Fundamentos da Lubrificação e Lubrificantes Aula 5

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1 Fundamentos da Lubrificação e Lubrificantes Aula 5 PROF. DENILSON J. VIANA Classificação do Tipo de Lubrificação A lubrificação pode ser classificada em três tipos básicos de acordo com a película lubrificante. Lubrificação Completa ou Fluida Lubrificação Limite Lubrificação Mista PROF. DENILSON VIANA 2

2 Lubrificação Completa ou Fluida Situação na qual as superfícies do mancal estão completamente separadas por um filme de óleo lubrificante, eliminando qualquer contato. A película lubrificante possui espessura superior à soma das alturas das rugosidades das superfícies. São resultantes valores de atrito baixos e desgaste insignificantes. PROF. DENILSON VIANA 3 Lubrificação Limite Ocorre quando a espessura do filme lubrificante é na ordem molecular. A película, mais fina, permite o contato entre as superfícies de vez em quando, isto é, a película possui espessura igual à soma das alturas das rugosidades das superfícies. Descreve uma situação onde, por razões como geometria, acabamento da superfície, carga excessiva, ou falta de lubrificação suficiente, as superfícies do mancal podem tem contato direto, podendo ocorrer adesão ou desgaste abrasivo. PROF. DENILSON VIANA 4

3 Lubrificação Mista Podem ocorrer os dois casos anteriores. Representa uma combinação de uma lubrificação completa, associada a um contato intermitente entre as superfícies, devido à suas rugosidades. Por exemplo, na partida das máquinas os componentes em movimento estão apoiados sobre as partes fixas, havendo uma película insuficiente, permitindo o contato entre as superfícies (lubrificação limite). PROF. DENILSON VIANA 5 Três mecanismos podem originar lubrificação completa: Lubrificação hidrostática Lubrificação hidrodinâmica Lubrificação elastohidrodinâmica. PROF. DENILSON VIANA 6

4 Lubrificação Hidrostática Fornece uma separação completa das superfícies por meio de um fluido altamente pressurizado (ar, óleo, água, etc). O fluido é pressurizado por meios externos, a separação plena pode ser obtida com ou sem o movimento relativo entre as superfícies, ou seja, durante a partida e em baixas velocidades de rotação da máquina. PROF. DENILSON VIANA 7 É utilizado em aplicações altamente especificas devido ao custo elevado. As superfícies são separadas por um filme de lubrificante que, se mantido limpo e livre de contaminantes, reduz a taxa de desgaste praticamente a zero. PROF. DENILSON VIANA 8

5 Outro exemplo PROF. DENILSON VIANA 9 Lubrificação Elastohidrodinâmica Ocorre na presença de contato de rolamento como os dentes de uma engrenagem ou came, tornandose mais difícil formar um filme de lubrificante completo. As superfícies não-deformáveis tendem a expelir o fluido. PROF. DENILSON VIANA 10

6 Em baixas velocidades, estas juntas estarão em lubrificação limite, e altas taxas de desgaste podem resultar em possível deterioração e danos de superfície. A carga cria uma pequena área de contato a partir das deflexões elásticas das superfícies. A lubrificação limite ocorre nas operações de ligar e desligar e, se prolongada, causará desgaste intenso. PROF. DENILSON VIANA 11 Lubrificação Hidrodinâmica Quando o filme de fluido se desenvolve entre as superfícies em virtude do próprio movimento relativo das superfícies. PROF. DENILSON VIANA 12

7 O fator mais importante neste tipo de lubrificação é a viscosidade. Na teoria não há desgaste já que as superfícies não se tocam. Entretanto na prática, nunca temos lubrificação totalmente hidrodinâmica. PROF. DENILSON VIANA 13 Coeficiente de Atrito na lubrificação hidrodinâmica se situa entre 0,001 e 0,03 Depende da: viscosidade; superfícies em contato; velocidade relativa; área das superfícies; espessura do filme fluido; forma geométrica das superfícies; carga exercida sobre o filme fluido. PROF. DENILSON VIANA 14

8 Lubrificação de Superfícies Planas Seja um bloco deslizando sobre urna superfície plana. Para uma correta lubrificação hidrodinâmica devemos ter: Borda arredondado ou chanfrada O bloco deve poder se movimentar verticalmente PROF. DENILSON VIANA 15 Antes do bloco iniciar o movimento, existe contato metal-metal. O atrito é considerável até que o fluido entre em baixo do bloco formando uma camada lubrificante, atingindo uma espessura de equilíbrio. Nessa condição o atrito é mínimo e o bloco é sustentado pela pressão hidrodinâmica. Efeito Cunha PROF. DENILSON VIANA 16

9 Lubrificação de um mancal No projeto do mancal deve existir uma folga que permita a formação de uma cunha lubrificante entre o eixo e o mancal. Antes de iniciar o movimento o eixo está tocando o mancal. Ao iniciar o movimento o eixo sobe pela parede do mancal mas incialmente não tem velocidade para formar o filme de óleo (Fase de lubrificação limítrofe) Com o aumento da rotação, aumenta também a pressão de cunha do óleo, elevando-se o eixo. PROF. DENILSON VIANA 17 Ao atingir a rotação adequada o atrito é mínimo, não há desgaste. Para cada rotação do eixo haverá uma posição de equilíbrio pois o ponto de aplicação de pressão da cunha se deslocará. PROF. DENILSON VIANA 18

