Resultados.......................................................................................... 44 4.7. CINZAS .................................................................................................................................. 45 4.8. CORROSÃO EM LÂMINA DE COBRE .......................................................................................... 46 4.9. ESPUMA................................................................................................................................. 47 4.10. INSOLÚVEIS............................................................................................................................ 49 4.11. ACIDEZ E ALCALINIDADE ......................................................................................................... 50 4.12. ÁGUA..................................................................................................................................... 51 5. GRAXAS ................................................................................................................................................ 53 5.1. INTRODUÇÃO.......................................................................................................................... 53 5.2. DEFINIÇÃO ............................................................................................................................. 53 5.3. VANTAGENS DA LUBRIFICAÇÃO A GRAXA ................................................................................. 54 5.4. DESVANTAGENS DE LUBRIFICAÇÃO A GRAXA ........................................................................... 56 5.5. CARACTERÍSTICAS DAS GRAXAS ............................................................................................. 56 5.5.1. Consistência .................................................................................................................... 56 5.5.2. Interpretação do Ensaio .................................................................................................. 57 5.5.3. Ponto de Gota.................................................................................................................. 59 5.6. TIPOS DE GRAXAS.................................................................................................................. 61 5.7. EXEMPLOS DE GRAXAS AUTOMOTIVAS E INDUSTRIAIS .............................................................. 63 5 1. ATRITO 1.1. Atrito Quando um corpo qualquer, sólido, líquido ou gasoso, move-se sobre a superfície de um outro se origina uma resistência a este movimento, a qual pode ser expressa, ou representada por uma força que é a tangente às superfícies em contato. A esta força que tende a se opor ao movimento, denominamos força de ATRITO, RESISTÊNCIA DE ATRITO ou simplesmente ATRITO. O atrito é dito estático quando ocorre antes do movimento relativo. Quando o atrito é observado após o início do movimento, é conhecido como ATRITO CINÉTICO. FORÇA LIMITE DE ATRITO (F') é o valor máximo da força de atrito estático e ocorre quando o movimento é iminente. É comumente designado por ATRITO. Figura 1 A relação entre o atrito e a reação normal que o corpo exerce sobre a superfície (N) é uma constante a qual denominamos COEFICIENTE DE ATRITO (μ ). N Fat = tg θ Segundo as leis clássicas do atrito: a) O valor de μ independe da carga ou força exercida pelo corpo sobre a superfície, ou em outras palavras, a força de atrito é diretamente proporcional à carga; Fat =μ x N b) O coeficiente de atrito é independente da área aparente de contato entre as superfícies em movimento; 6 c) O coeficiente de atrito cinético é menor que o coeficiente de atrito estático; d) O atrito é independente das velocidades relativas dos corpos em contato. As superfícies em movimentos estão realmente em contato, somente nos pontos salientes da superfície aparentemente plana (visíveis ao microscópio), mas que constituem uma diminuta porção da área aparente. As elevadas pressões locais resultam numa deformação plásticas desses mesmos pontos de contato e, em pouco tempo à ação combinada da pressão e da temperatura, causam uma pressão local, formando MICRO-SOLDAS. Para que o movimento seja restabelecido, a força agora deve ser maior, até que ocorra o cisalhamento dessas micro-soldas e o ciclo recomece à medida que o movimento continua. Assim sendo, o deslizamento das superfícies como se diz corretamente, não corresponde à realidade dos fatos, consistindo mais em ações alteradas de "adesão" e de "escorregamento", cujos efeitos são facilmente demonstráveis, por aparelhos sensíveis para medição do atrito. Como resultado final dessas micro-soldagens e ações de cisalhamento, partículas de metal são arrastadas das superfícies, causando assim o DESGASTE METÁLICO. Pelo emprego de LUBRIFICANTES, as ações de "adesão" e “escorregamento" são substituídas em maior ou menor extensão pelo cisalhamento do filme lubrificante, com reduções correspondentes da força de atrito e do desgaste. Em uma atmosfera normal, metais não lubrificantes "deslizam" uns sobre os outros com coeficientes de atrito compreendidos entre 0,15 e 1,5. Figura 2 N N 7 Entretanto, mesmo em tais circunstâncias, a maioria das superfícies metálicas apresenta normalmente uma fina camada de óxido ou hidróxido, a qual atua como um filme lubrificante sólido, propiciando assim uma menor fricção. É oportuno acentuar, que nas superfícies metálicas “quimicamente puras”, isto é, isentas de óxidos ou hidróxidos e mantidas no vácuo, o coeficiente de atrito observado é bastante superior àqueles valores indicados (2,0 ou mais) ocorrendo mesmo uma completa soldagem (engripamento), sob condições de baixa carga ou pressões unitárias, inclusive. Tabela 1 - Alguns coeficientes de atrito estático. Metal x Metal 0,15 / 0,30 Metal x Madeira 0,20 / 0,60 Madeira x Madeira 0,25 / 0,50 Metal x Couro 0,30 / 0,60 Pedra x Pedra 0,40 / 0,65 Terra x Terra 0,25 / 1,00 Por outro lado, a redução do atrito, causada pelas películas naturais de óxidos e hidróxidos metálicos, pode ser acentuado sobre maneira, pelo uso de lubrificantes. 1.2. Tipos de Atrito a) ATRITO DE DESLIZAMENTO: quando a superfície de um corpo ESCORREGA ou DESLIZA em contato com a superfície de outro corpo. Exemplos: O esfregar das palmas das mãos; um pistão trabalhando dentro do seu cilindro; um eixo girando em seu mancal; b) ATRITO DE ROLAMENTO: quando a superfície de um corpo ROLA sobre a superfície do outro sem escorregar. Exemplos: Uma bola rolando no chão; os roletes rolando sobre as pistas de um mancal de rolamento. Para ser vencido, este tipo de atrito exige menor esforço do que o necessário para vencer o atrito de desligamento. c) ATRITO FLUIDO: quando um fluido se interpõe entre duas superfícies sólidas 10 Além disso, esta folga é também necessária para a introdução do lubrificante e para permitir a formação da película do óleo. As rugosidades das superfícies oferecem resistência à rotação do eixo no mancal causando o aquecimento e o desgaste. Os lubrificantes mantêm separadas estas superfícies, evitando assim a sua destruição e o desperdício de força motriz. Vejamos agora, as posições relativas ocupadas pelo munhão e a calha, desde o início do movimento até o eixo atingir a rotação de trabalho. Contato Metálico Figura 4 - Eixo em repouso. Com o eixo em repouso há contato metálico com interpenetração das rugosidades. O óleo introduzido na folga adere a superfícies do munhão e da calha, cobrindo-se com uma camada ou película lubrificante. Esta adesão facilita a distribuição uniforme do óleo, que ocupa o espaço em forma de cunha e constitui um volume ou depósito de óleo. Figura 5 - Início da rotação. Ao iniciar-se a rotação, graças às propriedades adesivas do óleo, inicia-se o arrastamento de pequenas quantidades deste, do depósito às superfícies que suportam a pressão, mas não obstante ainda existe contato metálico. O eixo sobe ligeiramente sobre a face do mancal, em direção contrária a da rotação até que 11 começa a escorregar por encontrar as superfícies cada vez mais umedecidas de óleo. Até agora houve considerável atrito conhecido como RESISTÊNCIA AO ARRANQUE. Há no caso uma LUBRIFICAÇÃO LIMITE. Se o óleo não cobrir rapidamente as superfícies, o atrito e o esforço de arranque serão grandes. Com o óleo correto, tais fatos não sucedem. À medida que a velocidade aumenta maior será a quantidade de óleo arrastada à parte onde a folga é mais estreita, criando-se gradualmente uma pressão hidráulica na cunha de óleo, produzida pelo efeito de bombeamento, resultante da rotação do eixo. Durante este bombeamento, o eixo arrasta o óleo do ponto de mínima de pressão a ponto de pressão mais elevada no mancal. Havendo óleo em quantidade suficiente no mancal, esta pressão hidráulica inicial levanta o eixo, eliminando assim o contato metálico, e o eixo gira sobre uma delgada película de óleo, que rapidamente reduz o esforço necessário para mantê-lo em movimento. 1.3.4. Distribuição das Pressões na Película Lubrificante As ilustrações representam as duas visões, em corte longitudinal e transversal, de um mancal sem ranhuras, trabalhando sob condições de lubrificação, fluida; neste caso a pressão hidrostática sobre o filme de óleo varia de ponto para ponto, de acordo com a distribuição figurada. A pressão máxima no filme de óleo atinge valores que excedem consideravelmente a pressão média que, como se sabe, é dada pelo quociente da carga sobre o munhão pela área de sua projeção. Há dois detalhes interessantes a ressaltar no diagrama transversal de pressão: a) o ponto de espessura máxima de película de lubrificante não corresponde ao ponto de pressão máxima; b) a pressão mínima é uma subpressão, ou seja, uma pressão inferior à atmosfera. 12 carga carga Pressão Máxima Figura 6 Aumentando ainda mais a rotação do eixo, a pressão hidráulica na cunha de óleo aumenta de tal forma que empurra o eixo para o outro lado do mancal. O deslocamento do eixo que se observa é ainda facilitado pela rápida queda de pressão fluida neste lado, quando o óleo começa a sair do mancal. A pressão hidráulica provocada pela rotação do munhão, combinada com um amplo suprimento de óleo, é tão considerável que, mesmo em mancais que suportam cargas de ordem de 150 kg/ cm2 ou mais, o óleo é bombeado e forçado sob o eixo com a máxima segurança. 15 da crosta da Terra, durante seu resfriamento, esses mares e lagos foram sendo soterrados. E, sob a pressão das camadas de rochas, sob a ação do calor e, também, do tempo, essa massa de restos orgânicos se transformou num óleo formado pela combinação de moléculas de carbono e de hidrogênio em composto de hidrocarbonetos denominado petróleo. O petróleo apresenta-se tanto em estado líquido como semi-sólido, de consistência semelhante à das graxas. A cor varia do negro ao âmbar, conforme os restos de vegetais ou de animais de que se origina. É inflamável. Os gregos, por exemplo, atiravam lanças em fogo embebidas no petróleo, contra cidades e acampamentos inimigos. 