Lubrificantes sólidos e semi-sólidos

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1 LUBRICANTS IN OPERATION (Verlag) U J Möller U Boor SLIDES DA Lubrificantes sólidos e semi-sólidos ASM Handbook Volume 18 SLIDES DO Prof. Alcir José Modolo Lauralice de C. F. Canale Prof. Associada EESC/USP SLIDES DO Prof George Totten LUBRIFICANTES&LUBRIFICAÇÃO INDUSTRIAL SEMINÁRIO FAG/INA/Grupo Schaffler SMM 215 Lubrificação e lubrificantes automotivos- Primeiro semestre 2015

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3 GRAXAS Representam cerca de 3% do consumo total de lubrificantes São usadas em todos os ramos da indústria: siderurgia, cimento, papel, minas, etc Vasta gama de aplicações, tais como a lubrificação de chumaceiras, rolamentos e engrenagens

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5 GRAXAS O que é um Lubrificante? Um lubrificante é uma substância capaz de reduzir o atrito, o calor e o desgaste quando colocado entre duas superficíes com movimento relativo entre si O que é uma graxa lubrificante?

6 GRAXAS Uma graxa lubrificante é um produto intermediário entre um sólido e um semi-sólido obtido por dispersão de um agente espessante num líquido lubrificante

7 GRAXAS A graxa lubrificante não é mais do que uma esponja cujos poros estão cheios de óleo. Se uma esponja for espremida, a água é expelida e a esponja sangra. Assim também o óleo sangra de uma graxa. Todavia, mais do que trabalho mecânico, é a elevação da temperatura na massa da graxa que causa sangria e suplemento de óleo para as superfícies.

8 GRAXAS Óleo base (+aditivos) Fase líquida 90% Espessante Fase sólida 10%

9 Óleo Base Determina a gama de velocidades de funcionamento Determina a temperatura mínima de aplicação Determina a resistência à oxidação Determina a compatibilidade com as pinturas e os elastômeros

10 Qual é a principal diferença entre um óleo e uma graxa? Os óleos são fluidos lubrificantes; a fluidez de um óleo é definida pela sua viscosidade As graxas são lubrificantes consistentes; a consistência de uma massa é definida pela sua penetração

11 Lubrificação a óleo ou a graxa? Óleos Fluidos Escapam do local de aplicação Troca de calor (arrefecimento) Remoção de partículas Remoção de resíduos Classificação Graxas Semifluida/semi-sólida Ficam no local de aplicação Vedam Não arrefecem os componentes Não limpam os componentes Classificação Viscosidade (SAE; ISO VG) Consistência (NLGI) National Lubricating Grease Institute

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14 Características das graxas e ensaios de desempenho Penetração Estabilidade mecânica Separação do óleo Ponto de gota Resistência à água Pressão de fluxo Desempenho anti-ferrugem (Emcor) Desempenho de extrema pressão (Timken / ensaio 4 esferas) Ensaios de rolamentos

15 Ø22,7 Ø32 Ø60 Ø130 Lubrificação de Rolamentos Temperatura F Ø12 F 40 Four-Ball Condições de operação: Disco-Esfera Condições de operação: : Rol. Esf. Cont. Angular Condições de operação: : Carga: 1000 N Rotação: 1420 rpm Velocidade: 0.55 m/s Duração: 1 min. Parâmetros: Carga de Soldagem Carga: 300 N Rotação: 36 rpm Velocidade: 0.06 m/s Duração: 20 h Parâmetros: Desgaste Carga: 80 kn Rotação: 7.5 rpm Velocidade: 0.04 m/s Duração: 500 h Parâmetros: Desgaste / Torque

16 Lubrificação de Rolamentos Consistência PENETRÔMETRO: (ASTM D217 / IP 50) É o aparelho utilizado para classificar as graxas lubrificantes

17 Penetração e classificação NLGI National Lubricating Grease Institute

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19 Comportamento nos rolamentos (vibrações) Consistência Eficácia da graxa, em termos de estanquecidade contra contaminações Meios de distribuição possíveis

20 Lubrificação de Rolamentos Consistência As solicitações mecâncias sofridas pela graxa levam a alterações na estrutura do lubrificante e consequente perda de consistência graxa nova graxa usada

21 Natureza do Espessante Sabões metálicos Lítio Cálcio Sódio Aluminio Sabões metálicos complexos Lítio Cálcio Aluminio Sem sabão Argilas

22 Sabões Metálicos Ácido graxo + Base Sabão + Água As massas com sabão de lítio são as mais comuns : 70 % do mercado Reação de neutralização de uma solução aquosa alcalina (base), a mais utilizada e um Hidróxido metálico, com um ou mais ácidos graxos, conhecida como saponificação, dá origem a formação de um sabão metálico ou um sabão complexo. As graxas de Cálcio são feitas a partir de gordura animal (sebo) ou ácidos graxos vegetais, e as de Lítio utilizam os ácidos graxos derivados do óleo de mamona.

