Lubrificação e Lubrificantes

Lubrificação É um dos mais importantes processos de conservação de energia utilizados no mundo atual. É a aplicação de uma substância (lubrificante) entre duas superfícies em movimento relativo para evitar o contato direto. Evita-se as perdas de energia pela diminuição: do atrito do desgaste e da geração de calor

Atrito Um corpo só desliza sobre outro se for vencida a força contrária imposta pela aspereza ou rugosidade das superfícies de contato dos corpos (força de atrito) SÓLIDO – ocorre entre corpos rígidos sem qualquer elemento entre eles FLUIDO – se houver um fluido entre as superfícies.

Atrito ESTÁTICO – Enquanto o corpo não se desloca DINÂMICO – A partir do início do movimento. É menor que o estático já que não atua mais a força de inércia.

DESLIZAMENTO OU ESCORREGAMENTO Tipos de Atrito DESLIZAMENTO OU ESCORREGAMENTO Quando uma superfície desliza sobre a outra (não é necessário que as superfícies em contato sejam planas).

Tipos de Atrito ROLAMENTO Um cilindro que rola sem deslizar sobre uma superfície horizontal para, porque atua sobre ele a força de atrito de rolamento. É sempre menor que o atrito de deslizamento para superfícies de mesmo material e sob mesmas condições, portanto é mais fácil de vencer. .

Tipos de Atrito FLUIDO OU VISCOSO Ocorre no movimento de um corpo em um fluido ou entre duas superfícies em movimento relativo, separadas por uma fina película contínua de fluido. Há o deslizamento entre as moléculas do fluido e a resistência a esse deslizamento é o atrito fluido ou viscoso.   É uma percentagem mínima do valor do atrito sólido e praticamente não causa desgaste. Esta é a base do princípio da lubrificação. O ato de lubrificar está associado à aplicação da película do fluido que constitui o lubrificante.

A película fluida lubrificante colocada entre duas superfícies em movimento relativo se movimenta. Se o módulo da velocidade relativa é pequeno, o movimento é dito laminar (sem turbulência). O movimento relativo entre camadas vizinhas com velocidades diferentes faz surgir uma força de cisalhamento entre as mesmas. Essa força tenta frear a camada mais rápida e acelerar a camada mais lenta e é chamada de resistência de cisalhamento. A soma de tais resistências constitui o atrito fluido.

Tipos de Lubrificação eficiência do lubrificante = f (adesividade, coesividade) oleosidade = adesividade + coesividade Basicamente, todos os fluidos são lubrificantes, alguns melhores que os outros. Até a água é um lubrificante, mas a sua oleosidade é baixa

Tipos de Lubrificação Assim, a parte mais importante do processo de lubrificação está na escolha do lubrificante adequado. Os lubrificantes derivados de petróleo se mostram excelentes para a maior parte das situações. Possuem boas propriedades físicas, além de elevada oleosidade. Hoje, o preparo do lubrificante a ser aplicado é complexo devido a alta tecnologia associada ao estudo da lubrificação. Há dois tipos básicos de lubrificação para a grande maioria dos casos. Apenas os mancais de rolamento e alguns mecanismos especiais são tratados particularmente.

Lubrificação Limite (ou Restrita) A espessura da película é mínima basicamente é a soma das espessuras da rugosidade de cada superfície, podendo ser “monomolecular” (~10 µm) Muitas vezes requer o uso de aditivos específicos como agentes de oleosidade, antidesgaste e de extrema pressão.  

Lubrificação Hidrodinâmica (Total ou Plena) A espessura da película é superior à soma das espessuras das camadas de rugosidade de cada superfície , separando-as totalmente.

Lubrificação Hidrodinâmica (Total ou Plena) É o caso mais comum e encontra aplicação em quase todas as situações em que há ação contínua de deslizamento sem ocorrência de pressões extremas. A película contínua de lubrificante apresenta espessura variável entre 0,025 mm e 0,25 mm, e os valores do coeficiente de atrito são bastante baixos, da ordem de 0,001 à 0,03. O desgaste é insignificante.  

Lubrificação Mista Neste caso, podem ocorrer as duas situações anteriores. Quando uma máquina está parada, as partes móveis estão apoiadas sobre as partes fixas, havendo uma película insuficiente. Quando o movimento tem início a pressão hidrodinâmica que faz surgir a película que impede o contato.  

Princípios de Lubrificação A lubrificação de mancais é a mais importante aplicação da LUBRIFICAÇÃO HIDRODINÂMICA. As rugosidades das superfícies metálicas oferecem resistência a rotação do eixo no mancal, causando aquecimento e desgaste se não houver a lubrificação.  

Princípios de Lubrificação A LUBRIFICAÇÃO LIMITE é aplicada quando a velocidade de relativa entre as superfícies é muito baixa, ou a pressão entre as superfícies é muito alta ou ainda se o óleo não tem viscosidade suficiente para evitar o atrito sólido. É o caso de engrenagens submetidas a altas pressões (devido a pequena área de contato dos dentes) e quando há combinação de movimentos como de deslizamento e rotação. .  

