LUBRIFICAÇÃO NOTAS DE AULA AUTOR: NILSON CARVALHO AGOSTO / 2008

LUBRIFICAÇÃO NOTAS DE AULA AUTOR: NILSON CARVALHO AGOSTO / 2008 1

HISTÓRICO A mais antiga manifestação sobre lubrificação de que se tem notícia, foi achada no Egito, em uma gravura encontrada no túmulo de RA-EM-KA, 1700 AC., onde se vê um tipo de trenó transportando um monumento de pedra e um homem que despeja um líquido para lubrificar os deslizadores do trenó. Nos dias de hoje nem todas as substancias usadas como lubrificantes são produtos originados do petróleo mas sua utilização como matéria prima é majoritária atualmente. ORIGEM A palavra petróleo é originada do latim petrus (pedra) e oleum (óleo), o que indicaria que antigamente, supunha-se que o petróleo era originário de pedras. Existem várias teorias sobre a formação do petróleo, entretanto, a mais aceita é a de que o petróleo originou-se da decomposição de plantas e animais que teriam se depositado em grandes quantidades no fundo dos mares e lagos ou ainda em outras depressões de terrenos, sendo soterradas. Esta massa de detritos orgânicos teria sido submetida a altas pressões e temperaturas ao longo do tempo ocasionando reações químicas que a transformariam em óleo e gás. O óleo e o gás sendo menos densos que a água flutuam e atravessam camadas de rochas porosas até encontrar uma camada impermeável, na qual se depositam ocupando os espaços vazios. COMPOSIÇÃO O petróleo é constituído fundamentalmente de milhares de compostos de Carbono (C) e Hidrogênio (H) chamados de Hidrocarbonetos. ATRITO Quando uma superfície se move em relação à outra, há uma força contrária a esse movimento. Esta força chama-se atrito. Tipos de Atrito. Atrito Sólido. Quando há contato de duas superfícies sólidas entre si. O atrito sólido pode ser subdividido em dois grupos: 1- Atrito de Deslizamento. Quando uma superfície se desloca diretamente em contato com a outra. 2-Atrito de Rolamento 2

Quando o deslocamento se efetua através de rotação de corpos cilíndricos ou esféricos, colocados entre as superfícies em movimento. Como a área de contato é menor, o atrito é também menor. Atrito Fluido. Quando existir separando as superfícies em movimento, uma camada fluída. O fluido que forma esta camada chama-se lubrificante. Causas do Atrito. As superfícies sólidas, mesmo as mais polidas, apresentam asperezas e irregularidades. O modo como as superfícies interagem, caracteriza os mecanismos de atrito: cisalhamento e adesão. A) Cisalhamento. Quando picos das duas superfícies entram em contato lateral entre si, o atrito se desenvolve pela resistência oferecida pelo sólido à ruptura destes picos. Neste caso têm-se duas situações diversas dependendo da dureza relativa das duas superfícies: - Se ambas tem dureza semelhantes, haverá ruptura de ambos os picos em contato. - Se uma das superfícies é menos dura, os picos da superfície dura agirão como uma ferramenta de corte. B) Adesão Quando as superfícies em contato apresentam áreas relativamente planas em lugar de picos, o atrito se desenvolve pela soldagem a frio destas micro áreas planas entre si. A adesão é a maior responsável pela resistência ao movimento. CONCEITO DE LUBRIFICAÇÃO. Lubrificar é interpor uma película de fluido adequado entre superfícies em movimento relativo, de modo que o mesmo se faça com um mínimo de aquecimento, ruído e desgaste. FUNÇÃO DO LUBRIFICANTE A principal função do lubrificante é a formação de uma película que impede o contato direto entre duas superfícies que se movem relativamente entre si. Com a evolução dos lubrificantes, estes passaram a acumular novas funções como: - Proteção contra a corrosão - Vedação - Transferência de calor - Transmissão de força - Retirada de produtos indesejáveis do sistema - Refrigeração 3

TIPOS DE LUBRIFICANTES Os lubrificantes podem ser divididos em: 1- Óleos Minerais 2- Óleos Graxos (Orgânicos) 3- Óleos Compostos 4- Óleos Sintéticos OLEOS MINERAIS. São os mais importantes para emprego em lubrificação. Obtidos a partir da destilação do petróleo suas propriedades dependem da natureza do óleo cru que lhes deu origem e do processo de refinação empregado. Os óleos lubrificantes minerais são constituídos por hidrocarbonetos parafínicos, naftênicos e aromáticos. Os óleos aromáticos não são adequados para fim de lubrificação. Assim os óleos lubrificantes minerais podem ser classificados de acordo com sua origem em: - Naftênicos - Parafínicos OBS: Não se pode dizer que um é melhor que o outro e sim que podem ser mais ou menos indicado para um determinado fim. CARACTERÍSTICAS NORMAIS DOS ÓLEOS PARAFÍNICOS E NAFTÊNICOS: CARACTERÍSTICAS PARAFÍNICOS NAFTÊNICOS Ponto de Fluidez Alto Baixo Índice de Viscosidade Alto Baixo Resistência à Oxidação Grande Pequena Oleosidade Pequena Grande Resíduo de Carbono Grande Pequeno Emulsibilidade Pequena Grande OLEOS GRAXOS (ORGANICOS) 4

