UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA JULIO DE MESQUITA FILHO FACULDADE DE ENGENHARIA DE BAURU TRABALHO DE MANUTENÇÃO E LUBRIFICAÇÃO DE EQUIPAMENTOS Professor Dr. João Candido Fernandes Tema: Viscosidade e índice de viscosidade de óleos lubrificantes. Grupo 14 Alunos: Daniel Ruggiero Ra: 611506 Joao Batista Ferracini Ra: 611247 Paulo Nunes Secamilli Ra: 712477
VISCOSIDADE A viscosidade é a propriedade dos fluidos correspondente ao transporte microscópico de quantidade de movimento por difusão molecular. Ou seja, quanto maior a viscosidade, menor será a velocidade em que o fluido se movimenta. Definição Define-se pela lei de Newton da viscosidade: Onde τ é a tensão de cisalhamento, dv/dy é a taxa de deformação por cisalhamento, a constante μ é o coeficiente de viscosidade, viscosidade absoluta ou viscosidade dinâmica. A figura mostra a pressão laminar de um fluido entre duas placas. Atrito entre o fluido e a superfície móvel causa a torsão do fluido. A força necessária para essa ação é a medida da viscosidade do fluido.
A viscosidade é uma propriedade de cada fluido. Muitos fluidos, como a água ou a maioria dos gases, satisfazem os critérios de Newton e por isso são conhecidos como fluidos newtonianos, fluidos que apresentam relação linear entre a tensão de cisalhamento e taxa de deformação por cisalhamento. Os fluidos não newtonianos têm um comportamento mais complexo e apresentam uma relação não linear entre a tensão de cisalhamento e a taxa de deformação por cisalhamento. Temos dois tipos de fluidos não newtonianos, os não dilatantes e os dilatantes. Para os fluidos não dilatantes, a viscosidade dinâmica aparente se torna menor quanto maior for a tensão de cisalhamento imposta no fluido. Para os fluidos do tipo dilatante, a viscosidade dinâmica aparente se torna cada vez mais alta quanto maior for a tensão de cisalhamento imposta ao fluido. Nos fluidos não newtonianos, a inclinação da curva tensão de cisalhamento em função da taxa de deformação por cisalhamento é denominada viscosidade dinâmica aparente. Para os fluidos newtonianos, a viscosidade dinâmica aparente é igual a viscosidade dinâmica e é independente da taxa de cisalhamento.
Viscosidade é a propriedade associada à resistência que o fluido oferece a deformação por cisalhamento. De outra maneira pode-se dizer que a viscosidade corresponde ao atrito interno nos fluidos devido basicamente a interações intermoleculares, sendo em geral função da temperatura. É comumente percebida como a "grossura", ou resistência ao despejamento. Viscosidade descreve a resistência interna para fluir de um fluido e deve ser pensada como a medida do atrito do fluido. Assim, a água é "fina", tendo uma baixa viscosidade, enquanto óleo vegetal é "grosso", tendo uma alta viscosidade. Nos líquidos, a viscosidade diminui com o aumento da temperatura, enquanto nos gases a viscosidade aumenta com o aumento da temperatura. A viscosidade dinâmica varia pouco com a pressão e o efeito da variação da pressão sobre o valor da viscosidade normalmente é desprezado Camada Limite Ao contrário dos sólidos, as forças de atração entre as moléculas dos fluidos não são suficientes para manter a rigidez do conjunto. Pode-se então dizer que, sob ação de uma força, camadas elementares de um fluido sofrem ação de cisalhamento entre si. Viscosidade cinemática A viscosidade cinemática é definida por:
em que μ é aviscodidade dinâmica e ρ é a massa específica do fluido. No SI a unidade da viscosidade cinemática ν é m²/s. No sistema CGS é utilizada a unidade Stokes e dada a magnitude do seu valor é preferível utilizar a forma centistokes. A viscosidade absoluta tem como unidade Pa.s (N.s/m²) em unidades do SI. Essa unidade é normalmente expressa em mpa.s dado a sua magnitude. Outra forma conveniente, a partir do sistema CGS é o Poise. Um centipoise (cp) é igual a 1 mpa. Viscosidade de alguns materiais comuns Algumas viscosidades de fluidos newtonianos estão listadas abaixo: Gases (a 0 C): Líquidos (a 20 C):
Fluidos com composições variadas, como mel, podem ter uma grande variedade de viscosidades. Viscosímetro Viscosímetros são instrumentos utilizados para medir a viscosidade de líquidos. Eles podem ser classificados em dois grupos: primário e secundário. No grupo primário enquadram-se os instrumentos que realizam uma medida direta da tensão e da taxa de deformação a amostra de fluido. Instrumentos com diversos arranjos podem ser concebidos para este fim: entre eles há o de disco, de conedisco e de cilindro rotativo. Os viscosímetros do grupo secundário inferem a razão entre a tensão aplicada e a taxa de deformação por meios indiretos, isto é, sem medir a tensão e deformação diretamente. Nesta categoria pode-se citar o viscosímetro capilar onde a viscosidade é obtida por meio da medida do gradiente de pressão e o viscosímetro de Stokes onde ela é determinada pelo tempo de queda livre de uma esfera, veja representações a seguir. Os viscosímetros secundários aplicam-se principalmente a fluidos newtonianos, por medirem a viscosidade indiretamente.
