A IMPORTÂNCIA DA LUBRIFICAÇÃO EM SISTEMAS ......2 AGENDA • INTRODUÇÃO • TRIBOLOGIA • SISTEMAS TRIBOLÓGICOS • TIPOS DE LUBRIFICAÇÃO • IMPORTÂNCIA DA LUBRIFICAÇÃO

A IMPORTÂNCIA DA LUBRIFICAÇÃO

EM SISTEMAS TRIBOLÓGICOS

JOSÉ SOBRAL

1 25 DE MARÇO DE 2015 SEMINÁRIO “LUBRIFICAÇÃO – O ESTADO DA ARTE”

2

AGENDA

• INTRODUÇÃO

• TRIBOLOGIA

• SISTEMAS TRIBOLÓGICOS

• TIPOS DE LUBRIFICAÇÃO

• IMPORTÂNCIA DA LUBRIFICAÇÃO

• REFLEXÃO

25 DE MARÇO DE 2015 SEMINÁRIO “LUBRIFICAÇÃO – O ESTADO DA ARTE”

© José Sobral

25 DE MARÇO DE 2015 SEMINÁRIO “LUBRIFICAÇÃO – O ESTADO DA ARTE” 3

INTRODUÇÃO

A TENTATIVA DE PROMOVER OU FACILITAR O MOVIMENTO ENTRE DOIS

CORPOS NÃO É RECENTE.

JÁ OS EGÍPCIOS EM 2400 A.C. TINHAM

PERCEBIDO A IMPORTÂNCIA DE INTERPÔR

ALGO (ÁGUA?) ENTRE DUAS SUPERFÍCIES

EM MOVIMENTO RELATIVO.

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A GRANDE MAIORIA DOS SISTEMAS INDUSTRIAIS POSSUI ÓRGÃOS EM MOVIMENTO.

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MAS, QUAL A LIGAÇÃO ENTRE LUBRIFICANTES, LUBRIFICAÇÃO E TRIBOLOGIA?

NO SENTIDO DE MELHORAR O DESEMPENHO DOS SISTEMAS, DIMINUIR O ATRITO, DIMINUIR A

TEMPERATURA, REDUZIR O RUÍDO E FUNDAMENTALMENTE AUMENTAR A LONGEVIDADE DOS ÓRGÃOS,

A SOLUÇÃO É INTERPÔR ALGO ENTRE AS SUPERFÍCIES EM MOVIMENTO RELATIVO (PAR CINEMÁTICO).

LUBRIFICANTE

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TRIBOLOGIA

O ELEVADO NÚMERO DE AVARIAS POR DESGASTE REGISTADO EM

MÁQUINAS NAS DÉCADAS DE 50 E 60 LEVOU A QUE SE

EFECTUASSEM ESTUDOS SOBRE ESTA MATÉRIA.

ESTIMAVA-SE QUE COM A IMPLEMENTAÇÃO DE NOVAS MEDIDAS

SE POUPASSE CERCA DE 500 MILHÕES DE LIBRAS POR ANO (NESSA

ÉPOCA).

SURGE ENTÃO A TRIBOLOGIA

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TRIBOLOGIA - A CIÊNCIA E TECNOLOGIA DAS

SUPERFÍCIES INTERACTUANTES E EM MOVIMENTO

RELATIVO, E DAS MATÉRIAS E MÉTODOS COM ELAS

RELACIONADOS (NORMA DIN 50323).

TRIBOLOGIA

TIPO DE CONTACTO

CONTROLO DO ATRITO E DO

DESGASTE

OS ESTADO GEOMÉTRICO E METALURGICO

DAS SUPERFÍCIES

OS TIPOS E MÉTODOS DE

LUBRIFICAÇÃO

OS LUBRIFICANTES

OS MATERIAIS

O CONTROLO DE CONDIÇÃO

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SISTEMAS TRIBOLÓGICOS

TRIBOLOGIA

OPTIMIZAÇÃO DE SISTEMAS

MECÂNICOS

ATR

ITO

DESGASTE

LUBRIFICAÇÃO

FIABILIDADE

DESEMPENHO

EFICIÊNCIA

PERCEBE-SE ASSIM A IMPORTÂNCIA DAS PROPRIEDADES DOS DOIS CORPOS INTERACTUANTES (SUAS

SUPERFÍCIES DE CONTACTO) E DO LUBRIFICANTE, QUE AGINDO ENTRE SI PODERÃO CONTRIBUIR PARA A

OBTENÇÃO DE UM DADO COMPORTAMENTO TRIBOLÓGICO.

