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LUBRIFICAÇÃO

Introdução

Atrito

Tipos de lubrificantes, suas características e mecanismos

Classificação dos lubrificantes

Lubrificantes líquidos e suas propriedades

Análise de lubrificantes

Aditivos

Graxas

Lubrificantes sólidos

Método de aplicação de lubrificantes

Seleção de lubrificantes para equipamentos específicos

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Como surgiu a necessidade de lubrificação?

Necessidade de descobrir um meio de minimizar o atrito.

Lubrificação em si, quer dizer menos esforço, menor atrito, menos desgaste, em fim, diminuição no consumo de energia.

F

Estático

Móvel

Carga Aplicada

Película Lubrificante

Superfícies de Contacto

Móvel

Estático

Carga Aplicada

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Atrito

Quando um corpo qualquer, sólido, líquido ou gasoso, move-se sobre a superfície de um outro corpo origina-se uma resistência a este movimento.

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O atrito é a força que se opõe ao movimento, ao à tendência de movimento, de um corpo, oferecendo uma resistência ao seu deslocamento.

O atrito dos fluidos < que dos sólidos.

Por isso se introduz fluido entre dois sólidos para evitar que entrem em contato direto.

Há produção de atrito fluido.

F

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ALGUNS COEFICIENTES DE ATRITO ESTÁTICOS:

•METAL X METAL – 0,15 ~ 0,30

•METAL X MADEIRA – 0,20 ~ 0,60

•MADEIRA X MADEIRA – 0,25 ~ 0,50

•METAL X COURO – 0,30 ~ 0,60

•PEDRA X PEDRA – 0,40 ~ 0,65

•GELO X GELO – 0,1 ~ 0,2

•ARTICULAÇOÕES – 0,01 ~ 0,02

•BORRACHA X CIMENTO – 1,0 ~ 1,5

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O atrito diminui com a lubrificação e o polimento das superfícies, pois reduzem o coeficiente de atrito.

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O contato sólido com sólido provoca:

•aquecimento das partes

•consumo extra de energia

•ruído

•deformação

•desgaste das partes

Duas superfícies polidas em contato.

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Com relação ao contato entre superfícies sólidas, temos:

• atrito de deslizamento • atrito de rolamento

O atrito de rolamento é bem menor do que o atrito de deslizamento.

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↑ Maior carga

↑ Atrito

↓ Menor diâmetro

↑ Atrito

No atrito de rolamento, a resistência é devida sobretudo às deformações.

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Atrito de deslizamentoAmpliando-se uma pequena porção de uma superfície aparentemente lisa temos a idéia perfeita de uma cadeia de montanhas.Supondo duas barras de aço com superfícies aparentemente lisas, uma sobre a outra, tais superfícies estarão em contato nos pontos salientes.

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Uma vez que o atrito e o desgaste provêm do contato das superfícies, o melhor método para reduzi-los é manter as superfícies separadas, intercalando-se entre elas uma camada de lubrificante. Isto, fundamentalmente, constitui a lubrificação.Portanto, lubrificantes é qualquer material que interposto entre duas superfícies atritantes reduza o atrito.

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Regras importantes a respeito do atrito:

a força de atrito é diretamente proporcional à carga aplicada entre as superfícies;

a força de atrito não depende, sensivelmente, da velocidade relativa entre as superfícies;

a lubrificação e o polimento das superfícies diminuem o atrito;

a força de atrito praticamente não depende da área de contato entre as superfícies;

a força de atrito de rolamento é inversamente proporcional ao diâmetro da esfera ou do cilindro em questão.

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Funções dos lubrificantes

Controle do atrito - transformando o atrito sólido em atrito fluido, evitando assim a perda de energia.

Controle do desgaste - reduzindo ao mínimo o contato entre as superfícies, origem do desgaste.

Controle da temperatura - absorvendo o calor gerado pelo contato das superfícies (motores, operações de corte etc.).

Controle da corrosão - evitando que ação de ácidos destrua os metais.

Amortecimento de choques- funcionando como meio hidráulico, transferindo energia mecânica para energia fluida (como nos amortecedores dos automóveis) e amortecendo o choque dos dentes de engrenagens.

Redução de ruído.

Vedação - impedindo a saída de lubrificantes e a entrada de partículas estranhas.

Remoção de contaminantes - evitando a formação de borras, lacas e vernizes.

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A lubrificação pode ser classificada de acordo com a película lubrificante:

•Lubrificação Total ou Fluida

•Lubrificação hidrostática•Lubrificação hidrodinâmica•Lubrificação elasto-hidrodinâmica

•Lubrificação Limite

•Lubrificação Mista

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Lubrificação Total ou Fluida – corresponde a uma situação em que as

superfícies em movimento são separadas por uma película contínua de

lubrificante, eliminando qualquer contato.

