Mecânico Lubrificador: Serra 2006

MECÂNICO LUBRIFICADOR

SERRA 2006

SUMÁRIO 1.

ATRITO .................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................5 5 1.1. ATRITO .................................................................................................................................... ....................................................................................................................................5 1.2. TIPOS DE ATRITO ..................................................................................................................... .....................................................................................................................7 1.3. TIPOS DE LUBRIFICAÇÃO........................................................................................................... ...........................................................................................................8 1.3.1. Lubrificação Fluida............................................................................................................. Fluida.. ........................................................................................................... 8 1.3.2. Lubrificação Lubrificação Limite ou Semifluida...................................................................................... Semifluida...................................................................................... 9  9 1.3.3. Formação da da Película e da Cunha de de Óleo ...................................................................... .. .................................................................... 9  9 1.3.4. Distribuição das Pressões na Película Lubrificante ........................................................ ........................................................ 11  11

2.

PETRÓLEO ........................................................................................................................................... ...........................................................................................................................................13 13 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6.

3.

LUBRIFICANTES ................................................................................................................................. .................................................................................................................................22 22 3.1. 3.2. 3.3.

4.

CRONOLOGIA DO APARECIMENTO DOS LUBRIFICANTES ... ............................................................ .........................................................13 13 PETRÓLEO ... ............................................................................................................................. ..........................................................................................................................113 3 CRONOLOGIA DO APARECIMENTO DO PETRÓLEO ... ..................................................................... ..................................................................13 13 ORIGEM DO PETRÓLEO... ........................................................................................................... ........................................................................................................114 4 TIPOS DE PETRÓLEO ... .............................................................................................................. ...........................................................................................................115 5 OBTENÇÃO DOS LUBRIFICANTES ... ............................................................................................. ..........................................................................................20 20 DEFINIÇÃO ... ............................................................................................................................. ..........................................................................................................................222 2 TIPOS DE LUBRIFICANTES ... ....................................................................................................... ....................................................................................................222 2 PROPRIEDADES DOS LUBRIFICANTES... ....................................................................................... ....................................................................................23 23 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DOS ÓLEOS LUBRIFICANTES ................................................  ................................................ 25

4.1. DENSIDADE ... ............................................................................................................................ .........................................................................................................................225 5 4.2. COR ... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................226 6 4.3. VISCOSIDADE ... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................227 7 4.3.1.  Aparelhamento  Aparelhamento ................................................................................................................ ................................................................................................................ 28 4.3.2. Interpretação Interpretação dos Resultados... Resultados.......................................................................................... ....................................................................................... 31  31 4.4. ÍNDICE DE VISCOSIDADE ... ......................................................................................................... ......................................................................................................332 2 4.5. PONTOS DE FULGOR E DE INFLAMAÇÃO ... ................................................................................... ................................................................................36 36 4.5.1.  Aparelhagem  Aparelhagem ................................................................................................................... ................................................................................................................... 37 4.5.2. Fornecimento Fornecimento dos Resultados Resultados ......................................................................................... ......................................................................................... 38  38 4.5.3. Interpretação Interpretação dos Resultados... Resultados.......................................................................................... ....................................................................................... 38  38 4.6. PONTOS DE NÉVOA E DE FLUIDEZ (ASTM D 97)...................................................................... 97)......................................................................41 41 4.6.1.  Aparelhamento  Aparelhamento ................................................................................................................ ................................................................................................................ 43 4.6.2. Procedimento... ................................................................................................................ 43 4.6.3. Fornecimento Fornecimento dos Resultados Resultados ......................................................................................... ......................................................................................... 44  44 4.6.4. Interpretação Interpretação dos Resultados... Resultados.......................................................................................... ....................................................................................... 44  44 4.7. CINZAS ... .................................................................................................................................. ...............................................................................................................................445 5 4.8. CORROSÃO EM LÂMINA DE COBRE ... .......................................................................................... .......................................................................................46 46 4.9. ESPUMA... ................................................................................................................................. ..............................................................................................................................447 7 4.10. INSOLÚVEIS... ............................................................................................................................ .........................................................................................................................449 9 4.11. ACIDEZ E ALCALINIDADE ... ......................................................................................................... ......................................................................................................550 0 4.12. ÁGUA... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................551 1 5.

GRAXAS ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................53 53 5.1. INTRODUÇÃO... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................553 3 5.2. DEFINIÇÃO ... ............................................................................................................................. ..........................................................................................................................553 3 5.3. VANTAGENS DA LUBRIFICAÇÃO A GRAXA ... ................................................................................. ..............................................................................54 54 5.4. DESVANTAGENS DE LUBRIFICAÇÃO A GRAXA ... ........................................................................... ........................................................................56 56 5.5. CARACTERÍSTICAS DAS GRAXAS ... ............................................................................................. ..........................................................................................56 56 5.5.1. Consistê Consistência ncia .................................................................................................................... .................................................................................................................... 56 5.5.2. Interpretação do Ensaio .................................................................................................. ... ............................................................................................... 57 5.5.3. Ponto de Gota.................................................................................................................. Gota.................................................................................................................. 59 5.6. TIPOS DE GRAXAS ... .................................................................................................................. ...............................................................................................................661 1 5.7. EXEMPLOS DE GRAXAS AUTOMOTIVAS E INDUSTRIAIS ... .............................................................. ...........................................................63 63

6.

