Trabalho Fenômenos de Transportes (Viscosidade, óleos lubrificantes e viscosímetros)

Trabalho Fenômenos de Transportes (Viscosidade, óleos lubrificantes e viscosímetros)

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Figura 3 - Viscosidade das misturas de biodiesel de soja e óleo diesel a 60ºC.

Capítulo 2: Óleos Lubrificantes

Os óleos lubrificantes, óleos de motor, ou óleos para motor, são substâncias utilizadas para reduzir o atrito, lubrificando e aumentando a vida útil dos componentes móveis dos motores.

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Funções Essenciais dos óleos lubrificantes:

Lubrificar - A função primária do lubrificante é formar uma película delgada entre duas superfícies móveis, reduzindo o atrito e suas consequências, que podem levar à quebra dos componentes.

Refrigerar - O óleo lubrificante representa um meio de transferência de calor, "roubando" calor gerado por contato entre superfícies em movimento relativo. Nos motores de combustão interna, o calor é transferido para o óleo através de contatos com vários componentes, e então, para o sistema de arrefecimento de óleo.

Limpar e manter limpo - Em motores de combustão interna especialmente, uma das principais funções do lubrificante é retirar as partículas resultantes do processo de combustão e manter estas partículas em suspensão no óleo, evitando que se depositem no fundo do cárter e provoquem incrustações.

Proteger contra a corrosão - A corrosão e o desgaste podem resultar na remoção de metais do motor, por isso a importância dos aditivos anticorrosivo e anti desgaste.

Vedação da câmara de combustão - O lubrificante ao mesmo tempo que lubrifica e refrigera, também age como agente de vedação, impedindo a saída de lubrificante e a entrada de contaminantes externos ao compartimento.

Os óleos lubrificantes podem ser:

Óleos Graxos: de origem animal ou vegetal, Óleos Minerais: derivados de petróleo,

Óleos Sintéticos: produzidos em laboratório,

Óleos Compostos: podendo ainda ser constituído pela mistura de dois ou mais tipos.

Características:

As principais características dos óleos lubrificantes são a viscosidade, o índice de viscosidade (IV) e a densidade.

1. Viscosidade: A viscosidade mede a dificuldade com que o óleo escorre; quanto mais viscoso for um lubrificante (mais grosso), mais difícil de escorrer, portanto será maior a sua capacidade de manter-se entre duas peças móveis fazendo a lubrificação das mesmas. A viscosidade dos lubrificantes não é constante, ela varia com a temperatura. Quando esta aumenta a viscosidade diminui e o óleo escoa com mais facilidade.

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2. Índice de Viscosidade (IV): Mede a variação da viscosidade com a temperatura. Quanto maior o IV, menor será a variação de viscosidade do óleo lubrificante, quando submetido a diferentes valores de temperatura. 3. Densidade: Indica a massa de um certo volume de óleo a uma certa temperatura, é importante para indicar se houve contaminação ou deterioração de um lubrificante.

Outras características:

Densidade relativa

As densidades dos derivados líquidos de petróleo são analisados, no Brasil, em temperatura de 20°C, comparativamente a densidade da água medida a 4°C sendo, portando expressa a 20/4°C. Embora adimensional, a densidade relativa do produto é numericamente igual à densidade ou massa específica na temperatura de referência, que pode ser expressa em quilogramas por litro (kg/l).

Teor de enxofre

O enxofre existe na maioria dos combustíveis sólidos, líquidos e gasosos e os óxidos de enxofre formados na combustão geralmente não causam problemas, contanto que todas as superfícies em contato com os gases de combustão sejam mantidas em temperatura acima do ponto de orvalho do ácido sulfúrico, evitando-se, assim, a condensação de ácidos corrosivos e, consequentemente, corrosão no sistema.

Água e sedimentos (MB-37; MB-38; MB-294; D-1796)

O óleo combustível pode reter pequena quantidade destes materiais em suspensão. Por especificação, a quantidade de água e sedimentos dos óleos combustíveis residuais não pode exceder a 2,0% em volume. Durante a utilização dos combustíveis em clientes, os tanques de armazenagem podem acumular água e sedimentos. As recomendações para impedir que dificuldades desta espécie surjam serão discutidas no tópico sobre armazenagem. A determinação da presença e teor de água em óleos lubrificantes também pode se dar por diferentes métodos, como verificação de turbidez em óleos claros, crepitação em chapa aquecida, destilação por arraste, presença de espuma pelo aquecimento acima de 100º C e determinação quantitativa pelo método Karl Fischer. Observe-se que apenas métodos quantitativos podem oferecer resultado definitivo no que diz respeito ao comprometimento das funções do óleo, pela água. A contaminação por água é indesejável na maioria dos sistemas de lubrificação; a presença dessa substância pode resultar em formação de emulsões, falha ou ineficiência de lubrificação em pontos críticos, precipitação dos aditivos – por hidrólise, formação de borras (em óleos “sujos”), o quer pode provocar entupimento em telas, filtros ou tubulações ou aceleração de processo de corrosão das superfícies metálicas.

