Massas Lubrificantes 42 24 1 1 1

Resumo Definição Composição de uma massa lubrificante Óleo base: tipo, viscosidade, influência Espessante: consistência, natureza, tipo, influência Aditivos: sólidos e solúveis Escolha de uma massa

Massas Lubrificantes Representam cerca de 3% do consumo total de lubrificantes São usadas em todos os ramos da indústria: siderurgia, cimento, papel, minas, etc… Vasta gama de aplicações, tais como a lubrificação de chumaceiras, rolamentos e engrenagens Como curiosidade: De uma maneira geral o consumo de massa estipula-se nos 3% do consumo total de lubrificantes !!! Podendo ser utilizadas em vários ramos da industria; siderurgia (calor), cimenteira (pó), Papeleiras (forte presença de água), bem como no ramos automóvel (cubos da rodas, articulações sistemas centralizados), qd falo automóvel falo tb em máquinas móveis, agricultura, máquinas flosrestais, extração mineira (onde por vezes a utilização de um produto biodegradável se reveste de uma enorme importância, onde um possível fuga poderia contaminar o solo durante muito tempo) Falo também no ramos ferroviário (lub de carris) e do sector marítimo e da aviação.... Onde a aplicação de produtos de elevada qualidade permite um funcionamento em circunstancias adversas e com grandes variações ambientes. Com uma larga gama de aplicações aplicações; rolamentos , engrenagens, articulações, vedantes, etc... É claro que a sua aplicação e limitações, condicionam a sua escolha... O que á uma Massa lubrificante?

? O que é um Lubrificante? Um lubrificante é uma substância capaz de reduzir o atrito, o calor e o desgaste quando colocada entre duas superficíes com movimento relativo entre si O que é uma massa lubrificante?

Definição Uma massa lubrificante é um produto intermédio entre um sólido e um semi-sólido obtido por dispersão de um agente espessante num líquido lubrificante A massa lubrificante não é mais do que uma “esponja” cujos poros estão cheios de óleo As forças mecânicas exercidas na “esponja” libertam o óleo nela contida Temos aqui várias definições, mais ou menos complexas... E a primeira é dada pela ASTM (Americam Society of Testing and Matirials), e ainda acrescenta que pode incluir outros componentes que lhe proporcionem propriedades adicionais (especiais)... Vamos saber mais tarde que existem outros factores que influenciam a a sua performance...

Composição Fase sólida 10% espessante óleo base (+ aditivos…) A sua composição pode variar mas este pode é um exemplo daquilo a que chamamos uma massa consistente; A fase solida pode variar entre os 3 e 40%, dependendo da consistência pretendida, sendo a restante parte óleo lubrificante e aditivos. Antes de avançar gostaria de fazer um breve resumo sobre o processo de fabrico; Existem dois processos o continuo e o descontinuo. O 1º sendo economicamente mais rentável para grande quantidades produzidas (que irão em média 48Ton/dia), se bem que tb exige uma maior afinação do processo de fabrico e o segundo para produtos mais específicos, com uma produção que não irá além das 10 ton/dia. Neste dois processos existem várias fases sendo 5 fundamentais; sendo elas Saponificação – (qd é um sabão metálico) reacção de uma solução aquosa alcalina (base- normalmente utilizado um Hidróxido metálico) com um ou mais ácidos gordos (temos assim sabão ou um sabão complexo), húmido Desidratação – processo efectuado por aquecimento. Mistura com óleo e seus aditivos ... Moagem e Homogeneização – nesta fase é fundamental para “romper a estrutura da fibrosa, e melhor a dispersão do sabão no liquido lubrificante... Extracção de ar – o ar proveniente do próprio processo de fabrico não influência a sua performance, no entanto a sua extracção confere a massa melhor aspecto visual, mais brilhante, poderá ser feito através de vácuo. Filtragem – para se pode eliminar contaminantes das matérias primas e que poderiam afectar a prestação do produto. No entanto tb existem espessantes não metálicos – que têm a mesma função, embora propriedades diferentes, como é o caso da argila ou outras substâncias finamente dispersas. No entanto o processo de fabrico é difere. Fase líquida 90%

