Lubrificação Industrial. Prof. Matheus Fontanelle Pereira Curso Técnico em Eletromecânica Departamento de Processos Industriais Campus Lages

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1 Lubrificação Industrial Prof. Matheus Fontanelle Pereira Curso Técnico em Eletromecânica Departamento de Processos Industriais Campus Lages

2 1. Atrito Sempre que houver movimento relativo entre duas superfícies, haverá uma força contrária a esse movimento. Essa força chama-se atrito ou resistência ao movimento. O atrito é, em alguns casos, necessário e útil, como nos sistemas de freios. Em outros casos, porém, é indesejável porque dificulta o movimento, gera calor e consome energia motriz, sem produzir o correspondente trabalho.

3 1.1. Atrito Sólido Ocorre quando há o contato de duas superfícies sólidas entre si. O atrito sólido é subdividido em: atrito de rolamento e atrito de deslizamento.

4 Atrito Sólido de Rolamento Ocorre quando o deslocamento de uma superfície se efetua através da rotação de corpos cilíndricos, cônicos ou esféricos, colocados entre essa superfície e outra. A oposição ao movimento, neste caso, é menor do que no atrito de deslizamento Atrito Sólido de Deslizamento Ocorre quando uma superfície se desloca diretamente em contato com a outra.

5 1.2. Atrito Fluido Quando existe uma camada fluida (líquida ou gasosa) separando as superfícies em movimento, tem-se o atrito fluido.

6 2. Causas do Atrito As superfícies sólidas, mesmo as mais polidas, apresentam asperezas e irregularidades. Tais irregularidades originam dois fenômenos: o cisalhamento e a adesão.

7 2.1. Causas do Atrito - Cisalhamento Ocorre quando picos de duas superfícies entram em contato entre si. O atrito é provocado pela resistência à ruptura que possuem os picos. Existem casos onde a dureza das duas superfícies é a mesma, então ocorre o cisalhamento em ambas as partes. Mas, quando as durezas das superfícies são diferentes, ocorre o cisalhamento predominantemente na superfície menos dura.

8 2.2. Causas do Atrito - Adesão Quando as superfícies em contato apresentam microáreas planas, ocorre uma adesão entre essas microáreas, provocando o atrito. A adesão é também chamada solda a frio e é a maior responsável pela resistência ao movimento.

9 3. Atrito de Deslizamento Atrito Estático e Cinético Leis gerais de atrito (Coulomb): A força limite de atrito é proporcional à resultante das solicitações normais entre as superfícies de contato (F ~ N); A força limite de atrito independe da área de contato; A força limite de atrito independe da velocidade relativa das superfícies em contato. Coeficiente de Atrito O próprio coeficiente de proporcionalidade; Ângulo de atrito; O atrito estático é normalmente maior que o atrito cinético; O atrito em superfícies lubrificadas é menor que em superfícies secas.

10 4. Atrito de Rolamento Devido às deformações, manifesta-se uma força de resistência ao movimento. Fa < F; Coeficiente mu_r; O coeficiente mu_r depende de: Propriedades elásticas dos elementos rolantes; Propriedades elásticas da pista; Acabamento superficial; Direção da carga; Rotação do elemento rolante; Temperatura de operação; Dimensões.

11 5. Desgaste Muito embora o objetivo da lubrificação seja reduzir o atrito, pode-se considerar que sua finalidade última seja diminuir o desgaste. O conhecimento dos diversos tipos de desgaste é importante para averiguar suas origens e procurar a melhor forma de evitá-los. A seguir, alguns tipos de desgaste ocorridos, por exemplo, em rolamentos: Abrasão (por particulados duros) Desalojamento remoção de material e deposição em outro ponto) Corrosão (contaminantes ácidos) Endentação (penetração de corpo estranho) Fricção (endentações de corrosão por vibração) Erosão (endentações por choques e sobrecargas) Fragmentação (por instalação defeituosa) Esfoliação ou Escamação (fadiga, carga acima do limite) Estriamento (por fracas correntes elétricas) Cavitação (por colapso de bolhas de fluido)

12 6. Leis de Desgaste O conhecimento das leis do desgaste ajuda-nos a saber como evitá-lo e como fazer uma lubrificação correta; são elas: A quantidade de desgaste é diretamente proporcional à carga; A quantidade de desgaste é diretamente proporcional à distância deslizante; A quantidade de desgaste é inversamente proporcional à dureza da superfície.

