Estimativa da energia de ativação de fluxo dos óleos lubrificantes SAE 30, SAE40 e SAE 50

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1 doi: Estimtiv d energi de tivção de fluxo dos óleos lubrificntes SAE 30, SAE40 e SAE 50 Césr Augusto Cncim * Mestre em Engenhri Químic, professor lotdo n Coordenção de Engenhri Químic d Universidde ecnológic Federl do Prná - Cmpus Pont Gross, cncim@utfpr.edu.br ecebido em: /06/0 - Aprovdo em: //0 - Disponibilizdo em: 30//0 ESUMO: 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 30, SAE 40 e SAE 50 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 34,739 kj.mol - (SAE 30) e 39,680 kj.mol - (SAE 50). Em todos os csos estuddos, os coeficientes de correlção form próximos d unidde, clssificndo correlção liner como muito forte. A usênci n litertur de ddos d energi de tivção de fluxo de óleos lubrificntes dificultou comprção com os vlores encontrdos. Plvrs-chve: Viscosidde. empertur. Energi de tivção de fluxo. Estimtiv. Lubrificntes. ABSAC: he chnges in the viscosity of lubricting oils directly ffect the bility of lubriction nd protection from moving prts of n internl combustion engine. he ctivtion energy of flow indictes the sensitivity of the viscosity due to chnge of the temperture, so tht the greter the ctivtion energy of flow, the greter the influence of temperture. he objective of this study ws to estimte the ctivtion energy of flow of lubricting oils SAE 30, SAE 40 nd SAE 50 between 0 nd 50 C. hus, the equtions of Arrhenius nd Vogel were employed. he vlues of the ctivtion energy of flow were determined from liner regression nlysis dt of viscosity s function of temperture. he vlues of the ctivtion energy of flow of lubricting oils re between kj.mol- (SAE 30) nd kj.mol- (SAE 50). In ll cses studied, the correltion coefficients were close to unity, clssifying s very strong liner correltion. he bsence in the literture of the dt of ctivtion energy of flow of lubricting oils ws hmpered to compre with the other vlues. Keywords: Viscosity. emperture. Activtion energy of flow. Estimte. Lubricnts. INODUÇÃO 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 (KIMUA, 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 0

2 W definem grduções de óleos lubrificntes pr uso em temperturs mis lts (KIMUA, 00; SILVA, 0). 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 (POFIO, 00). A viscosidde é propriedde que determin o gru d resistênci do fluido um forç cislhnte (BASIL, 004). Existem diverss equções que correlcionm viscosidde com tempertur. Pr plicções em engenhri, equção de Vogel (Equção ) present resultdos bstnte precisos (POFIO, 00). b µ =. exp () + c Em que, b e c correspondem os coeficientes empíricos d equção de Vogel e e µ, à tempertur e à viscosidde bsolut, respectivmente. A determinção d viscosidde nos líquidos tem como bse n eori 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 (IBEIO et l, 005; SILVA 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 (BINGEL 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 (OLIVEIA et l, 009). SHAMES (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 03

3 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 (GANJEIO et l., 007). GIAP (00) coment que o efeito d tempertur sobre viscosidde é modeldo pel equção de Arrhenius, conforme Equção. Em que E µ = µ exp () E corresponde à energi de tivção de fluxo;, à constnte universl dos gses ideis;, à tempertur bsolut; µ, à viscosidde bsolut e µ, à viscosidde bsolut qundo tempertur tende o infinito. GAÃO et l. (004) comentm que Equção pode ser reescrit n form de: E ln µ = ln µ + (3) Um gráfico de ln µ versus, segundo CANCIAM (008), fornece um ret, em que o coeficiente ngulr é numericmente igul à rzão coeficiente liner, à ln µ. E e o 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 04 µ. O conhecimento destes prâmetros permite verificr os efeitos d tempertur sobre viscosidde, lém de modelr mtemticmente o comportmento reológico desse líquido (GAÃO 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 (PEEIA et l., 003; SILVA, 008). FLAUZINO (007) coment que, considerndo Equção, 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 30, SAE 40 e SAE 50, prtir ds equções de Vogel e Arrhenius.

