lubrificação

lubrificação

(Parte 1 de 5)

SERRA 2006

1. ATRITO5
1.1. ATRITO5
1.2. TIPOS DE ATRITO7
1.3. TIPOS DE LUBRIFICAÇÃO8
1.3.1. Lubrificação Fluida8
1.3.2. Lubrificação Limite ou Semifluida9
1.3.3. Formação da Película e da Cunha de Óleo9
1.3.4. Distribuição das Pressões na Película Lubrificante1
2. PETRÓLEO13
2.1. CRONOLOGIA DO APARECIMENTO DOS LUBRIFICANTES13
2.2. PETRÓLEO13
2.3. CRONOLOGIA DO APARECIMENTO DO PETRÓLEO13
2.4. ORIGEM DO PETRÓLEO14
2.5. TIPOS DE PETRÓLEO15
2.6. OBTENÇÃO DOS LUBRIFICANTES20
3. LUBRIFICANTES2
3.1. DEFINIÇÃO2
3.2. TIPOS DE LUBRIFICANTES2
3.3. PROPRIEDADES DOS LUBRIFICANTES23
4. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DOS ÓLEOS LUBRIFICANTES25
4.1. DENSIDADE25
4.2. COR26
4.3. VISCOSIDADE27
4.3.1. Aparelhamento28
4.3.2. Interpretação dos Resultados31
4.4. ÍNDICE DE VISCOSIDADE32
4.5. PONTOS DE FULGOR E DE INFLAMAÇÃO36
4.5.1. Aparelhagem37
4.5.2. Fornecimento dos Resultados38
4.5.3. Interpretação dos Resultados38
4.6. PONTOS DE NÉVOA E DE FLUIDEZ (ASTM D 97)41
4.6.1. Aparelhamento43
4.6.2. Procedimento43
4.6.3. Fornecimento dos Resultados4
4.6.4. Interpretação dos Resultados4
4.7. CINZAS45
4.8. CORROSÃO EM LÂMINA DE COBRE46
4.9. ESPUMA47
4.10. INSOLÚVEIS49
4.1. ACIDEZ E ALCALINIDADE50
4.12. ÁGUA51
5. GRAXAS53
5.1. INTRODUÇÃO53
5.2. DEFINIÇÃO53
5.3. VANTAGENS DA LUBRIFICAÇÃO A GRAXA54
5.4. DESVANTAGENS DE LUBRIFICAÇÃO A GRAXA56
5.5. CARACTERÍSTICAS DAS GRAXAS56
5.5.1. Consistência56
5.5.2. Interpretação do Ensaio57
5.5.3. Ponto de Gota59
5.6. TIPOS DE GRAXAS61

SUMÁRIO 5.7. EXEMPLOS DE GRAXAS AUTOMOTIVAS E INDUSTRIAIS..............................................................63