23 Graxas lubrificantes Cada tipo de sabão dá uma característica à graxa.

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25 Espessantes das massas ao microscópio Graxa c/ sabão de cálcio Graxa c/ sabão de sódio Graxa c/ sabão de lítio

26 Natureza de Espessante Lítio Cálcio Sódio Aluminio Temp. Fusão Ponto de gota Temp. Máx. aplicação Estabilidade mecânica Boa Má a excelente Má a boa Má a boa Resistência à água Boa Excelente Má Excelente Adesividade Boa Má Excelente Excelente Sabões de Lítios são mais equilibrados daí a sua maior utilização...

27 Sabões Met. Complexos Um sabão complexo é formado a partir de dois ou mais ácidos. Permitem obter estruturas muito densas e estáveis. Utilizáveis com temperaturas elevadas 150 C com uma base mineral 200 C com uma base sintética (PAO)

28 Lubrificação de Rolamentos Espessantes típicos Ca 2+ - O - O H H O H Ca 2+ - O - O O O O Sabão de Ca Sabão de Complexo de Ca O O O Li + - O Li + - O O Li + H O O O Al 3+ OH - O O Sabão de Complexo de Li Sabão de Complexo de Al

29 Espessantes A ausência de sabão permite altas temperaturas de utilização (200 C), devido a uma elevada resistência à oxidação argilas, bentonites,...

30 Espessantes MEV de um espessante típico

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32 Lubrificação de Rolamentos Espessantes - Comparação Li Na Ca Li-complex vantagens resistente a água, estável até 120/140 C, boa estabilidade mecânica consistência fibrosa, forma emulsão com água, baixo custo excelente resistência à água, baixo custo resistente a água, estável até 120/140 C, boa estabilidade mecânica desvantagens baixa resistência ao vapor não é resistente à água, não compatível com outros espessantes usável até 60 C, ponto de gota de até 100 C produção complexa Al-complex boa resistência à água, baixa toxicidade estável até 140 C, não compatível com outros espessantes Ca-complex Ba-complex Na-complex excelente resistência à água, estável até 140 C/160 C, proteção contra corrosão, suporta pressões resistente a água, estável até 150 C/170 C, proteção contra corrosão, suporta pressões resistente a água, estável até 160 C/180 C endurecimento, produção complexa, decompõe-se à T>160 C produção crítica, alto teor de sabão, alto custo alto custo

33 Lubrificação de Rolamentos Espessantes - Comparação Bentonita Poliuréia PTFE vantagens sem ponto de gota, resistência à água, pouca variação da consistência com a temperatura, produção simples resistência à água, estável até 180 C/200 C, resistência à vibração, baixo ruído estabilidade depende do óleo base (PFPE), boas propriedades de lubrificação "seca" desvantagens baixa estabilidade mecânica (tixotrópica), alto teor de espessante, aditivação é crítica para obtenção de bons resultados aditivação complicada, tendência de endurecimento, produtos perigosos necessários para a produção teor de espessante muito alto, somente utilizável à baixas rotação, alta separação de óleo

34 Compatibilidade Importante : NUNCA misturar graxas com diferentes espessantes

35 Aditivos São produtos que permitem melhorar as qualidades básicas de uma graxa lubrificante Os aditivos podem ser: Sólidos Líquidos

36 Aditivos Sólidos Grafite, Bissulfeto de Molibdênio, Mica, Talco Melhoram as características de fricção entre as superfícies metálicas, especialmente em situações de cargas elevadas e de choque Após o desaparecimento da película de óleo, permanece uma camada protetora de aditivo sólido

37 São da mesma natureza que os utilizados nos óleos lubrificantes. Anti-oxidantes Inibidores de corrosão Extrema-pressão Anti-desgaste Anti-ferrugem... Aditivos Solúveis

38 Lubrificação deficiente Graxa lubrificante não adequada Insuficiência de graxa nas zonas de contacto Excesso de graxa lubrificante Contaminações (impurezas)

39 Comport. anómalo durante funcion. Aparência do rolamento quando desmontado Suas consequências... Graxa lubrificante Inadequada Insuficiente Excesso Contaminada Corrosão Desgaste Fissuras a altas temp. Escorregam. Fadiga Altas temperaturas Ruído Alteração da temp. de oper. Funcionam. irregular

40 Alguns cuidados a ter na lubrificação com graxa Bombas de lubrificação próprias para cada tipo de graxa. Embalagens sempre fechadas Antes de lubrificar, limpar bem com pano (sem fio), o copo de lubrificação. Seguir sempre as recomendações dos fabricantes relativamente à quantidade de massa a aplicar.