UM QUARTO ELEMENTO, O AMBIENTE CIRCUNDANTE À LIGAÇÃO,

PODERÁ DE CERTA FORMA CONDICIONAR E CARACTERIZAR O

CONJUNTO.

ESTE MODELO DESIGNA-SE POR SISTEMA TRIBOLÓGICO

(OU TRIBOSISTEMA).

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A COMPOSIÇÃO QUÍMICA, MICROESTRUTURA METALÚRGICA E GEOMETRIA DOS CORPOS;

AS PROPRIEDADES FISICO-QUÍMICAS DO LUBRIFICANTE E SEUS ADITIVOS;

A TEMPERATURA E A AGRESSIVIDADE QUÍMICA DO MEIO AMBIENTE;

O TIPO DE CONTACTO E MODO DE LUBRIFICAÇÃO RESULTANTE;

A REACÇÃO QUÍMICA ENTRE AS SUPERFÍCIES DE CONTACTO E CERTOS ADITIVOS.

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PARA CARACTERIZAR COMPLETAMENTE A ESTRUTURA DE UM SISTEMA TRIBOLÓGICO HÁ QUE INDICAR

AS PROPRIEDADES DOS ELEMENTOS QUE O CONSTITUEM, ASSIM COMO AS SUAS INTER-RELAÇÕES:


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QUALIDADE PRETENDIDA PARA A GEOMETRIA DAS

SUPERFÍCIES

PROCESSO DE FABRICO

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A RUGOSIDADE É UM DOS DEFEITOS CARACTERÍSTICOS DA IRREGULARIDADE SUPERFICIAL, SENDO UM

FACTOR QUE INFLUÊNCIA O COMPORTAMENTO TRIBOLÓGICO DE UMA LIGAÇÃO FUNCIONAL,

INFLUENCIANDO O VALOR DO COEFICIENTE DE ATRITO EM CONTACTO SECO OU A EFICÁCIA DE UMA

PELÍCULA LUBRIFICANTE EM CONTACTO LUBRIFICADO.


A RUGOSIDADE VAI INFLUENCIAR DE CERTA FORMA O MODO COMO SE PODE CRIAR E MANTER UMA

PELÍCULA LUBRIFICANTE (TIPO DE LUBRIFICAÇÃO), E COMO SE CONSEGUE FAZER CHEGAR DE UMA

FORMA EFICAZ O LUBRIFICANTE AOS PONTOS DE LUBRIFICAÇÃO (MÉTODO DE LUBRIFICAÇÃO).

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QUANTO MAIOR FOR A ÁREA REAL DE CONTACTO DO PAR CINEMÁTICO (SOMATÓRIO DE TODAS AS

PEQUENAS ÁREAS DE INTERACTUAÇÃO DAS ASPERIDADES DAS DUAS SUPERFÍCIES) MENOR SERÁ O VALOR DA

PRESSÃO LOCAL EFECTIVA NESSAS PEQUENAS ZONAS REAIS DE CONTACTO;

A ESPESSURA DA PELÍCULA LUBRIFICANTE QUE SE CRIA E MANTEM ENTRE AS SUPERFÍCIES INTERACTUANTES

DEVE EXCEDER A ALTURA MÉDIA DAS ASPERIDADES, DE FORMA A QUE AS SUPERFÍCIES NÃO ENTREM

FISICAMENTE EM CONTACTO.


UM CRITÉRIO USADO PARA CARACTERIZAR E CLASSIFICAR O REGIME OU TIPO DE LUBRIFICAÇÃO É O

FACTOR DE ESPESSURA RELATIVA DE PELÍCULA - FACTOR .

ESTE FACTOR RELACIONA A ESPESSURA DA PELÍCULA LUBRIFICANTE CARACTERÍSTICA DE UM

DETERMINADO SISTEMA TRIBOLÓGICO COM A RUGOSIDADE MÉDIA DAS SUAS SUPERFÍCIES

INTERACTUANTES E PODE SER DEFINIDO POR:

R

h

2

2

2

1 RRR CINEMÁTICO PAR DO COMPOSTA RUGOSIDADER

TELUBRIFICAN PELÍCULA DA ESPESSURAh

:ONDE

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REGIME DE LUBRIFICAÇÃO POR PELÍCULA ESPESSA (≥10) OBTIDO, POR EXEMPLO, COM O TIPO DE LUBRIFICAÇÃO HIDRODINÂMICA.

REGIME DE LUBRIFICAÇÃO POR PELÍCULA FINA (≤4), CORRESPONDENDO A UMA CONDIÇÃO DE LUBRIFICAÇÃO MISTA.

REGIME DE LUBRIFICAÇÃO EM CAMADA LIMITE (≤1), CORRESPONDENDO AO TIPO DE LUBRIFICAÇÃO LIMITE.