Cinza Cinza é o resíduo mineral que permanece da combustão completa do óleo combustível.

Os componentes da cinza (compostos de metal) podem causar a formação de depósitos em superfícies de troca térmica. Quando em proporções elevadas, a cinza pode fundir-se

VISCOSIDADE, ÓLEOS LUBRIFICANTES E VISCOSÍMETROS 13 e causar a corrosão de alta temperatura nos metais e reagir com os materiais cerâmicos (isolamentos térmicos e forros internos).

Poder calorífico

Poder calorífico é a quantidade de calor produzida pela combustão completa de uma unidade de massa do combustível, sendo expresso normalmente dm kcal/kg. O calor liberado pela combustão de uma unidade de massa de um combustível numa bomba de volume constante, com toda água condensada (no estado líquido), é definido como Poder Calorífico Superior (PCS). Já o Poder Calorífico Inferior (PCI) apresenta o calor liberado pela combustão de uma unidade de massa de um combustível, em pressão constante, com a água permanecendo no estado de vapor.

PCI=PCS-entalpia de vaporização da água

A Resolução CNP N° 03/86 não especifica o poder calorífico dos óleos combustíveis. Um gráfico típico de variação do poder calorífico em função da densidade e do teor de enxofre é apresentado na Figura a seguir.

Relação entre poder calorífico superior, densidade e teor de enxofre.

Calor específico

O valor médio de calor específico que pode ser considerado para os óleos combustíveis nos cálculos de aquecimento de sistemas de armazenagem e de manuseio é:

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Cm = 0,5 kcal/kg °C (2,1 kJ/kg °C)

Qual é real a diferença entre os tipos de óleos automotivos (mineral, semi-sintético e sintético)? É exatamente a composição dos diferentes tipos de óleo que os faz diferente!

Existem dois componentes principais em todo óleo lubrificante: o óleo de base (muitas vezes chamado de basestock) e os aditivos.

O basestock compõe a maior parte do óleo e representa a essência do lubrificante. É constituído por inúmeros tipos de hidrocarbonetos de cadeia longa (alifáticos e aromáticos, de 15 a 50 carbonos), aditivos de lubrificação, alguns metais (alumínio, bário, fósforo, zinco e arsênico, dentre outros) e outros diversos compostos orgânicos e inorgânicos variados (sendo alguns bem tóxicos, como benzeno, tolueno, xileno e etilbenzeno). Os hidrocarbonetos são as moléculas que dão a propriedade lubrificante ao óleo, e é constituído por cadeias de átomos de carbono e hidrogênio ligados em série, como no desenho abaixo.

Esquema ilustrativo da composição molecular de diferentes tipos de hidrocarbonetos

Quanto maior a cadeia de carbono, mais viscoso/sólido é o elemento. Os aditivos melhoram ainda mais as qualidades positivas e procuram minimizar as qualidades negativas que possam existir num determinado basestock. Os principais aditivos utilizados são: anti-corrosivos, anti-espumantes, detergente-dispersante, melhoradores do Índice de Viscosidade e agentes de extrema pressão. O óleo mineral segue exatamente com essa lógica.

Óleo Mineral

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O óleo mineral é refinado do petróleo bruto, extraído de poços naturais subterrâneos e tem sido utilizado como lubrificante desde o desenvolvimento dos primeiros veículos automotores (~1910). Depois que o óleo é recuperado, são realizadas várias etapas de purificação no refino para melhorar sua qualidades de lubrificação. Normalmente apresenta muito mais elemento contaminantes que os outros 2 tipos.

Óleos Semi-sintéticos

Há alguns lubrificantes disponíveis no mercado que são tão puros e refinados que poderiam ser classificados como sintéticos. Entretanto eles não são óleos sintéticos verdadeiros, eles têm um pouco de óleo de base mineral, (bem pouco, impossibilitando a classificação deles como “óleo mineral”). Esses são os chamados no Brasil de óleos semi-sintéticos!

O óleo mineral pode ser submetido a um processo de refinamento super-extremo chamado hidrocraqueamento. Essa técnica muda a estrutura de muitas das moléculas do óleo mineral pela quebra e fragmentação em diferentes estruturas moleculares muito mais estáveis. Isso resulta em uma basestock que tem muito maior estabilidade térmica e oxidativa, bem como uma melhor capacidade de manter a viscosidade adequada através de uma ampla faixa de temperatura – quando comparado a um óleo mineral típico. Além de terem pouquíssimos contaminantes presentes, estes óleos apresentam características de desempenho elevado.

Óleos Sintéticos

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