Qual é a principal diferença entre um óleo e uma massa? Os óleos são fluidos lubrificantes; a fluidez de um óleo é definida pela sua viscosidade As massas são lubrificantes consistentes; a consistência de uma massa é definida pela sua penetração

Lubrificação a óleo ou a massa? Óleos Fluidos Escapam do local de aplicação Troca de calor (arrefecimento) Remoção de partículas Remoção de resíduos Classificação Massas Semi-fluida/semi-sólida Ficam no local de aplicação Vedam Não arrefecem os componentes Não limpam os componentes Classificação Viscosidade (SAE; ISO VG) Consistência (NLGI)

Quando Lubrificar com massa ... Diminuir o gotegamento ou salpicos de óleo. Diminuir a frequência da lubrificação. Impedir a entrada de contaminantes. Operações intermitentes. Diminuir o atrito localizado com lubrificantes sólidos. Sob condições extremas de operação: Elevadas temperaturas Elevadas pressões Cargas de choque Baixa velocidade / elevadas pressões Máquinas com bastante desgaste. Quando a redução do ruído é muito importante.

Óleo Base Base mineral: Parafinica Nafténica Base sintética: Polialfaolefina (PAO) Poliglicol Ester Silicone As massa convencionais possuem um Óleo base mineral, mas as massa com aplicações mais severas exigem óleos bases sintéticos, tal como nos lubrificantes existem dois tipos de bases sendo as minerais mais comuns. Bases minerais: Parafinica, mais usada e nafténica, não temos na nossa linha nenhuma massa desta natureza, mas poderia ser um bom produto para utilizar em ambientes muito frios já que esta base tem um baixo ponto de fluxão, no entanto um óleo base sintético tb daria para uma aplicação desta natureza...PAO Poligligol – excelente performance com a variação da temperatura compatível com os metais amarelos, mas possui uma fraca compatibilidade com as junta e vedantes... Ester – elevado índice de biodegradibilidade, mas má reacção com a água (hidrolise... Absorção da água) Silicone - temperaturas muito elevadas...

Óleo Base Variações de 10% Grau de Viscosidade ISO Viscosidade (cSt) a 40° C VG 3 2,9 - 3,5 VG 5 4,1 - 5,1 VG 7 6,1 - 7,5 VG 10 9,0 -11,0 VG 15 13,5 -16,5 VG 22 19,8 -24,2 VG 32 28,3 -35,2 VG 46 41,4 - 50,6 VG 68 61,2 - 74,8 VG 100 90 - 110 VG 150 135 165 VG 220 198 - 242 VG 320 288 - 352 VG 460 414 - 506 VG 680 612 - 748 VG 1000 900 -1100 VG 1500 1350 -1650 Variações de 10%

Óleo Base A viscosidade varia entre 22 e 1500 cSt a 40 °C Para os rolamentos, por exemplo : Velocidade Viscosidade Carga Viscosidade De uma maneira geral, numa massa, a viscosidade do óleo base pode variar entre 22 e 1500 cSt a 40ºC. Para as aplicações muito particulares podemos aplicar óleos mais fluidos – devido a problemas de Bombeabilidade, e de arranque a frio. A escolha das viscosidade resulta de um compromisso entre a espessura de filme lubrificante necessária para o seu funcionamento, e a resistência da película à elevada velocidade... E do arranque a frio Por exemplo para rolamentos, a viscosidade é um parâmetro essencial. Ela é determinada em função da velocidade e a carga aplicada. Qt maior a velocidade menor a viscosidade necessária. Qt maior é a carga , maior viscosidade necessária. Mas o melhor por vezes é falarmos da viscosidade aparente... 51 31 9 9 9