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Lubrificação Total ou Fluida

•Hidrostática – refere-se ao suprimento contínuo de um fluxo de lubrificante

para a interface de deslizamento a uma pressão hidrostática elevada.

•Hidrodinâmica – refere-se ao suprimento suficiente de lubrificante à

interface deslizante para permitir que a velocidade relativa das superfícies

bombeie o lubrificante e separe as superfícies por um filme dinâmico de

líquido.

•Elasto-hidrodinâmica – quando as superfícies de contato são não

conformantes, como ocorre entre os dentes de engrenagem ou em um

came e seguidor.

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Lubrificação Limite – descreve uma situação na qual, por razões de geometria,

aspereza da superfície, carga excessiva ou falta de lubrificante suficiente, as

superfícies dos corpos se contatam fisicamente e pode ocorrer desgaste.

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Lubrificação Mista – descreve uma combinação de filme lubrificante parcial com algumas asperezas de contato entre as superfícies.

Quando as pressões entre as duas superfícies moveis são muito elevadas, há

ruptura da película em alguns pontos. Há nestas condições uma combinação de

atritos sólidos e fluidos.

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Regimes de lubrificação:

Onde:µ = ViscosidadeV = VelocidadeW = carregamento

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Origem do petróleo

O Petróleo é uma substância viscosa, mais leve que a água, composta por grandes quantidades de Carbono e Hidrogênio (hidrocarboneto) e quantidades bem menores de Oxigênio, Nitrogênio e Enxofre.

A natureza complexa do Petróleo é resultado de mais de 1200 combinações diferentes de hidrocarbonetos.

Ele  pode ocorrer nos estados: Sólido - Asfalto Líquido - Óleo cru Gasoso - Gás natural

O Petróleo é formado pelo processo decomposição de matéria orgânica, restos vegetais, algas, alguns tipos de plâncton e restos de animais marinhos - ocorrido durante centenas de milhões de anos da história geológica da Terra.

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Condições para formação do petróleo:

Inicialmente deve haver a matéria orgânica adequada à geração do Petróleo.

Este material orgânico deve ser preservado da ação de bactérias aeróbias.

O material orgânico depositado não deve ser movimentado por longos períodos.

A matéria orgânica em decomposição por bactérias anaeróbias deve sofrer a ação de temperatura e pressão por períodos longos.

O início do processo de formação do Petróleo está relacionado com o início da decomposição dos primeiros vegetais que surgiram na Terra.

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Formação do Petróleo

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Tipos de petróleo

Os solventes, óleos combustíveis, gasolina, óleo diesel, querosene, gasolina de aviação, lubrificantes, asfalto, plástico entre outros são os principais produtos obtidos a partir do petróleo.

De acordo com a predominância dos hidrocarbonetos encontrados no óleo cru, o petróleo é classificado em:

ParafínicosNaftênicosMistosAromáticos

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C C

C

C C

CC

C

C

C C

C

H

H

H

H

H

H

H

H H

H

H

H

H

HH

H

H

H

H

H

Um elementoUm elemento parafínicoparafínico composto porcomposto poruma cadeia línear saturadauma cadeia línear saturada

Um elementoUm elemento nafténiconafténico composto composto por uma cadeia cíclica saturadapor uma cadeia cíclica saturada

Um elementoUm elemento aromáticoaromático composto composto por uma cadeia cíclica insaturadapor uma cadeia cíclica insaturada

O petróleo é uma mistura dos 3 hidrocarbonetos seguintes:

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Parafínicos

Quando existe predominância de hidrocarbonetos parafínicos. Este tipo de petróleo produz subprodutos com as seguintes propriedades:

-Gasolina de baixo índice de octanagem.

- Querosene de alta qualidade.

- Óleo diesel com boas características de combustão.

- Óleos lubrificantes de alto índice de viscosidade, elevada estabilidade química e alto ponto de fluidez.

- Resíduos de refinação com elevada percentagem de parafina.

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Naftênicos

Quando existe predominância de hidrocarbonetos naftênicos. O petróleo do tipo naftênico produz subprodutos com as seguintes propriedades principais:

-Gasolina de alto índice de octanagem.

- Óleos lubrificantes de baixo resíduo de carbono.

- Resíduos asfálticos na refinação.

- Possuem cadeias em forma de anel.

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Mistos

Quando possuem misturas de hidrocarbonetos parafínicos e naftênicos, com propriedades intermediárias, de acordo com maior ou menor percentagem de hidrocarbonetos parafínicos e naftênicos.

Aromáticos

Quando existe predominância de hidrocarbonetos aromáticos. Este tipo de petróleo é raro, produzindo solventes de excelente qualidade e gasolina de alto índice de octonagem. Não se utiliza este tipo de petróleo para a fabricação de lubrificantes.

