Combustíveis e Lubrificantes

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1 Combustíveis e Lubrificantes Combustíveis DEFINIÇÃO: Substâncias, na forma líquida, sólida ou gasosa, cuja reação de oxidação (com O 2 ) é altamente exotérmica Otoniel G. L. Ferreira DER FAEM UFPel LIBERA GRANDE QUANTIDADE DE CALOR Combustíveis CONSTITUIÇÃO: Átomos de carbono e de hidrogênio (hidrocarbonetos) formando cadeias curtas ou longas A reação completa do combustível com o O 2 desprende calor energia a ser aproveitada e os subprodutos gás carbônico (CO 2 )e água Obs.: Comb. incompleta monóxido de carbono (CO) Combustíveis CLASSIFICAÇÃO QUANTO À ORIGEM: VEGETAL: madeira, resíduos vegetais, carvão vegetal e metanol; MINERAL: carvão mineral, petróleo e seus derivados; BIOQUÍMICA: obtidos por fermentação de substratos de origem orgânica (ex. álcool etílico, gás metano).

2 Combustíveis DERIVADOS DO PETRÓLEO O petróleo dito cru (na forma em que é extraído da jazida) é um composto de hidrocarbonetos e impurezas (compostos de enxofre, nitrogênio, água e areia). O processo de separação das diversas partes do petróleo é conhecido como REFINAÇÃO. DERIVADOS DO PETRÓLEO _GLP _querosene _óleos combustíveis _gasolina _diesel _óleos lubrificantes _asfalto _etc... FRAÇÕES DO PETRÓLEO TORRES DE FRACIONAMENTO DE PETRÓLEO A destilação fracionada baseia-se na diferença de volatilidade entre os vários componentes do petróleo Frações Gás natural GLP Éter de petróleo Composição aproximada 1 a 2 3 a 4 carbonos 5 a 6 carbonos Ponto de ebulição e utilização principal -162 a -75 C Combustível e matéria-prima de compostos orgânicos e fabricação de plásticos -42 a 20 C Combustível, gás de cozinha e matéria-prima de compostos orgânicos e na fabricação de borracha 20 a 60 C Solventes em lavagens a seco. O nome éter vem da alta volatilidade

3 Benzina Nafta ou ligroína Gasolina 7 a 8 carbonos 8 a 9 carbonos 6 a 10 carbonos 60 a 90 C Solvente orgânico 90 a 120 C Solvente e matéria-prima na industria petroquímica. 40 a 200 C Combustível de motores de explosão GASOLINA: Principal característica : - Índice de octano (IO): mede a tendência de uma gasolina a resistir à detonação; - IO da gasolina tipo C brasileira especificado pela ANP octanos Querosene 10 a 16 carbonos 150 a 300 C Iluminação, solvente, combustível - Gasolina Premium Petrobras IO de 95, menor Óleo diesel 15 a 18 carbonos 250 a 350 C Combustível teor de enxofre e composição que evita o acúmulo de resíduos no motor GASOLINA: GASOLINA: Determinação do Índice de Octano (IO) - n-heptano IO = 0 (zero) - Iso-octano IO = 100 Outras características - Estabilidade de armazenamento - Volatilidade - Poder calorífico - Teor de enxofre -Queima - Impurezas

4 ÓLEO DIESEL: Principal característica do óleo diesel: - Índice de cetano (IC): expressa a maior ou menor facilidade do óleo diesel entrar em ignição; > IC mais fácil será a ignição do óleo diesel, facilitando a partida do motor. O índice de cetano do óleo diesel é especificado pelo ANP em no mínimo 45 cetanos (IC adequado: 40 60) GASOLINA: Determinação do Índice de Octano (IO) - n-heptano IO = 0 (zero) - Iso-octano IO = 100 ÓLEO DIESEL: Determinação do Índice de Cetano (IC) - α-metilnaftaleno IC = 0 (zero) - Cetano ou n-hexadecano IC = 100 GASOLINA: Determinação do Índice de Octano (IO) ÓLEO DIESEL: Outras características importantes - n-heptano IO = 0 (zero) - Iso-octano IO = 100 ÓLEO DIESEL: Determinação do Índice de Cetano (IC) - α-metilnaftaleno IC = 0 (zero) - Cetano ou n-hexadecano IC = Ponto de névoa: temperatura na qual as substâncias sólidas presentes no combustível começam a cristalizar-se, formando uma mistura não homogênea, influindo na partida do motor. Diesel de inverno Petrobras: _partida rápida e dispensa aditivos ou misturas _comercializado no RS de maio a setembro