6.1. INTRODUÇÃO64
6.2. EXIGÊNCIAS DOS ADITIVOS65
6.3. ANTIOXIDANTES6
6.3.1. Antiespumante6
6.3.2. Detergente67
6.3.3. Dispersante68
6.3.4. Antiferrugem68
6.3.5. Anticorrosivos69
6.3.6. Antidesgaste69
6.3.7. Aumentador de Índice de Viscosidade70
6.3.8. Abaixador do Ponto de Fluidez70
7. CLASSIFICAÇÃO DE LUBRIFICANTES72
7.1. CLASSIFICAÇÃO API72
7.1.1. Classificação SAE74
7.1.2. Óleos Multiviscosos76
7.1.3. Classificação API - Engrenagens76
7.2. LUBRIFICANTES INDUSTRIAIS7
7.2.1. Classificação ISO7
7.2.2. Classificação de AGMA78
8. MÉTODOS GERAIS DE APLICAÇÃO DE LUBRIFICANTES80
8.1. LUBRIFICAÇÃO MANUAL80
8.2. COPO COM AGULHA OU VARETA80
8.3. COPO COM TORCIDA OU MECHA81
8.4. COPO CONTA-GOTA81
8.5. LUBRIFICAÇÃO POR ANEL82
8.6. LUBRIFICAÇÃO POR COLAR82
8.7. LUBRIFICAÇÃO POR BANHO DE ÓLEO83
8.8. LUBRIFICAÇÃO POR MEIO DE ESTOPA OU ALMOFADA84
8.9. LUBRIFICAÇÃO POR SALPICO OU BORRIFO85
8.10. LUBRIFICAÇÃO POR NEVOA DE ÓLEO85
8.1. SISTEMAS CIRCULATÓRIOS86
8.1.1. Por Gravidade86
8.1.2. Por Bombas Múltiplas e Lubrificadores Mecânicos87
8.1.3. Por Bomba Única87
8.1.4. Precauções na Aplicação de Lubrificantes8
8.1.5. Lubrificação a Óleo8
8.1.6. Lubrificação à Graxa89
9. RECEBIMENTO E MANUSEIO DE LUBRIFICANTES90
9.1. ESTOCAGEM92
9.1.1. Importância de um Bom Armazenamento92
9.1.2. Métodos e Práticas de Estocagem93
9.2. FATORES QUE AFETAM OS PRODUTOS ESTOCADOS96
9.2.1. Contaminação pela Água96
9.2.2. Contaminação por Impurezas98
9.2.3. Contaminação com Outros Tipos de Lubrificantes9
9.2.4. Deterioração Devido a Extremos de Temperaturas100
9.2.5. Deterioração Devido a Armazenagem Prolongada100
9.2.6. Contaminação com Outros Tipos de Produtos101
9.3. O DEPÓSITO DE LUBRIFICANTES101
9.3.1. Estocagem e Manipulação de Lubrificantes em Uso103
9.3.2. Os Cuidados na Movimentação de Lubrificantes105
9.4. OS RECURSOS DA DISTRIBUIÇÃO DE LUBRIFICANTES106
9.4.1. Equipamentos para Distribuir Óleo106
9.4.2. Equipamentos para Distribuir Graxa108
9.4.3. Equipamentos Auxiliares109

6. ADITIVOS ............................................................................................................................... ............... 64 9.5. RECEBIMENTO E ARMAZENAGEM A GRANEL DE ÓLEOS LUBRIFICANTES..................................112

9.5.2. Armazenamento113
9.5.3. Descarte de Óleos Usados113
10. LUBRIFICAÇÃO DE MANCAIS115
10.1. LUBRIFICAÇÃO DE MANCAIS PLANOS115
10.1.1. Fatores de Escolha da Viscosidade/ Consistência Adequada116
10.2. LUBRIFICAÇÃO DOS MANCAIS DE ROLAMENTOS118
10.2.1. Lubrificação a Graxa118
10.2.2. Lubrificação a Óleo119
10.3. VEDAÇÕES119
10.4. INTERVALOS DE LUBRIFICAÇÃO120
1. LUBRIFICAÇÃO DE MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA124
1.1. MÉTODOS MAIS COMUNS124
1.2. LUBRIFICAÇÃO DOS MANCAIS124
1.3. LUBRIFICAÇÃO DOS CILINDROS126
1.4. RESFRIAMENTO DOS ÊMBOLOS128
1.5. PURIFICAÇÃO DO LUBRIFICANTE128
1.6. PURIFICAÇÃO DO AR129
1.7. PURIFICAÇÃO DO COMBUSTÍVEL129
1.8. SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO SOB PRESSÃO130
1.8.1. Sistema de Lubrificação por Salpique130
1.8.2. Sistema de Lubrificação Combinado Sob Pressão e Salpique130
12. FLUIDOS HIDRÁULICOS131
12.1. PRINCIPAIS FLUIDOS131
12.1.1. Água131
12.1.2. Óleos Minerais131
12.1.3. Fluidos Sintéticos132
12.1.4. Fluidos Resistentes ao Fogo132
12.2. ESCOLHA DO FLUIDO HIDRÁULICO132
12.3. CARACTERÍSTICAS DO FLUIDO HIDRÁULICO IDEAL133
12.4. CONTROLE DE USO DE ÓLEOS HIDRÁULICOS134
13. REFERÊNCIAS136