4 MAEIAIS E MÉODOS A bel relcion os vlores dos coeficientes empíricos d equção de Vogel pr os óleos lubrificntes estuddos. Estes 70,493 80, , , , , , , ,330 ddos form obtidos de POFIO (00). bel Coeficientes empíricos dos óleos lubrificntes estuddos (equção de Vogel). Coeficientes SAE 30 SAE 40 SAE 50 (P.s) (x0-5 ),09, ,64 b (ºC) 43, ,940 c (ºC) 3,940,700 5,60 Fonte: POFIO (00). A prtir d Equção, com bse nos ddos disponíveis d bel, 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 bel 3 Vlores clculdos d viscosidde bsolut do óleo lubrificnte SAE 40. Viscosidde empertur (ºC) bsolut (P.s) (x 0 - ) 0 95, , , , , , , ,400 90,73 00, , , , , ,4038 vlores encontrdos pr viscosidde bsolut do óleo lubrificnte SAE 30 estão indicdos n bel. A bel 3 indic os vlores encontrdos pr viscosidde bsolut do óleo lubrificnte SAE 40. Enqunto que bel 4, os vlores encontrdos pr viscosidde bsolut do óleo lubrificnte SAE 50. prâmetro Pr obtenção d rzão E e do ln µ foi relizd nálise de regressão liner dos ddos de ln µ versus. A nálise de regressão liner de cd um dos óleos lubrificntes considerou os vlores d viscosidde bsolut ( µ ) bel Vlores clculdos d viscosidde bsolut do óleo lubrificnte SAE 30. Viscosidde empertur (ºC) bsolut (P.s) (x 0 - ) 0 46, , , , , ,50 indicdos ns bels, 3 e 4. Com relção à tempertur, pr o cálculo de 05, 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.

5 ( K ) = ( º C) + 73, 5 (4) i = () bel 4 Vlores clculdos d viscosidde bsolut do óleo lubrificnte SAE 50. Viscosidde empertur (ºC) bsolut (P.s) (x 0 - ) 0 57, , , , , , , ,946 90,357 00,73 0,308 0, , , ,5306 As Equções 5, 6, 7, 8, 9, 0,,, 3 e 4 fzem prte d nálise de regressão liner e são dptções do trblho de IOLA (008). Em que: E = ( n c) d ( n. f ) g (5) c = ln µ (6) d = ln µ (7) f = (8) A Equção 5 e Equção 0 determinm, respectivmente, rzão prâmetro ln µ. E e o O coeficiente de correlção ( r ) pr nálise de regressão liner dos ddos de ln µ versus foi obtido trvés d Equção 3, que tmbém é um dptção do trblho de IOLA (008). r Em que: ( n c) d [( n f ) g] ( n j) = (3) [ h ] j = ( ln µ ) (4) Sendo n correspondente o número de ddos mostris emprelhdos. De cordo com s bels, 3 e 4, o vlor pr n correspondeu 5. A energi de tivção de fluxo ( E ) foi determind pel multiplicção d rzão E por. Pr este cálculo, foi considerdo que constnte dos gses ideis ( ) é igul 8,34 x 0-3 kj.mol -.K -. µ g = (9) ( n f h) ( d i) ( n f ) g ln = (0) Em que: h = ln µ () ESULADOS E DISCUSSÃO versus A Figur ilustr o gráfico de ln µ 06 estuddos neste trblho. pr os óleos lubrificntes

6 A bel 5 relcion os resultdos obtidos trvés d nálise de regressão liner. Figur - Gráfico ln µ versus lubrificntes estuddos. ln 0 0 0,00 0,00 0,003 0, bel 5 Vlores de lubrificntes estuddos. / E, ln µ e pr os óleos SAE 30 SAE 40 SAE 50 r pr os óleos Lubrificnte E ln µ (K) r (P.s) SAE ,3897-5,7635 0,9970 SAE ,793-6,5733 0,9960 SAE ,6977-6,763 0,9954 Fonte: Autor A bel 6 indic os vlores d energi de tivção de fluxo ( E ) e do prâmetro µ pr os óleos lubrificntes. bel 6 Vlores d energi de tivção de fluxo e do prâmetro µ. Lubrificnte E (kj.mol - ) µ (P.s) SAE 30 34,739,456 x 0-7 SAE 40 38,49 6,343 x 0-8 SAE 50 39,680 5,46 x 0-8 Fonte: Autor Pode-se observr n bel 6, que o óleo lubrificnte SAE 50 present mior energi de tivção de fluxo em relção os demis. Dess form, os resultdos sugerem que viscosidde do óleo lubrificnte SAE 50 é reltivmente mis sensível à mudnç de tempertur, qundo comprdo os demis óleos lubrificntes estuddos. De cordo com IBEIO et l. (005), pel eori 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 do óleo lubrificnte SAE 50 (bel 4) com os vlores d viscosidde do óleo lubrificnte SAE 40 (bel 3) e os vlores d viscosidde do óleo lubrificnte SAE 30 (bel ), pode-se observr que em tods s temperturs, o vlor d viscosidde do óleo lubrificnte SAE 50 é mior em relção os demis óleos lubrificntes; confirmndo o comentário relizdo por IBEIO et l. (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 (IOLA, 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. 07