5 -Viscosidade: deve ser tal que garanta um bom funcionamento do sistema de injeção dos motores. -Teor de enxofre: _Causa corrosão _Formação de óxidos de enxofre compostos altamente poluentes _Em contato com a umidade do ar ácido sulfúrico chuvas ácidas - Teor de impurezas: água, sedimentos e cinzas COMBUSTÍVEIS ALTERNATIVOS _Diminuição dos custos de produção _Apelo ambiental _combustíveis menos poluentes _fontes renováveis premissas a considerar: _Balanço energético positivo; _Inalteração dos motores e, _Utilização da atual infra-estrutura estocagem e distribuição ÁLCOOL ETÍLICO GÁS NATURAL Obtido por fermentação alcoólica de um substrato vegetal (cana-de-açúcar no Brasil) e posterior destilação. - Extraido junto com o petróleo - Difícil ignição - Encontrado acumulado em rochas porosas no subsolo - Alto consumo - Necessidade de transformar o motor para ciclo Otto pela adição de velas de ignição e carburador - Necessidade de transformar o motor para ciclo Otto pela adição de velas de ignição - Necessidade de instalação de tanques para o armazenamento do combustível

6 BIODIESEL _Combustível biodegradável derivado de fontes renováveis que estimulados por um catalisador reagem quimicamente com etanol ou metanol transesterificação _Sub-produto glicerina _Fontes vegetais oleaginosas como mamona, dendê, giralssol, babaçu, soja e algodão Utilização _Inicialmente em misturas com óleo mineral definidas pela ANP _Mesclas são identificadas pela letra B, seguida do percentual de biodiesel na mistura B5 = 5% de biodiesel e 95% de diesel mineral B n =... B100 = biodiesel puro _Permitido atualmente: 2% _Em % obrigatório e 5% permitido _A partir de 2013 obrigatório 5% Não são biodiesel óleos vegetais puros (soja, mamona, girassol) e óleos reutilizados (frituras) ARMAZENAMENTO E MANIPULAÇÃO Podem ser utilizados mas não são biodiesel Prejuízos decorrentes do uso de óleo diesel contaminado: Podem servir de matéria-prima para biodiesel Não passaram pelo processo de transesterificação Problemas de características físico-químicas (viscosidade, densidade e formação de depósitos carbonosos) - Desgaste do sistema de alimentação; - Aumento do consumo de combustível; - Perda de potência e, - Aumento do custo de manutenção do motor.

7 NA PROPRIEDADE RURAL O ÓLEO DIESEL PODE SER ARMAZENADO DAS SEGUINTES FORMAS: Em grandes reservatórios (acima ou abaixo do solo) Respiro Tampa Geralmente cilíndricos Instalados com declividades na direção de sua maior dimensão Dreno Bomba Filtro Em reservatórios móveis que além de armazenarem podem transportar o combustível Esquema de um reservatório acima do nível do solo Em tambores Tomar cuidados adicionais: Forma correta de armazenamento de combustíveis em tambores dispostos horizontalmente e verticalmente - não utilizar tambores feitos de chapas galvanizadas; - jamais jogar os tambores de caminhões ou carretas; - não deixar os tambores ao relento; - não mover o tambor antes do abastecimento

8 RECEBIMENTO DE NOVAS REMESSAS DE COMBUSTÍVEL MEDIDAS DE SEGURANÇA REFERENTE AO LOCAL DE ARMAZENAMENTO Deixar em repouso por, no mínimo, 36 horas antes de utilizá-lo permitir a decantação das impurezas Armazenar em local de pouco movimento, distante das demais instalações da propriedade e de fontes de calor Abastecer o trator ao final da jornada de trabalho e com o motor ainda quente devido a condensação de água junto às paredes internas do tanque de combustível Instalar placas de advertência: Não Fume, Perigo, Inflamável Instalar extintores de incêndio em locais visíveis e de fácil acesso MEDIDAS DE SEGURANÇA REFERENTE AO LOCAL DE ARMAZENAMENTO Manter as instalações elétricas do depósito em bom estado de conservação; Instalar pára-raios nas imediações do depósito; Aterrar tanques metálicos - acima do nível do solo; Lubrificantes & Lubrificação DEFINIÇÃO: Interposição de uma substância (fluida ou sólida), de propriedades adequadas, entre duas superfícies que apresentem movimento relativo entre si, visando à redução de atrito entre essas partes. O pessoal envolvido no abastecimento deve ser instruído no combate de incêndios no local.