Óleo Base Determina a gama de velocidades de funcionamento Determina a temperatura mínima de aplicação Determina a resistência à oxidação Determina a compatibilidade com as pinturas e os elastómeros 55 33 11 11 11

Características das massas e ensaios de performance Penetração Estabilidade mecânica Separação do óleo Ponto de gota Resistência à água Pressão de fluxo Performance anti-ferrugem (Emcor) Performance de extrema pressão (Timken / ensaio 4 esferas) Ensaios de rolamentos

Espessante Constituem a fase sólida e dispersa da massa. Formam uma rede tridimensional relativamente estável. A sua densidade desta estrutura e sua rigidez, que dependem do tipo de espessante, conferem a massa consistência. Qt maior é a concentração de espessante, mais densa será a estrutura e maior é a sua dureza. É preciso ter em conta que espessantes de naturezas diferentes, intervêm da mesma forma que a viscosidade na bombeabilidade da massa ... A concentração pode variar entre 3% para um grau NLGI 000 até 40% para um Grau NLGI 6 Falamos aqui do grau NLGI, mas seria útil vermos como se pode definir o grau NLGI: Se a concentração... ...o grau NLGI 57 36 13 13 13

Penetração (ASTM D217 / IP 50) Talvez a propriedade mais importante de uma massa lubrificante. Um quantidade standard de massa lubrificante é sujeita a um tratamento mecânico (60 pancadas). Depois é colocada num copo especial de boca larga. É colocada na superfície um cone com uma agulha no vértice que de seguida é libertado sobre a massa. A profundidade da penetração do cone em décimas de milímetro é a penetração da massa. Todos estes aparelhos, o peso do cone, a superfície e dimensão do copo, a temperatura etc. são todos parametrizados e definido em detalhe no procedimento do ensaio.

Consistência O grau NLGI 000 00 1 2 3 6 h ... 1 2 3 6 ... O grau NLGI Consistência Penetração a 25 °C NLGI (em 1/10 de mm) 000 445 / 475 00 400 / 430 0 355 / 385 1 310 / 340 2 265 / 295 3 220 / 250 4 175 / 205 5 130 / 160 6 85 / 115 h [ mm / 10 ] O grau NLGI poderá ir de 000 até 6 De facto representativa a altura da penetração feita por um cone penetrante. Com....., que parece uma prensa na qual a massa é amassada por uma placa perfurada, o trabalho efectua-se durante 60 (ida e voltas) por segundo durante um minuto. Existem outros métodos para massa mais fluida, com agulhas, ou cone mais ligeiros... Voltando ao espessante de que falávamos no slide anterior ele pode ser classificado numa das 3 seguintes famílias; Revenons à l'épaississant dont nous parlions sur le transparent précédent. Il peut être classé dans l'une des 3 familles suivantes TS 58 38 14 14 14

Consistência Comportamento nos rolamentos (vibrações) Eficácia da massa, em termos de estanquecidade contra contaminações Meios de distribuição possíveis Tal como na escolha do óleo base o tipo de espessante e a sua consistência pode influenciar a sua escolha... Meios de distribuição – champinhagem; spary, bombeabilidades (menos consistente...) Estanquicidade, vibração – maior consitência 60 39 15 15 15

Penetração e classificação NLGI Consistência NLGI Número Penetração trabalhada 0,1 mm a 25 ºC 000 445...475 Fluidas - Cx.s de engrenagens e sistemas centralizados 00 400...430 355...385 Sem-fluídas - Sistemas de lubrificação centralizada 1 310...340 2 265...295 A NLGI - National Lubricating Grease Institute nos EU desenvolveu esta forma de classificação das massa, a qual dse tornou numa norma internacional. Consistentes - Lubrificação de rolamentos 3 220...250 4 175...205 5 130...160 Muito rígidas raramente usadas 6 85...115