2.5. Tipos de Petróleo Podemos dividir o petróleo, de acordo com a sua composição, em três grandes tipos: a) Parafínicos - composto de hidrocarbonetos parafínicos; b) Naftênicos - composto de hidrocarbonetos naftênicos; c) Aromáticos - composto de hidrocarbonetos parafínicos e naftênicos. Cada um desses três tipos possui características próprias e de acordo com o tipo de aplicação é indicado ou contra-indicado. Os óleos naftênicos e principalmente os parafínicos se prestaram mais para a formulação de óleos lubrificantes; não sendo este fator decisivo visto que com os modernos recursos de aditivação conseguem-se características importantes e que anteriormente não possuía. Os óleos aromáticos não se prestam para a produção de lubrificantes. Tabela 2 Características Parafínicos Naftênicos Pontos de fluidez alto baixo Índice de viscosidade alto baixo Resistência à oxidação grande pequena Oleosidade pequena grande Resíduo de carbono grande pequeno Emulsibilidade pequena grande 16 Figura 7 - A Perfuração é Feita Através dos Equipamentos Ilustrados. A jazida de petróleo - é uma área rochosa do subsolo em cujos poros o petróleo se acumula. O petróleo nunca se encontra sob a forma de lago subterrâneo, como se costuma acreditar. Assim, O termo lençol petrolífero não expressa a realidade. Sob pressões vindas de cima, o petróleo desceu, infiltrando-se em rochas porosas, gota a gota, do jeito (mal comparando) com que café morno embebe torrão de açúcar, até encontrar uma camada de rocha impermeável - isto é, sem poros - que o deteve. Esta camada de rocha impermeável forma, então, os limites naturais da jazida. Para que se suspeite de presença de petróleo em quantidade que justifique uma possível exploração comercial, é necessário que as formações sedimentares tenham considerável espessura. Estudar e definir tais formações é a primeira tarefa. As regiões que apresentam essas características são chamadas de bacias sedimentares e são nelas que os geólogos e os geofísicos vão trabalhar, para saberem onde se deve perfurar um poço. Programa-se um longo trabalho de estudos e análises de superfície e subsuperfície da terra. Os técnicos decidem perfurar somente depois de realizarem um prognóstico de comportamento das inversas camadas do subsolo, através de métodos e processos altamente científicos. Surge, então, ao fim de tanta pesquisa, o poço pioneiro. A perfuração de um poço é noite e dia sem parar - Desde o momento em que a perfuração é iniciada, o trabalho se processa ininterruptamente durante as vinte e 17 quatro horas e só se encerra quando atinge os objetivos predeterminados. O objetivo de um poço, em termos de perfuração, é traduzido na profundidade programada: oitocentos, dois mil, cinco mil metros. Isso requer trabalho árduo e vigília permanente. À medida que a broca avança, vão-se acrescentando tubos, em segmentos de dez metros. Trabalho estafante. Normalmente, uma broca tem vida útil de quarenta horas. Para trocá-la, tem-se de retirar todos os segmentos da tubulação e recolocá-los. Imagine o trabalho e o tempo, se a perfuração estiver, por exemplo, a profundidade de quatro mil metros. As brocas e a velocidade dependem da dureza das rochas - Para vencer rochas muito duras, empregam-se brocas de tungstênio ou diamante. Para rochas menos resistentes, são utilizadas brocas de dentes ou lâminas. Há perfurações que progridem mais de quinhentos metros por dia. Porém são conhecidas perfurações que não passam dos dez metros por dia (região do alto Juruá, Amazonas). Tais fatos demonstram a variação de dureza do terreno. Quando a lama é valiosa - Chama-se lama de perfuração uma mistura de betonita, argila, óleo diesel, água, etc., que mantém a pressão ideal para que as paredes do poço não desmoronem e que serve, também, para lubrificar a broca e deter o gás e o petróleo, no caso de descoberta. A lama explica o poço - Enquanto se processa a perfuração, todo o material triturado pela broca vem à superfície em mistura com a lama. De posse desse material, o geólogo examina os detritos nele contidos. Aos poucos, vai reunindo a história geológica das sucessivas camadas rochosas vencidas pela sonda. A análise dos dados assim recolhidos pode dar a certeza de que a sonda encontrou petróleo. Pode também sugerir que a perfuração deve continuar ou, então, que não há esperança de qualquer descoberta. O geólogo, contudo, dispõe, desde o começo do furo, de muitas informações, transmitidas pelos trabalhos preliminares de pesquisa. Normalmente, ele sabe que a zona de maior possibilidade está localizada a partir de uma determinada profundidade. Além disso, ele pode buscar auxílio na interpretação de outro poço perfurado nas proximidades. No momento em que a broca perfura o limite do lençol, o petróleo jorra para fora, às vezes até 100 metros de altura. Quando diminui a pressão interna do bolsão, o 20 [...] Xilenos Petroquímica, solventes. Querosene de Iluminação Iluminação para ônibus, caminhões, etc. Querosene de Aviação Combustível para aviões Óleo Diesel Combustível para ônibus, caminhões. Lubrificantes básicos Lubrificantes de máquinas e motores em geral Parafinas Fabricação de velas, indústria alimentos. Óleos Combustíveis Combustíveis industriais Resíduo Aromático Óleos extensor de borracha e plastificante Extrato aromático Usos variados Óleos Especiais Usos variados Asfaltos Pavimentação Coque Indústria de Produção de Alumínio Enxofre Produção de ácido sulfúrico N-Parafinas Produção detergente biodegradáveis 2.6. Obtenção dos Lubrificantes Os óleos lubrificantes têm sido preparados com crus de petróleo das mais variadas proveniências do globo terrestre. Como seria de esperar, as características físicas e o grau de rendimento operacional e quantitativo dos lubrificantes, fabricados a partir de tais crus, apresentam diferenças consideráveis. Estes óleos são obtidos com base na parte mais viscosa dos crus, depois de separados, por destilação, do óleo Diesel e de outros produtos mais leves. Quando considerados pelo volume, uma esmagadora maioria dos óleos lubrificantes produzidos em todo o mundo provém diretamente de crus, sob a forma de seus destilados ou produtos residuais. Muito embora os crus petrolíferos das várias partes do mundo diferem muito, tanto nas suas propriedades como na aparência, são relativamente poucas as diferenças detectadas por análise elementar. De fato, as amostras de petróleo bruto proveniente das mais variadas origens provam conter carbono, em proporções que variam de 83 a 87% e hidrogênio de 14 a 11%. As análises elementares de crus petrolíferos realmente revelam muito pouco da enorme variedade, ou da natureza dos óleos lubrificantes que se podem preparar com eles. [...] 21 O conhecimento das proporções e da qualidade dos seus constituintes é muito importante para a refinaria, que tem de classificar tipos de crus e avaliar as propriedades físicas dos óleos lubrificantes deles obtidos. Além das flagrantes diferentes físicas que apresentam os óleos lubrificantes extraídos de crus diferentes, existem outras menos perceptíveis. Por exemplo, os que provêm de certos crus podem conter vestígios de determinados compostos naturais de enxofre, capazes de atuar como inibidores de oxidação, quando o óleo se encontra em serviço efetivo e sujeito às elevadas temperaturas, evitando ou retardando a formação de produtos de oxidação, ácidos ou resinosos. Outros podem apresentar consideráveis diferenças na forma como reagem a certos aditivos químicos, que possam vir a ser-lhes introduzidos na fase de acabamento, para lhes conferirem as características necessárias a determinadas aplicações. O fabricante de óleos lubrificantes tem, pois, de escolher criteriosamente entre os crus de várias procedências, o que lhe convém. Na fabricação do lubrificante, o refino do cru, que nada mais é o que o petróleo, dará origem aos chamados óleos básicos. Eles têm designação própria, de acordo com suas características. Exemplos: Spindle Oil - parafínico, baixo ponto de fluidez. Bright Stock - parafínico, emulsificante. Neutro médio - parafínico, antiespumante. Opaco leve - naftênico, antioxidante. Os básicos terão propriedades semelhantes aos dos crus que foram originados. Um cru naftênico dará origem a um básico também naftênico. Na formulação do lubrificante se usam diferentes tipos do básico, para obter-se as propriedades requeridas para o emprego daquele lubrificante. A mistura de básicos denomina-se. "blending". 22 3. Lubrificantes 3.1. Definição Sabemos que se colocarmos uma camada de um lubrificante entre duas superfícies, impediremos o contato entre estas. Retirando esse contato, evitaremos durante o movimento, cisalhamento e arranhamento com o desprendimento de calor e desgaste dessas superfícies. Definiremos, então, como LUBRIFICANTE, as substâncias que, interpostas entre duas superfícies, em deslocamento relativo, diminuem a resistência ao movimento. A função dos lubrificantes é evitar o contato metálico, reduzir o atrito, e, conseqüentemente o desgaste, refrigerar, etc. Os principais fatores que exercem influência na lubrificação são: VELOCIDADE, TEMPERATURA e PRESSÃO. 3.2. Tipos de Lubrificantes LÍQUIDOS - São os lubrificantes mais usados por seu poder de penetração e principalmente porque atuam como agente removedor de calor. Compreende os óleos minerais, óleos graxos e água. Aproximadamente, 95% dos lubrificantes são líquidos. PASTOSOS - São as graxas comuns e também as composições betuminosas. Sua principal característica é promover vedação e não escorrer. Participam com 3 a 5% do mercado. GASOSOS - São os lubrificantes que são usados onde não se podem usar os lubrificantes comuns. Temos como exemplo de alguns dos mais usados: o AR, os GASES, HALOGENADOS, o NITROGÊNIO. Seu uso é restrito devido principalmente à necessidade de vedações e altas pressões. SÓLIDOS - São os lubrificantes que resistem às elevadas temperaturas. Exemplo dos mais comumente usados: a GRAFITE, o ÓXIDO DE ZINCO (Zn 02), o TALCO, a MICA, BISSULFETO de MOLIBDÊNIO (MoS2,), etc. São usadas também, adicionados a óleos e graxas. 