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© José Sobral

NUM SISTEMA TRIBOLÓGICO COM EXISTÊNCIA DE PELÍCULA LUBRIFICANTE (EX. >10) ENTRE AS DUAS

SUPERFICIES DE CONTACTO NÃO FAZ MUITO SENTIDO FALAR DE COEFICIENTE DE ATRITO (SÓLIDO). NO

ENTANTO, CONTINUA A HAVER ATRITO, DESIGNADO POR ATRITO FLUIDO (RESISTÊNCIA AO CORTE –

VISCOSIDADE).

ENTÃO A ESCOLHA DO

LUBRIFICANTE

É MUITO IMPORTANTE !


OBSERVEMOS DUAS TENDÊNCIAS:

LUBRIFICANTE DE BAIXA VISCOSIDADE (DIMINUI A PRODUÇÃO DE CALOR DE ATRITO)

PRETENDE-SE UM REGIME DE LUBRIF. POR PELÍCULA ESPESSA (OU MISTA)

VELOCIDADE ELEVADA

LUBRIFICANTE DE ALTA VISCOSIDADE (MAIOR RESISTÊNCIA À EXPULSÃO DA ZONA DE CONTACTO, SEPARAÇÃO MAIS EFICAZ DAS SUPERFÍCIES)

PRETENDE-SE UM REGIME DE LUBRIF. POR PELÍCULA ESPESSA (OU MISTA)

CARGA ELEVADA


QUANTO AOS TIPOS DE LUBRIFICAÇÃO, PODEM-SE CONSIDERAR OS SEGUINTES DISTINTOS E

INDEPENDENTES CINCO MECANISMOS OU TIPOS DE LUBRIFICAÇÃO:

LUBRIFICAÇÃO HIDRODINÂMICA (LHD)

LUBRIFICAÇÃO LIMITE (LL)

LUBRIFICAÇÃO HIDROSTÁTICA (LHE)

LUBRIFICAÇÃO ELASTOHIDRODINÂMICA (LEHD)

LUBRIFICAÇÃO SÓLIDA (LS)

TIPOS DE LUBRIFICAÇÃO


A LUBRIFICAÇÃO HIDRODINÂMICA (LHD) - ENTRE AS

SUPERFÍCIES DE CONTACTO DO SISTEMA TRIBOLÓGICO É AUTO-

GERADA UMA PELÍCULA RELATIVAMENTE ESPESSA DE

LUBRIFICANTE COM A CAPACIDADE DE GARANTIR UMA

SEPARAÇÃO EFICAZ ENTRE ESSAS MESMAS SUPERFÍCIES,

EVITANDO O CONTACTO SÓLIDO.

GEOMETRIA DOS CORPOS

CARGA APLICADA

VELOCIDADE RELATIVA

VISCOSIDADE DO LUBRIFICANTE (FUNDAMENTAL)

PROMOÇÃO DO EFEITO DE BOMBAGEM DO LUBRIFICANTE PARA A ZONA DE CONTACTO CRIANDO A MONTANTE UMA GRANDE ELEVAÇÃO DE PRESSÃO SUFICIENTE PARA PROVOCAR A SEPARAÇÃO EFICAZ DAS DUAS SUPERFÍCIES


A LUBRIFICAÇÃO LIMITE É CONSIDERADA COMO UMA FORMA DE LUBRIFICAÇÃO IMPERFEITA POIS

OCORRE QUANDO NÃO SE CONSEGUEM CRIAR AS CONDIÇÕES PARA ESTABELECER UMA PELÍCULA

ESPESSA DE LUBRIFICANTE.

DIZ-SE LUBRIFICAÇÃO LIMITE OU EM CAMADA LIMITE POIS O FENÓMENO DE

LUBRIFICAÇÃO, EMBORA EXISTENTE, É REALIZADO COM UM CONTACTO

FRANCO ENTRE AS MICRO-ASPERIDADES DAS SUPERFÍCIES QUE

INTERACTUAM.

ADERÊNCIA (UNTUOSIDADE)

BAIXA TENSÃO SUPERFICIAL (PODER MOLHANTE)

HABILITAÇÃO À FORMAÇÃO DE ÓXIDOS E OUTROS COMPOSTOS


A LUBRIFICAÇÃO HIDROSTÁTICA (LHE) DIZ RESPEITO ÁS SITUAÇÕES ONDE EXISTE TAMBÉM UMA

PELÍCULA ESPESSA DE LUBRIFICANTE, MAS AO CONTRÁRIO DO PROCESSO HIDRODINÂMICO A PRESSÃO

NECESSÁRIA PARA CRIAR E MANTER ESSA PELÍCULA É RESULTANTE DE UMA FONTE DE ALIMENTAÇÃO

EXTERIOR AO TRIBOSISTEMA (BOMBA HIDRÁULICA).


