ESTIMATIVA DA ENERGIA DE ATIVAÇÃO DE FLUXO DOS ÓLEOS LUBRIFICANTES SAE 20W30, SAE 20W40 E SAE 20W50

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1 ESTIMATIVA DA ENERGIA DE ATIVAÇÃO DE FLUXO DOS ÓLEOS LUBRIFICANTES SAE 0W30, SAE 0W40 E SAE 0W50 ESTIMATE OF THE ACTIVATION ENERGY OF FLOW OF LUBRICATING OILS SAE 0W30, SAE 0W40 AND SAE 0W50 Césr Augusto Cncim Universidde Tecnológic Federl do Prná - Cmpus Pont Gross, Avenid Monteiro Lobto, km 04, Pont Gross, Prná, CEP: E-mil: cncim@utfpr.edu.br RESUMO Mudnçs n viscosidde dos óleos lubrificntes fetm diretmente cpcidde de lubrificção e proteção ds prtes móveis de um motor de combustão intern. A energi de tivção de fluxo indic sensibilidde d viscosidde devido à mudnç de tempertur, de mneir que, qunto mior for energi de tivção de fluxo, mior será influênci d tempertur. O objetivo deste trblho foi estimr energi de tivção de fluxo dos óleos lubrificntes SAE 0W30, SAE 0W40 e SAE 0W50 entre 0 e 50ºC. Pr tnto, form empregds s equções de Vogel e de Arrhenius. Os vlores d energi de tivção de fluxo form determindos prtir d nálise de regressão liner de ddos d viscosidde em função d tempertur. Os vlores d energi de tivção de fluxo dos óleos lubrificntes estuddos encontrm-se entre 3,385 kj.mol - (SAE 0W30) e 35,8579 kj.mol - (SAE 0W50). Em todos os csos estuddos, os coeficientes de correlção form próximos d unidde, clssificndo correlção liner como muito forte. Plvrs-chve: Viscosidde; Tempertur; Energi de tivção de fluxo; Estimtiv; Lubrificntes. ABSTRACT Chnges in the lubricting oils viscosities directly ffect the bility of lubriction nd protection for the moving prts of n internl combustion engine. The ctivtion energy of flow indictes the sensitivity of the viscosity to chnges in the temperture, so tht the greter the ctivtion energy of flow, the greter the influence of temperture. The objective of this study ws to estimte the ctivtion energy of flow of lubricting oils SAE 0W30, SAE 0W40 nd SAE 0W50 between 0 nd 50 C. For tht, the Arrhenius nd Vogel equtions were employed. The vlues for the ctivtion energy of flow were determined from pplying liner regression nlysis to the viscosity dt s function of temperture. The found vlues for the ctivtion energy of flow of lubricting oils re between kj.mol- (SAE 0W30) nd kj.mol- (SAE 0W50). In ll cses studied, the correltion coefficients were close to unity, indicting very strong liner correltion. Key-words: Viscosity; Lubricnts; Activtion energy of flow; Liner Regression.. INTRODUÇÃO O sistem de clssificção SAE (relizdo pel Society of Automtive Enginners) é o mis ntigo sistem dotdo nos óleos lubrificntes utomotivos pr motor e trnsmissão. Est clssificção define fixs de viscosidde, não levndo em cont os requisitos de desempenho (Kimur, 00). Pr óleos de motores, esse sistem estbeleceu tipos de clssificção ou grus de viscosidde: SAE 0W, 5W, 0W, 5W, 0W, 5W, 0, 30, 40, 50 e 60. O W que se segue à clssificção corresponde à inicil de winter (inverno) pr viscosiddes determinds 0ºF e indic que o óleo é dequdo pr uso em temperturs mis fris. A clssificção SAE que não incluem o W definem grduções de óleos lubrificntes pr uso em temperturs mis lts (Kimur, 00; Silv, 0). 4