9 Tipos de Lubrificação: - Lubrificação sólida: Quando se emprega uma substância sólida grafita - Lubrificação fluida: Quando se introduz líquido entre as superfícies em movimento óleos minerais, derivados do petróleo ATRITO Força que se opõe ao movimento, ou à tendência de movimento, de um corpo, oferecendo uma resistência ao seu deslocamento. O atrito dos fluidos < dos sólidos Por isso se introduz fluidos entre dois sólidos para evitar que entrem em contato direto Há produção do atrito fluido O contato sólido com sólido provoca: aquecimento das partes consumo extra de energia ruído deformação desgaste das partes Figura de duas superfícies polidas em contato A TIPOS DE ATRITO Com relação ao contato entre as superfícies sólidas - Atrito de deslizamento: Ocorre quando arrasta-se ou tenta-se arrastar um corpo sobre outro. B A B - Atrito de rolamento: Ocorre entre uma superfície qualquer e um cilindro ou uma esfera. Vista ao microscóp io

10 Com relação ao estado de movimento dos corpos - Atrito estático: Ocorre quando o movimento ainda não se iniciou, ou seja, a força aplicada ao corpo ainda não é suficiente para vencer o atrito entre as superfícies. - Atrito cinético: Ocorre no momento em que se inicia o movimento do corpo. Atrito cinético é normalmente inferior ao atrito estático. REGRAS IMPORTANTES A RESPEITO DO ATRITO a força de atrito é diretamente proporcional à carga aplicada entre as superfícies ( > carga; > Fa); a força de atrito não depende, sensivelmente, da velocidade relativa entre as superfícies; a lubrificação e o polimento das superfícies diminuem o atrito; a força de atrito praticamente não depende da área de contato entre as superfícies; i.e: Um caixote é arrastado pela mesma força, não importando se encontra-se sobre sua face de maior ou menor área. LEIS DO DESGASTE a quantidade de desgaste é diretamente proporcional à carga; a força de atrito de rolamento é inversamente proporcional ao da esfera ou do cilindro em questão; a quantidade de desgaste é diretamente proporcional à distância deslizante; i.e: Duas esferas de mesma massa e mesmo material, aquela com maior deslocada mais facilmente a quantidade de desgaste é inversamente proporcional à dureza da superfície.

11 Tipos de lubrificantes: Tipos de lubrificantes: a) Gasosos; b) Sólidos; c) Líquidos; d) Pastosos; a) Lubrificantes gasosos: De uso restrito, geralmente em locais de difícil penetração. Ex.: ar, nitrogênio e gases halogenados Problemas com as elevadas pressões requeridas para mantê-lo entre as superfícies e de vedação NÃO SÃO UTILIZADOS EM MÁQUINAS AGRÍCOLAS b) Lubrificantes sólidos: Geralmente apresentam grande resistência à pressão e a temperaturas elevadas. c) Lubrificantes líquidos: Dentre os lubrificantes líquidos, os óleos lubrificantes são os mais importantes. Os lubrificantes mais utilizados são: Grafita Bissulfeto talco mica de molibdênio Óleos lubrificantes industriais: Se destinam à lubrificação de máquinas industriais como compressores, turbinas, bombas, etc... Óleos lubrificantes automotivos: Destinados à lubrificação de motores de combustão interna e sistemas de transmissão de potência

