NOÇÕES DE LUBRIFICAÇÃO: ATRITO E TIPOS DE LUBRIFICAÇÃO

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1 Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho Departamento de Engenharia Mecânica MANUTENÇÃO E LUBRIFICAÇÃO DE EQUIPAMENTOS NOÇÕES DE LUBRIFICAÇÃO: ATRITO E TIPOS DE LUBRIFICAÇÃO Prof. Dr. João Candido Fernandes Alunos: Bruno Oliveira Sodero R.A.: Caio Estronioli R.A.: Chao Ho Chih R.A.:

2 ATRITO Conceito de Atrito: Principal componente do desgaste mecânico define-se como a força de resistência ao movimento de um corpo que desliza sobre outro e depende da natureza do material das peças em contato. É representado pela letra grega µ. De uma forma mais completa, o atrito é um estado de aspereza ou rugosidade entre dois sólidos em contato, que permite uma troca de forças em uma direção tangencial a região de contato entre os sólidos. O fato de existir atrito entre dois sólidos não implica, necessariamente, a existência de uma força de atrito entre eles. O sentido da força de atrito é sempre contrário ao deslizamento ou a tendência de deslizamento entre sólidos em contato. De acordo com a 3ª lei de Newton (Ação e Reação), os sólidos A e B trocam entre si forças de atrito, existe uma força de atrito que A aplica em B e B em A. Tais forças de atrito são opostas (têm mesma intensidades), mesma direção e sentidos opostos. As forças de atrito trocadas entre A e B (F e f) nunca se equilibram porque estão aplicadas em corpos distintos. A força de Atrito: É diretamente proporcional a carga; É independente da área de contato; Varia de acordo com a natureza das superfícies; Não afeta a velocidade do deslizamento. O atrito é regido pelas seguintes leis: 1ª Lei A força de atrito independe da área de contato. A explicação para esta lei, é que, a área de contato da superfície ainda que contenha um acabamento polido, possui uma camada de rugosidade que não é perceptível ao olho, porém, se aumentada a mais de 100 vezes, nota-se essa rugosidade e são as elevações destas minúsculas montanhas formadas na superfície que efetivamente vão manter contato entre as superfícies. 2ª Lei O atrito é diretamente proporcional a carga aplicada. Esta segunda lei evidencia ainda mais a primeira. Se nas condições da

3 Ilustração 1, aplicarmos mais carga, haverá uma considerável deformação das peças, fazendo com que as rugosidades que não se tocavam, venham a se tocar, aumentando assim o atrito. Considerando estas duas leis, conclui-se que o controle do desgaste das peças, leva em consideração a natureza deste desgaste. Para tanto, deve-se conhecer os principais fatos geradores de desgaste dos equipamentos mais comumente utilizados nas empresas. O atrito resulta da interação entre dois corpos Ilustração 1 O atrito além de ser uma força que oferece resistência ao movimento pode também ser uma força motriz. Como exemplo, coloca-se uma caixa em uma carroceria de um caminhão que começa a andar, esse por sua vez, fará com que o atrito da carroceria com a caixa, movimente a caixa. O atrito depende e está vinculado ao estado de aspereza ou rugosidade de duas superfícies que estão em contato. Tipos de atrito: Sólido, quando há contato de duas superfícies sólidas entre si. Deslizamento, quando uma superfície se desloca diretamente em contato com outra. Rolamento, quando o deslocamento se efetua através da rotação de corpos cilíndricos ou esféricos, colocado entre as superfícies em movimento. Como a área de contato é menor, o atrito também é menor. Fluido, quando existir, separando as superfícies em movimento, uma camada fluida. Mecanismos de atrito: Cisalhamento Dureza semelhante Dureza diferente Adesão