São óleos orgânicos de origem vegetal ou animal (Ex: óleo de mamona). Foram os primeiros lubrificantes a serem utilizados sendo que atualmente estão quase que 100% substituídos pelos óleos minerais. Vantagens Grande capacidade de aderência à superfícies metálicas. Desvantagem Não resistem à oxidação, não suportam temperaturas elevadas, oxidando-se facilmente. OLEOS COMPOSTOS É a utilização de óleos graxos adicionados a óleos minerais. Adiciona-se em geral de 1 a 25% podendo chegar a 30% da mistura. Objetivo: Conferir ao lubrificante maior oleosidade / maior facilidade de emulsão em presença de vapor d água. Utilizados em equipamentos como perfuratrizes e cilindros a vapor. OLEOS SINTÉTICOS São lubrificantes criados em laboratório por processo de polimerização, especialmente para suportar condições bastante adversas. Obtidos por síntese química oferecem características especiais de viscosidade e resistência a temperaturas elevadas ou muito baixas. Lubrificantes com custos bastante elevados, devendo ser empregados em casos específicos não atendidos pelos lubrificantes minerais. PROPRIEDADES FISICO QUIMICAS DOS LUBRIFICANTES COR / APARENCIA Característica visual utilizada na padronização de produção e na indicação de contaminação e do estado de oxidação do óleo lubrificante. A cor pode ser observada por transparência, isto é, contra a luz, ou por luz refletida. Existem diversos aparelhos para se determinar a cor dos óleos lubrificantes. Colorímetro Saybolt: Empregado para óleos lubrificantes incolores de vasta aplicação na indústria de cosméticos e farmacêutica. Colorímetro Union: Recomendado pela ASTM na norma D-155 para óleos lubrificantes mais usuais; consta de um tubo com luneta que permite a observação simultânea da amostra do óleo e do vidro na cor padrão, numerada em ordem crescente, de 1 a 8, desde a mais clara a mais escura. A cor é importante para óleos brancos e vaselina; para os óleos lubrificantes comuns carece de importância sendo utilizado para controlar a uniformidade do produto. ODOR Propriedade Olfativa característica de cada tipo de óleo lubrificante. 5

- Descrição subjetiva - Óleos básicos minerais: odor brando e característico. - Óleos novos: Odor ativo pela presença de aditivos - Óleos de corte: Utilização de aromatizantes - Óleo queimado: odor característico de estado adiantado de oxidação. DENSIDADE Peso do produto dividido pelo volume que este ocupa a uma dada temperatura. A medida é realizada em uma temperatura de referencia, que no Brasil é de 20ºC. VISCOSIDADE Propriedade mais importante dos óleos lubrificantes. Pode ser definida como a resistência ao escoamento que os fluidos apresentam. Medida em laboratório com emprego de aparelhos chamados viscosímetros, que possuem canais capilares ou orifícios graduados, próprios para restringir o fluxo dos líquidos. Os viscosímetros mais usuais são os tipos Saybolt e Cinemático; existindo também outros como o Engler (Alemanha) e Redwood (Inglaterra), de construção parecida ao Saybolt. No Viscosímetro Saybolt a viscosidade é indicada pelo tempo em segundos necessário para que 60ml de óleo escoem completamente através de um orifício, sob a ação da gravidade. Viscosímetro Cinemático. Constituído por um tubo capilar de vidro com diâmetro determinado para cada faixa de viscosidade. A viscosidade é encontrada multiplicando-se o tempo de escoamento do liquido entre dois traços de referencia por uma constante (K) vinculada ao diâmetro do capilar. É uma referencia de uso mundial para classificação de lubrificantes de vários tipos sendo seu resultado expresso em centistokes (cst). INDICE DE VISCOSIDADE Quando um líquido é aquecido sua viscosidade usualmente decresce, ele se torna mais fluido e oferece menor resistência ao movimento. Ao ser resfriado, ao contrário, ele se encorpa, tornando-se mais viscoso. O critério numérico para medir ou representar a intensidade dessa variação denomina-se INDICE DE VISCOSIDADE. O índice de viscosidade é uma característica utilizada para identificar a natureza dos óleos minerais puros: 6