ADITIVOS .............................................................................................................................................. ..............................................................................................................................................64 64 6.1. INTRODUÇÃO... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................664 4 6.2. EXIGÊNCIAS DOS ADITIVOS ... ..................................................................................................... ..................................................................................................665 5 6.3. ANTIOXIDANTES ... ..................................................................................................................... ..................................................................................................................666 6 6.3.1.  Antiespumante...  Antiespumante................................................................................................................. .............................................................................................................. 66 6.3.2. Detergente....................................................................................................................... Detergente... .................................................................................................................... 67 6.3.3. Dispersante...................................................................................................................... Dispersante...................................................................................................................... 68 6.3.4.  Antiferrugem  Antiferrugem .................................................................................................................... .................................................................................................................... 68 6.3.5.  Anticorrosivos  Anticorrosivos .................................................................................................................. .................................................................................................................. 69 6.3.6.  Antidesgaste  Antidesgaste .................................................................................................................... .................................................................................................................... 69 6.3.7.  Aumentador  Aumentador de Índice de Viscosidade Viscosidade... ............................................................................ ......................................................................... 70  70 6.3.8.  Abaixador do Ponto de Fluidez ....................................................................................... ....................................................................................... 70  70

7.

CLASSIFICAÇÃO DE LUBRIFICANTES......................................................................................... .........................................................................................72 72 7.1. CLASSIFICAÇÃO API............................................................................................................... API...............................................................................................................772 2 7.1.1. Classificação SAE ........................................................................................................... ........................................................................................................... 74 7.1.2. Óleos Multiviscosos......................................................................................................... Multiviscosos......................................................................................................... 76 7.1.3. Classificação API - Engrenagens Engrenagens... .................................................................................... ................................................................................. 76  76 7.2. LUBRIFICANTES INDUSTRIAIS... ................................................................................................... ................................................................................................777 7 7.2.1. Classificação ISO ............................................................................................................ ............................................................................................................ 77 7.2.2. Classificação de AGMA................................................................................................... AGMA................................................................................................... 78

8.

MÉTODOS GERAIS DE APLICAÇÃO DE LUBRIFICANTES .....................................................  ..................................................... 80 8.1. LUBRIFICAÇÃO MANUAL ... .......................................................................................................... .......................................................................................................880 0 8.2. COPO COM AGULHA OU VARETA ... ............................................................................................. ..........................................................................................80 80 8.3. COPO COM TORCIDA OU MECHA ... ............................................................................................. ..........................................................................................81 81 8.4. COPO CONTA-GOTA ... ............................................................................................................... ............................................................................................................881 1 8.5. LUBRIFICAÇÃO POR ANEL... ........................................................................................................ .....................................................................................................882 2 8.6. LUBRIFICAÇÃO POR COLAR ... ..................................................................................................... ..................................................................................................882 2 8.7. LUBRIFICAÇÃO POR BANHO DE ÓLEO... ....................................................................................... ....................................................................................83 83 8.8. LUBRIFICAÇÃO POR MEIO DE ESTOPA OU ALMOFADA ... ............................................................... ............................................................84 84 8.9. LUBRIFICAÇÃO POR SALPICO OU BORRIFO ... ............................................................................... ............................................................................85 85 8.10. LUBRIFICAÇÃO POR NEVOA DE ÓLEO... ....................................................................................... ....................................................................................85 85 8.11. SISTEMAS CIRCULATÓRIOS ... ..................................................................................................... ..................................................................................................886 6 8.11.1. Por Gravidade Gravidade ............................................................................................................. ............................................................................................................. 86 8.11.2. Por Bombas Múltiplas Múltiplas e Lubrificadores Mecânicos Mecânicos .................................................... .................................................... 87  87 8.11.3. Por Bomba Bomba Única ........................................................................................................ ........................................................................................................ 87 8.11.4. Precauções Precauções na Aplicação de Lubrificantes ................................................................. ................................................................. 88  88 8.11.5. Lubrificação a Óleo ..................................................................................................... ... .................................................................................................. 88 8.11.6. Lubrificação à Graxa ................................................................................................... ................................................................................................... 89  89

9.

RECEBIMENTO E MANUSEIO DE LUBRIFICANTES .................................................................. .................................................................. 90 9.1. ESTOCAGEM ... .......................................................................................................................... .......................................................................................................................992 2 9.1.1. Importância Importância de um Bom Armazenamento....................................................................... Armazenamento... .................................................................... 92  92 9.1.2. Métodos e Práticas de Estocagem.................................................................................. Estocagem.................................................................................. 93  93 9.2. FATORES QUE AFETAM OS PRODUTOS ESTOCADOS ... ................................................................. ..............................................................96 96 9.2.1. Contaminação Contaminação pela Água Água ................................................................................................ ................................................................................................ 96  96 9.2.2. Contaminação por Impurezas ......................................................................................... ... ...................................................................................... 98  98 9.2.3. Contaminação com Outros Tipos de Lubrificantes ......................................................... ... ...................................................... 99  99 9.2.4. Deterioração Deterioração Devido a Extremos de Temperaturas Temperaturas.... ...................................................... .................................................. 100  100 9.2.5. Deterioração Devido a Armazenagem Prolongada....................................................... Prolongada.... ................................................... 100  100 9.2.6. Contaminação com Outros Tipos de Produtos ............................................................. .... ......................................................... 101  101 9.3. O DEPÓSITO DE LUBRIFICANTES ........................................................................................... ...........................................................................................101 101 9.3.1. Estocagem e Manipulação Manipulação de Lubrificantes Lubrificantes em Uso .................................................... .................................................... 103  103 9.3.2. Os Cuidados na Movimentação de Lubrificantes.......................................................... Lubrificantes.... ...................................................... 105  105 9.4. OS RECURSOS DA DISTRIBUIÇÃO DE LUBRIFICANTES ............................................................. .............................................................106 106 9.4.1. Equipamentos para Distribuir Óleo................................................................................ Óleo.... ............................................................................ 106  106 9.4.2. Equipamentos para Distribuir Graxa ............................................................................. .... ......................................................................... 108  108 9.4.3. Equipamentos Equipamentos Auxiliares.... Auxiliares ............................................................................................... ........................................................................................... 109  109 9.5. RECEBIMENTO E ARMAZENAGEM A GRANEL DE ÓLEOS LUBRIFICANTES .................................. ..................................112 112

9.5.1. Recebimento.................................................................................................................. Recebimento.................................................................................................................. 112 9.5.2.  Armazenamento  Armazenamento ............................................................................................................ ............................................................................................................ 113 9.5.3. Descarte de Óleos Usados............................................................................................ Usados............................................................................................ 113  113 10.