2 O desenvolvimento de ditivos melhordores de índice de viscosidde possibilitou fbricção de óleos múltipl grdução, ou tmbém chmdos de multiviscosos ou multigrus, como por exemplo SAE 5W30, SAE 5W40, SAE 0W50, entre outros. Estes óleos lubrificntes são mplmente usdos porque são fluidos o bstnte em bixs temperturs (permitindo um prtid mis fácil do motor) e suficientemente espessos lts temperturs (possibilitndo um desempenho stisftório) (Texco, 005; Kimur, 00). Viscosiddes em bixs temperturs (por exemplo, 5W, 0W, 0W) indicm rpidez com que um motor frá prtid no inverno e fcilidde de escomento pr lubrificção. Qunto mis bixo for o número precedido o W, mis fcilmente o motor frá prtid no tempo frio. Viscosiddes em lts temperturs (por exemplo, 30, 40 e 50) proporcionm formção de um películ dequd pr lubrificção em temperturs opercionis (motor quente) (Texco, 005). Do ponto de vist d lubrificção, o conhecimento do comportmento d viscosidde com tempertur é importnte, pois est propriedde influenci considervelmente s dimensões d espessur mínim de filme lubrificnte que promove seprção ds superfícies em contto (Profito, 00). A viscosidde é propriedde que determin o gru d resistênci do fluido um forç cislhnte (Brsil, 004). Existem diverss equções que correlcionm viscosidde com tempertur. Pr plicções em engenhri, equção de Vogel, indicd n equção (), present resultdos bstnte precisos (Profito, 00). b µ =. exp () T + c Em que, b e c correspondem os coeficientes empíricos d equção de Vogel e T e µ, à tempertur e à viscosidde bsolut, respectivmente. A determinção d viscosidde nos líquidos tem como bse n Teori do Estdo Ativdo de Eyring (94). Ess teori consider que um líquido é constituído por moléculs interclds por posições desocupds (vcâncis), e esss moléculs, mesmo com o líquido em repouso, movem-se com o propósito de ocuprem s vcâncis djcentes els. A viscosidde está relciond com forç que tende se opor esse movimento, sendo um medid de fricção intern do fluido. Dess mneir, qunto mior brreir potencil que um molécul terá que vencer fim de sltr pr vcânci djcente, mior é viscosidde. Ess brreir potencil é conhecid como energi de tivção viscos ou energi de tivção de fluxo (Ribeiro et l, 005; Silv et l, 007). Assim, o escomento de um líquido pode ser considerdo um processo térmico em que s moléculs devem exceder energi de tivção de fluxo. Qundo se ument tempertur, energi térmic ds moléculs tmbém ument, do mesmo modo como s vcâncis existentes no líquido. Dess form, qundo um líquido esco, são s cmds ds moléculs que deslizm ums sobre s outrs, pr sobrepor-se às forçs intermoleculres, que cusm resistênci o escomento (Bringel et l., 009). A tempertur é um prâmetro relciondo com energi intern de um substânci. Vários estudos têm demonstrdo que viscosidde de um líquido é ltmente influencid por mudnçs n tempertur (Oliveir et l, 009). Shmes (999) coment que viscosidde é diretmente proporcionl à forç de trção entre s moléculs. Com o umento d tempertur, ess forç de trção diminui, diminuindo tmbém viscosidde. Dess mneir, observ-se nos líquidos que viscosidde diminui com o umento d tempertur. A redução d viscosidde dos líquidos com o umento d tempertur é tribuíd o umento ds distâncis intermoleculres provocds durnte o quecimento. O umento ds distâncis intermoleculres reduz s forçs de trção entre s moléculs, diminuindo viscosidde (Grnjeiro et l., 007). 43