Temperatura à qual uma gota de óleo se separa do espessante Ponto de Gota Temperatura à qual uma gota de óleo se separa do espessante O ponto de gota influência a temperatura máxima de funcionamento.... , a esta temperatura a massa muda de estado, passando a liquida, libertando assim o óleo no seu interior tornando-se seca. No entanto a volatilidade das base do óleo a sua oxidação tb têm influência no processo de degradação de uma massa. Mas existem vários tipo de espessantes... 17

Natureza do Espessante Sabões metálicos Lítio Cálcio Sódio Aluminio Sabões metálicos complexos Sem sabão Argilas Sabões metálicos: Lítio ou complexos de lítio (maior resistência À lavagem com água, boa adesividade) Cálcio (excelente adesividade, baixo ponto de gota) Alumínio (excelente adisvidade... Não metálicos; Argilas (Elevado ponto de gota) Nous allons passer en revue ces différents types de savons - TS 61 40 16 16 16

Natureza de Espessante Lítio Cálcio Sódio Aluminio Temp. Fusão Ponto de gota 180 - 260 90 - 110 150 - 200 110 - 120 Temp. Máx. aplicação 140-180 70 120 60 O comentário que podemos fazer da observação desta tabela é que os sabões de Lítios são mais equilibrados e reúnem/possuem um maior compromisso ... Daí a sua maior utilização... Estabilidade mecânica Boa Má a excelente Má a boa Má a boa Resistência à água Boa Excelente Má Excelente Adesividade Boa Má Excelente Excelente 63 42 17 18 18

Sabões Metálicos Obtidos por neutralização de um ácido gordo, ou por saponificação. As massas com sabão de lítio são as mais comuns : 70 % do mercado Ácido gordo + Base Sabão + Água Assim sendo a reacção de neutralização de uma solução aquosa alcalina (base), a mais utilizada e um Hidróxido metálico, com um ou mais ácidos gordos, conhecida como saponificação, dá origem a formação de um sabão metálico ou um sabão complexo. A natureza de um sabão influência directamente a estrutura da massa e seu comportamento; Gama de temperaturas de utilização Estabilidade mecânica Resistência à agua Le tableau suivant résume l'influence des différents types de savons métalliques, sur les propriétés des graisses - TS 62 41 19 19 18

Sabões Met. Complexos Um sabão complexo é formado a partir de dois ou mais ácidos. Permitem obter estruturas muito densas e estáveis. Utilizáveis com temperaturas elevadas 150 °C com uma base mineral 200 °C com uma base sintética (PAO) Um sabão complexo é formado a partir de dois ou mais ácidos. Permitem obter estruturas muito densas e estáveis. E, consequentemente, podem ser utilizados em concentrações menos... Possuem pontos de gota mais elevados Utilizáveis com temperaturas elevadas 150 °C avec une base minérale 200 °C avec une base synthétique (PAO) Enfin les épaississants sans savon - TS 64 43 20 20 19

Espessantes das massas ao microscópio Massa c/ sabão de sódio Massa c/ sabão de lítio Massa c/ sabão de cálcio

Espessantes Inorgânicos A ausência de sabão permite altas temperaturas de utilização (200°c), devido a uma elevada resistência à oxidação argilas, bentonites, ... Os espessantes sem sabão são compostos orgânicos tais comos as ureias (???) aromáticas urées aromatiques ou os tereftalatos, téréphtalamates que permitem fabricar massas para altas temperaturas. O seu desenvolvimento está limitado devido ao seu preço de retorno elevado e da toxicidade das matérias primas, tais como as ureias (???) Os espessants sem sabão podem ser também compostos orgânicos tais como as argilas, que apresentam uma grande resistência à oxidação. Os espessantes dizem-se infundiveis, pois suportam altas temperaturas. Este tipo de espessantes não apresenta ponto de gota e possuem uma excelente resistência à oxidação. E assim terminamos o capítulo dos espessantes. Nous en avons terminé avec les épaississants - TS 65 44 21 21 20