LUBRIFICAÇÃO DE MANCAIS ......................................................................................................  ......................................................................................................115 115

10.1. LUBRIFICAÇÃO DE MANCAIS PLANOS ..................................................................................... .....................................................................................115 115 10.1.1. Fatores de Escolha da Viscosidade/ Consistência Adequada.................................. Adequada.................................. 116  116 10.2. LUBRIFICAÇÃO DOS MANCAIS DE ROLAMENTOS ..................................................................... .....................................................................118 118 10.2.1. Lubrificação a Graxa ................................................................................................. ................................................................................................. 118  118 10.2.2. Lubrificação a Óleo ................................................................................................... .... ............................................................................................... 119 10.3. VEDAÇÕES........................................................................................................................... ...........................................................................................................................119 119 10.4. INTERVALOS DE LUBRIFICAÇÃO ............................................................................................. .............................................................................................120 120 11.

LUBRIFICAÇÃO DE MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA ................................................  ................................................ 124

11.1. MÉTODOS MAIS COMUNS ...................................................................................................... ......................................................................................................124 124 11.2. LUBRIFICAÇÃO DOS MANCAIS ................................................................................................ ................................................................................................124 124 11.3. LUBRIFICAÇÃO DOS CILINDROS ............................................................................................. .............................................................................................126 126 11.4. RESFRIAMENTO DOS ÊMBOLOS ............................................................................................. .............................................................................................128 128 11.5. PURIFICAÇÃO DO LUBRIFICANTE............................................................................................ ............................................................................................128 128 11.6. PURIFICAÇÃO DO AR............................................................................................................. .............................................................................................................129 129 11.7. PURIFICAÇÃO DO COMBUSTÍVEL............................................................................................ ............................................................................................129 129 11.8. SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO SOB PRESSÃO ............................................................................ ............................................................................130 130 11.8.1. Sistema de Lubrificação por Salpique....................................................................... Salpique.... ................................................................... 130  130 11.8.2. Sistema de Lubrificação Combinado Sob Pressão e Salpique .... ............................ 130 ............................ 130 12.

FLUIDOS HIDRÁULICOS ................................................................................................................. .................................................................................................................131 131

12.1. PRINCIPAIS FLUIDOS............................................................................................................. .............................................................................................................131 131 12.1.1.  Água .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... 131 12.1.2. Óleos Minerais .......................................................................................................... .......................................................................................................... 131 12.1.3. Fluidos Sintéticos ...................................................................................................... ...................................................................................................... 132 12.1.4. Fluidos Resistentes ao Fogo..................................................................................... Fogo..................................................................................... 132  132 12.2. ESCOLHA DO FLUIDO HIDRÁULICO......................................................................................... .........................................................................................132 132 12.3. CARACTERÍSTICAS DO FLUIDO HIDRÁULICO IDEAL .................................................................. ..................................................................133 133 12.4. CONTROLE DE USO DE ÓLEOS HIDRÁULICOS ......................................................................... .........................................................................134 134 13.

REFERÊNCIAS

................................................................................................................................. .................................................................................................................................136 136

ANEXOS ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................137 137

5

1.

ATRITO 1.1. Atrito

Quando um corpo qualquer, sólido, líquido ou gasoso, move-se sobre a superfície de um outro se origina uma resistência a este movimento, a qual pode ser expressa, ou representada por uma força que é a tangente às superfícies em contato. A esta força que tende a se opor ao movimento, denominamos força de ATRITO, RESISTÊNCIA DE ATRITO ou simplesmente ATRITO. O atrito é dito estático quando ocorre antes do movimento relativo. Quando o atrito é observado após o início do movimento, é conhecido como ATRITO CINÉTICO. FORÇA LIMITE DE ATRITO (F') é o valor máximo da força de atrito estático e ocorre quando o movimento é iminente. É comumente designado por ATRITO.

Figura 1

A relação entre o atrito e a reação normal que o corpo exerce sobre a superfície (N) é uma constante a qual denominamos COEFICIENTE DE ATRITO ( μ ). Fat  N

 = tg θ

Segundo as leis clássicas do atrito: a) O valor de

μ 

independe da carga ou força exercida pelo corpo sobre a

superfície, ou em outras palavras, a força de atrito é diretamente proporcional à carga; Fat =μ

x

N

b) O coeficiente de atrito é independente independente da área aparente de contato contato entre as superfícies em movimento;