25 4. Características Físicas dos Óleos Lubrificantes Ao se analisar um lubrificante, procura-se, em laboratório, encontrar um meio de reproduzir as condições práticas a que são submetidos os produtos em estudo, a fim de que daí resulte um número ou uma indicação que permita uma pré-avaliação de desempenho desses produtos. Muitas vezes não se consegue essa reprodução e, nesses casos, lança-se mão de ensaios empíricos cujos resultados têm valor meramente comparativo. Com este espírito, existe uma grande quantidade de teste de laboratório procurando cobrir toda a série de informações sobre lubrificantes de que a tecnologia necessita para indicação e aplicação do produto certo no lugar certo e acompanhamento do seu desempenho durante seu uso nos equipamentos. 4.1. Densidade Densidade (D) é a relação entre o peso de dado volume da substância considerada a determinada temperatura e o peso de igual volume de água a 4ºC. Peso específico (PE) é o peso da unidade de volume da substância considerada em g/ cm3 ou kg/ l. Na prática, para medir a densidade dos líquidos, usamos os densímetros ou picnómetros, que já nos dão leituras diretas à temperatura convencionada, que é de 20/ 4ºC. Isto significa que o volume do produto é considerado a 20º C em relação da água a 4º C. Outro sistema muito utilizado é o da Densidade em graus API a 60/ 60ºF, e que pode ser convertida à densidade normal pela seguinte tabela: Tabela 4 API DENSIDADE API DENSIDADE API DENSIDADE 10 1,000 27 0,893 44 0,806 11 0,993 28 0,887 45 0,802 12 0,986 29 0,882 46 0,797 13 0,979 30 0,876 47 0,793 14 0,972 31 0,871 48 0,788 15 0,966 32 0,865 49 0,874 16 0,959 33 0,860 50 0,780 17 0,953 34 0,855 51 0,775 18 0,947 35 0,850 52 0,771 19 0,940 36 0,845 53 0,767 20 0,934 37 0,840 54 0,763 [...] 26 21 0,928 38 0,835 55 0,759 22 0,922 39 0,830 56 0,755 23 0,916 40 0,825 57 0,751 24 0,910 41 0,820 58 0,747 25 0,904 42 0,816 59 0,743 26 0,898 43 0,811 60 0,739 É importante não esquecer que a densidade em 0 API cresce. Como a densidade varia com a temperatura, como já dissemos acima, as leituras devem ser feitas à temperatura convencionada ou os valores deverão ser corrigidos por meio de tabelas já calculadas e que facilitam o trabalho. A principal aplicação da densidade está em podermos transformar rapidamente fórmulas dadas em % volume, para fórmulas expressas em % peso e vice versa, ou então transformar kg em litros, ou toneladas em m3 de produto. A densidade também nos pode dar alguma indicação sobre a natureza do produto, pois sabemos que óleos parafínicos têm densidade menor do que óleos naftênicos (ou, pelo contrário, mais alta densidade em 0 API) desde que estejam na mesma faixa de viscosidade. Num óleo usado, o aumento da densidade O API indica diluição por combustível. Um aumento pode indicar presença de fuligem ou hidrocarbonetos oxidados. Evidentemente há necessidade de confirmação por outras provas, pois as causas da mudança de densidade podem anular-se às outras. 4.2. Cor A cor de um óleo já foi considerada importante indicação de sua qualidade. A maioria dos óleos produzidos por destilação era de cor pálida ou avermelhados por transferência, isto é, contra a luz, enquanto os óleos contendo base residual eram verdes ou pretos. Nos óleos naftênicos observa-se ainda comumente uma fluorescência, isto é, contra a luz, enquanto os óleos contendo base residual eram verdes ou pretos. Nos óleos naftênicos observa-se ainda comumente uma fluorescência azulada e, nos parafínicos, esverdeada (luz refletida). [...] 27 Entretanto, a variedade e complexidade dos processos tecnológicos de refinação e o emprego de aditivos tornaram inaplicáveis tais generalizações e a adoção do critério da cor como índice de qualidade ou tipo de óleo. Contudo, como critério de uniformidade, a cor ainda figura na maioria das especificações de óleos e é observada pelos fabricantes, dado o efeito psicológico que uma alteração pronunciada nesta característica pode exercer no consumidor e tem a utilidade de poder acusar, em determinados casos, contaminação do produto durante sua manipulação. Para a determinação da cor de produtos de petróleo por transmissão existem vários aparelhos correspondentes a métodos de ensaio padronizados, geralmente consistindo na comparação da cor (intensidade e matiz) de uma camada ou coluna de óleo fixa, com uma série de vidros coloridos, ou de uma coluna de líquido de altura variável com um ou poucos vidros coloridos padrões. Um dos mais empregados é o Colorímetro ASTM (D1500) consistindo de uma fonte de luz, vidros coloridos padronizados, recipiente fechado com a amostra e um visor. A amostra é comparada com várias cores padronizadas e numeradas de 0,5 a 8. A cor padronizada que mais se assemelhar a da cor da amostra indicará o número de cor ASTM. 4.3. Viscosidade A viscosidade é a mais importante propriedade física dos óleos lubrificantes derivados do petróleo. É a medida da característica de como o óleo flui. A mecânica de estabelecer uma película lubrificante adequada depende, em grande parte, da viscosidade. Para avaliar a viscosidade um óleo numericamente, quaisquer dos vários testes padrões podem ser usados. Embora esses testes difiram por terem maior ou menor riqueza de detalhes eles medem o tempo necessário em que uma determinada quantidade de óleo, a uma temperatura estabelecida, flui, por gravidade, através de um orifício ou estrangulamento de dimensões especificadas. Mais espesso o óleo, maior será o tempo necessário para a sua passagem. 30 Figura 9 Figura 10 - Viscosímetro Cinemático. Atualmente todos os lubrificantes industriais são especificados com viscosidade Cinemática, conforme a norma ISO. 31 Figura 11 4.3.2. Interpretação dos Resultados A Viscosidade é, muitas vezes, o que primeiro se leva em consideração na seleção de um lubrificante. Para lubrificação mais eficiente, a viscosidade deve estar conforme a velocidade, carga e condições de temperatura de um mancal a ser lubrificado. Maiores velocidades, mais baixas pressões e menores temperaturas requerem óleos de viscosidade mais baixa. Um óleo mais pesado do que o necessário pode resultar numa fricção excessiva do fluido e cria arraste desnecessário. Menores velocidades, maiores pressões ou temperaturas mais altas, por outro lado, requerem um óleo que proporcione um filme resistente necessário para agüentar a carga e dar necessária proteção às superfícies em contato. Por estas razões, os testes de viscosidade têm um papel importante na determinação das propriedades de um óleo lubrificante. Além disso, as conclusões mais diretas e mais óbvias para julgar a viscosidade de um óleo dependem, contudo, de certas informações que também sejam disponíveis. Uma vez que a viscosidade de um óleo lubrificante é determinada pelo corte na sua temperatura de destilação, parte daí que há uma relação aparente na viscosidade e na volatilidade. De um modo geral, os óleos mais leves têm maior volatilidade - mais suscetíveis de evaporar. 32 Sob alta temperatura, portanto, as condições de operação podem mudar e isso deve ser levado em consideração quando se usa um óleo de certa viscosidade, porém, volátil. Ainda que o significado do teste de viscosidade tenha sido considerado do ponto de vista de óleos novos, esses testes têm também lugar para avaliação de óleos usados. Os óleos drenados dos cárteres, dos sistemas de circulação e das caixas de engrenagens são, muitas vezes, analisados para determinar seu aproveitamento para outro serviço ou para diagnosticar o desempenho defeituoso de uma máquina. Um aumento da viscosidade durante o serviço pode, muitas vezes, indicar oxidação, as moléculas do óleo aumentam em seu tamanho e isto faz com que o óleo fique espesso. Quando a oxidação atingiu um ponto de causar um aumento sensível na viscosidade, é sinal de que houve apreciável deterioração do óleo. 4.4. Índice de Viscosidade Os líquidos têm uma tendência de reduzir a viscosidade quando aquecidos e a aumentar a viscosidade quando resfriados. Contudo, esta correspondência entre a viscosidade e mudança da temperatura é mais pronunciada em alguns líquidos do petróleo, as mudanças na viscosidade podem ter profundos efeitos no desempenho de um produto ou sobre certas aplicações desse mesmo produto. A propriedade de resistir às mudanças de temperaturas pode ser expressa como índice de viscosidade (IV). O índice de viscosidade é um número abstrato, empírico. Maior IV que tenha um óleo, menor a sua tendência a mudar de viscosidade com a mudança de temperatura. A sensibilidade de um óleo lubrificante à variação da viscosidade em função da temperatura é fator importante a ser considerado em inúmeras aplicações. Por esta razão vários métodos para exprimir esta sensibilidade foram propostos, mas, o mais usual presentemente é o denominado índice de Viscosidade (IV). O IV é, portanto com já foi dito um número empírico, que relaciona a mudança de viscosidade de um óleo relativamente insensível (IV = 100) e é baseado nas viscosidades medidas respectivamente a 37.8 e 99ºC ou a 100 e 200ºF. 35 Tabela 7 Viscosidade Cinemática a 98,9ºC (210ºF) cs L D (L-H) Viscosidade Cinemática a 98,9ºC (210ºF) cs L D (D-H) Viscosidade Cinemática a 98,9ºC (210ºF) cs L D (L-H) 12,50 240,31 116,33 16,50 390,91 204,02 21,00 603,0 334,40 12,60 243,70 118,24 16,60 395,15 206,56 21,20 614,0 341,3 12,70 247,06 120,12 16,70 399,35 209,07 21,40 624,7 348,0 12,80 250,46 122,07 16,80 403,63 211,64 21,60 635,10 354,6 12,90 253,89 124,01 16,90 407,92 214,22 21,80 646,3 361,6 13,00 257,32 125,96 17,00 412,22 216,81 22,00 657,3 368,7 13,10 260,81 127,95 17,10 416,60 219,45 22,20 667,8 375,4 13,20 264,36 129,97 17,20 421,04 222,12 22,40 679,2 382,6 13,30 267,94 132,01 17,30 425,50 224,82 22,60 690,4 389,7 13,40 271,47 134,03 17,40 429,92 227,49 22,80 701,1 396,6 13,50 275,04 136,08 17,50 434,36 230,18 23,00 712,8 404,1 13,60 278,61 138,13 17,60 438,81 232,88 23,20 724,2 411,4 13,70 282,21 140,20 17,70 443,33 235,61 23,40 735,1 418,4 13,80 285,85 142,29 17,80 447,87 238,38 23,60 747,0 426,0 13,90 289,45 144,36 17,90 452,37 241,11 23,80 758,6 433,5 14,00 293,07 146,45 18,00 456,9 234,9 24,00 769,7 440,7 14,10 296,75 148,58 18,10 461,5 246,7 24,20 781,5 448,3 14,20 300,45 150,73 18,20 466,1 149,5 24,40 793,7 456,2 14,30 304,11 152,85 18,30 470,6 252,2 24,60 804,9 463,4 14,40 307,78 154,98 18,40 475,2 255,0 24,80 817,2 471,4 14,50 311,51 157,15 18,50 479,9 257,9 25,00 829,3 479,2 14,60 315,26 159,33 18,60 484,5 260,7 25,20 841,8 487,4 14,70 318,97 161,49 18,70 489,2 263,6 25,40 853,3 494,9 14,80 322,75 163,70 18,80 493,9 266,5 25,60 865,9 503,1 14,90 326,54 165,92 18,90 498,6 269,4 25,80 878,7 511,5 15,00 330,34 168,14 19,00 503,3 272,3 26,00 891,5 519,8 15,10 334,26 170,44 19,10 508,2 275,3 26,20 904,1 528,1 15,20 338,19 172,75 19,20 513,1 278,4 26,40 917,1 536,6 15,30 342,09 175,05 19,30 517,9 281,3 26,60 930,1 545,2 15,40 345,89 177,24 19,40 522,8 284,4 26,80 943,1 553,7 15,50 340,87 179,59 19,50 527,7 287,4 27,00 955,0 561,5 15,60 353,97 182,06 19,60 532,6 290,4 27,20 968,3 570,3 15,70 357,92 184,39 19,70 537,5 293,4 27,40 981,6 579,1 15,80 361,94 