12 Podem ainda ser subdivididos de acordo com a sua origem e formulação Óleos minerais puros: Obtidos a partir dos processos de refinação do petróleo São a base da maioria dos óleo comerciais Óleos aditivados: São óleos minerais aos quais se adicionam substâncias para reforçar ou acrescentar determinadas características do óleo base Óleos graxos: Óleos orgânicos de origem animal (lanolina, banha de porco, óleo de mocotó) ou vegetal (babaçu, mamona) Óleos compostos: Mistura de óleos minerais e óleos graxos visam aumentar a oleosidade dos óleos minerais Óleos sintéticos: Produzidos pela indústria petroquímica por síntese química atende as especificações mais severas (altas temperaturas, alto índice de viscosidade, etc.). Custo elevado Classificação da lubrificação Lubrificação Hidrostática: O fluido é introduzido sob pressão, de modo a separar as partes, fazendo com que as saliências microscópicas em uma e em outra superfície sejam separadas. Não deve existir movimento entre as partes até que o lubrificante seja introduzido Lubrificação Hidrodinâmica: O filme de lubrificação entre as superfícies é formado pelo próprio movimento relativo destas cunha de óleo Lubrificação Total: A espessura da camada lubrificante é superior à soma das alturas das rugosidades. - o atrito gerado é pequeno; - o desgaste insignificante C -espessura da película; A e B -altura das saliências (vistas ao microscópio CORPO MÓVEL A C B CORPO FIXO

13 Lubrificação Limite: A espessura da película é apenas igual a soma das alturas das saliências Há desgaste C -espessura da película; A e B-altura das saliências (vistas ao microscópio) CORPO MÓVEL Lubrificação Mista: Até que se inicie o movimento a camada de lubrificante não tem espessura suficiente para separar totalmente as superfícies lubrificação limite Quando se inicia o movimento, há a formação da cunha de óleo lubrificação total CARGA CARGA C A B INÍCIO DO MOVIMENTO O CORPO ADQUIRE VELOCIDADE PRESSÃO HIDRODINÂMICA CORPO FIXO LIMITE PARTE FIXA TOTAL VISCOSIDADE Expressa a facilidade com que um óleo escoa resistência interna oferecida pelas moléculas de um fluido quando se tenta movimentá-lo A viscosidade é expressa em tempo (s) para determinada quantidade de óleo fluir através de um orifício calibrado a uma determinada temperatura. A B Viscosímetro Saybolt Viscosímetro cinemático

14 CLASSIFICAÇÃO DOS LUBRIFICANTES LÍQUIDOS Numeração SAE: Agrupa os óleos lubrificantes segundo a sua viscosidade em determinadas temperaturas. Viscosidade medida a temperaturas próximas ou inferiores a 0 C óleos de inverno (série W) 0 w, 5 w, 10 w, 15 w, 20 w e 25 w Visam a lubrificação adequada durante a partida Não considera fatores de qualidade ou desempenho Quanto > o numero SAE > a viscosidade do óleo Não importando se o número é seguido ou não por letra Óleo SAE 40 é mais viscoso que um óleo SAE 20 Viscosidade medida a 100 C óleos de Verão. 20, 30, 40, 50 e 60 Evita que as altas temperaturas de funcionamento causem um aumento no consumo e desgaste do motor VISCOSIDADE versus TEMPERATURA ÍNDICE DE VISCOSIDADE (IV) A variação da viscosidade é inversamente proporcional à variação da temperatura Indica a variação da viscosidade de um óleo em função da variação da temperatura > IV < mudança na viscosidade causada pela alteração da temperatura onde: IV = (L U). 100 (L H) L viscosidade a 37,8 C (100 F) do óleo de IV=100 H viscosidade a 37,8 C (100 F) do óleo de IV=0 U viscosidade a 37,8 C (100 F) do óleo em estudo

15 Óleos Multiviscosos Óleos que possuem alto IV pouco afetados pelo aumento da temperatura Reúnem características de óleos de verão e de inverno simultaneamente. Vantagens: - lubrificam adequadamente o motor numa faixa mais ampla de temperatura Óleo SAE 20W-50 Se comporta como um óleo SAE 20 a baixas temperaturas e como um SAE 50 em temperaturas altas MULTIVISCOSO - facilitam a partida a frio - diminuem o desgaste do motor Classificação de serviço (API): O sistema de classificação API leva em conta: Tipo de trabalho Tipo de motor Características do combustível Práticas de manutenção Séries: S: agrupa os lubrificantes para motores ciclo Otto C: reúne os lubrificantes para motores ciclo diesel Categorias (A, B, C, D, DII, E, F.4): A: baixa classificação de serviço F: alta classificação de serviço Classificação de serviço: Categoria CA CB CD II CF.4 Aplicação Motores de aspiração natural, operando em condições suaves ou moderadas, utilizando combustível de baixo teor de enxofre. Motores de aspiração natural, operando em condições suaves ou moderadas, utilizando combustível de alto teor de enxofre (1%). Motores dois tempos operando em serviço severo. Motores quatro tempos de alta rotação. Supera a categoria CE quanto ao consumo de lubrificante e formação de depósitos nos pistões.