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c) O coeficiente de atrito cinético cinético é menor que que o coeficiente coeficiente de atrito estático; estático; d) O atrito é independente independente das velocidades relativas dos corpos em contato. contato. As superfícies em movimentos estão realmente em contato, somente nos pontos salientes da superfície aparentemente plana (visíveis ao microscópio), mas que constituem uma diminuta porção da área aparente. As elevadas pressões locais resultam numa deformação plásticas desses mesmos pontos de contato e, em pouco tempo à ação combinada da pressão e da temperatura, causam uma pressão local, formando MICRO-SOLDAS. Para que o movimento seja restabelecido, a força agora deve ser maior, até que ocorra o cisalhamento dessas micro-soldas e o ciclo recomece à medida que o movimento continua. Assim sendo, o deslizamento das superfícies como se diz corretamente, não corresponde à realidade dos fatos, consistindo mais em ações alteradas de "adesão" e de "escorregamento", cujos efeitos são facilmente demonstráveis, por aparelhos sensíveis para medição do atrito. Como resultado final dessas micro-soldagens e ações de cisalhamento, partículas de metal são arrastadas das superfícies, causando assim o DESGASTE METÁLICO. Pelo emprego de LUBRIFICANTES, as ações de "adesão" e “escorregamento" são substituídas em maior ou menor extensão pelo cisalhamento do filme lubrificante, com reduções correspondentes da força de atrito e do desgaste. N

N Figura 2

Em uma atmosfera normal, metais não lubrificantes "deslizam" uns sobre os outros com coeficientes de atrito compreendidos entre 0,15 e 1,5.

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Entretanto, mesmo em tais circunstâncias, a maioria das superfícies metálicas apresenta normalmente uma fina camada de óxido ou hidróxido, a qual atua como um filme lubrificante sólido, propiciando assim uma menor fricção. É oportuno acentuar, que nas superfícies metálicas “quimicamente puras”, isto é, isentas de óxidos ou hidróxidos e mantidas no vácuo, o coeficiente de atrito observado é bastante superior àqueles valores indicados (2,0 ou mais) ocorrendo mesmo uma completa soldagem (engripamento), sob condições de baixa carga ou pressões unitárias, inclusive. Tabela 1 - Alguns coeficientes de atrito estático. Metal x Metal Metal x Madeira Madeira x Madeira Metal x Couro Pedra x Pedra Terra x Terra

0,15 / 0,30 0,20 / 0,60 0,25 / 0,50 0,30 / 0,60 0,40 / 0,65 0,25 / 1,00

Por outro lado, a redução do atrito, causada pelas películas naturais de óxidos e hidróxidos metálicos, pode ser acentuado sobre maneira, pelo uso de lubrificantes.

1.2. Tipos de Atrito a) ATRITO DE DESLIZAMENTO: quando a superfície de um corpo ESCORREGA ou DESLIZA em contato com a superfície de outro corpo. Exemplos: O esfregar das palmas das mãos; um pistão trabalhando dentro do seu cilindro; um eixo girando em seu mancal; b) ATRITO DE ROLAMENTO: quando a superfície de um corpo ROLA sobre a superfície do outro sem escorregar. Exemplos: Uma bola rolando no chão; os roletes rolando sobre as pistas de um mancal de rolamento. Para ser vencido, este tipo de atrito exige menor esforço do que o necessário para vencer o atrito de desligamento. c) ATRITO FLUIDO: quando um fluido se interpõe entre duas superfícies sólidas

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em movimento relativo, há um desligamento entre as moléculas do fluido umas sobre as outras. A água é o meio lubrificante e, o esforço para vencer este tipo de atrito é menor que o de rolamento. Uma substância é mantida integrada pela coesão. Substâncias sólidas bem como líquidas, têm propriedades coesivas em maior ou menor escala. Por exemplo: a qualidade coesiva do aço é maior que a da madeira; a da madeira maior que a da graxa; a da graxa maior que a do óleo; e do óleo maior que a da água, etc. Lente de aumento

Escorregamento sem lubrificante (há contato entre as superfícies)

Carga

Movimento

Atrito Sólido

Figura 3 - Atrito sólido.

1.3. Tipos de Lubrificação 1.3.1. Lubrificação Fluida Também conhecida como lubrificação hidrodinâmica, lubrificação de película densa ou compactada e que corresponde àquela em que as superfícies em movimento são separadas por uma película contínua de lubrificante. Quando esta condição for preenchida, podemos esperar que a lubrificação proporcione valores de atrito baixos de desgaste insignificante, resultado valores para o coeficiente de atrito fluido compreendidos entre 0,001 e 0,03 vai depender da viscosidade do lubrificante, da velocidade relativa, das superfícies em movimento, da área das superfícies, da espessura do filme lubrificante, da configuração geométrica e da carga exercida sobre a película lubrificante.

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Como vemos os valores dos coeficientes de atrito para este tipo de lubrificação, comparados com os valores observados para superfícies em contato não lubrificadas ( μ = 0,15/ 1,5), são acentuadamente bem menores. Em condições ideais, a separação deveria ser completa e absoluta, mas na prática, observam-se contatos ocasionais entre os pontos salientes.

1.3.2. Lubrificação Limite ou Semifluida Para termos a lubrificação fluida é necessário entre as superfícies, uma película de óleo cuja espessura seja maior que a soma das alturas das rugosidades das duas superfícies. Esta espessura mínima para mancais comuns pode ser tomada igual a 10 micra. Como caso intermediário entre a lubrificação seca e a lubrificação fluida, temos a lubrificação semifluida ou limite, na qual a espessura da película lubrificante é igual à mínima acima referida. Quando as pressões entre as duas superfícies móveis são muito levadas, chega-se a um ponto no qual não é mais possível manter uma película lubrificante, havendo ruptura da película em alguns pontos. Há nestas condições uma combinação de atritos sólidos e fluidos. O coeficiente de atrito nestes casos dependendo, evidentemente, da natureza química do lubrificante e do metal (ou metais) em contato, varia geralmente de 0,05 a 0,15 contra 0,001 a 0,03 da lubrificação fluida.