Princípios de Lubrificação A LUBRIFICAÇÃO COM GRAXAS é usada quando há tendência do lubrificante fluir ou vazar da área que está sendo lubrificada. A graxa é um lubrificante fluido engrossado a uma consistência de gel pela adição de vários agentes espessantes.   .  

Substâncias Lubrificantes Os lubrificantes proporcionam a limpeza das peças, protegendo contra a corrosão devida a processos de oxidação, evitam a entrada de impurezas, podem ser agentes de transmissão de força e movimento. Um lubrificante deve ser capaz de satisfazer aos requisitos da lubrificação industrial. Tanto os lubrificantes naturais como os sintéticos podem ser sólidos, semi-sólidos ou pastosos, líquidos e gasosos

Lubrificantes Gasosos São de uso restrito geralmente em locais de difícil penetração ou e em lugares onde não seja possível a aplicação dos lubrificantes líquidos convencionais. Alguns dos lubrificantes gasosos utilizados são ar seco , nitrogênio e gases halogenados. Este tipo de lubrificação apresenta problemas devido às elevadas pressões requeridas para manter o lubrificante entre as superfícies além de problemas de vedação

Lubrificantes Líquidos São os preferidos porque penetram entre partes móveis pela ação hidráulica , mantém as superfícies separadas e atuam como agentes removedores de calor. Podem ser divididos em: (a) óleos minerais (b) óleos graxos (vegetais ou animais) (c) óleos sintéticos

óleos minerais Produzidos a partir do petróleo. Composição muito variada, formados por grande número de hidrocarbonetos de três classes principais: parafinicos, naftênicos e aromáticos.   A origem do petróleo predominante, acarreta grande variação de características quanto à viscosidade, volatilidade, resistência à oxidação, etc.

óleos minerais Os óleos lubrificantes são produzidos como alguns tipos de óleos básicos, que constituem a matéria prima para a fabricação da grande variedade de óleos lubrificantes existentes no mercado. Óleos minerais aditivados são encontrados normalmente nos postos de serviço. Com especificação correta, eles atendem às necessidades da grande maioria dos motores dos carros nacionais.

óleos graxos Foram os primeiros lubrificantes a serem utilizados pelo homem. A pequena resistência a oxidação apresentada pelos óleos graxos faz com que os mesmos se decomponham facilmente formando gomas. Foram substituídos pelos óleos minerais devido a evolução das máquinas e das exigências de desempenho.

óleos graxos Quanto a origem, podem ser: vegetais ou animais Os vegetais normalmente usados são: de rícino, de coco, de oliva, de semente de algodão, de mamona dentre outros. Animal: de baleia, de peixe, de foca, de espermacete, de mocotó, de banha (banha de porco). São poucos, pois oxidam facilmente

óleos sintéticos Mistura complexa de compostos e elementos químicos. São óleos que suportam altas condições de cargas e temperaturas, mantendo estáveis suas características Os mais conhecidos são aqueles a base de “glicois polialcalicos” (ou polialquileno- glicois).  

óleos sintéticos Usados em temperaturas que variam desde valores abaixo de zero grau centígrado até 400 ⁰C; não formam resinas e não afetam compostos de borracha natural ou sintética. Podem ser solúveis em água ou insolúveis, dependendo do tipo e apresentam ampla variedade de viscosidade.

óleos sintéticos Tendem a manter a viscosidade independentemente da temperatura de funcionamento do motor, o que evita a carbonização do motor São produtos relativamente caros para uso geral. Óleos minerais com aditivação sintética atendem a motores sofisticados, como os importados

características físicas dos lubrificantes densidade densidade 20/4ºC Graus API = 141,5/densidade60/60 ponto de fulgor e ponto de inflamação número de desemulsão mede a capacidade que possuem os óleos de se separarem da água

características físicas dos lubrificantes ponto de névoa de um óleo a temperatura em que a parafina ou outras substâncias semelhantes, presentes no óleo, começam a se separar formando minúsculos cristais tornando o óleo turvo. ponto de fluidez a menor temperatura na qual o óleo ainda pode escoar nas condições do teste. resíduo de carbono

características físicas dos lubrificantes perdas por evaporação extrema pressão viscosidade classificação SAE de óleos para carter de motores classificação ISO (international organization for standartization)

aditivos para lubrificantes A evolução tecnológica de máquinas e motores trouxe a necessidade do aumento dos padrões de desempenho apresentados pelos lubrificantes a fim de atender a requisitos cada vez mais exigentes. A aditivação tornou-se uma das partes mais importantes da evolução tecnológica dos lubrificantes.

aditivos para lubrificantes De acordo com as propriedades que atribuem aos óleos, os aditivos são classificados como: detergentes/dispersantes antioxidantes anti-corrosivos anti-espumantes extrema pressão aumentadores do índice de viscosidade

Lubrificantes Semi- Sólidos ou Graxas Dispersões estáveis de sabões em óleos minerais ou sintéticos.