O QUARTO TIPO DE LUBRIFICAÇÃO DESIGNA-SE POR LUBRIFICAÇÃO ELASTOHIDRODINÂMICA (LEHD).

TRATA-SE DE UM TIPO DE LUBRIFICAÇÃO HIDRODINÂMICA ONDE A

NECESSÁRIA ADEQUADA GEOMETRIA FORMA-SE DEVIDO À MÚTUA

DEFORMAÇÃO ELÁSTICA DAS PEQUENISSIMAS ÁREAS DE

CONTACTO CAUSADAS PELA ACÇÃO DAS RESPECTIVAS PRESSÕES

DE HERTZ ELEVADAS NOS CONTACTOS PONTUAIS OU LINEARES

(PARES CINEMÁTICOS SUPERIORES) – ENGRENAGENS E

CHUMACEIRAS DE ROLAMENTO.

http://www.synthetic-motor-oilsite.com/1619633/


FACTOR REGIME DE LUBRIFICAÇÃO FACTOR CHAVE

10 Lubrificação Hidrodinâmica Viscosidade

≤ 1 Lubrificação Limite Propriedades físico-químicas da interacção lubrificante-superfícies

1 < < 10 Lubrificação Mista

Viscosidade (limitada)

Propriedades físico-químicas (compromisso)

Rugosidade (compromisso)

> 4-5 Lubrificação Elastohidrodinâmica

Viscosidade

Pressão concentrada

Deformação elástica


O ÚLTIMO TIPO DE LUBRIFICAÇÃO É OBTIDO PELA INTERPOSIÇÃO DE LUBRIFICANTES SÓLIDOS ENTRE AS

SUPERFICIES DE CONTACTO, DESIGNANDO-SE NATURALMENTE POR LUBRIFICAÇÃO SÓLIDA (LS).

FENÓMENO DE ADERÊNCIA DO LUBRIFICANTE SÓLIDO ÀS SUPERFICIES DE CONTACTO SUFICIENTE PARA RESISTIR À

PENETRAÇÃO DAS ASPERIDADES SUPERFICIAIS INTERACTUANTES POR COMPRESSÃO.

BOA ADERÊNCIA ÀS SUPERFÍCIES INTERACTUANTES

ELEVADA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO (PENETRAÇÃO)

FRACA RESISTÊNCIA AO CORTE


À MEDIDA QUE A VISCOSIDADE, A VELOCIDADE E CARGA

UNITÁRIA VARIAM, PODERÃO CONDICIONAR A FORMAÇÃO

DE PELÍCULA ESPESSA.

OBSERVA-SE QUE QUANDO SE OBTÉM UMA PELÍCULA

HIDRODINÂMICA DE ESPESSURA MÍNIMA, ESSE PONTO

CORRESPONDERÁ AO VALOR MÍNIMO DO COEFICIENTE DE ATRITO.

À MEDIDA QUE AS ASPERIDADES SE COMEÇAM A TOCAR COM MAIS FREQUÊNCIA, AUMENTARÁ O COEFICIENTE DE

ATRITO, ATÉ UM PONTO QUE SE ATINGE UMA PELÍCULA FINA DE LUBRIFICAÇÃO LIMITE, ESTABILIZANDO O VALOR DO

COEFICIENTE DE ATRITO.


IMPORTÂNCIA DA LUBRIFICAÇÃO

© José Sobral

A LUBRIFICAÇÃO ASSUME UM PAPEL FUNDAMENTAL EM SISTEMAS TRIBOLÓGICOS. POR EXEMPLO, EM

CHUMACEIRAS DE ESCORREGAMENTO, A IMPORTÂNCIA DESTE FACTOR PODE SER ANALISADA EM

DIFERENTES FASES DO CICLO DE VIDA.

PROJECTO DA CHUMACEIRA, DETERMINANDO AS SUAS

CARACTERÍSTICAS DIMENSIONAIS E ADEQUADO GRAU DE

VISCOSIDADE DO LUBRIFICANTE. É UM PROCESSO ITERATIVO, CUJA

EXTENSÃO DEPENDE DO GRAU DE OPTIMIZAÇÃO PRETENDIDO;

VERIFICAÇÃO DE UMA CHUMACEIRA EM SERVIÇO QUANTO AO SEU

DESEMPENHO EM REGIME HIDRODINÂMICO;

ANÁLISE DE FALHA, DETERMINANDO A SUA CAUSA (OU CAUSAS).