1.3.3. Formação da Película e da Cunha de Óleo A mais importante aplicação da lubrificação fluida é a lubrificação dos mancais. Os casquilhos são sempre ajustados a um diâmetro pouco maior que do munhão, denominando-se o espaço entre eles de LUZ ou FOLGA sendo suas dimensões proporcionais ao diâmetro do eixo. Essa folga representa a tolerância prevista para a dilatação e a distorção de cada uma das peças quando ambas estão sujeitas ao calor a ao esforço, bem como a fim de neutralizar possíveis erros mínimos de alinhamento.

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Além disso, esta folga é também necessária para a introdução do lubrificante e para permitir a formação da película do óleo. As rugosidades das superfícies oferecem resistência à rotação do eixo no mancal causando o aquecimento e o desgaste. Os lubrificantes mantêm separadas estas superfícies, evitando assim a sua destruição e o desperdício de força motriz. Vejamos agora, as posições relativas ocupadas pelo munhão e a calha, desde o início do movimento até o eixo atingir a rotação de trabalho.

Contato Metálico

Figura 4 - Eixo em repouso.

Com o eixo em repouso há contato metálico com interpenetração das rugosidades. O óleo introduzido na folga adere a superfícies do munhão e da calha, cobrindo-se com uma camada ou película lubrificante. Esta adesão facilita a distribuição uniforme do óleo, que ocupa o espaço em forma de cunha e constitui um volume ou depósito de óleo.

Figura 5 - Início da rotação.

Ao iniciar-se a rotação, graças às propriedades adesivas do óleo, inicia-se o arrastamento de pequenas quantidades deste, do depósito às superfícies que suportam a pressão, mas não obstante ainda existe contato metálico. O eixo sobe ligeiramente sobre a face do mancal, em direção contrária a da rotação até que

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começa a escorregar por encontrar as superfícies cada vez mais umedecidas de óleo. Até agora houve considerável atrito conhecido como RESISTÊNCIA AO ARRANQUE. Há no caso uma LUBRIFICAÇÃO LIMITE. Se o óleo não cobrir rapidamente as superfícies, o atrito e o esforço de arranque serão grandes. Com o óleo correto, tais fatos não sucedem. À medida que a velocidade aumenta maior será a quantidade de óleo arrastada à parte onde a folga é mais estreita, criando-se gradualmente uma pressão hidráulica na cunha de óleo, produzida pelo efeito de bombeamento, resultante da rotação do eixo. Durante este bombeamento, o eixo arrasta o óleo do ponto de mínima de pressão a ponto de pressão mais elevada no mancal. Havendo óleo em quantidade suficiente no mancal, esta pressão hidráulica inicial levanta o eixo, eliminando assim o contato metálico, e o eixo gira sobre uma delgada película de óleo, que rapidamente reduz o esforço necessário para mantê-lo em movimento.

1.3.4. Distribuição das Pressões na Película Lubrificante As ilustrações representam as duas visões, em corte longitudinal e transversal, de um mancal sem ranhuras, trabalhando sob condições de lubrificação, fluida; neste caso a pressão hidrostática sobre o filme de óleo varia de ponto para ponto, de acordo com a distribuição figurada. A pressão máxima no filme de óleo atinge valores que excedem consideravelmente a pressão média que, como se sabe, é dada pelo quociente da carga sobre o munhão pela área de sua projeção. Há dois detalhes interessantes a ressaltar no diagrama transversal de pressão: a) o ponto de espessura máxima de película de lubrificante não corresponde ao ponto de pressão máxima; b) a pressão mínima é uma subpressão, ou seja, uma pressão inferior à atmosfera.

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carga

carga

Pressão Máxima

Figura 6

Aumentando ainda mais a rotação do eixo, a pressão hidráulica na cunha de óleo aumenta de tal forma que empurra o eixo para o outro lado do mancal. O deslocamento do eixo que se observa é ainda facilitado pela rápida queda de pressão fluida neste lado, quando o óleo começa a sair do mancal. A pressão hidráulica provocada pela rotação do munhão, combinada com um amplo suprimento de óleo, é tão considerável que, mesmo em mancais que suportam cargas de ordem de 150 kg/ cm 2 ou mais, o óleo é bombeado e forçado sob o eixo com a máxima segurança.

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2.

PETRÓLEO 2.1. Cronologia do Aparecimento dos Lubrificantes

2600 / 1700 a.C.  - No túmulo de Ra-Em-Ka no Egito é mostrado um tipo de trenó

transportando um monumento de pedra e um homem que despeja um líquido para lubrificar os deslizadores do trenó. 2500 a.C. - Há referências de que Noé construiu sua arca calafetando-a com "piche". 1600 a.C.  - A mãe de Moisés para salvar o filho construiu uma arca de junco e

untou-a com lodo e piche. 1400 a.C.  - Matéria graxa encontrada no eixo de uma carruagem enterrada no

túmulo de Yuaa e Thuiu.

2.2. Petróleo Substância negra, viscosa e de cheiro penetrante encontrada no subsolo e que nos tempos recentes, quando se descobriu sua interminável aplicação, foi chamada de ouro negro. A palavra petróleo provém do latim: "Petroleum", que significa "óleo de pedra".

2.3. Cronologia do Aparecimento do Petróleo 1000 a.C. - Chineses encontravam gás natural quando escavavam a procura de sal. 600 a.C. - Nabucodonosor utilizou asfalto para revestir paredes e pavimentar as ruas

da Babilônia. Há 2000 anos atrás  - Talvez a mais antiga manifestação da utilização do petróleo. O

óleo obtido em Agrigentum na Sicília era usado em lamparinas no templo de Júpiter. 1627  - Condes da Região de Habau - Lichtemberg fizeram a 1ª concessão

petrolífera que se tem notícia, permitindo a exploração nos mananciais de sua propriedade em Pecheidronn.