Lubrificantes Semi- Sólidos ou Graxas O óleo fica preso numa trama de fibras de sabão que se assemelha aos pelos de uma escova pela ação de forças de atração.   Se a graxa é submetida a tensões, as forças são vencidas; o arranjo é desfeito, o lubrificante flui. Se a força cessa as fibras de sabão tendem a se agrupar novamente devolvendo à graxa a consistência inicial.

Componentes das Graxas Basicamente as graxas compõem-se de um lubrificante líquido e de um agente espessante O lubrificante líquido pode ser: óleo mineral ou óleos sintéticos. Os agentes espessantes podem ser ou não sabões metálicos.

lubrificante líquido A seleção do lubrificante é função direta da aplicação que deverá ser dada a graxa. Temperaturas de trabalho; velocidade e cargas que deverão ser suportadas pela graxa relacionam-se com a viscosidade do óleo mineral Os óleos sintéticos podem substituir os óleos minerais, para obtenção de produtos especiais como por exemplo, graxas para temperaturas muito baixas (-30º a - 60ºC) ou temperaturas muito altas (20 a 150ºC).

agente espessante O mais usado é o sabão.   O mais usado é o sabão. O sabão, (éster metálico de um ácido graxo), é também um lubrificante e a formação da película lubrificante se dá por polaridade da molécula. Os sabões mais comuns que dão consistência aos óleos lubrificantes são os de sódio, cálcio, alumínio e lítio. Cada tipo de sabão influencia diferentemente as características da graxa obtida.

Aditivos para Graxas São compostos químicos que adicionados ao produto reforçam algumas de suas qualidades ou lhe cedem novas ou ainda eliminam as propriedades indesejáveis.   Os mais usuais são: inibidores de oxidação, inibidores de corrosão, agentes de oleosidade, lubrificantes sólidos (grafite, bissulfeto de molibdênio, mica e amianto pulverizado), agentes modificadores da estrutura, agentes de extrema pressão, agentes de adesividade.

Ensaios e Características das Graxas Os ensaios a que são submetidas as graxas costumam ser divididos em três grupos: ensaios de caráter geral ensaios especiais ensaios de desempenho

Consistência   Consistência é uma medida de qualidade de graxas lubrificantes. O aparelho de ensaio para medir a consistência de uma graxa é o penetrômetro. Para medir a consistência usa-se um cone, um copo com o material a ser analisada e uma escala em décimos de milímetro. O ensaio é feito a 25°C e mede-se quantos milímetros o cone penetra na massa.

consistência de graxas conforme tabela NLGI (National Lubricating Grease Institute). Classe de consistência                         Penetração trabalhada                                                                        (mm/10)             00                                                        400 – 430             0                                                          355 – 385             1                                                          310 – 340             2                                                          265 – 295             3                                                          235 – 255   A quantidade de espessante usado na fabricação influencia mais a consistência do que a viscosidade do óleo básico.

Ensaios e Características das Graxas ponto de gota estabilidade ao trabalho viscosidade aparente separação de óleo corrosão oxidação prova de carga capacidade de bombeamento resistência à água estabilidade

Lubrificantes Sólidos   A finalidade é substituir a película fluída por uma película sólida, principalmente em casos de lubrificação limite.   São usados para trabalho em altas temperaturas. Podem sermisturados com lubrificantes líquidos ou pastosos (graxas) para melhorar sua resistência ao calor gerado pelo atrito entre superfícies. Os mais utilizados são: grafite coloidal, bissulfeto de molibdênio e teflon

grafite A principal vantagem dos lubrificantes grafitados é sua capacidade de formar filmes sobre as superfícies metálicas proporcionando assim baixos coeficientes de atrito. Nas temperaturas ordinárias, o grafite não é atacado por ácidos, álcalis e halogênios em geral: não se combina com o oxigênio até que prevaleçam temperaturas de ordem de 593ºC

bissulfeto de molibdênio É usado em pó ou misturado com graxas ou óleos ou como dispersão em água. Resiste a pressões extremas. A eficácia como lubrificante aumenta com a pressão desenvolvida, assegurando a lubrificação em pressões superiores a 28.000 kg/cm² (muito acima do limite elástico de qualquer metal). Apresenta coeficientes de atrito menores do que o grafite, a temperaturas inferiores a 900ºC.

teflon O “teflon” pode ser utilizado como lubrificante, apresentando baixo coeficiente de atrito. Resiste a quase todos os agentes químicos e apresenta excelente resistência a oxidação. Pode ser incorporado em forma de pó ao metal sinterizado para formar superfícies de mancais. Vantagens: aumento a vida útil das peças, diminuição do custo de manutenção, facilita a limpeza, permite uma lubrificação mais eficiente, mais prolongada e de melhor qualidade