3 Gip (00) coment que o efeito d tempertur sobre viscosidde é modeldo pel equção de Arrhenius, conforme equção (). E µ = µ exp () R T Em que E corresponde à energi de tivção de fluxo; R, à constnte universl dos gses ideis; T, à tempertur bsolut; µ, à viscosidde bsolut e µ, à viscosidde bsolut qundo tempertur tende o infinito. Grtão e colbordores (004) comentm que equção () pode ser reescrit n form de: E ln µ = ln µ + (3) R T Um gráfico de ln µ versus, segundo Cncim (008), fornece um ret, em que o T coeficiente ngulr é numericmente igul à rzão E e o coeficiente liner, à ln µ. R A equção (3) indic dependênci d viscosidde de um líquido com tempertur e mesm pode ser utilizd com ddos experimentis d viscosidde bsolut, n determinção d energi de tivção de fluxo e do prâmetro µ. O conhecimento destes prâmetros permite verificr os efeitos d tempertur sobre viscosidde, lém de modelr mtemticmente o comportmento reológico desse líquido (Grtão et l., 004). Com relção à energi de tivção de fluxo ( E ), est grndez indic sensibilidde d viscosidde devido à mudnç de tempertur, de mneir que, qunto mior for energi de tivção de fluxo, mior será influênci d tempertur, ou sej, lt energi de tivção de fluxo indic um mudnç mis rápid n viscosidde com tempertur (Pereir et l., 003; Silv, 008). Fluzino (007) coment, considerndo equção (), que o umento d tempertur tem efeito de diminuir viscosidde do líquido. Já ordem de grndez d energi de tivção de fluxo indic dependênci d viscosidde com tempertur. Assim, nos líquidos com lt energi de tivção de fluxo presentm grnde vrição n viscosidde em função d tempertur e vice-vers. O objetivo deste trblho foi estimr energi de tivção de fluxo dos óleos lubrificntes SAE 0W30, SAE 0W40 e SAE 0W50, prtir ds equções de Vogel e Arrhenius.. MATERIAL E MÉTODOS A Tbel relcion os vlores dos coeficientes empíricos d equção de Vogel pr os óleos lubrificntes estuddos. Estes ddos form obtidos de Profito (00). Tbel Coeficientes empíricos n equção de Vogel dos óleos lubrificntes estuddos Coeficientes SAE 0W30 SAE 0W40 SAE 0w50 (P.s) (x0-4 ),438,6390 0,5435 b (ºC) 8,96 793,39 55,460 c (ºC) 93,458 83,93 7,700 Fonte: Profito (00). A prtir d equção (), com bse nos ddos disponíveis d Tbel, foi clculd viscosidde bsolut de cd um dos óleos lubrificntes. Pr tnto, form considerds s temperturs de 0, 0, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 00, 0, 0, 30, 40 e 50ºC. Os vlores encontrdos pr viscosidde bsolut dos óleos lubrificntes SAE 0W30, SAE 0W40 e SAE 0W50 estão indicdos n Tbel. 44