INDICE DE VISCOSIDADE TIPOS DE PRODUTOS Abaixo de 0 Entre 0 e 40 Entre 40 e 80 Entre 80 e 105 Predominantemente Aromático Predominantemente Naftênico Base mista Predominantemente Parafínico > 105 Óleos sintéticos ou minerais multiviscosos. PONTO DE FULGOR. O ponto de fulgor de um óleo é a mais baixa temperatura na qual uma amostra de óleo desprende vapores, quando aquecida, em proporções suficientes para formar uma mistura inflamável com o ar, provocando um flash, quando se aproxima uma pequena chama de sua superfície, sob condições prescritas de ensaio. Pose ser determinado pelos ensaios preconizados na norma ASTM D 92-52, feita no aparelho Cleveland. O conhecimento do ponto de fulgor permite avaliar as temperaturas de serviço que um óleo lubrificante pode suportar com absoluta segurança. OBS: Óleos com ponto de fulgor inferior a 150ºC não devem ser empregados para fins de lubrificação. PONTO DE COMBUSTÃO É a temperatura na qual os vapores de óleo se queimam de modo contínuo, durante o mínimo de 5s, de acordo com o mesmo ensaio acima descrito. Normalmente o ponto de combustão é maior que o ponto de fulgor em 22 a 28ºC. PONTO DE FLUIDEZ (Ponto de Gota ou Congelamento). É a temperatura mínima em que o óleo, submetido a um processo de resfriamento, ainda flui. Característica de grande importância no caso especial dos lubrificantes utilizados a baixas temperaturas com óleos para compressores de refrigeração. NUMERO DE EMULSÃO Na maior parte das aplicações é altamente desejável que o óleo lubrificante separe-se rapidamente da água. 7

O numero de emulsão é o tempo, em segundos que a amostra de óleo leva para separarse da água condensada proveniente de uma injeção de vapor. Por outro lado a emulsibilidade, ou capacidade de misturar-se com a água, é uma propriedade necessária a certos tipos de óleos, como os usados nos cilindros a vapor. CORROSÃO EM LAMINA DE COBRE. Este ensaio é usado para combustíveis, solventes, óleos e graxas lubrificantes. Consiste em deixar uma lamina de cobre imersa, por determinado tempo (03 horas) em uma determinada temperatura (100ºC). De acordo com a descoloração da lamina, em comparação com uma escala (padrão de cores) determinamos o grau de corrosão. CINZAS. A determinação da quantidade de cinzas resultante da queima completa de uma amostra de óleo indica a quantidade de matéria inorgânica presente. Os óleos minerais puros são essencialmente isentos de cinzas, não contendo mais do que traços (quantidades menores que 0,01%). Entretanto em serviço, eles podem vir a apresentar cinzas em quantidade apreciável, devido à contaminação, durante o uso. É recomendável comparar o teor de cinzas do óleo usado com o óleo novo para avaliação das contaminações. INDICE DE ACIDEZ. Os óleos minerais são praticamente neutros. Com o uso aparecem substancias de reação acida, resultantes da oxidação do próprio óleo, que pode atacar metais e desenvolver compostos insolúveis (borras). INDICE DE BASICIDADE. Os óleos, principalmente os utilizados na lubrificação de motores de combustão interna, possuem uma aditivação apropriada para neutralização dos ácidos formados especialmente durante o processo de combustão a partir do enxofre do combustível. Esta aditivação, chamada de reserva alcalina, confere caráter básico ao lubrificante. A basicidade de um óleo é diretamente proporcional ao teor deste aditivo e decai com o tempo de operação do motor. Utiliza-se o atualmente o Potenciógrafo para medir o índice de basicidade. PROPRIEDADE DE EXTREMA PRESSÃO. É a capacidade que um lubrificante possui de suportar pressões elevadas, evitando que as superfícies em movimento entrem em contato direto. OBS: Pesquisar teste Timken e o teste de Quatro esferas (Four Ball). 8

ADITIVOS. São produtos químicos que, adicionados aos óleos básicos, reforçam algumas de suas qualidades, ou lhes cedem novas ou ainda eliminam propriedades indesejáveis. TIPOS: - Dispersantes - Detergentes - Antioxidantes - Passivadores de metais - Antiespumante - Anticorrosivos - Antiferrugem - Emulsificantes - Biocidas - Corantes - Agentes de adesividade - Aromatizantes - Agente antidesgaste - Melhoradores do índice de viscosidade. - Agentes de extrema pressão. FLUIDOS DE CORTE São composições lubrificantes utilizadas nos trabalhos de metais. O primeiro fluido de corte foi a água, empregada até hoje, com aplicação em determinadas operações. Atualmente com o desenvolvimento tecnológico são utilizadas para este fim composições complexas contendo aditivos e agentes químicos que variam dependendo do metal a ser trabalhado e da operação a ser executada como: - Faceamento - Torneamento - Furação - Fresagem - Brocheamento -Retífica - Rosqueamento FUNÇÕES: 1- Resfriar 2- Lubrificar 3- Melhorar o acabamento superficial 4- Reduzir o desgaste da ferramenta 5- Remover as aparas por ação de lavagem 6- Proteger contra a corrosão 7- Lubrificar as guias e mancais 9

OBSERVAÇÃO A) Ver tabela com proporção usual de água / óleo (que depende do tipo de material e serviço a ser executado) (TABELA 1). B) Ver tabela com tipo de aditivo mais usado em trabalhos de metal (TABELA II). 10