Medição da viscosidade O coeficiente de viscosidade pode ser medido através do seguinte experimento: deixa-se uma esfera cair em um fluido, e mede-se a sua velocidade terminal. Então, aplicando-se a Lei de Stokes: em que: g: aceleração gravitacional, expressa em m/s²; r: raio do corpo, expresso em m; ρesfera: massa volúmica (densidade) da esfera, expressa em kg/m³; ρfluido: massa volúmica do fluido, expressa em kg/m³; vterminal: a velocidade terminal que a esfera atinge no fluido, expressa em m/s; Índice de viscosidade A origem do IV remonta aos primórdios da exploração do petróleo. Verificou-se, que, conforme a origem do petróleo cru, o óleo lubrificante apresenta propriedades diferentes. Os óleos lubrificantes sofrem alterações na sua viscosidade quando sujeitos a variações de temperatura. Essas modificações de viscosidade, devido às temperaturas, são muito diferentes, dependendo dos vários tipos de óleos. O índice de viscosidade (IV) é um meio convencional de se exprimir esse grau de variação e pode ser calculado por meio de uma fórmula. Quanto maior for o IV de um óleo, menor será sua variação de viscosidade entre duas temperaturas. Com o desenvolvimento técnico dos óleos lubrificantes (melhores processos de refinação), a descoberta de outros campos de petróleo e o desenvolvimento de óleos sintéticos, assim como o aparecimento de aditivos modificadores de índice de viscosidade, verificou-se a possibilidade de produzir óleos com índice de viscosidade menor do que 0 e maior do que 100.
A variação da viscosidade é inversamente proporcional a temperatura. Ou seja a variação sempre é para menos quando aumenta a temperatura e para mais quando diminui a temperatura. Portanto um óleo com maior Índice de Viscosidade irá proteger melhor o motor contra o desgaste. Escolha do Óleo Lubrificante Algumas características dos óleos lubrificantes são extremamente importantes para a escolha e uso adequado dos mesmos. A viscosidade é considerada a propriedade mais importante dos óleos lubrificantes, ela mede a dificuldade com que um líquido escoa ou escorre. Quanto mais viscoso for um lubrificante (mais grosso), mais difícil de escorrer, portanto será maior a sua capacidade de manter-se entre duas peças móveis fazendo uma melhor lubrificação das mesmas. Quanto menos viscoso for um óleo lubrificante, mais rapidamente ele quando bombeado chegará aos locais nos deve fazer a lubrificação, porém terá dificuldades de manter-se lá. A escolha da viscosidade correta para as temperaturas de trabalho é importante, pois um óleo tem que proporcionar adequada lubrificação em todas as estações do ano.
SAE Society of Automotive Engineers (Associação dos Engenheiros Automotivos)- define a classificação do lubrificante conforme a necessidade, normalmente está relacionada a viscosidade do óleo. A classificação da viscosidade se da pela norma SAE seguido por números com dois algarismos (para lubrificantes de motores a explosão). Quanto maior for esse número, maior será a viscosidade do óleo. Assim temos: SAE 5, SAE 10, SAE 20, SAE 30, SAE 40, etc. Esses lubrificantes também são chamados de monograu ou monoviscoso, pois, independente da temperatura, sempre terá seu valor ao indicado. Temos também os óleos multigrau ou multiviscosos. Esses óleos possuem dois números, sendo o primeiro acompanhado pela letra W (winner) que significa inverno em inglês, lembrando baixas temperaturas. Sendo assim, sua viscosidade pode variar de acordo com a temperatura, atendendo melhor o motor. Ex: SAE 20W 40, SAE 20W 50, etc. Óleo com IV amplo pode se enquadrar nas duas faixas de temperatura apresenta menor variação de viscosidade pela alteração da temperatura. Por exemplo: SAE 20W/50: - nas baixas temperaturas = 20W (reduzindo o desgaste na partida do motor ainda frio) - nas altas temperaturas = 50, tendo uma ampla faixa de utilização.
Bibliografia Livros: - Fundamentos da Mecânica dos Fluidos; Bruce R. Munson, Donald F. Young, Theodore H. Okiishi; 4ª Edição - Mecânica dos Fluidos; Franco Brunetti; 4ª Edição Sites: - http://www.servcar.com.br/menu_dicas/dicas_oleos-lubrificantes.htm - http://blogdalubrificacao.com.br/blog/2010/05/indice-de-viscosidade/ - http://www.skf.com/portal/skf/home/products?lang=pt&maincatalogue=1&newl ink=1_0_119 - http://saviomachado.blogspot.com/2008/07/viscosidade-x-temperatura.html - http://www.saebr.org.br/ - http://saviomachado.blogspot.com/2008/01/as-normas-dos-lubrificantessae.html