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;

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

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 Madeira0,25 / 0,50 Metal x Couro 0,30 / 0,60 Pedra x Pedra 0,40 / 0,65 Terra x Terra 0,25 / 1,0

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

em movimento relativo, há um desligamento entre as moléculas do fluido umas sobre as outras. A água é o meio lubrificante e, o esforço para vencer este tipo de atrito é menor que o de rolamento.

Uma substância é mantida integrada pela coesão. Substâncias sólidas bem como líquidas, têm propriedades coesivas em maior ou menor escala. Por exemplo: a qualidade coesiva do aço é maior que a da madeira; a da madeira maior que a da graxa; a da graxa maior que a do óleo; e do óleo maior que a da água, etc.

Lente de aumento Carga

Movimento

Escorregamento sem lubrificante (há contato entre as superfícies)

Atrito Sólido

Lente de aumento Carga

Movimento

Lente de aumento Carga

Movimento

Escorregamento sem lubrificante (há contato entre as superfícies)

Atrito Sólido

Figura 3 - Atrito sólido.

1.3. Tipos de Lubrificação

1.3.1. Lubrificação Fluida

Também conhecida como lubrificação hidrodinâmica, lubrificação de película densa ou compactada e que corresponde àquela em que as superfícies em movimento são separadas por uma película contínua de lubrificante.

Quando esta condição for preenchida, podemos esperar que a lubrificação proporcione valores de atrito baixos de desgaste insignificante, resultado valores para o coeficiente de atrito fluido compreendidos entre 0,001 e 0,03 vai depender da viscosidade do lubrificante, da velocidade relativa, das superfícies em movimento, da área das superfícies, da espessura do filme lubrificante, da configuração geométrica e da carga exercida sobre a película lubrificante.

Como vemos os valores dos coeficientes de atrito para este tipo de lubrificação, comparados com os valores observados para superfícies em contato não lubrificadas (μ= 0,15/ 1,5), são acentuadamente bem menores. Em condições ideais, a separação deveria ser completa e absoluta, mas na prática, observam-se contatos ocasionais entre os pontos salientes.

1.3.2. Lubrificação Limite ou Semifluida

Para termos a lubrificação fluida é necessário entre as superfícies, uma película de óleo cuja espessura seja maior que a soma das alturas das rugosidades das duas superfícies. Esta espessura mínima para mancais comuns pode ser tomada igual a 10 micra. Como caso intermediário entre a lubrificação seca e a lubrificação fluida, temos a lubrificação semifluida ou limite, na qual a espessura da película lubrificante é igual à mínima acima referida.

Quando as pressões entre as duas superfícies móveis são muito levadas, chega-se a um ponto no qual não é mais possível manter uma película lubrificante, havendo ruptura da película em alguns pontos. Há nestas condições uma combinação de atritos sólidos e fluidos. O coeficiente de atrito nestes casos dependendo, evidentemente, da natureza química do lubrificante e do metal (ou metais) em contato, varia geralmente de 0,05 a 0,15 contra 0,001 a 0,03 da lubrificação fluida.

1.3.3. Formação da Película e da Cunha de Óleo

A mais importante aplicação da lubrificação fluida é a lubrificação dos mancais. Os casquilhos são sempre ajustados a um diâmetro pouco maior que do munhão, denominando-se o espaço entre eles de LUZ ou FOLGA sendo suas dimensões proporcionais ao diâmetro do eixo.