186,77 19,80 542,5 296,5 27,60 994,9 588,0 15,90 365,97 189,16 19,90 547,5 299,7 27,80 1008,4 596,9 16,00 370,02 191,56 20,00 552,4 287,4 28,00 1021,9 605,8 16,10 374,19 194,04 20,20 562,5 290,4 28,20 1035,5 614,8 16,20 378,37 196,53 20,40 572,7 293,4 28,40 1047,8 623,0 16,30 382,52 198,99 20,60 582,40 296,5 28,60 1061,6 632,2 16,40 386,68 201,47 20,80 593,3 299,7 28,80 1075,4 641,4 36 4.5. Pontos de Fulgor e de Inflamação O ponto de fulgor e o ponto de inflamação dos produtos líquidos de petróleo são basicamente medidas da sua inflamabilidade. O ponto de fulgor é a temperatura mínima à qual um líquido é suficientemente vaporizado para criar uma mistura vapor-ar que se inflamará se houver ignição. Como o nome do teste indica a combustão a esta temperatura tem somente uma curta duração (fulgor). O ponto de inflamação, entretanto, significa alguma coisa mais. É a mínima temperatura em que o vapor é gerado em quantidade suficiente para sustentar a combustão. Em qualquer caso, a combustão é somente possível quando a relação do vapor de combustível e de ar permanece entre certos limites. Uma mistura que for demasiada pobre ou demasiada rica não queimará. A prática de testar o ponto de fulgor e o ponto de inflamação foi originariamente aplicada ao querosene para indicar a sua potencialidade de risco de fogo. Desde então, o objetivo tem sido ampliado para incluir óleos lubrificantes e outros produtos de petróleo. Embora seja costume indicar o ponto de fulgor (e algumas vezes o ponto de inflamação) nos dados de um óleo lubrificante, estas propriedades não têm o significado que parece ter. Somente em circunstâncias especiais estaria o óleo lubrificante presente a algum sério risco de incêndio. Sendo estreitamente ligados às características de vaporização de um produto de petróleo, os pontos de fulgor e de inflamação dão, contudo uma indicação grosso modo da sua volatilidade e outras propriedades. O ponto de inflamação de um óleo lubrificante comum está tão intimamente ligado ao seu ponto de fulgor que é geralmente omitido nos dados da análise. Para os produtos comerciais comuns, o ponto de inflamação encontra-se 50°F (10°C) acima do ponto de fulgor. Os pontos de inflamação e de fulgor não devem ser confundidos com a temperatura de combustão espontânea, que é um assunto totalmente diverso. A combustão espontânea envolve, não somente a volatilidade, como a temperatura necessária para precipitar a reação química - combustão - sem o auxílio de uma fonte externa de ignição. Embora seja de esperar que um produto de petróleo mais volátil tenha um ponto de fulgor ou de inflamação mais baixo do que um menos volátil, a sua temperatura ASTM de combustão espontânea é geralmente mais alto. 37 4.5.1. Aparelhagem No teste de ponto de Fulgor, vaso aberto Cleveland, a amostra de óleo está contida numa cápsula de latão especificada com precisão a qual descansa sobre um disco de metal. Sob o disco coloca-se uma fonte de calor e na cápsula um termômetro que indica a temperatura da amostra. Uma pequena chama piloto de gás é usada para testar a inflamabilidade da mistura vapor-ar. O espaço de tempo que a chama piloto é exposta, deve ser medido com um cronômetro. A amostra deve ser aquecida conforme a prescrição, partindo de uma temperatura de 100°F (40°C) ou mais, abaixo daquela do ponto de fulgor. A cada múltiplo de 5°C de aumento de temperatura a chama piloto é passada por sobre a cápsula. O teste para o ponto de fulgor é completado quando a chama piloto produz uma inflamação temporária na porção da amostra vaporizada. O mesmo procedimento é seguido para determinar o ponto de inflamação. Quando a chama produzida pela mistura vapor-ar continua pelo menos por 5 segundos, o ponto de inflamação foi atingido. Para cada teste, é natural que os vapores devem ter livre escapamento para evitar dissipação excessiva dos mesmos. Para melhor precisão e consistência dos resultados, o teste é realizado usualmente em uma câmara escura de modo que a ignição possa ser prontamente observada. O teste em vaso aberto é utilizado para derivados do petróleo que tenham Ponto de Fulgor acima de 79ºC. 40 viscosidade, um óleo parafínico revela pontos de fulgor e de inflamação mais altos do que para outros tipos e pode ser reconhecido pelo resultado do teste. Os óleos parafínicos podem ser também indicados por um alto índice de viscosidade e por um alto ponto de fluidez. Os pontos de fulgor e de inflamação são talvez os de maior significação na avaliação de óleos usados. Se um óleo sofre um aumento dos pontos de fulgor e de inflamação durante o serviço, isso indica perda por evaporação. Os componentes mais voláteis foram vaporizados deixando os menos voláteis no restante. Da mesma forma, o aumento de viscosidade pode alterar as propriedades lubrificantes; o óleo não mais se prestará à aplicação pretendida. Se, por outro lado, os pontos de fulgor e de inflamação caem em serviço, haverá suspeita de contaminação. Isto pode ocorrer com os óleos para motores que são diluídos pelo combustível não queimado. A passagem da gasolina ou combustíveis pesados para o cárter reduz a viscosidade do óleo e os mancais e outras partes móveis podem ser danificadas pela excessiva fluidez do lubrificante. Estes combustíveis, sendo mais voláteis do que o óleo lubrificante, rebaixa os pontos de fulgor e de inflamação da mistura. Assim sendo a determinação do ponto de fulgor ou de inflamação em óleos usados constitui um método simples de indicar a presença de diluição com o combustível mais volátil. Ambos têm como característica, manter a amostra em um recipiente fechado, limitando ao máximo a saída de gases voláteis antes do teste. Isto garante uma maior precisão nos resultados. É importante notar que combustíveis não tem Ponto de Fulgor e Ponto de Inflamação. O resultado do teste, sempre realizado em vaso fechado, é um único, já que o Ponto de Fulgor e Ponto de Inflamação se confundem neste caso. A seguir (tabela 7) alguns exemplos de Ponto de Fulgor, vaso aberto, de alguns óleos lubrificantes, segundo um determinado fabricante. 41 Tabela 8 Aplicação Ponto de Fulgor Motor diesel marítimo 240°C Engrenagens 220°C Motor a gasolina 205°C Sistemas hidráulicos 200°C Compressores de refrigeração 218°C Usinagem de Metais 165°C 4.6. Pontos de Névoa e de Fluidez (ASTM D 97) Muitas vezes é necessário conhecer como um óleo de petróleo se comporta ao se resfriar, antes de perder as suas características de fluído. Esta informação pode ter considerável importância, pois varia largamente a este respeito entre óleos diferentes - ainda que tenham a mesma viscosidade. Se um óleo lubrificante é resfriado suficientemente, ele atinge num dado momento, uma temperatura à qual ele não mais fluirá, mesmo sob a influência da gravidade. Esta condição pode ser provocada tanto pelo espessamento do óleo, o que sempre acontece quando a temperatura é reduzida, como pela cristalização de matéria parafínica que ele possa conter e que restringe o fluxo das porções ainda fluidas. Para muitas aplicações, um óleo que não tenha condições de fluir por si próprio à baixa temperatura à qual um óleo em repouso pode ser despejado do seu recipiente dá uma idéia de quanto ele pode ser resfriado sem perigo de distúrbios. Quando certos óleos são resfriados, os cristais de parafina começam a se formar antes que o ponto de fluidez seja atingido. Esta formação cristalina dá ao óleo uma aparência turva, ou melhor, nebulosa e a temperatura em que essa névoa começa a se formar é conhecida como ponto de névoa, pode-se admitir que o óleo é relativamente livre de componentes parafínicos. O comportamento de um óleo a baixas temperaturas depende do tipo do cru do qual ele foi refinado, o método de refinação e a presença de aditivos. Os óleos básicos parafínicos contêm componentes parafínicos que ficam completamente em solução na temperatura ordinária. Quando a temperatura cai, entretanto, estes componentes parafínicos começam a se cristalizar e ficam completamente cristalizados a uma 42 temperatura ligeiramente abaixo do ponto de fluidez. A esta última temperatura, o óleo em repouso geralmente não fluirá sob a influência da gravidade. A cristalização dos componentes parafínicos não significa que o óleo está realmente solidificado; seu fluxo é impedido pela estrutura cristalina. Se esta estrutura for rompida pela agitação; o óleo continuará a fluir até que a temperatura atinja uns graus abaixo do ponto de fluidez. Um óleo predominantemente naftênico, por outro lado, reage de maneira diferente. Além de ter um teor comparativamente mais baixo de componentes parafínicos, um óleo naftênico torna-se mais espesso quando é resfriado do que um óleo parafínico de viscosidade semelhante. Por este motivo, seu ponto de fluidez pode ser determinado pelo congelamento real de todo o óleo, em vez de o ser pela formação de cristais de parafina. Em tal caso, a agitação tem pouca influência sobre a fluidez a menos que ela provoque elevação de temperatura. O ponto de fluidez de um óleo parafínico pode ser substancialmente baixado pelo processo de refinação que remova os componentes parafínicos. Para muitos óleos lubrificantes, contudo, estes componentes importam em vantagens para o índice de viscosidade e estabilidade à oxidação. O bom desempenho de um óleo, geralmente, é que estabelece o limite além do qual a remoção desses componentes não é aconselhável. Não obstante, é possível baixar o ponto de fluidez de um óleo parafínico pela introdução de um aditivo depressante do ponto de fluidez. Tal aditivo aparentemente impede o agrupamento dos cristais entre si de modo a, oferecer menos restrições às porções fluidas do óleo. Contudo, é necessário notar bem que um aditivo depressante do ponto de fluidez teria pouca ou nenhuma ação sobre um óleo naftênico. 45 é posto em funcionamento e é mais fácil de manusear no tempo frio. O baixo ponto de fluidez é especialmente desejável em óleo de transformador que deve circular - sob todas as condições de temperatura. O controle de grandes aviões depende dos óleos hidráulicos que devem manter-se fluidos depois de estarem expostos à queda de temperaturas extremas. Por esta e outras aplicações semelhantes, o ponto de fluidez é de importante consideração. O ponto de névoa de um óleo lubrificante, por outro lado, é de menor significação, mas condições de temperaturas extremamente baixas raramente só encontradas com equipamento lubrificado desta maneira. A névoa nos óleos combustíveis, contudo, poderá provocar o entupimento dos filtros, se não forem disponíveis facilidades de aquecimento. Se a temperatura de um óleo não cai abaixo do seu ponto de fluidez, é de se esperar que o óleo continue fluindo, sem dificuldades. Às vezes, acontece, entretanto, que o óleo é armazenado por longos períodos à temperatura abaixo do seu ponto de fluidez. Em alguns casos, a estrutura cristalina de parafina que se pode formar nessas circunstâncias, não derreterá nem se redissolverá, quando a temperatura do óleo é levada de volta ao seu ponto de fluidez. A fluidez normal do óleo nestas condições, só será alcançada fazendo com que os cristais de parafina voltem a se dissolver, aquecendo o óleo bem acima do seu ponto de fluidez. 