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Início do Séc. XIX  - O Austríaco José Hecker, organiza na Galícia Oriental uma

indústria para produzir óleo de iluminação. Tornou-se o primeiro magnata do petróleo. 1846  – O geólogo canadense Abraham Gesner, partindo do carvão betuminoso

obteve um óleo incolor que deu o nome de querosene (do grego Keros = cera). 1848 - O escocês James Young refinou o carvão betuminoso e conseguiu um óleo

parafínico servindo por toda Europa como lubrificante. 1855  - Catedrático de química da Universidade de Yale, Benjamim Silliman,

submeteu o petróleo ao aquecimento que se compunha em diversos subprodutos, os quais ainda desconhecidos da época. Um líquido leve e facilmente inflamável tornou-se popular pelo nome de gasolina. O outro mais pesado, menos inflamável, mas também com grande conteúdo energético foi chamado nafta. O alemão Gottlib Daimler aproveitaria em 1885 a gasolina como combustível no motor que inventara. Em 1892  Rudolf Diesel faria o mesmo com a nafta, conhecida hoje como motor

diesel. 1859 - Edwin Drake - Perfurou um poço para encontrar petróleo com profundidade

de 69 1/2 pés (21 metros) e produziu 840 galões diários. É considerado o primeiro poço de petróleo do mundo. 1862  - John Davison Rockefeller percebeu que o melhor negócio não era tirar o

petróleo e sim levá-lo até o consumidor já transformado em querosene, parafina, lubrificante, gasolina. Instalou-se em Cleveland com uma refinaria. Rockefeller ganhou tanto dinheiro que em 1874 era dono da metade das refinarias americanas. Sua companhia Standard Oil Company cresceu sem concorrência até 1901, quando foi descoberta no Texas uma das maiores jazidas petrolíferas do mundo, formandose então as Companhias Gulf Oil Corporation e a Texas Oil Company.

2.4. Origem do Petróleo O Petróleo é formado por restos de vegetais e pequenos animais, principalmente molusco, como caramujinhos, ostras e mariscos, que se depositaram em grande quantidade, no fundo dos mares e lagos, há milhões de anos. Com os movimentos

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da crosta da Terra, durante seu resfriamento, esses mares e lagos foram sendo soterrados. E, sob a pressão das camadas de rochas, sob a ação do calor e, também, do tempo, essa massa de restos orgânicos se transformou num óleo formado pela combinação de moléculas de carbono e de hidrogênio em composto de hidrocarbonetos denominado petróleo. O petróleo apresenta-se tanto em estado líquido como semi-sólido, de consistência semelhante à das graxas. A cor varia do negro ao âmbar, conforme os restos de vegetais ou de animais de que se origina. É inflamável. Os gregos, por exemplo, atiravam lanças em fogo embebidas no petróleo, contra cidades e acampamentos inimigos.

2.5. Tipos de Petróleo Podemos dividir o petróleo, de acordo com a sua composição, em três grandes tipos: a) Parafínicos - composto de hidrocarbonetos parafínicos; b) Naftênicos - composto de hidrocarbonetos naftênicos; c) Aromáticos - composto de hidrocarbonetos parafínicos e naftênicos. Cada um desses três tipos possui características próprias e de acordo com o tipo de aplicação é indicado ou contra-indicado. Os óleos naftênicos e principalmente os parafínicos se prestaram mais para a formulação de óleos lubrificantes; não sendo este fator decisivo visto que com os modernos recursos de aditivação conseguem-se características importantes e que anteriormente não possuía. Os óleos aromáticos não se prestam para a produção de lubrificantes. Tabela 2 Características Pontos de fluidez Índice de viscosidade Resistência à oxidação Oleosidade Resíduo de carbono Emulsibilidade

Parafínicos alto alto grande pequena grande pequena

Naftênicos baixo baixo pequena grande pequeno grande

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Figura 7 - A Perfuração é Feita Através dos Equipamentos Ilustrados.

A jazida de petróleo - é uma área rochosa do subsolo em cujos poros o petróleo se acumula. O petróleo nunca se encontra sob a forma de lago subterrâneo, como se costuma acreditar. Assim, O termo lençol petrolífero não expressa a realidade. Sob pressões vindas de cima, o petróleo desceu, infiltrando-se em rochas porosas, gota a gota, do jeito (mal comparando) com que café morno embebe torrão de açúcar, até encontrar uma camada de rocha impermeável - isto é, sem poros - que o deteve. Esta camada de rocha impermeável forma, então, os limites naturais da jazida. Para que se suspeite de presença de petróleo em quantidade que justifique uma possível exploração comercial, é necessário que as formações sedimentares tenham considerável espessura. Estudar e definir tais formações é a primeira tarefa. As regiões que apresentam essas características são chamadas de bacias sedimentares  e são nelas que os geólogos e os geofísicos vão trabalhar, para

saberem onde se deve perfurar um poço. Programa-se um longo trabalho de estudos e análises de superfície e subsuperfície da terra. Os técnicos decidem perfurar somente depois de realizarem um prognóstico de comportamento das inversas camadas do subsolo, através de métodos e processos altamente científicos. Surge, então, ao fim de tanta pesquisa, o poço pioneiro. A perfuração de um poço é noite e dia sem parar - Desde o momento em que a perfuração é iniciada, o trabalho se processa ininterruptamente durante as vinte e

