Fundamentos da Lubrificação e Lubrificantes Aula 4 PROF. DENILSON J. VIANA

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1 Fundamentos da Lubrificação e Lubrificantes Aula 4 PROF. DENILSON J. VIANA

2 Introdução à Lubrificação Lubrificação É o fenômeno de redução do atrito entre duas superfícies em movimento relativo por meio da introdução de uma substancia entre as mesmas. PROF. DENILSON VIANA 2

3 Essa substancia pode ser: Sólida Lubrificação sólida. Ex.: A grafita é o lubrificante mais recomendado para fechaduras. Fluida Lubrificação fluida. É a mais usual, sendo utilizado um óleo mineral de petróleo como base ou sintéticos. Embora pouco empregado na prática, diversos outros fluidos podem ser utilizados, inclusive ar e água. PROF. DENILSON VIANA 3

4 A função básica da lubrificação é possibilitar que o movimento se faça com o mínimo de: Aquecimento Ruído Desgaste Isto é feito substituindo-se a atrito direto entre as duas superfícies pelo atrito fluido. PROF. DENILSON VIANA 4

5 A espessura do fluido entre as superfícies em movimento deve ser superior a soma das alturas das rugosidades. PROF. DENILSON VIANA 5

6 Conceitos fundamentais sobre Fluidos Definição Básica de Fluidos É uma substância que não tem forma própria, assumindo o formato de seu recipiente. PROF. DENILSON VIANA 6

7 Principio da Adesão Os pontos de um fluido em contato com uma superfície sólida aderem aos pontos desta. Por consequência, adquirem seu estado de movimento. Experimento das duas placas Deforma-se angularmente Sólido preso entre duas placas planas Fluido entre duas placas planas PROF. DENILSON VIANA 7

8 Viscosidade Historicamente os primeiros estudos científicos sobre atrito e lubrificação foram realizados por Leonardo D'Vinci no século XVI. No século seguinte (1687) Isaac Newton introduz o conceito de viscosidade (1687). PROF. DENILSON VIANA 8

9 Outras conclusões sobre experimento das placas Tensão de cisalhamento F n F A F t τ = F t A Onde: τ = Tensão de Cisalhamento F t = Força tangencial A = Área PROF. DENILSON VIANA 9

10 A placa superior é acelerada pela força F t Após um determinado instante a velocidade v 0 passa a ser constante. Pela Lei de Newton: F = m. a Para v = cte, a = 0, ou seja, Dinâmico) F=0 (Equilíbrio De onde vem a força que anula a força F t? PROF. DENILSON VIANA 10

11 τ A = F tangencial interna Anula F t Equilíbrio Dinâmico: Velocidade constante PROF. DENILSON VIANA 11

12 Newton descobriu que em muitos fluidos a tensão de cisalhamento é proporcional (α) ao gradiente de velocidade Lei de Newton da Viscosidade Fluidos Newtonianos Obedecem a essa lei São a grande maioria de fluidos. Ex.: ar, agua, óleos, etc Fluidos não newtonianos São de pequeno interesse geral PROF. DENILSON VIANA 12

13 Exemplo de Fluido Não Newtoniano PROF. DENILSON VIANA 13

14 Viscosidade Absoluta ou Dinâmica A Lei de Newton da viscosidade impõe uma proporcionalidade entre a tensão de cisalhamento e o gradiente da velocidade. Tal fato leva a introdução de um coeficiente de proporcionalidade μ = viscosidade dinâmica ou absoluta PROF. DENILSON VIANA 14

15 A grandeza μ é uma propriedade de cada fluido e de suas condições (pressão e temperatura). A viscosidade dos fluidos é originada pela coesão entre as moléculas e pelo choque entre elas A viscosidade não é uma propriedade que se pode observar em um fluido em repouso Podemos concluir que: Viscosidade é a propriedade que indica a maior ou a menor dificuldade de um fluido escoar. PROF. DENILSON VIANA 15

16 A viscosidade dinâmica Possui um valor diferente para cada fluido Varia para um mesmo fluido, principalmente em relação a temperatura Nos líquidos, diminui com a temperatura Nos gases, aumenta com a temperatura PROF. DENILSON VIANA 16

17 Simplificação Prática da Lei da Viscosidade de Newton Quando a distancia E é pequena, podemos considerar sem muito erro que a variação de v com y é linear. Simplificando temos: Lei de Newton PROF. DENILSON VIANA 17

18 Unidades de viscosidade dinâmica No SI 1 Pa.s = 1 N.s/m² = 1 kg/(m.s) No CGS 1 P (poise) = 100 cp (centipoise) = 1 g/(cms) = 0,1 Pa.s 1 cp = 1mPa.s PROF. DENILSON VIANA 18

19 Massa Específica (ρ) É a massa de fluido por unidade de volume. Unidades PROF. DENILSON VIANA 19

20 Peso Específico (γ) É a peso de fluido por unidade de volume. Unidades PROF. DENILSON VIANA 20

21 Viscosidade Cinemática (ν) É o quociente entre a viscosidade dinâmica e a massa especifica. Unidades PROF. DENILSON VIANA 21

22 Exemplo Um pistão de peso G = 4 N cai dentro de uma camisa com uma velocidade constante de 2m/s. O diâmetro do cilindro é 10,1 cm e o do pistão é 10,0 cm. Determinar a viscosidade do lubrificante colocado na folga entre o pistão e o cilindro. PROF. DENILSON VIANA 22

23 Solução Se v = cte Logo: a = 0 Equilíbrio Dinâmico F = m. a = 0 Vimos que τ = μ v 0, logo: ε τ.ε μ = v 0 τ = F μ A e F μ = G temos: τ = G π.d.l = 4 π.0,1.0,05 ε = D e D i μ = 2 τ.ε = v 0 = 10,1 10, ,65.0, =254,65 N/m² = 0,05 cm = 0,0005 m = 6, Ns/m² PROF. DENILSON VIANA 23

24 Exercício 1 São dadas duas placas paralelas à distancia de 2 mm. A placa superior move-se com velocidade de 4m/s, enquanto a inferior é fixa. Se o espaço entre as duas placas for preenchido com óleo (μ=8, Pa.s) qual será a tensão de cisalhamento que agirá no óleo? Resp. τ = 16,6 N/m² PROF. DENILSON VIANA 24

25 Exercício 2 Uma placa quadrada de 1 m de lado e 20N de peso desliza sobre um plano inclinado de 30 sobre uma película de óleo. A velocidade da placa é 2 m/s constante. Qual é a viscosidade dinâmica do óleo, se a espessura de película é de2mm?] Resp: μ=10-2 N.s/m² PROF. DENILSON VIANA 25

26 Exercício 3 O pistão da figura tem uma massa de 0,5 kg. O cilindro de comprimento ilimitado é puxado para cima com velocidade constante. O diâmetro do cilindro é 10 cm e do pistão é 9 cm e entre os dois existe um óleo de ν = 10-4 m²/s e γ=8 000 N/m³. Com que velocidade deve subir o cilindro para que o pistão permaneça em repouso? (Supor diagrama linear e g = 10m/s²) Resp.: v=22,1 m/s PROF. DENILSON VIANA 26