13 7. Tipos de Lubrificação Hidrodinâmica Hidrostática Elastoidrodinâmica Limite Filme Sólido

14 7.1. Lubrificação Hidrodinâmica É aquela em que as superfícies que suportam a carga estão separadas por uma película relativamente espessa de lubrificante de modo a prevenir o contato de metal com metal e que o equilíbrio é obtido pelas leis da mecânica dos fluidos. Este tipo de lubrificação não requer que o fluido seja introduzido sob pressão. Apressão da película é criado pelo movimentos das próprias superfícies. Para toda carga existe uma velocidade relativa minima entre as superfícies para formar a pressão na zona de cunha suficiente para separar as superfícies.

15 7.2. Lubrificação Hidrostática Este tipo de lubrificação é obtido pela introdução do lubrificante, o qual pode ser, às vezes, ar ou água, na área carregada do mancal,sob alta pressão, o suficiente para separar as superfícies e formar uma película relativamente espessa de fluido.

16 7.2. Lubrificação Hidrostática

17 7.2. Lubrificação Hidrostática

18 7.3. Lubrificação Elastoidrodinâmica É o fenômeno que ocorre quando o lubrificante é introduzido entre superfícies que estão em contato de rolamento, tais como as engrenagens ou mancais de rolamento. A explicação matemática requer a teoria de Hertz das tensões de contato e a mecânica dos fluídos.

19 7.4. Lubrificação Limite Este tipo de lubrificação ocorre quando as maiores asperezas das superfícies podem ser separadas pela película lubrificante com espessura a nível molecular. Esta situação ocorre quando: Há uma queda da velocidade relativa entre as superfícies; Redução da quantidade de lubrificante; Aumento da carga do mancal; Aumento da temperatura do lubrificante.

20 7.5. Lubrificação Filme Sólido A lubrificação de filme sólido é aplica quando os mancais devem operar em temperaturas extremas. Exemplos deste lubrificantes são a grafita e o bissulfeto de molibdênio.

21 8. Viscosidade

22 8. Viscosidade

23 9. Lei de Petroff Considera eixo e mancal concêntricos. Apesar desta situação raramente ocorrer esta forma de análise permite a determinação de parâmetros adimensionais e uma boa estimativa do coeficiente de atrito.

24 9. Lei de Petroff são dois parâmetros adimensionais muitos importantes em lubrificação.

25 10. Lubrificação Estável O gráfico obtido primeiramente pelos irmãos McKee mostra as regições de operação referentes a lubrificação limite e a hidrodinâmica.

26 11. Teoria Hidrodinâmica Primeiro mancal hidrodinâmico estudado por Tower em 1880 na Ingraterra. Baseado nos resultados de Tower, Osbourne Reynolds concluiu que deveria existir uma Lei que relacionasse o atrito, a pressão e a velocidade. Mancal parcial Distribuição de pressão

27 11. Teoria Hidrodinâmica Reynolds concluiu observou que a película de fluido era arrastada para o mancal e possuia uma espessura tão fina em relação ao diâmetro do mancal que a curvatura poderia ser desprezada.

28 11. Teoria Hidrodinâmica Hipóteses simplificadoras:

29 11. Teoria Hidrodinâmica Equacionamento do problema

30 12. Fatores de Projeto 1º grupo 2º grupo

31 13. Relação de variáveis Número característico do mancal ou Número de Sommerfeld

32 13. Relação de variáveis

33 13. Relação de variáveis

34 13. Relação de variáveis

35 13. Relação de variáveis

36 13. Relação de variáveis

37 13. Relação de variáveis

38 13. Relação de variáveis

39 14. Escolha do óleo lubrificante pela temperatura de operação Uma dada viscosidade é definida em projeto; Arbitra-se, então, duas viscosidades, uma mais baixa e outra mais alta do a especificada; Para cada uma dessas viscosidades, calcula-se os acréscimos de temperatura; Calcula-se, as temperaturas médias a partir dos acréscimos; Com os dois ponto obtidos, traça-se uma reta no gráfico 11-11; A linha correspondente ao lubrificante que a reta intersectar definirá o lubrificante a usar.

40 15. Exemplo

41 15. Exemplo

42 15. Exemplo

43 16. Recomendações de projeto

44 16. Recomendações de projeto

45 16. Recomendações de projeto

46 16. Recomendações de projeto

47 16. Recomendações de projeto

48 16. Recomendações de projeto

49 16. Recomendações de projeto

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