4 Pr obtenção d rzão dos ddos de ln µ versus. T E e do prâmetro R ln µ foi relizd nálise de regressão liner Tbel Vlores encontrdos pr viscosidde bsolut dos óleos lubrificntes estuddos Tempertur (ºC) SAE 0W30 (x0 - ) SAE 0W40(x0 - ) SAE 0W50 (x0 - ) 0 36,968 76,3096 0, ,4 33, , ,50 7,353 6, ,04 9,8780 5, ,0579 6,48 9,687 60,806 4,0584 6, ,030,8369 4,368 80,547,076 3,05 90,83,5685,9 00 0,9397,40, ,7646 0,9799, ,634 0,808, ,5349 0,6685 0, ,4578 0,5665 0, ,3969 0,4869 0,59 A nálise de regressão liner de cd um dos óleos lubrificntes considerou os vlores d viscosidde bsolut ( µ ) indicdos n Tbel. Com relção à tempertur, pr o cálculo de T, s temperturs de 0 50ºC form convertids pr escl de tempertur Kelvin. A relção entre s escls de tempertur encontr-se indicd pel equção (4). T ( K ) = T ( º C) + 73, 5 (4) As equções (5), (6), (7), (8), (9), (0), (), (), (3) e (4) fzem prte d nálise de regressão liner e são dptções do trblho de Triol (008). E ( n c) d = (5) R ( n. f ) g Em que: c = ln µ (6) T d = ln µ (7) T Em que: µ = T f (8) = T n f h d i = n f g (9) ( ) ( ) ( ) g ln (0) h = ln µ () i = T () 45

5 ln µ. A equção (5) e equção (0) determinm, respectivmente, rzão E R e o prâmetro O coeficiente de correlção ( r ) pr nálise de regressão liner dos ddos de ln µ versus T foi obtido trvés d Equção 3, que tmbém é um dptção do trblho de Triol (008). ( n c) d r [( n f ) g] [( n j) h ] Em que: = (3) j = ( ln µ ) (4) Sendo n correspondente o número de ddos mostris emprelhdos. De cordo com Tbel, o vlor pr n correspondeu 5. E por R. R R é igul 8,34 x 0-3 kj.mol -.K -. A energi de tivção de fluxo ( E ) foi determind pel multiplicção d rzão Neste cálculo, foi considerdo que constnte dos gses ideis ( ) 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO trblho. A Figur ilustr o gráfico de ln µ versus pr os óleos lubrificntes estuddos neste T ln 0 0 0,00 0,00 0,003 0, /T SAE 0W30 SAE 0W40 SAE 0W50 Figur - Gráfico de ln µ versus pr os lubrificntes estuddos T A Tbel 3 relcion os resultdos obtidos trvés d nálise de regressão liner. Enqunto que Tbel 4 indic os vlores d energi de tivção de fluxo ( E ) e do prâmetro µ pr os óleos lubrificntes. Pode-se observr n Tbel 4, que o óleo lubrificnte SAE 0W50 present mior energi de tivção de fluxo em relção os demis. Dess form, os resultdos sugerem que viscosidde do 46

6 óleo lubrificnte SAE 0W50 é reltivmente mis sensível à mudnç de tempertur, qundo comprdo os demis óleos lubrificntes estuddos. Tbel 3 Vlores de E, R Lubrificnte ln µ e r pr os óleos lubrificntes estuddos. E ln µ (K) R (P.s) r SAE 0W ,306-4,644 0,99 SAE 0W40 469,605-5,480 0,9900 SAE 0W50 43,9530-5,5389 0,9959 Tbel 4 Vlores d energi de tivção de fluxo e do prâmetro µ. Lubrificnte E (kj.mol - ) µ (P.s) SAE 0W30 3,385 4,4535 x 0-7 SAE 0W40 34,666,897 x 0-7 SAE 0W50 35,8579,7846 x 0-7 De cordo com Ribeiro e colbordores (005), pel Teori do Estdo Ativdo de Eyring, qunto mior for viscosidde, mior será brreir potencil (energi de tivção de fluxo) que um molécul terá que vencer fim de sltr pr um vcânci djcente. Neste sentido, comprndo os vlores d viscosidde entre os óleos lubrificntes, pode-se observr que em tods s temperturs, o vlor d viscosidde do óleo lubrificnte SAE 0W50 é mior em relção os demis óleos lubrificntes; confirmndo o comentário relizdo por Ribeiro e colbordores (005). O coeficiente de correlção ( r ) mede o gru de relcionmento liner entre os vlores emprelhdos ds vriáveis dependente e independente em um mostr, vlindo ssim, qulidde do juste (Triol, 008). O mesmo utor firm que o coeficiente de correlção qunto mis próximo for d unidde, melhor é qulidde do juste d função os pontos do digrm de dispersão. Lir (004) coment