4 Atrito de deslizamento: Estático (F menor ou igual à Fa). Dinâmico (F maior que Fa). Atrito Estático: É o coeficiente entre a força necessária para iniciar um movimento de um corpo considerando seu próprio peso. A palavra Estática significa parada ou em repouso. Aplicando-se uma força F, na tentativa de movimentar um corpo, a força de atrito (Fat) existente no corpo que tangencia a superfície de contato, chamado de atrito, mantém o corpo em repouso porque ela no momento está sendo igualada a força F, o atrito também aumenta na mesma intensidade até chegar ao ponto máximo. Esse atrito estático no seu ponto máximo passa a ser chamado de Atrito de Destaque fazendo com que o corpo esteja na eminência de movimento. Ora, para mover uma caixa, se for feita uma força igual ao atrito dinâmico, ela não sairá do lugar, pois as forças irão se anular. Então, conclui-se com isso que a força de atrito estático é maior que a de atrito dinâmico. Porém, na maioria dos casos, os seus valores são tão próximos que se pode considerálas aproximadamente iguais. Atrito Cinético ou Dinâmico: É a força requerida para manter em deslizamento um determinado corpo com um determinado peso. Ocorre quando uma força de atrito age em um corpo qualquer que está em movimento (cinemática ou dinâmica). Para velocidades menores que 5 m/s, a força de atrito cinético é praticamente constante e dado por Fat = mc. N Coeficiente de atrito: É o coeficiente de proporcionalidade ( ), considerando que a força limite de atrito estático e cinético é proporcional às solicitações normais entre as superfícies. Pode-se acrescentar as seguintes regras: Atrito estático é normalmente maior que o atrito cinético. O atrito em superfícies lubrificadas é menor do que em superfícies secas.

5 Ângulo de atrito tg Fa N Atrito de rolamento r F r x P O Coeficiente depende: Das propriedades elásticas dos elementos rolantes; Das propriedades elásticas das pistas; Do acabamento superficial; Da direção da carga; Da rotação do elemento rolante; Da temperatura de operação; Do tipo do mancal; Das dimensões dos elementos rolantes; Do raio de curvatura da superfície de contato; Contato Coeficiente r (mm) Madeira sobre madeira 0,50 0,80 Ferro sobre aço 0,18 0,56 Aço sobre aço 0,20 0,50 Ferro sobre pedra 1,27 5,00 Pneu sobre asfalto 0,50 0,55 Exemplos de Coeficientes de Atrito. Benefícios e Malefícios do atrito de uma forma geral: Benefícios: Se não fosse o atrito um carro não sairia do lugar porque os pneumáticos deslizariam sobre a superfície. Em uma superfície lamacenta ou com neve é preciso que haja correntes no pneu do carro para que o carro saia do lugar. São as correntes que fazem com que o atrito aumente. Sem o atrito as correntes não poderiam mover as máquinas e os pregos não ficariam fixos na parede. Em uma lombada, um carro parado só não desliza porque existe atrito.

6 Malefícios: O atrito é prejudicial no momento em que ele desgasta as superfícies que rolam uma sobre a outra, aumenta a força necessária para mover um corpo e produzir calor. Para estes malefícios do atrito fazem-se superfícies super planas e lisas, usa-se metais duros, o uso de lubrificantes entre as superfícies para que não haja tanto atrito e fiquem escorregadias e para que também não haja tanto desgaste das superfícies. Tipos de aplicação dos óleos lubrificantes A escolha do método de aplicação do óleo lubrificante depende dos seguintes fatores: Tipo de lubrificante a ser empregado (graxa ou óleo) Viscosidade do lubrificante Quantidade do lubrificante Custo do dispositivo de lubrificação Quanto ao sistema de lubrificação, esta pode ser: Por gravidade Por capilaridade Por salpico Por imersão Por sistema forçado A graxa. 1. Lubrificação por Gravidade Lubrificação manual A lubrificação manual é feita por meio de almotolias e não é muito eficiente, pois, não produz uma camada homogênea de lubrificante. Copo com agulha ou vareta Esse dispositivo possui uma agulha que passa por um orifício e cuja ponta repousa sobre o eixo. Quando o eixo gira, imprime um movimento alternativo à agulha, liberando o fluxo de lubrificante, que continua fluindo enquanto dura o movimento do eixo. Copo conta gotas Esse é o tipo de copo mais comumente usado na lubrificação industrial, sua vantagem esta na possibilidade de regular a quantidade de óleo aplicado sobre o mancal.