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quatro horas e só se encerra quando atinge os objetivos predeterminados. O objetivo de um poço, em termos de perfuração, é traduzido na profundidade programada: oitocentos, dois mil, cinco mil metros. Isso requer trabalho árduo e vigília permanente. À medida que a broca avança, vão-se acrescentando tubos, em segmentos de dez metros. Trabalho estafante. Normalmente, uma broca tem vida útil de quarenta horas. Para trocá-la, tem-se de retirar todos os segmentos da tubulação e recolocá-los. Imagine o trabalho e o tempo, se a perfuração estiver, por exemplo, a profundidade de quatro mil metros. As brocas e a velocidade dependem da dureza das rochas - Para vencer rochas muito duras, empregam-se brocas de tungstênio ou diamante. Para rochas menos resistentes, são utilizadas brocas de dentes ou lâminas. Há perfurações que progridem mais de quinhentos metros por dia. Porém são conhecidas perfurações que não passam dos dez metros por dia (região do alto Juruá, Amazonas). Tais fatos demonstram a variação de dureza do terreno. Quando a lama é valiosa - Chama-se lama de perfuração uma mistura de betonita, argila, óleo diesel, água, etc., que mantém a pressão ideal para que as paredes do poço não desmoronem e que serve, também, para lubrificar a broca e deter o gás e o petróleo, no caso de descoberta. A lama explica o poço - Enquanto se processa a perfuração, todo o material triturado pela broca vem à superfície em mistura com a lama. De posse desse material, o geólogo examina os detritos nele contidos. Aos poucos, vai reunindo a história geológica das sucessivas camadas rochosas vencidas pela sonda. A análise dos dados assim recolhidos pode dar a certeza de que a sonda encontrou petróleo. Pode também sugerir que a perfuração deve continuar ou, então, que não há esperança de qualquer descoberta. O geólogo, contudo, dispõe, desde o começo do furo, de muitas informações, transmitidas pelos trabalhos preliminares de pesquisa. Normalmente, ele sabe que a zona de maior possibilidade está localizada a partir de uma determinada profundidade. Além disso, ele pode buscar auxílio na interpretação de outro poço perfurado nas proximidades. No momento em que a broca perfura o limite do lençol, o petróleo jorra para fora, às vezes até 100 metros de altura. Quando diminui a pressão interna do bolsão, o

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petróleo tem que ser bombeado, através de uma unidade de bombeamento para reservatórios situados junto ao poço. Dos reservatórios o óleo é transportado para as refinarias através de naviospetroleiros, composições ferroviárias ou através de oleodutos. Na refinaria o petróleo bruto será destilado; e dessa operação se obterá a série de derivados, que segundo alguns, ultrapassam a casa dos mil. REFINAÇÃO DO PETRÓLEO - Na refinaria, o petróleo é submetido a diversos processos, pelos quais se obtém a grande série de derivados: gás liquefeito, gasolinas, naftas, óleo diesel, querosene para aviões a jato, óleos combustíveis, asfaltos, lubrificantes, solventes, parafinas, coque de petróleo e resíduos. Conforme a qualidade do petróleo - mais leve ou mais pesado - as parcelas dos derivados variam. Assim, os petróleos mais leves dão maior quantidade de gás liquefeito, gasolinas, naftas (produtos leves), enquanto os mais pesados dão origem a volumes maiores de óleos combustíveis, asfaltos e resíduos (produtos pesados). No meio da série estão os produtos médios, como o óleo diesel e os querosenes. De cada cem partes do petróleo processado numa refinaria, apenas três partes são consumidas nas diversas unidades produtoras. Um parque de refino de petróleo não produz apenas combustível. Temos unidades que produzem lubrificantes para motores, parafinas para velas frações especiais para produção de detergentes, solventes, enxofre, benzeno, tolueno, naftas para petroquímica, etc. Estas unidades também valorizam, em boa escala, o petróleo processado e são muitos úteis para a indústria nacional.

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Figura 8 - Processo de refinação de derivados de petróleo.

Os produtos industriais obtidos do petróleo são numerosos. Eis uma lista básica: Tabela 3 Derivado Obtido Gás de Refinaria Gás Ácido Eteno Dióxido de Carbono Propanos Especiais Propeno Butanos Especiais Gás Liquefeito de Petróleo Gasolinas Naftas Nafta para Petroquímica Aguarrás Mineral Solventes de Borracha Hexano Comercial Solvente de Diversos Benzeno Tolueno

Principais Uso Petroquímica gás de rua Produção de enxofre Petroquímica Fluído refrigerante Fluído refrigerante Petroquímica Propelentes Combustível doméstico Combustível automotivo Solventes Petroquímica Solventes Solventes Petroquímica, extração de óleos. Solventes Petroquímica Petroquímica, solventes.

[...]

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[...] Xilenos Querosene de Iluminação Querosene de Aviação Óleo Diesel Lubrificantes básicos Parafinas Óleos Combustíveis Resíduo Aromático Extrato aromático Óleos Especiais Asfaltos Coque Enxofre N-Parafinas

Petroquímica, solventes. Iluminação para ônibus, caminhões, etc. Combustível para aviões Combustível para ônibus, caminhões. Lubrificantes de máquinas e motores em geral [...] Fabricação de velas, indústria alimentos. Combustíveis industriais Óleos extensor de borracha e plastificante Usos variados Usos variados Pavimentação Indústria de Produção de Alumínio Produção de ácido sulfúrico Produção detergente biodegradáveis