41 Temperatura (oc) Limite de trabalho para as graxas Argila e todas as massas complexas Argila e Li complexo 90 Lítio Cálcio Argila Lítio Li complexo dmn= dm(=diâmetro principal do rolamento em mm)* N(=rpm)

42 Escolha de uma Graxa Aplicação Viscosidade Consistência Libertação de óleo Rápida Fluido Rígida Alta Lenta Viscoso Macia Baixa

43 Perguntas Numa aplicação rápida, devemos utilizar? 1. uma massa lubrificante com um óleo base muito viscoso ou 2. com um óleo base mais fino E numa aplicação com cargas elevadas? E para uma aplicação sujeita a altas temperaturas?

44 ? Em que situações se utilizam Aditivos Sólidos? Quais as 3 características mais importantes relacionadas com o espessante de uma massa lubrificante?

45 ? Em que situações se utilizam Aditivos Sólidos? Quais as 3 características mais importantes relacionadas com o espessante de uma massa lubrificante? Consistência Natureza do Espessante Ponto de Gota

46 SEXTA AULA LUBRIFICANTES&LUBRIFICAÇÃO INDUSTRIAL R. Carreteiro P.N. Belmiro LUBRICANTS IN OPERATION (Verlag) U J Möller U Boor ASM Handbook Volume 18 SLIDES DO Prof George Totten Trabalhos de: Enrico Giorge Grando Lukas Gonçalves Sobral Pierre Neves Camargo Lauralice de C. F. Canale Prof. Associada EESC/USP SMM 215 Lubrificação e lubrificantes automotivos- Primeiro semestre 2015

47 Lubrificantes Sólidos Quando usar: em condições ambientais extremas: temperaturas acima de 500 C, meios a vácuo, Nesses casos, os lubrificantes líquidos convencionais se tornam menos efetivos por causa da sua tendência a se oxidar ou decompor a elevada temperatura e de sua tendência a vaporizar ou sair da superfície pelo alto vácuo

48 Lubrificantes Sólidos Entre as características principais dessas substâncias, as seguintes são as mais importantes: Baixa resistência ao cisalhamento Estabilidade a temperaturas elevadas Elevado índice de elasticidade Alto índice de adesividade a metais Quimicamente inerte Elevado coeficiente de transmissão de calor

49 Lubrificantes Sólidos Embora tais características não sejam facilmente encontradas, elas aparecem de maneira satisfatória nos carbonos cristalinos como a grafita e no bissulfeto (dissulfeto) de molibdênio, que são por isso mesmo aqueles mais comumente usados para tal finalidade.

50 Lubrificantes Sólidos Os mecanismos de operação de lubrificantes sólidos não é totalmente claro. Há certos materiais cristalinos com estruturas de camadas que possuem planos facilmente cisalháveis, ou seja, eles possuem uma habilidade de escorregamento derivada da sua estrutura cristalina (sólidos laminares). Outros: dissulfeto de tungstênio, a mica, talco, sulfato de prata e o bórax.

51 Lubrificantes Sólidos A separação de cada superfície de escorregamento produz filmes com: Espessura de 13.4 nm no caso do grafite Espessura de 24.6nm no caso de MoS2

52 Lubrificantes Sólidos Grafita: É satisfatória para uso como lubrificante até a temperatura de 370 C, acima da qual passa a sofrer oxidação sendo muito utilizada como carga para graxas de alta temperatura. (Lubrificação de moldes de vidro). Dissulfeto de molibdênio: extraído da molibdenita. Pó preto brilhante. Pode ser usado até 400C, acima da qual sofre oxidação.é muito grande a sua capacidade de aderência às superfícies metálicas sendo usado como aditivo de extrema pressão.

53 Lubrificantes Sólidos Nova tecnologia em termos de lubrificação sólida: PTFE (politetra-fluor-etileno). Máxima temperatura: 300C. Coeficiente de atrito é extremamente baixo. Polímero Nome usual Coefic. atrito Polivini cloreto PVO Poliestireno Poliestireno Polietileno polietileno Politetra-fluor-etileno PTFE

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55 Lubrificantes Sólidos Películas secas Novo caminho tecnológico da lubrificação sólida: o revestimento de superfícies metálicas com camadas de materiais sólidos de boas propriedades lubrificantes, como grafita, dissulfeto de Mo ou PTFE. Uso de metais porosos que são impregnados com o lubrificante. Ex: mancais de metais impregnados de PTFE até cerca de 1 mm da superfície.

56 Lubrificantes Sólidos Aplicações típicas para lubrificantes sólidos são para : alta pressão de contato a velocidades muito baixas alto vácuo

57 Tratamentos para formação de camadas redutoras de atrito Revestimentos superficiais: metálicos e não metálicos (resinas) Formação de camadas por reação química (fosfatização)

58 Dispositivos de Lubrificação É importante usar o lubrificante especificado, em quantidades suficientes e nos pontos requeridos para garantir o perfeito desempenho da lubrificação. Durante o projeto de uma máquina ou na instalação de um sistema deve-se atentar para os requisitos de lubrificação, permitindo segurança operacional. Os sistemas de lubrificação devem ser colocados de maneira a garantir a alimentação e com isso preservar as partes do sistema.