© José Sobral

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TAMBÉM NO CASO DA ANÁLISE E SELECÇÃO DE CHUMACEIRAS DE ROLAMENTO A LUBRIFICAÇÃO TEM

UM IMPORTANTE PAPEL.

QUANDO AS CHUMACEIRAS DE ROLAMENTO SE ENCONTRAM DEVIDAMENTE INSTALADAS, LUBRIFICADAS E A OPERAR

EM CONDIÇÕES PRÓPRIAS DE LIMPEZA E TEMPERATURA, OS PRINCIPAIS MODOS DE FALHA SÃO

FUNDAMENTALMENTE DE DOIS TIPOS:

DEFORMAÇÃO PLÁSTICA DEVIDO À COMPRESSÃO

DOS CORPOS ROLANTES NAS PISTAS, NOS PONTOS DE

CONTACTO, CONTROLADA PELA PROPRIEDADE

DENOMINADA CAPACIDADE DE CARGA ESTÁTICA

PICAGEM DEVIDO AO FENÓMENO DE FADIGA DE

CONTACTO, AO FIM DE UM DETERMINADO NÚMERO

DE CICLOS, CONTROLADA PELA PROPRIEDADE

DENOMINADA CAPACIDADE DE CARGA DINÂMICA

ISO 76:2006 ROLLING BEARINGS – STATIC LOAD RATINGS

ISO 281:2007 ROLLING BEARINGS – DYNAMIC LOAD RATINGS AND RATING LIFE


321

10.. aaa

LL n

)telubrifican do limpeza e ãolubrificaç(3,2 fa

LIMPEZA:

Condição Factor C 1)

dm < 100 mm dm ≥ 100 mm

LIMPEZA EXTREMA Tamanho das partículas da ordem da espessura da película do lubrificante. Condições de laboratório

1 1

ALTA LIMPEZA Óleo filtrado por meio de filtro fino. Condições típicas de rolamentos com massa permanentemente e vedados.

0,8 … 0,6 0,9 … 0,8

LIMPEZA NORMAL Óleo filtrado por meio de filtro fino. Condições típicas de rolamentos com massa permanentemente e com placas de protecção.

0,6 … 0,5 0,8 … 0,6

LEVE CONTAMINAÇÃO Leve contaminação no lubrificante.

0,5 … 0,3 0,6 … 0,4

CONTAMINAÇÃO TÍPICA Condições típicas de rolamentos sem vedantes integrados, filtragem grosseira, partículas de desgaste e ingresso das regiões adjacentes.

0,3 … 0,1 0,4 … 0,2

GRAVE CONTAMINAÇÃO Ambiente do rolamento gravemente contaminado e arranjo do rolamento com vedação inadequada.

0,1 … 0 0,1 … 0

CONTAMINAÇÃO MUITO GRAVE

(Em contaminação extrema, os valores de C podem estar fora da escala, resultando em uma redução mais drástica de vida do que o previsto pela equação para Lnm).

0 0

P

PUC .

LUBRIFICAÇÃO:

1

Viscosidade operacional (real)

Viscosidade requerida


Viscosidade operacional (real) Viscosidade requerida


REFLEXÃO

© José Sobral

• EXISTE UMA GRANDE VARIEDADE E QUANTIDADE DE SISTEMAS TRIBOLÓGICOS NA INDÚSTRIA;

• A TRIBOLOGIA APRESENTA-SE COMO A CIÊNCIA E TECNOLOGIA DAS SUPERFÍCIES INTERACTUANTES E

EM MOVIMENTO RELATIVO, E DAS MATÉRIAS E MÉTODOS COM ELAS RELACIONADOS;

• AS PROPRIEDADES DO LUBRIFICANTE SÃO UM DOS FACTORES A TER EM CONSIDERAÇÃO NUM

SISTEMA TRIBOLÓGICO;

• O FACTOR DE ESPESSURA RELATIVA DA PELÍCULA DEFINE O TIPO DE LUBRIFICAÇÃO OBTIDO;

• EXISTEM VÁRIOS TIPOS OU MECANISMOS DE LUBRIFICAÇÃO (LHD, LL, LHE, LEHD, LS);

• A LUBRIFICAÇÃO APRESENTA-SE COMO UM FACTOR IMPORTANTE NO DIMENSIONAMENTO, SELECÇÃO

E ANÁLISE DOS PRINCIPAIS ÓRGÃOS DE MÁQUINAS COM MOVIMENTO RELATIVO.


JOSÉ SOBRAL [email protected]

OBRIGADO PELA ATENÇÃO

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