10 Distribuição da Pressão no mancal PROF. DENILSON VIANA 19 Local de aplicação de lubrificante O ponto de aplicação do lubrificante deve ser escolhido em uma área de pressão mínima. PROF. DENILSON VIANA 20

11 Devem ser feitas ranhuras nos pontos de lubrificação para facilitar a distribuição do lubrificante. PROF. DENILSON VIANA 21 Funções dos Lubrificantes Os lubrificantes variam dependendo das diferentes funções que devem desempenhar. Em algumas aplicações, como em mancais de instrumentos delicados, o controle de atrito é o mais significativos. Em outras, como em cortes de metais, pode ser mais importante o controle da temperatura. PROF. DENILSON VIANA 22

12 As principais funções dos lubrificantes são: 1 - Controle de atrito; 2 - Controle do desgaste; 3 - Controle de temperatura; 4 - Controle de corrosão; 5 - Isolante (elétrico); 6 - Transmissão de potência (hidráulica); 7 - Amortecimento de choques (amortecedores, engrenagens); 8 - Remoção de contaminantes (ação de lavagem por jato); 9 - Formação de vedação (graxa). PROF. DENILSON VIANA 23 Controle de Atrito Na lubrificação hidrodinâmica (filme completo) o filme de lubrificante é suficientemente espessos para separar completamente as superfícies em movimento. Não ocorre contato metálico, com a consequente perda elevada de energia. É o melhor tipo de lubrificação e, com ele, o coeficiente de atrito é, geralmente, muito pequeno, atingindo valores de 0,001 ou menos. PROF. DENILSON VIANA 24

13 A principal contribuição do lubrificante no controle do atrito é minimizar as perdas por atrito fluido (perdas pelo cisalhamento interno do lubrificante e perdas por bombeamento para garantir um suprimento contínuo). A única forma do lubrificante influir no atrito, sob esse tipo de lubrificação, é através de sua viscosidade. PROF. DENILSON VIANA 25 Muitos fluidos diferentes podem ser considerados como lubrificantes se somente for considerada a habilidade de lubrificar superfícies em atrito sob condições hidrodinâmicas. PROF. DENILSON VIANA 26

14 O resultado de aplicação de energia para vencer a força de atrito é calor. A habilidade do sistema de lubrificação em dissipar calor controlará a viscosidade real de operação do lubrificante O atrito pode ser controlado, na lubrificação mista, pela adição de lubrificante base como graxas, ácidos graxos, ésteres, alguns álcoois e alguns produtos químicos solúveis em óleo. PROF. DENILSON VIANA 27 Em resumo: Os lubrificantes, para controlar o atrito, funcionam sob condições de filme fluido, através do efeito de sua viscosidade, da espessura do filme e das perdas de energia. Com o aumento do contato metálico, a medida que se aproximam as condições de lubrificação limite, a viscosidade do lubrificante se torna menos importante, e a sua natureza química e com ela afeta as superfícies em contato são significativas. PROF. DENILSON VIANA 28

15 Controle de Desgaste O desgaste ocorre, em um sistema lubrificado, por três mecanismos: abrasão, corrosão e contato metálico. O lubrificante tem um importante papel no combate a cada um desses tipos de desgaste. PROF. DENILSON VIANA 29 O desgaste abrasivo é causado por partículas sólidas que penetram na área entre as superfícies lubrificadas erodindo-as fisicamente. As partículas sólidas podem ser contaminantes ou fragmentos do desgaste. Para ocasionar desgaste, a partícula deve ser mais alta que a espessura da película de óleo e mais dura que as superfícies com que entra em contato. PROF. DENILSON VIANA 30

16 A ação de jato do lubrificante, especialmente em alimentação forçada serve para remover partículas sólidas nocivas da área das superfícies lubrificadas. Filtros e vedações são acessórios importantes em um sistema de lubrificação sujeitos a contaminantes abrasivos. PROF. DENILSON VIANA 31 O desgaste corrosivo é geralmente ocasionados pelos produtos de oxidação dos lubrificantes. Um refinamento apropriado somado ao uso de inibidores de oxidação reduzem a deterioração do lubrificante e mantém baixo o nível de produtos corrosivos da oxidação. A adição de preventivos da corrosão protege as superfícies metálicas dos produtos ácidos que podem se formar. PROF. DENILSON VIANA 32

17 O desgaste causado pelo contato metálico resulta da ruptura do filme lubrificante. Sob condições de lubrificação hidrodinâmica, ele pode ocorrer no arranque e parada. Pode ser resultante de rugosidade superficial excessiva ou interrupção do suprimento de lubrificante. Um suprimento adequado de óleo com viscosidade apropriada é, na maioria das vezes, a melhor maneira de evitar o desgaste metálico. PROF. DENILSON VIANA 33