7 LIA (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 30, SAE 40 e SAE 50; o que dificult comprção dos resultdos obtidos. CANCIAM (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. CANCIAM (0), estudndo o óleo bruto de mmon ds cultivres BS-49 Nordestin e BS-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 bel 7. Comprndo s bels 6 e 7, pode-se observr que os vlores d energi de tivção de fluxo dos óleos lubrificntes SAE 30, SAE 40 e SAE 50 encontrm-se situdos entre os vlores dest grndez pr os óleos refindos e os óleos brutos. bel 7 Vlores d energi de tivção de fluxo de lguns óleos vegetis. Óleos vegetis E (kj.mol - ) efindo de soj 5,63 efindo de girssol 5,75 efindo de lgodão 6,598 efindo de cnol 7,74 efindo de rroz 7,4990 Azeite de oliv 7,7778 Bruto de mmon (cultivr BS-49 5,468 Nordestin) Bruto de mmon (cultivr BS-88 5,686 Prguçu) Nos trblhos de CANCIAM (00) e CANCIAM (0), mbos sugerem que energi de tivção de fluxo está ssocid com composição dos óleos estuddos. De cordo com GANJEIO et l.(007), viscosidde está relciond com distânci entre s moléculs e est, por su vez, relciond com s forçs intermoleculres. Segundo BOWN e HOLME (009), s forçs intermoleculres estão ssocids com polridde e o tmnho ds moléculs. CONCLUSÃO A utilizção ds equções de Vogel e de Arrhenius permitiu estimr os vlores pr energi de tivção de fluxo dos óleos lubrificntes SAE 30, SAE 40 e SAE 50. Os vlores encontrdos vrim de 34,739 (óleo lubrificnte SAE 30) 39,680 kj.mol - (óleo lubrificnte SAE 50). A usênci n litertur de vlores experimentis pr energi de tivção de fluxo dos lubrificntes estuddos dificultou comprção com os vlores estimdos. 08

8 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 encontrouse próximo d unidde, crcterizndo como um correlção muito forte. EFEÊNCIAS BASIL, N. I. Introdução à Engenhri Químic. Interciênci, io de Jneiro, p. BIGEL,.M.; SOAES, S.A.; SOAES, J.B. Análise de susceptibilidde térmic de ligntes sfálticos trvés d energi de tivção de fluxo. rnsportes, v.7, n., p. 46-5, 009. BOWN, L. S.; HOLME,. A. Químic Gerl Aplicd à Engenhri. Cengge Lerning, São Pulo, p. CANCIAM, C. A. Efeito d tempertur n viscosidde de soluções de scrose. In: SANOS JÚNIO, G.; ALMEIDA, D. M.; MICHALOSKI, A. O. (ed.). Série em Ciênci e ecnologi de Alimentos: groindústri, energi e meio mbiente. Pont Gross: UFP, 008. CANCIAM, C. A. Efeito d tempertur n viscosidde de óleos vegetis refindos. Publictio UEPG Ciêncis Exts e d err, Ciêncis Agráris e Engenhri, v. 6, n., p. 7-, 00. CANCIAM, C. A. Predição do coeficiente de expnsão térmic e d energi de tivção do óleo bruto de mmon trvés d plicção d nálise de regressão liner. E-xct, v. 4, n. 3, p. 7-8, 0. FLAUZINO,. D. Influênci d tempertur e do teor de gordur nos prâmetros reológicos do leite condensdo e creme de leite. Dissertção de Mestrdo em Engenhri e Ciênci de Alimentos d Universidde Estdul Pulist Júlio de Mesquit Filho, p. GIAP, S. G. E. he hidden property of Arrhenius-type reltionship: viscosity s function of temperture. Journl of Physicl Science, v., n., p. 9-39, 00. GANJEIO, A. A.; QUEIOZ, A. J. M.; FIGUEIÊDO,. M..F.; MAA, M. E.. M. C. Viscosiddes de polps concentrds de figo-d-índi. evist Brsileir de Agrociênci, v. 3, n., p. 9-4, 007. GAÃO, A. C. A.; BEO, M. I.; SILVEIA JÚNIO, V. eologi do çúcr líquido invertido: influênci d tempertur n viscosidde. Ciênci e ecnologi de Alimentos, v. 4, n. 4, p , 004. KIMUA,. K. Uso d técnic de nálise de óleo lubrificnte em motores diesel estcionários, utilizndo-se misturs de biodiesel e diferentes níveis de contminção do lubrificnte. Dissertção de Mestrdo do Progrm de Pós-grdução em Engenhri Mecânic d Universidde Estdul Pulist Júlio de Mesquit Filho, 00. 9p. LIA, S. A. Análise de correlção: bordgem teóric e de construção dos coeficientes com plicção. Dissertção de Mestrdo em Ciêncis d Universidde Federl do Prná, p. OLIVEIA,. C.; BAOS, S.. D.; OSSI,. M. Aplicção d metodologi Byesin pr o estudo reológico d polp de uv. evist Brsileir de Produtos Agroindustriis, v., n., p , 009. PEEIA, E. A.; QUEIOZ, A. J. M.; FIGUEIÊDO,. M. F. Comportmento reológico de mel d belh uruçu (Melipon scutellris, L.). Ciêncis Exts e Nturis, v. 5, n., p ,

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