4.7. Cinzas Óleos lubrificantes puros (sem aditivos) e novos (sem uso) compõe-se de hidrocarbonetos (carbono e hidrogênio) e pequena porção de impurezas (composto de enxofre, oxigênio e nitrogênio). Todos esses elementos químicos, ao se queimarem em presença do ar, produzirão vapor d'água e gases (óxidos de carbono, enxofre e nitrogênio); não deixando resíduos. Ao se queimar um óleo que contenha um aditivo de base metálica, ou que tenha sido já utilizado e sofrido contaminações por substâncias que tenham metal em sua constituição, haverá formação de um resíduo fixo. 46 O método de determinação, em laboratório, consiste em queimar uma determinada quantidade de - amostra em uma cápsula de porcelana. Inicia-se com um aquecimento brando até que o óleo se inflame; retira-se a chama e deixa-se queimar até o final da fase líquida; calcina-se, em chama forte ou em mufla (755°C) até o peso constante. Obtêm-se assim as Cinza Simples ou Cinza Oxidada. Se, se desejar obter Cinza Sulfatada, umedece-se o resíduo carbonáceo com ácido sulfúrico, antes de calcinação, evapora-se o excesso de ácido em fogo brando e calcina-se até peso constante (800°C). Para óleos com aditivos de base metálica, faz-se sempre a cinza sulfatada, que é de maior precisão, por impedir a volatilização parcial do metal, durante a calcinação. O ensaio é executado para, como se disse acima, determinar se um lubrificante possui aditivo ou está contaminado por impurezas de base metálica. Se for necessário faz-se uma análise química ou espectrográfica para se conhecer a natureza e a quantidade dos metais presentes. Um óleo mineral puro poderá apresentar no máximo 0,01 % de cinza. O cálculo para a determinação da cinza sulfatada, que é o método mais representativo é feito através da fórmula: Cinza Sulfatada, % = W w x 100 Sendo: w = gramas de cinza W = gramas de amostra 4.8. Corrosão em Lâmina de Cobre A umidade presente no óleo ou condensada da atmosfera pode causar corrosão dos metais em motores e sistemas circulatórios. Para se determinar à proteção que o óleo oferece as superfícies metálicas, contra a corrosão, se utiliza o teste de lâmina de cobre conforme a ASTM D130. 47 O teste consiste em se imergir uma lâmina de cobre eletrolítico, polida, em 30ml de amostra de óleo lubrificante. Após 3 horas de aquecimento a uma temperatura de 120°C, a lâmina é lavada e comparada com lâminas padrão, com quatro classificações. Aquela lâmina padrão que mais se assemelhar com lâmina de teste dará o resultado da corrosão, através de um número, conforme a tabela abaixo (tabela 9). Tabela 9 Classificação de Lâmina de Cobre Classificação Designação 1 Levemente corroída 2 Moderadamente corroída 3 Escurecida 4 Corroída Como o teste é feito com o cobre, ele não avalia a capacidade do lubrificante impedir a corrosão proveniente de outras origens. 4.9. Espuma Os óleos lubrificantes, quando agitados em presença do ar tendem a formar espuma. Ela é indesejável, principalmente em sistemas circulatórios, engrenagens de alta velocidade, etc. Portanto, os óleos lubrificantes devem possuir características antiespuma. Isto é conseguido através de aditivos incorporados ao óleo, ou então por tratamento especial. O método ASTM D-892 nos dá uma indicação da tendência à formação de espuma dos óleos, bem como a estabilidade da espuma formada. O teste consiste em se manter inicialmente uma amostra do óleo à temperatura de 75°F (24°C), na qual é injetado ar a uma velocidade constante, durante 5 min. mede- se assim o volume de espuma formada, em milímetros; deixa-se a amostra em repouso durante 10 min. e então se mede o volume de espuma restante. O teste é repetido com uma segunda amostra a 200°F (93,5°C). Em seguida, após o desaparecimento de toda espuma remanescente, faz-se novamente o teste com a mesma amostra a 24°C. 50 [...] Sistemas hidráulicos Insolúvel em Pentano 0,1% Max Engrenagens Insolúvel em Pentano 0,5% Max Compressores Insolúvel em Pentano 0,1% Max 4.11. Acidez e Alcalinidade Um óleo mineral puro, de boa qualidade, é praticamente neutro (pH = 7). Se for usado na lubrificação de um motor de combustão interna, o óleo se contamina com os produtos ácidos resultantes da combustão e a sua acidez, inicialmente desprezível, vai aumentando pouco a pouco. A partir de um determinado grau de acidificação, o óleo lubrificante inicia um ataque corrosivo aos componentes do motor. Isto irá acarretar a necessidade de troca prematura de peças. Para controlar a acidez do óleo, é feito o teste de TBN - Número de Basicidade Total. O TBN é definido como a quantidade de ácido, expressa em equivalentes miligramas de ácido perclórico, necessária para neutralizar todos os componentes básicos presentes em um grama de amostra. Como a tendência de um óleo lubrificante principalmente em motores de combustão interna, é ir lentamente se acidificando, os fabricantes, na formulação acrescentam substâncias alcalinas no óleo, retardando, portanto o processo. Esta matéria alcalina colocada no óleo novo denomina-se: "Reserva alcalina do óleo". Entende-se que durante o uso do lubrificante a reserva alcalina vai diminuindo. Antes que acabe, o óleo deve ser trocado. Os testes de TAN (número de acidez total) e principalmente TBN permitem controlarmos o aumento da acidez e a queda da alcalinidade, respectivamente. Os ensaios são padronizados pelas normas ASTM D664 e D 2896. Os resultados são expressos sempre em KOH/ g. Por exemplo: Óleo lubrificante para motor diesel ferroviário Óleo novo TBN = 13mg KOH/ g Limite de condenação TBN= 3mg KOH/ g 51 Enquanto o TBN do óleo em uso vai diminuindo, o TAN vai aumentando. Os limites de condenação dependem de cada fabricante de equipamento. 4.12. Água As águas provem principalmente de condensação que ocorre quando as máquinas esfriam depois de terminado o trabalho, de vazamentos de resfriadores ou compartimentos de água ou pela umidade presente no ar admitido nos motores de combustão interna. Os seus efeitos sobre o comportamento dos lubrificantes manifestam-se sob forma de emulsões que, juntamente com outras impurezas, formam resíduos e borras que prejudicam a lubrificação. Provocam ainda ferrugem e corrosão. Existem dois testes para a determinação da água em uma amostra de óleo: a) teste qualitativo - dirá se existe ou não água na amostra; b) teste quantitativo - dirá em porcentagem o quanto de água existe na amostra. O teste de crepitação é o teste mais útil para se verificar a presença de água no óleo. É realizado colocando-se algumas gotas de óleo em uma chapa previamente aquecida neste método, um som perceptível de crepitação (chiado) pode indicar 0, 01 % ou menos de água livre. Quando se observa o teste de crepitação positivo, deve-se realizar o teste quantitativo, para a presença de água por destilização. Neste teste, uma quantidade medida de óleos é dissolvida em solvente de petróleo (toluol) não miscível em água, e aquecido em um balão de destilação. 52 Refluxo do Condensado Resfriamento Solvente Água Amostra com Solvente Calor Figura 15 O balão é fixado em um recipiente graduado para destilação, que está adaptado a um condensador, de tal maneira que a porção não aquosa da destilação volte continuamente para o frasco. A água é recolhida na porção graduada do recipiente e a destilação continua até que todos os traços de água sejam transferidos do balão para a parte aferida do recipiente. O teor de água é então calculado pela fórmula: % água = Volume água no recipiente x 100 peso ou volume da amostra São os seguintes os limites de água indicados por fabricantes: Motores automotivos - 0,25% Motores marítimos - 0,5% Turbinas - 0,2% Sistemas hidráulicos - 0,2% Compressores - 0,2% 55 b) Agem com selo contra entrada de matérias estranhas. Da mesma maneira agem como selo contra vazamento de líquidos manipulados através de válvulas; c) O problema de gotejar ou salpicar é quase eliminado quando as máquinas são lubrificadas com graxa. Isso é particularmente vantajoso quando pode resultar em dano ao produto manufaturado, como por exemplo, tecidos ou alimentos. Quando os equipamentos são lubrificados com graxa, eles podem ser usados em posição vertical sem problemas de vazamento; d) Os sistemas de selagem para graxas são simples e de baixo custo, comparados aos requeridos para óleos; e) A graxa lubrificante mantém alguma lubrificação, mesmo quando o equipamento não foi lubrificado por um longo período. Exemplificamos com rolamentos, que são lubrificados na sua origem com graxas especiais, e que duram praticamente toda a vida na máquina em que operam; f) Se for usada uma graxa adequada, sua aderência às superfícies é maior que a dos óleos; portanto, o seu uso previne o enferrujamento das peças paradas por longo tempo, o que não aconteceria se óleo estivesse sendo usado; g) Graxas apropriadas resolvem problemas de lubrificação sem corrosão, mesmo em presença de água; h) Graxas têm a vantagem de minimizar o atrito inicial nos mancais planos e radiais; i) Em certos casos, as graxas reduzem ruídos e vibrações, agindo como amortecedores; por exemplo, em engrenagens dentadas; j) Graxas são preferíveis em condições extremas de operação, tais como altas temperaturas, extremas pressões, baixas velocidades, choques de cargas, etc; k) Em partes de máquinas já com muito uso (folga), a graxa é praticamente o único meio de lubrificação. 56 5.4. Desvantagens de Lubrificação a Graxa a) O óleo atua melhor em altas rotações. A graxa pode ocasionar elevado atrito fluido e aumento de temperatura. b) As graxas não são tão resistentes à oxidação quanto os óleos de alta qualidade. c) A graxa não dissipa bem o calor. Quando o lubrificante tiver de agir como refrigerante, o indicado é usar óleo. 5.5. Características das Graxas 5.5.1. Consistência A principal característica da graxa é sua consistência. Consistência é a resistência da graxa à penetração. Quanto mais fácil ser penetrada ela é menos consistente. Quanto mais difícil sua penetração, a graxa é considerada mais consistente. As graxas são classificadas por sua consistência. Para sua determinação usamos o seguinte método: a) Penetração “Trabalhada" e "Não Trabalhada" (ASTM D217-52T) b) A consistência da graxa é determinada empiricamente, medindo-se a distância que um cone de dimensões e peso padronizados, geralmente de latão ou aço, penetra na graxa ensaiada sob determinadas condições. c) A penetração do cone é expressa em décimos de milímetros e o tempo é de 5 segundos numa temperatura padronizada em 25°C. d) No caso de graxas muito duras, que não permitem fazer leituras usando-se o cone, lança-se mão de agulhas padronizadas e, no caso de graxas muito moles, substitui-se o cone de aço ou de latão, por um de alumínio ou material plástico. A penetração é determinada a 25°C e a leitura é feita após o cone permanecer em contato com a graxa durante 5 segundos. 