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A composição elementar média do petróleo é estabelecida da seguinte forma:

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Uma forma simples de separar os constituintes básicos do petróleo é promover uma destilação da amostra. Com isso obtêm-se curvas de destilação características, que são gráficos de temperatura versus volume percentual de material evaporado. Determinam-se, assim, os tipos de hidrocarbonetos presentes na amostra analisada, em função das faixas de temperatura dos materiais destilados. A amostra poderá então ser classificada em termos de cortes ou frações.

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Destilação atmosférica

A destilação atmosférica é normalmente a etapa inicial de transformação realizada em uma refinaria de petróleo, após dessalinização e pré-aquecimento.O diagrama abaixo oferece uma listagem dos tipos de produtos esperados e seu destino.

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Imagens das instalações da Petrobrásno pólo Arara, rio Urucu, Amazonas.

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Produto Utilização   Produto Utilização

Gás ácido Produção de enxofre   Querosene de iluminação

Iluminação e combustível doméstico

Eteno Petroquímica   Querosene de aviação Combustível para aviões

Dióxido de carbono Fluído refrigerante   Óleo diesel Combustível para ônibus, caminhões, etc.

Propanos especiais Fluído refrigerante   Lubrificantes básicos Lubrificantes de máquinas e motores em geral

Propeno Petroquímica   Parafinas Fabricação de velas, indústria de alimentos

Butanos especiais Propelentes   Óleos combustíveis Combustíveis industriais

Gás liqüefeito de petróleo Combustível doméstico   Resíduo aromático Produção de negro de fumo

Gasolinas Combustível automotivo   Extrato aromático Óleo extensor de borracha e plastificante

Naftas Solventes   Óleos especiais Usos variados

Naftas para petroquímica Petroquímica   Asfaltos Pavimentação

Aguarrás mineral Solventes   Coque Indústria de produção de alumínio

Solventes de borracha Solventes   Enxofre Produção de ácido sulfúrico

Hexano comercial Petroquímica, extração de óleos   N-Parafinas Produção de detergentes biodegradáveis

Solventes diversos Solventes   Benzeno Petroquímica

Tolueno Petroquímica, solventes   Xilenos Petroquímica, solventes

Produtos industriais obtidos do petróleo

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2%

21%

16%38%

11%1%3%8%

Gás Propano / ButanoGasolinasPetróleo / GasóleoFuel ÓleoLubrificantes (bases)Ceras / ParafinasBetumesOutros

Produtos obtidos por destilação do petróleo bruto

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A indústria do petróleo é composta de cinco segmentos constitutivos básicos.

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Armadilhas do Petróleo

Também conhecidas por trapas, são estruturas geológicas que permitem a acumulação de óleo ou gás. É a rocha ou conjunto de rochas que deverá ser capaz de aprisionar o petróleo após sua formação, evitando que ele escape.

A armadilha ideal deve apresentar:

•Rochas-reservatório adequadas, ou seja, porosidade entre 15% e 30%.

•Condições favoráveis para a migração do petróleo das rochas fonte para as rochas-reservatório (Permeabilidade das rochas).

•Um selante adequado para evitar a fuga do petróleo para a superfície.

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Perfuração

As rochas são perfuradas por meio de uma broca rotativa. As brocas são estruturas metálicas muito resistentes, dotadas de dentes de aço muito duro ou de uma coroa de diamantes industriais. As brocas são escolhidas em função da dureza da rocha a perfurar, do diâmetro do furo que se pretende abrir e da profundidade que se deseja atingir.

O movimento rotativo é produzido por um motor e transmitido à broca por meio de uma combinação de hastes protegidas por uma sequência de tubos de aço; à medida que a perfuração vai avançando, mais hastes e tubos de aço vão sendo adicionados ao conjunto por enroscamento.

Uma corrente de lama especial é injetada sob pressão por uma bomba no interior da haste, jorrando do interior da broca e retornando à superfície através da tubagem protetora e do furo aberto pela broca.

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A lama tem várias funções:

refrigera e lubrifica a broca;

transporta para a superfície os fragmentos das rochas perfuradas, o que permite fazer a recolha, depois da filtragem da lama, daqueles fragmentos de rocha como amostras para estudos;

sempre que o reservatório é alcançado, impede a saída violenta de gás, petróleo ou água.

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Obtenção dos lubrificantes

O fabricante de óleos lubrificantes que escolher entre os óleos crus de várias procedências, o que lhe convém.

O refino do óleo cru da origem aos chamados óleos básicos.Spindle Oil – parafínico, baixo ponto de fluidez.Bright – parafínico, emulsificante.Neutro médio – parafínico, antiespumante.Opaco leve – naftênico, antioxidante.

Os óleos básicos terão propriedades semelhantes as do óleo cru.

Na formulação do lubrificante se usam diferentes tipos de básicos. A mistura de básicos denomina-se blending.