7 2. Lubrificação por Capilaridade Copo com mecha Nesse dispositivo, o lubrificante flui através de um pavio que fica encharcado de óleo. A vazão depende da viscosidade do óleo, da temperatura e do tamanho e traçado do pavio. Lubrificação por estopa ou almofada Por esse método, coloca-se uma quantidade de estopa (ou uma almofada feita de tecido absorvente) embebida em óleo em contato com a parte inferior do eixo. Por ação capilar, o óleo de embebimento escoa pela estopa (ou pela almofada) em direção ao mancal. 3. Lubrificação por Salpico Na lubrificação por salpico, o lubrificante contido num depósito (ou carter) é borrifado por meio de uma ou mais peças móveis. Esse tipo de lubrificação é muito comum, especialmente em certos tipos de motores. Lubrificação por anel ou por corrente Nesse método de lubrificação, o lubrificante fica em um reservatório abaixo do mancal. Um anel, cuja parte inferior permanece mergulhada no óleo, passa em torno do eixo. Quando o eixo se movimenta, o anel acompanha esse movimento e o lubrificante é levado ao eixo e ao ponto de contato entre ambos. Se uma maior quantidade de lubrificante é necessária, utiliza-se uma corrente em lugar do anel. O mesmo acontecerá se o óleo utilizado for mais viscoso. Lubrificação por colar O método é semelhante à lubrificação por anel, porém, o anel é substituído por um colar fixo ao eixo. O óleo transportado pelo colar vai até o mancal por meio de ranhuras. Emprega-se esse método em eixos de maior velocidade ou quando se quer óleo mais viscoso. 4. Lubrificação por Imersão Lubrificação por banho de óleo Nesse método, as peças a serem lubrificadas mergulham total ou parcialmente num recipiente de óleo. O excesso de lubrificante é distribuído por meio de ranhuras a outras peças. O nível do óleo deve ser constantemente controlado porque, além de lubrificar, ele tem a função de resfriar a peça. Esse tipo de lubrificação é empregado em mancais de rolamentos de eixos horizontais e em caixas de engrenagens.

8 5. Lubrificação por Sistema Forçado Lubrificação por perda É um sistema que utiliza uma bomba que retira óleo de um reservatório e força-o por entre as superfícies metálicas a serem lubrificadas. Esse método é empregado na lubrificação de cilindros de compressores e de mancais. Lubrificação por circulação Neste sistema o óleo é bombeado de um depósito para as partes a serem lubrificadas. Após a passagem pelas peças, o óleo volta para o reservatório. Pode ser dividido em sistemas circulatórios: Por Gravidade: No sistema por gravidade, existe uma bomba situada no interior do reservatório de óleo a qual o recalca para um reservatório localizado acima da máquina, de onde vai por gravidade atingir os diversos pontos. Por bombas múltiplas e lubrificadores mecânicos: Neste sistema existe um aparelho lubrificador montado sobre a própria máquina e por ela acionado. Esse lubrificador consta de uma caixa, que serve de depósito para o lubrificante e um, dois ou mais pistões, funcionando como bomba. As gotas de óleo seguem por canalização adequada até ás peças a lubrificar. A quantidade do óleo, que cada um dos pistões fornece, pode ser regulada por meio de um parafuso. Para facilitar a regulagem, muitos lubrificantes possuem visores, que permitem a contagem de gotas por unidade de tempo. Por bomba única: Método de lubrificação muito usado. A bomba que está ligada ao eixo do motor ou máquina fica geralmente mergulhada no óleo do cárter ou depósito e o fornece sob pressão por meio de canalização, aos pontos que precisam de lubrificação. Após ter passado peças a lubrificar, o óleo retorna ao cárter para resfriamento e é novamente posto em circulação. 6. Lubrificação a Graxa Lubrificação manual com pincel ou espátula É um método através do qual se aplica uma película de graxa sobre a peça a ser lubrificada. Lubrificação manual com pistola Nesse método a graxa é introduzida por intermédio do pino graxeiro de uma bomba manual.

9 Copo Stauffer Nesse método os copos são cheios com graxa e, ao se girar a tampa a graxa é impelida pelo orifício, localizada na parte inferior do copo. Ao se encher o copo, deve-se evitar a formação de bolhas de ar. O copo deverá ser recarregado de graxa quando a tampa rosqueada atingir o fim do curso da rosca. Lubrificação por enchimento Esse método de lubrificação é usado em mancais de rolamento. A graxa é aplicada manualmente até a metade da capacidade do depósito. 7. Sistema centralizado O sistema centralizado é um método de lubrificação a graxa ou a óleo que tem a finalidade de lubrificar um elevado número de pontos, independentemente de sua localização. Esse sistema possibilita o abastecimento da quantidade exata de lubrificante, além de reduzir custos de mão-de-obra de lubrificação. Um sistema centralizado completo possui os seguintes componentes: bomba e manômetro; redes de suprimento (principal e distribuidores; válvulas e porca de compressão; conexões e joelhos; acoplamentos e uniões). 8. Sistema operado manualmente É empregado na lubrificação de pontos de moderada freqüência. Geralmente são circuitos pequenos. Nem sempre esse sistema requer retorno do óleo, e por isto, é adequado para tipo perda total. 9. Sistema automatizado Empregam-se os automáticos, onde há necessidade de lubrificação contínua. Há um dispositivo acoplado ao motor elétrico que permite regular o número de operações por hora de efetivo trabalho.