16 Aditivos Produtos usados em concentrações baixas com a finalidade de realçar algumas qualidades dos lubrificantes, ceder-lhes novas ou eliminar as indesejáveis Óleos para Transmissões Numeração SAE: 70W, 75W, 80W, 85W, 90, 140 e 250 Classificação de serviço API: GL3 = Indicada para engrenagens cônicas helicoidais sob condições de carga e velocidade moderadas. antioxidantes detergentes agentes extrema pressão melhoradores de IV agentes antidesgaste anticorrosivos dispersantes antiespumantes inibidores de ferrugem GL4 = Indicada para todo tipo de engrenagens operando sob condições alta velocidade e baixo torque ou vice-versa. GL5 = Idêntica a categoria GL- 4, mas possui aditivação necessária para resistir também às cargas de choque. d) Lubrificantes pastosos: representados pelas GRAXAS Pastas homogêneas de consistência semifluida à sólida, formadas pela combinação de um fluido (óleo lubrificante) e um espessante (sabões metálicos, argila), com características lubrificantes. Utilização lubrificação de locais onde o emprego de óleos não seja adequado, devido à sua fluidez natural, razões construtivas ou de manutenção Desvantagens das graxas em relação aos óleos: Dissipam menos calor Não lubrificam tão bem em altas velocidades Resistem menos à oxidação Muitas vezes para relubrificar é necessário abrir o mancal para retirar a graxa usada Vantagens das graxas em relação aos óleos: Promovem melhor vedação contra a água e impurezas Maior economia nos locais onde o óleo escorre Possuem maior adesividade Não necessitam de controle de nível

17 Principais características das graxas: Consistência (mole/dura) padronizada pela NLGI Bombeabilidade facilidade ou dificuldade em fluir quando bombeada Ponto de gota Tº em que começa a haver separação entre o sabão e o óleo Aditivos para graxas: EP = Mancais que suportam carga elevada Adesividade = para locais que com vibrações ou sujeitos a força centrífuga Anticorrosivo= neutralizam ácidos da oxidação Antiferrugem= inibem a ação corrosiva da água Principais espessantes utilizados na formulação das graxas: - Sabão de cálcio: resistente ao ataque da umidade (insolúveis em água) baixo custo não devem ser utilizadas em locais em que a temperatura exceda 60 C recomendado para a lubrificação de mancais de buchas, chassis de veículos e bombas d água. - Sabão de sódio: resistentes às altas temperaturas (90 a 120 C) solúvel em água indicadas para a lubrificação de mancais de rolamentos e juntas universais - Sabão de lítio: insolúveis em água utilizadas em locais com altas temperaturas (até 150 C) muito utilizada em máquinas agrícola Classificação de Consistência NLGI para graxas Grau NLGI* Tipo de Graxa Semifluida Semifluida Muito Mole Mole Média Dura Muito Dura Extra Dura *NLGI: National Lubricating Grease Institute Instituto Nacional de Graxas Lubrificantes dos EUA

18 LUBRIFICAÇÃO DE MÁQUINAS E IMPLEMENTOS LUBRIFICAÇÃO DE MÁQUINAS E IMPLEMENTOS Transmissão por correntes: correntes de roletes de dentes Transmissão por correntes: Recomenda-se aplicação de óleo de média viscosidade com boas características de adesividade e antigotejamento corrente comum ou cadeia de elos de elos livres almotolia Eixos e árvores: Engrenagens: Normalmente lubrificadas com lubrificantes líquidos por banho de óleo BUJÃO DE PREENCHIMENTO BUJÃO DE ESCAPE BUJÃO DE ESVAZIAMENTO ÓLEO

19 Mancais: Mancais: Mancais de rolamento Mancais de atrito Como engraxar? Equipamento para engraxar

20 MUITO OBRIGADO