57 e) Na penetração não trabalhada a graxa é retirada do recipiente onde se encontra e submetida, tal como se apresenta ao teste de consistência devendo sua temperatura ser previamente ajustada a 25°C. f) Na penetração trabalhada, a graxa é sujeita a um trabalho determinado em um aparelho denominado "batedor de Graxa", que possui uma placa perfurada que penetra na graxa 60 vezes, podendo avaliar a alteração da consistência do produto quando em serviço. A graxa trabalhada é menos consistente que a não trabalhada. Baseado nos valores de penetração trabalhada, o "National Lubricating Grease lnstitute" (N.L.G.I.), estabeleceu uma classificação das graxas que é aceita mundialmente. Tabela 12 Grau N.L.G.I. Penetração trabalhada (ASTM) 25°C Estrutura N.L.G.I. 000 445/ 475 Fluida N.L.G.I. 00 400/ 430 Quase fluida N.L.G.I. 0 355/ 385 Extremamente mole N.L.G.I. 1 310/ 340 Muito mole N.L.G.I. 2 265/ 295 Mole N.L.G.I. 3 220/ 250 Média N.L.G.I. 4 175/ 205 Consistente N.L.G.I. 5 130/ 160 Muito consistente N.L.G.I. 6 85/ 115 Extremamente dura 5.5.2. Interpretação do Ensaio Geralmente, dá-se mais valor ao teste de "penetração trabalhada" para fins de avaliação do desempenho do produto, verificando-se qual a perda de consistência do produto, quando submetido a um serviço. A "penetração não trabalhada", devido aos inúmeros fatores que nela influem, não costuma ser determinada, - a menos que a graxa seja extremamente dura, como por exemplo, as "Block Greases". A consistência das graxas é regulada em grande parte pela concentração do sabão. A quantidade requerida para dar determinada consistência variará com o tipo do sabão, e até certo ponto, com o tipo do óleo e da técnica de fabricação. 60 Aquecendo-se o banho observa-se o momento que a graxa começa a pingar pelo orifício no fundo do copo metálico. Agitador A amostra de graxa é colocada apenas nos paredões do copo Banho de aquecimento à óleo Aparelho de Teste de Ponto de Gota Termômetro de Banho encostar na graxa Graxa a ser testada Banho de aquecimento à óleo O Termômetro não deve Termômetro de Teste Figura 18 - Aparelho para Ensaio de Ponto de Gota. Neste momento anotam-se as temperaturas nos dois termômetros: o do copo e o do banho. O ponto de gota da graxa que está sendo testada é a média das duas temperaturas. Abaixo o Ponto de Gota de algumas graxas mais usuais. As temperaturas citadas podem variar de acordo com a formulação das graxas, mas servem como orientação. Tabela 13 - Ponto de Gota de algumas graxas. Graxa de sabão de Lítio - 191°C Graxa de Cálcio - 82°C Graxa de Sódio - 171°C Graxa de Alumínio - 77°C Graxa de Bário - 188°C Graxa Sintética - acima de 249°C 61 5.6. Tipos de Graxas a) Graxas à base de sabão de cálcio: As graxas preparadas a partir deste sabão apresentam as seguintes características: aspecto brilhante ou lustroso, consistência macia como a manteiga e resistente ao efeito de lavagem pela água. As graxas deste tipo trabalham satisfatoriamente até temperaturas de 77°C (170°F), e são indicadas para casos em que não fiquem sujeitas as intensas agitações e são especialmente recomendáveis para a lubrificação de mancais de deslizamento, bombas de água, chassis, etc; b) Graxas à base de sabão de sódio: Geralmente estas graxas distinguem-se pela sua estrutura fibrosa, embora algumas apresentem uma consistência mais macia. Podem suportar temperaturas mais elevadas, bem como maior agitação, sem que se deteriorem ou os seus elementos se separem, e oferecem uma resistência excepcional à oxidação em serviços prolongados. Resistem pouco à ação da lavagem pela água e suportam temperaturas de até 121°C. Estas propriedades as tornam indicadas para rolamentos em geral, muito embora possam também ser utilizadas em mancais de deslizamento, em ambientes que não sejam muito úmidas; c) Graxas à base de sabão de lítio: Pelas suas excepcionais características, as graxas à base de sabão de lítio são de múltiplas aplicações (MULTI-PURPOSE) na lubrificação de equipamentos, tanto no campo industrial como no automotivo. Possuem estrutura macia, grande estabilidade físico-química e forte resistência aos efeitos da água. Suas propriedades permitem uma aplicação em ampla faixa de temperatura, pois são facilmente bombeadas em temperaturas tão baixas como 2°C e em contrapartida oferecem notável desempenho até temperaturas de 150°C. Quando formuladas com aditivos especiais, as graxas à base de sabão de lítio adquirem características de extrema pressão; d) Graxas à base de sabão de alumínio: 62 Apresentam uma textura macia e são resistentes a ação da água. À temperatura acima de 77°C sua estrutura torna-se gomosa e a graxa é expulsa do metal, cessando sua ação lubrificante. Possui excelente adesividade e boa resistência a oxidação. São similares as graxas de sabão de cálcio, porém, são geralmente de cor mais clara. Usadas em mancais de rolamento, chassis e outras aplicações onde se faz valer sua adesividade e resistência à ação da força centrífuga; e) Graxas de sabões mistos: Neste tipo de graxa, são misturados dois tipos de sabões,conferindo ao lubrificante as vantagens de cada uma dos sabões constituintes da mistura. As graxas de sabões mistos são as soluções entre qualidade e custo, quando comparadas com graxas que tem sabão de um só metal. Por exemplo, uma graxa espessada com uma mistura de sabões de cálcio e sódio combinaria a resistência à ação da água da graxa de cálcio e a resistência a altas temperaturas, própria do sabão de sódio. Sem dúvida, as características das graxas mistas não são tão boas quanto as características das graxas de um só sabão. Ainda no exemplo acima, a graxa de sabões mistos seria útil em casos que estivesse exposta a níveis moderados de água e calor; f) Graxas de sabão complexo: Algumas graxas são engrossadas com um complexo composto de sabão convencional mais um sal de um ácido, de peso molecular baixo ou médio. Sabão e sais se combinam, formando fibras que proporcionam um sistema espessador que dá lugar a características pouco usuais. Uma graxa de complexo de lítio tem ponto de gota muito mais alto do que uma graxa de sabão de lítio, 288ºC/ 1850 além de uma excelente estabilidade mecânica e térmica. 65 Os aditivos são misturados aos óleos básicos, durante a fabricação, sendo condenável à prática de se adicionar aditivos em um óleo em uso. Ao se misturar estes aditivos em um óleo novo, corre-se o risco de haver incompatibilidade entre estes aditivos e os que já estavam incorporados no lubrificante. Além disso, quando se adquire um lubrificante para uma determinada aplicação, ele já vem com os tipos e quantidades corretas para uma perfeita lubrificação. Existe evidentemente, um custo para o consumidor. Ao se colocar mais aditivos, o preço do lubrificante será bem mais alto sem trazer os benefícios esperados. Na lubrificação industrial, também se usa óleo sem aditivação, que é chamado óleo mineral. Sua aplicação se concentra em sistemas de perda total, que será explicado nos próximos capítulos. Nunca nos devemos esquecer de que as proporções ótimas de cada aditivo específico, para determinada finalidade, devem, ser corretamente determinado, nunca perdendo de vista que concentrações excessivas, ou o uso indiscriminado de aditivos, poderá levar a resultados diametralmente opostos, sendo o primeiro deles a separação por incompatibilidade e a conseqüente indesejável e prejudicial decantação ou separação dos componentes. 6.2. Exigências dos Aditivos a) Devem ser completamente solúveis nos óleos básicos a que serão adicionados, em ampla escala de temperaturas e concentrações, para que sejam absolutamente estáveis nas condições de funcionamento ou de serviço, bem como durante prolongada armazenagem; b) Devem possuir solubilidade preferencial pelo óleo e não em água, pois com ela os produtos poderão vir a ser contaminado em serviço ou durante a armazenagem; c) Não devem ser voláteis a ponto de se separarem do lubrificante, por evaporação, em curto prazo, tanto em serviço como armazenados; 66 d) Devem ser quimicamente estáveis, não reagindo com outros componentes do óleo ou de máquina; e) Não devem apresentar efeitos nocivos às pessoas ou materiais com que entrem em contato; f) Não devem alcançar seus objetivos acarretando prejuízo ou diminuição a outras características desejáveis, apresentadas pelo produto final. 6.3. Antioxidantes Os Antioxidantes são utilizados com a finalidade de evitar, diminuir ou modificar a reação dos hidrocarbonetos contidos no óleo lubrificante em presença do oxigênio. A oxidação dos óleos lubrificantes dá em resultado a formação de compostos acídicos, solúveis no óleo, no qual promovem um progressivo aumento de viscosidade, podem chegar a tornarem-se corrosivos para certos metais, assim como dar origem a borras e vernizes inicialmente solúveis no óleo, mas que com o tempo se tornam insolúveis, acabando por depositar-se nas peças metálicas. Os aditivos Antioxidantes estão presentes em todos os óleos aditivados e graxas, sendo sua quantidade determinada pelas condições de trabalho dos lubrificantes. Quanto maior a temperatura de trabalho de equipamento maior a necessidade de aditivo antioxidante. A oxidação do óleo em uso pode ser controlada em laboratório através do controle da viscosidade e dos insolúveis. 6.3.1. Antiespumante O Aditivo Antiespumante mais corriqueiramente utilizado é um polímero de óxido de sílica orgânica - ou silicato orgânico polimerizado. Os AE são muito eficientes e são usados em concentrações extremamente baixas, da ordem de 1 a 20 ppm. Impedem com grande eficiência a formação de espuma, mesmo quando causada por vigorosa agitação e aeração nos equipamentos de alta velocidade. 