que pr vlores do coeficiente de correlção miores ou iguis 0,90 e menores que,0, correlção liner é clssificd como muito forte. Dess mneir, pr os óleos lubrificntes estuddos neste trblho, correlção liner é clssificd como muito forte. Foi relizd um pesquis n litertur e consttou-se usênci de vlores experimentis pr energi de tivção de fluxo dos óleos lubrificntes SAE 0W30, SAE 0W40 e SAE 0W50; o que dificult comprção dos resultdos obtidos. Cncim (00) encontrou vlores d energi de tivção de fluxo pr os óleos refindos de lgodão, rroz, cnol, girssol, milho e soj, lém do zeite de oliv, em um fix de tempertur de 0 70ºC. Cncim (0), estudndo o óleo bruto de mmon ds cultivres BRS-49 Nordestin e BRS-80 Prguçu, encontrou vlores d energi de tivção de fluxo em um fix de tempertur de -5 80ºC. Os vlores encontrdos pr estes óleos refindos e brutos encontrm-se relciondos n Tbel 5. Comprndo s Tbels 4 e 5, pode-se observr que os vlores d energi de tivção de fluxo dos óleos lubrificntes SAE 0W30, SAE 0W40 e SAE 0W50 encontrm-se situdos entre os vlores dest grndez pr os óleos refindos e os óleos brutos. 47

7 Nos trblhos de Cncim (00) e Cncim (0), mbos sugerem que energi de tivção de fluxo está ssocid com composição dos óleos estuddos. Tbel 7 Vlores d energi de tivção de fluxo de lguns óleos vegetis Óleos vegetis E (kj.mol - ) Refindo de soj 5,63 Refindo de girssol 5,75 Refindo de lgodão 6,598 Refindo de cnol 7,74 Refindo de rroz 7,4990 Azeite de oliv 7,7778 Bruto de mmon (cultivr BRS-49 Nordestin) 5,468 Bruto de mmon (cultivr BRS-88 Prguçu) 5,686 De cordo com Grnjeiro e colbordores (007), viscosidde está relciond com distânci entre s moléculs e est, por su vez, relciond com s forçs intermoleculres. Segundo Brown e Holme (009), s forçs intermoleculres estão ssocids com polridde e o tmnho ds moléculs. 4. CONCLUSÃO A utilizção ds equções de Vogel e de Arrhenius permitiu estimr os vlores pr energi de tivção de fluxo dos óleos lubrificntes SAE 0W30, SAE 0W40 e SAE 0W50. Os vlores encontrdos vrim de 3,385 (óleo lubrificnte SAE 0W30) 35,8579 kj.mol - (óleo lubrificnte SAE 0W50). A usênci n litertur de vlores experimentis pr energi de tivção de fluxo dos lubrificntes estuddos dificultou comprção com os vlores estimdos. Foi observdo que s energis de tivção de fluxo dos óleos lubrificntes estuddos encontrm-se loclizds entre s energis de tivção de fluxo de óleos vegetis refindos e óleos vegetis brutos. Em tods s nálises de regressão liner, o coeficiente de correlção encontrou-se próximo d unidde, crcterizndo como um correlção muito forte. 5. REFERÊNCIAS BRASIL, N. I. Introdução à Engenhri Químic.. ed. Rio de Jneiro: Interciênci, p. BRIGEL, R. M.; SOARES, S. A.; SOARES, J. B. Análise de susceptibilidde térmic de ligntes sfálticos trvés d energi de tivção de fluxo. Trnsportes, v.7, n., p. 46-5, 009. BROWN, L. S.; HOLME, T. A. Químic Gerl Aplicd à Engenhri.. ed. São Pulo: Cengge Lerning, p. CANCIAM, C. A. Efeito d tempertur n viscosidde de soluções de scrose. In: SANTOS JÚNIOR, G.; ALMEIDA, D. M.; MICHALOSKI, A. O. (Eds). Série em Ciênci e Tecnologi de Alimentos: groindústri, energi e meio mbiente. Pont Gross: UTFPR,

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