Espessantes Influencia a temperatura máxima de utilização Pode determinar a temperatura mínima de utilização Determina a resistência à lavagem pela água e compatibilidade Determina a resistência ao corte Influência a resistência à formação de ferrugem Pode influenciar as propriedades EP Influência o ruído de funcionamento (eletrodomésticos, etc) O ponto de gota de uma massa determina a sua temperatura máxima de utilização... Maior ou menor resistência à lavagem por água, Bem como a sua compatibilidade com as juntas vedantes e muito importante a compatibilidade entre vários tipo de espessantes. Um maior ou menor resitência às solicitações mecânicas e sus comportamento... 66 45 22 22 21

Compatibilidade das massas Importante : NUNCA misturar massas com diferentes espessantes

Aditivos São produtos que permitem melhorar as qualidades básicas de uma massa lubrificante Os aditivos podem ser: Sólidos Líquidos A Para que servem os aditivos? São produto que se adicionam à massa no seu processo de fabrico e que têrm por fim melhorar as suas propriedades Os aditivos podem ter 2 naturezas: solidos e liquidos Estes dois estados correspondem na realidade, às duas fases em presença de uma massa: Como vimos anteriormente: Fase solida- O espessante é muitas vezes um sabão Fase liquida – A base lubrificante ou óleo base Vamos começar pelos aditivos sólidos... Commençons par les additifs solides - TS 68 47 24 24 23

Aditivos Sólidos Grafite, Bissulfureto de Molibdénio, Mica, Talco Melhoram as características de fricção entre as superfícies metálicas, especialmente em situações de cargas elevadas e de choque Após o desaparecimento da película de óleo, permanece uma camada protectora de aditivo sólido Os mais utilizados são; o Mos2 e Grafite: 1º Melhoram as características de fricção entre as superfícies metálicas, especialmente em situações de cargas elevadas e de choque 2º Após o desaparecimento da película de óleo, permanece uma camada protectora de aditivo sólido Em fim, são aditivos muito estáveis e facilmente integráveis nas massas lubrificantes No entanto ainda temos os aditivos solúveis; Les additifs solubles maintenant - TS 69 48 25 25 24

Aditivos Solúveis São da mesma natureza que os utilizados nos óleos lubrificantes. Anti-oxidantes Inibidores de corrosão Extrema-pressão Anti-desgaste Anti-ferrugem ... Os anti-oxidantes retardam a degradação da massa pelo fenómeno da oxidação a altas temperaturas. Podemos associar-lhes retardadres metálicos que limitem o efeito catalítico dos metais de cobre nos fenómemos de oxidação. Os inibidores de corrosão melhoram as propriedades anti ferrugem. São compostos polares – sulfatos, fosfatos aminados...Formam um filme hidrófobo nas superfícies metálicas. O nitrato de sódio era um excelente aditivo anti-ferrugem. Contudo, a Mobil retirou-o entretanto das suas formulações pois o produto da sua reacção forma aminas cancerígenas. Aditivos extrema pressão e anti-desgaste impedem a gripagem ou o desgaste anormal das superfícies em movimento. São os compostos fósforo-enxofre – Diotosfosfato de Zinco – ou clorídricos. Os compostos orgânicos de chumbo já não são utilizados pela Mobil, pelo mesmo motivo que os nitratos de sódio. Os aditivos anti-fadiga melhoram a resistência das superfícies nas manutenções períodicas. A massa é, portanto, a junção de três elementos: base+ espessante + aditivos 70 49 26 26 25

Lubrificação de rolamentos Em regra geral rolamentos com pequenos diâmetros e elevadas velocidade de rotação necessitam de massas lubrificantes NLGI 2... 3 e viscosidade dos óleos base baixa. Para rolamentos com diâmetros elevados baixas velocidades de rotação é preferível massas com viscosidade de óleo base mais elevada. É muito importante conhecer a temperatura ambiente e demais condições de funcionamento do rolamento, como seja a presença de água, poeiras e outros contaminantes e ainda as cargas específicas aplicadas. Devem ser seguidas as recomendações dos fabricantes dos rolamentos.