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Lubrificantes

Definiremos, como lubrificante, as substancias que, interpostas entre duas superfícies, em deslocamento relativo, diminuem a resistência ao movimento.

A função dos lubrificantes é evitar o contato metálico, reduzir o atrito, e consequentemente o desgaste, refrigerar, etc.

Os principais fatores que exercem influencia na lubrificação são: velocidade, temperatura e pressão.

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Classificação dos lubrificantes

Os lubrificantes são classificados, de acordo com seu estado físico em:

Líquidos – São os mais usados. Aproximadamente 95% dos lubrificantes são líquidos.

Pastosos – São as graxas comuns e também as composições betuminusas. Participam com 3 a 5% do mercado.

Sólidos – Resistem a elevadas temperaturas. Ex: grafite, óxido de zinco, bissulfeto de molibdênio, etc.

Gasosos - Os lubrificantes gasosos são usados em casos especiais, em lugares onde não são possíveis as aplicações dos lubrificantes convencionais. Podemos citar alguns deles, como o ar, nitrogênio e os gases halogenados. Possível inconveniente

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Lubrificantes líquidos

Entre os diferentes tipos de produtos usados na lubrificação, os óleos lubrificantes são os mais importantes.

Estes circundam as atividades do ser humano, pois são aplicados nos mais variados segmentos de industrias.

Automotiva (carros, ônibus, caminhões)Marítima (navios)Ferrovia (locomotivas)Agrícolas (tratores, colheitadeiras)Indústria em geral (metalúrgica, usina, mineração, etc)

Os óleos lubrificantes são mais citados de duas maneiras:

Óleos lubrificantes industriais

Óleos lubrificantes automotivos

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Os líquidos são em geral preferidos como lubrificantes porque eles penetram entre partes móveis pela ação hidráulica, e além de manterem as superfícies separadas, atuam também como agentes removedores de calor.

Óleos minerais.

Óleos graxos.

Óleos compostos.

Óleos sintéticos.

Vegetais

Animais

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Óleos minerais

São produzidos de crus de composição muito variada, mas formados por grande número de hidrocarbonetos ( compostos de hidrogênio e carbono) pertencentes a três classes principais: parafinicos, naftênicos e aromáticos.

Os crus passam por diferentes tratamentos, tais como destilação fracionada, remoção de asfalto, refinação de ácido e refinação por solvente.A escolha da seqüência dos tratamentos dependem tanto da natureza do cru, como dos produtos finais desejados.

Conforme o processo adotado, pode o lubrificante apresentar grande variação de características quanto à viscosidade, volatilidade, resistência à oxidação, etc...

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Destilação e refinação do petróleo

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Óleos Graxos

Foram os primeiros lubrificantes a serem utilizados pelo homem com o desenvolvimento industrial e o aperfeiçoamento da maquinaria, houve a necessidade imperativa da substituição dos óleos graxos pelos óleos minerais.

A principal desvantagem dos óleos graxos está em sua pequena resistência a oxidação, rancificando-se facilmente e formando gomosidades.

Os óleos graxos conforme sua origem, podem ser classificados em:

Vegetais

Animais de baleia, óleo de foca, óleo de peixe, óleo de mocotó, óleo de banha (banha de porco).

óleo de rícino, óleo de coco, óleo de oliva, óleo de semente de algodão.

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Óleos Compostos

São misturas de óleos graxos, com óleos minerais. Essas adições são de até 30% e tem por finalidade conferir ao lubrificante maior oleosidade e também facilidade de emulsão em presença de vapor d’água.

Óleos Sintéticos

Estes óleos estão em continuo desenvolvimento, utilizados apenas em casos específicos. Podemos citar os poli-glicóis, em silicones e os diésteres.

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Propriedades dos lubrificantes

Capacidade de manter separadas superfícies em movimento relativo, em todas as condições de pressão, temperatura e na presença de contaminantes.

Possibilitar a dissipação de calor.

Ser suficientemente estável, de forma a exercer seu trabalho durante sua vida útil estimada.

Proteger as superfícies que entra em contato.

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Características físicas dos óleos lubrificantes

Ao se analisar um lubrificante, procura-se, em laboratório, encontrar um meio de reproduzir as condições práticas a que são submetidos os produtos em estudo.

Muitas vezes não se consegue essa reprodução e, nesses casos lança-se mão de ensaios empíricos.

Com esse intuito, existe uma grande quantidade de testes de laboratório procurando cobrir toda a série de informações sobre lubrificantes de que a tecnologia necessita.

Para se atingirem as características desejadas em um óleo lubrificante, realizam-se análises físico-químicas, que permitem fazer uma pré-avaliação de seu desempenho. Algumas destas análises não refletem as condições encontradas na prática, mas são métodos empíricos que fornecem resultados comparativos de grande valia quando associado aos métodos científicos desenvolvidos em laboratórios.