Essa folga representa a tolerância prevista para a dilatação e a distorção de cada uma das peças quando ambas estão sujeitas ao calor a ao esforço, bem como a fim de neutralizar possíveis erros mínimos de alinhamento.

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 MetálicoContato 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

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 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.

2. PETRÓLEO

2.1. Cronologia do Aparecimento dos Lubrificantes

2600 / 1700 a.C. - No túmulo de Ra-Em-Ka no Egito é mostrado um tipo de trenó transportando um monumento de pedra e um homem que despeja um líquido para lubrificar os deslizadores do trenó.

2500 a.C. - Há referências de que Noé construiu sua arca calafetando-a com "piche".

1600 a.C. - A mãe de Moisés para salvar o filho construiu uma arca de junco e untou-a com lodo e piche.

1400 a.C. - Matéria graxa encontrada no eixo de uma carruagem enterrada no túmulo de Yuaa e Thuiu.

2.2. Petróleo

Substância negra, viscosa e de cheiro penetrante encontrada no subsolo e que nos tempos recentes, quando se descobriu sua interminável aplicação, foi chamada de ouro negro. A palavra petróleo provém do latim: "Petroleum", que significa "óleo de pedra".

2.3. Cronologia do Aparecimento do Petróleo

1000 a.C. - Chineses encontravam gás natural quando escavavam a procura de sal.

600 a.C. - Nabucodonosor utilizou asfalto para revestir paredes e pavimentar as ruas da Babilônia.

Há 2000 anos atrás - Talvez a mais antiga manifestação da utilização do petróleo. O óleo obtido em Agrigentum na Sicília era usado em lamparinas no templo de Júpiter.

1627 - Condes da Região de Habau - Lichtemberg fizeram a 1ª concessão petrolífera que se tem notícia, permitindo a exploração nos mananciais de sua propriedade em Pecheidronn.

Início do Séc. XIX - O Austríaco José Hecker, organiza na Galícia Oriental uma indústria para produzir óleo de iluminação. Tornou-se o primeiro magnata do petróleo.

1846 – O geólogo canadense Abraham Gesner, partindo do carvão betuminoso obteve um óleo incolor que deu o nome de querosene (do grego Keros = cera).

1848 - O escocês James Young refinou o carvão betuminoso e conseguiu um óleo parafínico servindo por toda Europa como lubrificante.

1855 - Catedrático de química da Universidade de Yale, Benjamim Silliman, submeteu o petróleo ao aquecimento que se compunha em diversos subprodutos, os quais ainda desconhecidos da época. Um líquido leve e facilmente inflamável tornou-se popular pelo nome de gasolina. O outro mais pesado, menos inflamável, mas também com grande conteúdo energético foi chamado nafta. O alemão Gottlib Daimler aproveitaria em 1885 a gasolina como combustível no motor que inventara. Em 1892 Rudolf Diesel faria o mesmo com a nafta, conhecida hoje como motor diesel.

1859 - Edwin Drake - Perfurou um poço para encontrar petróleo com profundidade de 69 1/2 pés (21 metros) e produziu 840 galões diários. É considerado o primeiro poço de petróleo do mundo.

1862 - John Davison Rockefeller percebeu que o melhor negócio não era tirar o petróleo e sim levá-lo até o consumidor já transformado em querosene, parafina, lubrificante, gasolina. Instalou-se em Cleveland com uma refinaria. Rockefeller ganhou tanto dinheiro que em 1874 era dono da metade das refinarias americanas. Sua companhia Standard Oil Company cresceu sem concorrência até 1901, quando foi descoberta no Texas uma das maiores jazidas petrolíferas do mundo, formandose então as Companhias Gulf Oil Corporation e a Texas Oil Company.

2.4. Origem do Petróleo

O Petróleo é formado por restos de vegetais e pequenos animais, principalmente molusco, como caramujinhos, ostras e mariscos, que se depositaram em grande quantidade, no fundo dos mares e lagos, há milhões de anos. Com os movimentos

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.

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