Quantidade de massa na 1ª lubrificação Encher totalmente o rolamento com massa nas zonas de contacto. Em rolamentos com elevada rotação, por exemplo em máquinas ferramentas, dever-se-á encher apenas 30 a 40% do espaço livre. Respeitar a quantidade recomendada pelo fabricante dos rolamentos.

Intervalos de relubrificação (I) Teóricamente os intervalos de relubrificação terão de ter em conta : Influência do meio ambiente Elevadas cargas Geometria do rolamento (consultar o fabricante)

Intervalos de relubrificação (II) Vida da massa em horas 500 1000 2000 A influência da temperatura e da velocidade na vida útil de uma massa de lítio 5000 8000 10000 Temperatura do rolamento (oC) 15000 The useful life of a high quality Lithium grease is given above as a combination of application temperature and bearing size plus rev speed Generally speaking, the higher the temperature, the higher the speed or the larger the size, the more frequent the re-greasing intervals 20000 dmN= dm(=diâmetro principal do rolamento em mm)* N(=rpm)

Avarias nos rolamentos Rolamento inadequado para a aplicação. Montagem deficiente. Ambientes adversos. Cargas e vibrações anormais durante o funcionamento. Lubrificação deficiente.

Lubrificação deficiente Massa lubrificante não adequada Insuficiência de massa nas zonas de contacto Excesso de massa lubrificante Contaminações (impurezas)

Aparência do rolamento Suas consequências ... Massa lubrificante Inadequada Insuficiente Excesso Contaminada Corrosão Desgaste Fissuras a altas temp. Aparência do rolamento quando desmontado Escorregam. Fadiga Altas temperaturas Ruído Comport. anómalo durante funcion. Alteração da temp. de oper. Funcionam. irregular

Alguns cuidados a ter na lubrificação a massa Bombas de lubrificação próprias para cada tipo de massa. Embalagens sempre fechadas Antes de lubrificar, limpar bem com pano (sem fio), o copo de lubrificação. Seguir sempre as recomendações dos fabricantes relativamente à quantidade de massa a aplicar.

Limite de trabalho para as massas 150 Argila e todas as massas complexas Argila e Li complexo 130 110 Lítio 90 Temperatura (oC) 70 Argila Lítio Li compl. 50 Cálcio 30 10 200000 400000 600000 800000 1000000 dmN= dm(=diâmetro principal do rolamento em mm)* N(=rpm)

Temperatura de serviço Escolha de uma Massa Temperatura Ambiente Temperatura de serviço - 55°C 0°C 250°C 50°C 250°C Orgãos Chumaceiras lisas Rolamentos Redutores Engrenagens abertas Cames, guias, cabos ... Parâmetros constituintes Óleo base Espessante Grau NLGI Distribuição Lubrificação centralizada Pequenos diametros Grandes diametros Comprimento linha Chumaceiras carter Manual Pulverização Velocidades Lenta Moderada Rápida Estanquecidade Boa Média Medíocre Lavagem pela água Nenhuma Pouca Importante Protecção anti-ferrugem Elevada Moderada Fraca Carga aplicada Fraca Moderada Elevada 72 50 27 27 26

Escolha de uma Massa Aplicação Viscosidade Consistência Libertação de óleo Fluido Rígida Alta Rápida Lenta Viscoso Macia Baixa 28

Perguntas... Numa aplicação rápida, devemos utilizar ? 1. uma massa lubrificante com um óleo base muito viscoso ou 2. com um óleo base mais “fino” E numa aplicação com cargas elevadas ? E para uma aplicação sujeita a altas temperaturas ?

? Em que situações se utilizam Aditivos Sólidos ? Quais as 3 características mais importantes relacionadas com o espessante de uma massa lubrificante ?

? Consistência Natureza do Espessante Ponto de Gota Em que situações se utilizam Aditivos Sólidos ? Quais as 3 características mais importantes relacionadas com o espessante de uma massa lubrificante ? Consistência Natureza do Espessante Ponto de Gota