67 Podem ser usados com qualquer tipo de óleo lubrificantes e, dado o insignificante volume em que são usados, os AE não requerem cuidados especiais, nem, na manipulação, nem durante o uso. É um aditivo de uso obrigatório em óleos hidráulicos. Tabela 14 - Tipos mais comuns de aditivos. TIPOS MAIS COMUNS DE ADITIVOS TIPO NATUREZA QUÍMICA FUNÇÃO Detergente básico Sulfonatos, Fenatos ou Salicilatos de Cálcio, Bário ou Magnésio. Neutralização de ácidos e prevenção na formação de gomas e lacas. Dispersante sem cinzas Éster poli-isobutenil succínico ou succinimidas. Dispersão de fuligem e produtos da oxidação. Prevenção contra depósitos. Antioxidante Ditiofosfato de Zinco, compostos fenólicos, olefinas e salicilatos metálicos. Prevenção contra a oxidação e espessamento do lubrificante. Antidesgaste e Extrema-pressão Compostos orgânicos de enxofre e fósforo, compostos clorados e ditiofosfato de zinco. Prevenção contra o desgaste dos cames, ressaltos e excêntricos. Anticorrosivo Sulfonatos de Cálcio, Sódio ou Bário; Aminas Orgânicas, etc. Prevenção contra a corrosão. Melhorador do índice Viscosidade Polímeros como o poliestireno e alguns copolímeros derivados do etileno/ propileno. Redução da perda de viscosidade com o aumento da temperatura. Abaixador do ponto de mínima fluidez Metacrilatos Aumento das propriedades de fluidez a baixas temperaturas. Antiespumante Compostos de Silicone ou Metacrilatos. Prevenção contra a formação de espuma em condições de agitação severa. 6.3.2. Detergente Aditivo usado em todos os produtos industriais onde seja necessário manter em suspensão partículas sólidas. A detergência não significa propriamente uma enérgica ação de limpeza, mas, principalmente, a função de conservar as máquinas e motores internamente limpos, reduzindo a tendência de formação de depósitos. Os detergentes usados preservando a formação de depósitos, não provocam a remoção rápida e pronunciada de depósitos o que levaria a entupir tubulações e folgas, além de tornar os filtros de lubrificantes bloqueados pelas substâncias retiradas pelo aditivo. 70 6.3.7. Aumentador de Índice de Viscosidade Incorporado ao óleo lubrificante, este aditivo melhora seu Índice de Viscosidade, ou seja, não permite que ocorram grandes variações na viscosidade do óleo quando este é submetido a variações de temperaturas. Resumindo, o resultado final é um óleo com menos variações de viscosidade com a temperatura. O aditivo funciona a temperaturas mais baixas enrolando-se nas moléculas do óleo e não influenciando o fluxo. A temperatura mais alta, ele se distende, impedindo o fluxo e dando ao óleo características de maior viscosidade. Assim, compensa a tendência do óleo se "afinar” quando aquecido. Este aditivo funciona melhor a altas temperaturas. É empregado em todos os óleos automotivos, principalmente nos óleos multiviscosos. 6.3.8. Abaixador do Ponto de Fluidez À medida que a temperatura de um óleo diminui, sua viscosidade vai aumentando. Ao atingir determinada temperatura, o óleo não mais fluirá. Ao se usar o aditivo abaixador do ponto de fluidez, modifica a forma de cristalização de parafina, permitindo que o lubrificante possa se usado a temperaturas bem mais baixas, sem prejuízo na sua viscosidade. São pouco empregados em óleos industriais exceto naqueles casos em que a baixa temperatura obriga seu uso. É de emprego obrigatório nos óleos automotivos. O lubrificante com este aditivo pode ter um abaixamento do seu ponto de fluidez de até 28°C. 71 Pacote Típico de Aditivos - Óleos Automotivos dispersante 60% modif icador de atrito 4% Inibidor de oxidação 3% Depressor de f luidez 1% Outros (anticorrosivo, antiespumante) 1% agente antidesgaste 10% detergente 21% Figura 19 - Pacote típico de aditivos - Óleos Automotivos. 72 7. Classificação de Lubrificantes As classificações que se seguem de lubrificantes automotivos são de uso mundial, todos os fabricantes de motores as adotam. 7.1. Classificação API O sistema de classificação API (American Petroleum lnstitute) descreve os óleos para motor em termos simples, destinados a ajudar o processo de venda e a tarefa de rotular os óleos de forma significativa, ajudando os fabricantes de motores a recomendar os lubrificantes apropriados e aos consumidores escolhê-los. Em 1969/ 70 a API em cooperação com a ASTM (American Society for Testing and Materiais) e a SAE (Society of Automotive EngineErs) estabeleceu uma nova classificação de serviços em motores. Coube a ASTM definir os métodos de provas e os objetivos funcionais. A API desenvolveu uma designação dos serviços por meio de letras e em uma linguagem acessível aos consumidores. A SAE combinou as informações em uma "Prática recomendada pela SAE", para uso pelos consumidores. A atual classificação API de Serviços em motores está dividida em uma série "S" que abrange os óleos que geralmente são comercializados em postos de serviço para uso em carros de passageiros e caminhonetes (principalmente motores a gasolina). A série "C" destina-se ao uso em veículos comerciais, agrícolas, de construção e fora de estradas (principalmente motor diesel). Um óleo pode responder a mais de uma classificação. Por exemplo: API SE, SF, C. Cada classificação supera a anterior, podendo, portanto, se usar um óleo de classificação superior quando o fabricante do motor indicar outro de classificação anterior. Por exemplo: Posso usar um óleo classificação SH em um motor que é recomendado o uso de um SF. O inverso é que não é possível porque provocará danos no motor. 75 A viscosidade é feita a 100ºC e a diversas baixas temperaturas, dependendo do grau de viscosidade. A viscosidade a alta temperatura está relacionada com as características de consumo e de desgaste de um óleo; a viscosidade a baixas temperaturas prevê o comportamento em condições de partida a frio e a lubrificação a baixas temperaturas. Os óleos com altos índices de viscosidade, são geralmente menos sensíveis às variações de temperatura e por isso, estão em melhores condições para desempenhar-se de forma eficiente a altas e também a baixas temperaturas. Os óleos W são para uso a baixas temperaturas e quanto menor grau SAE, a menores temperaturas podem ser usados. Para determinação de viscosidade a baixa temperatura se usa um simulador denominado "Simulador de Partidas a Frio". Os resultados da viscosidade são dados em centipoise ou poise. Tabela 17 Classificação SAE - Óleos de Motores. CLASSIFICAÇÃO SAE PARA ÓLEOS DE MOTORES Viscosidade (cSt) a 100°C Grau SAE Viscosidade (cP) na temperatura °C, máx. Mín. Máx. OW 3250 a -30 3,8 5 W 3500 a -25 3,8 10 W 3500 a -20 4,1 15 W 3500 a -15 5,6 20 W 4500 a -10 5,6 25 W 6000 a -5 9,3 20 - 5,6 a 9,3 30 - 9,3 a 12,5 40 - 12,5 a 16,3 50 - 16,3 a 21,9 Tabela 18 - Classificação SAE - Óleos de Caixas. CLASSIFICAÇÃO SAE PARA ÓLEOS DE CAIXAS DE MUDANÇAS E DIFERENCIAIS Viscosidade (cSt) a 100°C Grau SAE Temperatura (°C) para viscosidade de 150000cP (150Pa.s) mínimo máximo 75 W -55 4,1 - 80 W -26 7,0 - 85 W -12 11,0 - 90 - 13,5 24,0 140 - 24,0 41,0 250 - 41,0 - 76 7.1.2. Óleos Multiviscosos A viscosidade de um óleo muda com a temperatura. A baixa temperatura o óleo é espesso, sua viscosidade é alta. À medida que a temperatura aumenta, a viscosidade diminui. Um óleo que flui lentamente dificulta a partida do motor a temperaturas mais baixas e pode não ser bombeado adequadamente para manter a pressão de óleo satisfatória. Por outro lado, os óleos de viscosidade demasiadamente baixa podem causar uma lubrificação inadequada (causando desgaste) e um elevado consumo de lubrificante. As mudanças que se produzem na viscosidade do óleo, com temperaturas variando, não são as mesmas para todos os lubrificantes. O índice de viscosidade, como já foi visto, indica o quanto varia a viscosidade em função das variações de temperatura. Quanto maior o IV, menor a variação da viscosidade. A adição do aumentador de IV melhorará o IV. Os óleos multiviscosos ou multigrades, por possuírem aditivo aumentador de índice de viscosidade sofrem pequenas variações de viscosidade quando ocorre queda ou aumento de temperatura. Um óleo 15W-40 pode ser usado em motores que recomendam o uso de óleos SAE, 15W, 20W, 20, 30 ou 40. Independente da temperatura do motor, clima ou estação do ano, o mesmo óleo pode ser usado. No exemplo acima, a baixas temperaturas o óleo age como um SAE 15W e a altas temperaturas como um SAE 40. 7.1.3. Classificação API - Engrenagens O Instituto Americano de Petróleo classifica os óleos para diferenciais e transmissões manuais conforme a designação e descrição a seguir: 77 Tabela 19 - Classificação API - Engrenagens. Designação Descrição API GL-1 Lubrificantes para engrenagens de transmissões que operam com baixas pressões e velocidades, onde um óleo mineral puro apresenta bons resultados. lnibidores de oxidação, antiespumantes e abaixadores de ponto de mínima fluidez podem ser utilizados; agentes de extrema-pressão e modificadores de atrito não devem constar na formulação. GL-2 Lubrificantes para engrenagens que operam sob condições mais críticas que as anteriores, quanto a cargas, temperaturas e velocidades. Neste caso um API GL-1 não tem desempenho satisfatório. GL-3 Lubrificantes para engrenagens que operam sob condições moderadas de carga e velocidade. GL-4 Lubrificantes para engrenagens que operam sob condições muito severas, como algumas hipóides em veículos automotivos. Os lubrificantes desta categoria têm que alcançar a performance descrita pela ASTM STP-512 e os níveis de proteção do CRC Reference Gear Oil RGO-110. GL-5 Lubrificantes para engrenagens que operam, sob condições muito severas, como algumas hipóides em veículos automotivos. Os lubrificantes desta categoria têm que alcançar a performance descrita pela ASTM STP-512 e os níveis de proteção do CRC Reference Gear Oil RGO-110. GL-6 É uma categoria obsoleta, listada somente para referência histórica. 7.2. Lubrificantes Industriais 7.2.1. Classificação ISO A ISO - Organização Internacional de Normalização - tem como função criar uma única norma técnica de validade internacional. A classificação ISO, para lubrificantes industriais é adotada por todas as companhias de petróleo. O sistema ISO é baseado na viscosidade cinemática (centistokes) a 40°C. Os números que indicam cada grau de viscosidade ISO representam o ponto médio de uma faixa de viscosidade compreendida entre 10% acima ou abaixo desses valores. Dessa forma, um lubrificante designado, por exemplo, pelo grau ISO 100, tem viscosidade cinemática, a 40°C, compreendida entre 90 cSt e 110 cSt. 80 8. Métodos Gerais de Aplicação de Lubrificantes Para que sejam atingidos os objetivos de uma lubrificação eficiente, deve-se, atender, simultaneamente, às seguintes condições: - Lubrificante adequado; - Em quantidades certas; - No local correto; Veremos a seguir métodos de aplicação de lubrificantes que, com maior ou menor eficiência, procuram atender às condições citadas. 8.1. Lubrificação Manual Neste caso se aplica o óleo por meio de almotolia, método bastante simples, porém, de pouca eficiência. Figura 20 8.2. Copo com Agulha ou Vareta Neste dispositivo de lubrificação há uma agulha metálica que, passando por um orifício situado na base do copo e de diâmetro ligeiramente superior ao da agulha, repousa a sua extremidade inferior sobre o munhão. Este, em rotação, imprime movimento alternativo à agulha, o que faz certa quantidade de lubrificante descer pelo espaço entre ela e o orifício. 81 Figura 21 8.3. Copo com Torcida ou Mecha O funcionamento desse aparelho se baseia no princípio da ação capilar da torcida sobre o óleo; e é claro que óleos de menor viscosidade passarão mais rapidamente do copo para o mancal. Figura 22 8.4. Copo Conta-Gota Este dispositivo apresenta a vantagem de se poder regular à quantidade de óleo aplicado sobre o mancal, assim como interromper o fornecimento de óleo, baixando- se a haste existente no centro do copo. E o tipo de copo mais comumente encontrado na lubrificação industrial. 82 Figura 23 8.5. Lubrificação por Anel Neste sistema, extremamente difundido, o lubrificante permanece em uso durante muito tempo e fica contido em um reservatório abaixo do mancal. Em volta do munhão, repousa um anel de diâmetro maior, cuja parte inferior está mergulhado em óleo. O movimento de rotação do eixo faz com que o anel o acompanhe e o lubrificante, arrastado por ele, é levado para o munhão, no ponto de contato entre ambos, e daí para o mancal. Figura 24 8.6. Lubrificação por Colar Neste sistema, variação do anterior, o anel é substituído por um colar fixo ao munhão. O óleo transportado pelo colar, por ação da rotação do munhão, vai até ao mancal através de ranhuras. Emprega-se este sistema em eixos de maior velocidade ou quando se exigem óleos tão viscosos que não permitem o livre movimento de um anel. 85 Lubrificação por Estopa Lubrificação por Almofada Figura 28 8.9. Lubrificação por Salpico ou Borrifo Neste sistema, o lubrificante está contido em um cárter ou depósito, de onde é borrifado por meio de uma ou mais peças móveis. Em velocidades relativamente elevadas, o óleo borrifado fica altamente pulverizado e atinge todas as partes móveis dentro do invólucro. A lubrificação por borrifo é muito comum, especialmente em pequenos motores. Figura 29 8.10. Lubrificação por Nevoa de Óleo Consiste na pulverização do óleo - em geral por meio de sistemas tipo Venturi - para distribuição, através de tubulações, as partes a serem lubrificadas. Este processo foi, originariamente, desenvolvido para resolver os problemas de lubrificação dos 86 rolamentos de esferas, nas árvores de retificadoras, que giram a altas velocidades em ambientes onde existem aparas metálicas, poeira, etc. A lubrificação por névoa dá excelentes resultados nos casos em que quantidades muito pequenas de óleo são requeridas, pois se torna relativamente simples, a dosagem adequada do lubrificante em função das necessidades das peças a lubrificar. Outras vantagens importantes desse método, decorrente da passagem do fluxo de ar comprimido impregnado de óleo pelas partes lubrificantes, são; a vedação, conseqüente da impossibilidade de aparas metálicas e outras impurezas penetrarem nos rolamento em sentido contrário ao do ar, e ainda a eficiente eliminação do calor gerado. Figura 30 8.11. Sistemas Circulatórios 8.11.1. Por Gravidade No sistema por gravidade, existe uma bomba situada no interior do reservatório de óleo, a qual o recalca para um reservatório localizado acima da máquina, de onde o óleo vai por gravidade atingir os diversos pontos. 87 Figura 31 8.11.2. Por Bombas Múltiplas e Lubrificadores Mecânicos Neste sistema existe um aparelho lubrificador montado sobre a própria máquina e por ela acionado. Esse lubrificador consta de uma caixa, que serve de depósito para o lubrificante e um, dois ou mais pistões, funcionando como bomba. As gotas de óleo seguem por canalizações adequadas até às peças a lubrificar. A quantidade de óleo, que cada um dos pistões fornece, pode ser regulada por meio de um parafuso. Para facilitar a regulagem, muitos lubrificadores mecânicos possuem visores, que permitem a contagem de gotas por unidade de tempo. 8.11.3. Por Bomba Única Método de lubrificação muito usado. A bomba que está ligada ao eixo do motor ou máquina, fica geralmente mergulhada no óleo do cárter ou depósito e o fornece sob pressão, por meio de canalização, aos pontos que precisam de lubrificação. Após ter passado pelas peças a lubrificar, o óleo retorna ao cárter para resfriamento e é novamente posto em circulação. 90 9. Recebimento e Manuseio de Lubrificantes Um controle no recebimento é de fundamental importância para o bom desempenho dos lubrificantes em uma indústria. Para que ele seja feito de maneira eficiente, certas regras deverão ser sempre seguidas: a) designar uma única pessoa responsável por essa tarefa, que deverá ter conhecimento das necessidades de lubrificação da fábrica; b) verificar se o produto que está sendo entregue está de acordo com o pedido feito e a nota fiscal; c) verificar se os lacres dos tambores e baldes não foram violados; d) verificar as condições da embalagem quanto a sua estrutura e identificação do produto. A mercadoria, ao ser recebida, deve ser retirada do veículo transportador por meio de equipamentos adequados, tais como empilhadeiras, guinchos, talhas, etc... Plataformas de descarga ao mesmo nível dos veículos de transporte facilitam o manuseio dos volumes e diminuem o risco de avarias. Neste caso, o uso de carrinho ou empilhadeira reduz o tempo de descarga e oferece maior segurança. Quando não existirem plataformas de descarga, os tambores deverão deslizar longitudinalmente sobre rampas de madeira ou de metal (figura 35). (Figura 2) Carrinho Manual para movimentação de tambores. Figura 35 91 Figura 36 Nunca se devem derrubar os tambores sobre pilhas de pneus velhos ou outros meios que provoquem impacto na embalagem (figura 36), pois isto poderá danificá- la, rompendo suas costuras, produzindo vazamentos e permitindo eventual contaminação futura. Caso o sistema de armazenagem adotado seja o uso de "pallets", a mercadoria deverá ser "paletizada", conforme normas existentes, no ato de seu recebimento. Ao se receber os produtos é necessário fazer uma separação destes conforme sua utilização, encaminhando-os para seus respectivos lugares no almoxarifado. Isto evitará que se misturem tipos de lubrificantes diferentes e, portanto, o risco do uso indevido dos mesmos. Para a movimentação dos tambores é comum fazê-los rolar pelo chão. Isto, para distâncias curtas é aceitável, porém o uso de equipamentos adequados, tais como 92 carrinhos de mão ou empilhadeiras, aumentam a segurança tanto para o operário quanto para a estrutura da embalagem. Uma observação importante se faz quanto ao manuseio de tambores deitados. Nunca uma única pessoa deve levantá-los, pois o peso de um tambor (+ ou - 200 kg) pode causar graves problemas físicos. (figura 37). 9.1. Estocagem 9.1.1. Importância de um Bom Armazenamento As precauções adotadas nas refinarias e nos depósitos das companhias distribuidoras visam assegurar ao consumidor produtos da maior qualidade. Estas precauções vão desde o rigoroso controle de qualidade existente durante todo o processo de fabricação do lubrificante, até cuidados com o envasamento e a embalagem, a fim de se evitar contaminações e outros danos que comprometeriam a qualidade do produto. Nunca tente levantar sozinho um tambor cheio. Peça ajuda! Figura 37 95 Figura 40 - Vários tipos de “pallets” utilizados na estocagem de tambores. Tabela 22 - Produtos Paletizados. Dimensões Externas Aproximadas (cm) Tipos de Embalagens Compr Larg Alt Capacidade N° Unids. / Pallets N° Pal pilha N° Unid Pilha Cxs. 24 x 1 Cxs. 8 x 2,5 Cxs. 40 x 1/2 Cxs. 100 x 1/5 41,0 57,0 44,0 32,0 31,0 29,0 35,0 32,0 31,5 19,0 23,5 36,0 24 latas de 1L 8 latas de 2,5 L 40 latas de ½ L 100 latas de 1/5 L 4 camadas x 11 cxs. = 44cxs. 6 camadas x 8 cxs. = 48 cxs. 5 camadas x 8 cxs. = 40 cxs. 4 camadas x 9 cxs. = 36 cxs. 3 3 3 2 132 144 120 72 Tambores Baldes/ Óleo Baldes/ Graxa Diâmetro 57,0 29,0 30,0 Altura 87,0 35,8 40,9 200 L 20 L de óleo 20 Kg de graxa 1 camada x 4 tbs. = 4 tbs. 2 camadas x 16bds.=32 bds. 2 camadas x 16bds.=32 bds. 4 5 4 16 160 128 Porém, nem sempre e possível utilizar-se o método de paletização. Neste caso, para uma armazenagem eficiente, racional e segura, devem-se obedecer as capacidades máximas permissíveis (tabela 24), além do modo de superposição das camadas, que são os mesmos já descritos para produtos paletizados. Para caixas e baldes, deve-se evitar o contato direto com o chão, colocando-os sobre estrados e em locais cobertos ou protegidos com material permeável. 96 Tabela 23 - Produtos não Paletizados. Tipos de Embalagens N° de Unidades por m2 Observações Caixas 24 x 1 48 6 alturas, com 8 unidades / m2 em cada altura. Caixas 8 x 2,5 48 8 alturas, com 6 unidades / m2 em cada altura. Tambores 6 2 alturas, com 3 tambores / m2 em cada altura. Baldes 55 5 alturas, com 11 baldes / m2 em cada altura. 9.2. Fatores que Afetam os Produtos Estocados 9.2.1. Contaminação pela Água A contaminação pela água é prejudicial a qualquer tipo de lubrificante. Os óleos para transformadores apresentam uma sensível queda do poder dielétrico com um mínimo de contaminação com água. Óleos aditivados, como óleos para motores, óleos para cilindros ou óleos de extrema pressão podem deteriorar-se ou precipitar os aditivos e, se utilizados, podem trazer sérios problemas para o equipamento. Os bujões podem eventualmente permitir a entrada de água no interior do tambor. Os óleos sofrem variação no seu volume com a variação de temperatura, dilatando- se com o calor do dia e contraindo-se com a menor temperatura noturna. A conseqüência disto é que ocorre a expulsão do ar contido no interior do tambor durante o dia e a aspiração do ar externo durante a noite, trazendo junto à umidade. Se o tambor tiver de ser armazenado ao relento e em posição vertical, deve-se cobri-los com uma lona encerada ou um telhado provisório. Quando estes recursos não forem possíveis, deve-se colocar um calço de madeira para mantê-lo inclinado e de forma tal que não haja acúmulo de água sobre os bujões. Figura 42 Figura 41 97 Caso o tambor esteja armazenado ao relento, mas em posição horizontal, os bujões de enchimento deverão estar numa linha paralela ao solo, pois além de permitir verificação fácil quanto a vazamentos não possibilitará a entrada de ar úmido. Além disso, se ocorresse um eventual vazamento pelos bujões, não haveria uma perda total do lubrificante. Figura 43 Figura 44 Quando da impossibilidade de se armazenar os lubrificantes em recintos fechados ou cobertos, devem-se tomar os seguintes cuidados para evitar a contaminação pela água ou outras impurezas: a) Colocar os tambores deitados sobre ripas de madeira a fim de evitar o contato direto com o solo;
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