2.6. Obtenção dos Lubrificantes Os óleos lubrificantes têm sido preparados com crus de petróleo das mais variadas proveniências do globo terrestre. Como seria de esperar, as características físicas e o grau de rendimento operacional e quantitativo dos lubrificantes, fabricados a partir de tais crus, apresentam diferenças consideráveis. Estes óleos são obtidos com base na parte mais viscosa dos crus, depois de separados, por destilação, do óleo Diesel e de outros produtos mais leves. Quando considerados pelo volume, uma esmagadora maioria dos óleos lubrificantes produzidos em todo o mundo provém diretamente de crus, sob a forma de seus destilados ou produtos residuais. Muito embora os crus petrolíferos das várias partes do mundo diferem muito, tanto nas suas propriedades como na aparência, são relativamente poucas as diferenças detectadas por análise elementar. De fato, as amostras de petróleo bruto proveniente das mais variadas origens provam conter carbono, em proporções que variam de 83 a 87% e hidrogênio de 14 a 11%. As análises elementares de crus petrolíferos realmente revelam muito pouco da enorme variedade, ou da natureza dos óleos lubrificantes que se podem preparar com eles.

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O conhecimento das proporções e da qualidade dos seus constituintes é muito importante para a refinaria, que tem de classificar tipos de crus e avaliar as propriedades físicas dos óleos lubrificantes deles obtidos. Além das flagrantes diferentes físicas que apresentam os óleos lubrificantes extraídos de crus diferentes, existem outras menos perceptíveis. Por exemplo, os que provêm de certos crus podem conter vestígios de determinados compostos naturais de enxofre, capazes de atuar como inibidores de oxidação, quando o óleo se encontra em serviço efetivo e sujeito às elevadas temperaturas, evitando ou retardando a formação de produtos de oxidação, ácidos ou resinosos. Outros podem apresentar consideráveis diferenças na forma como reagem a certos aditivos químicos, que possam vir a ser-lhes introduzidos na fase de acabamento, para lhes conferirem as características necessárias a determinadas aplicações. O fabricante de óleos lubrificantes tem, pois, de escolher criteriosamente entre os crus de várias procedências, o que lhe convém. Na fabricação do lubrificante, o refino do cru, que nada mais é o que o petróleo, dará origem aos chamados óleos básicos. Eles têm designação própria, de acordo com suas características. Exemplos: Spindle Oil - parafínico, baixo ponto de fluidez. Bright Stock - parafínico, emulsificante. Neutro médio - parafínico, antiespumante. Opaco leve - naftênico, antioxidante. Os básicos terão propriedades semelhantes aos dos crus que foram originados. Um cru naftênico dará origem a um básico também naftênico. Na formulação do lubrificante se usam diferentes tipos do básico, para obter-se as propriedades requeridas para o emprego daquele lubrificante. A mistura de básicos denomina-se. "blending".

22

3.

Lubrificantes 3.1. Definição

Sabemos que se colocarmos uma camada de um lubrificante entre duas superfícies, impediremos o contato entre estas. Retirando esse contato, evitaremos durante o movimento, cisalhamento e arranhamento com o desprendimento de calor e desgaste dessas superfícies. Definiremos, então, como LUBRIFICANTE, as substâncias 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, conseqüentemente o desgaste, refrigerar, etc. Os principais fatores que exercem influência na lubrificação são: VELOCIDADE, TEMPERATURA e PRESSÃO.

3.2. Tipos de Lubrificantes LÍQUIDOS  - São os lubrificantes mais usados por seu poder de penetração e

principalmente porque atuam como agente removedor de calor. Compreende os óleos minerais, óleos graxos e água. Aproximadamente, 95% dos lubrificantes são líquidos. PASTOSOS - São as graxas comuns e também as composições betuminosas. Sua

principal característica é promover vedação e não escorrer. Participam com 3 a 5% do mercado. GASOSOS  - São os lubrificantes que são usados onde não se podem usar os

lubrificantes comuns. Temos como exemplo de alguns dos mais usados: o AR, os GASES, HALOGENADOS, o NITROGÊNIO. Seu uso é restrito devido principalmente à necessidade de vedações e altas pressões. SÓLIDOS - São os lubrificantes que resistem às elevadas temperaturas. Exemplo

dos mais comumente usados: a GRAFITE, o ÓXIDO DE ZINCO (Zn 0 2), o TALCO, a MICA, BISSULFETO de MOLIBDÊNIO (MoS2,), etc. São usadas também, adicionados a óleos e graxas.

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Os óleos graxos foram os primeiros lubrificantes a serem utilizados pelo homem. Com o desenvolvimento industrial e o aperfeiçoamento da maquinaria, houve a necessidade imperativa de substituição dos óleos graxos pelos óleos minerais. Atualmente, os óleos graxos são utilizados, principalmente em misturas com óleos minerais no preparo dos óleos compostos. Essas adições são de até 30% e têm por finalidade conferir ao lubrificante maior oleosidade ou facilidade de emulsão em presença de vapor d'água. A principal desvantagem dos óleos graxos está na sua pequena resistência à oxidação, rancificando-se facilmente e formando gomosidades, além de seu preço ser superior ao dos óleos minerais. Os óleos graxos conforme sua origem podem ser classificados em: óleos vegetais e óleos animais. Os principais óleos vegetais normalmente utilizados são: óleo de rícino, extraído da semente da mamona, o óleo de coco, óleo de oliva, óleo de semente de algodão. Dos óleos de origem animal podemos citar o óleo de banha, óleo de mocotó, óleo de baleia, óleo de espermacete, óleo de peixe e, óleo de foca. Os lubrificantes sintéticos estão em contínuo desenvolvimento sendo, de um modo geral, de custo muito elevado e por isso utilizado apenas em casos específicos. Em casos especiais a água é usada como lubrificantes, lembramos, porém, que suas propriedades lubrificantes são bastante reduzidas, além de sua ação corrosiva sobre os metais.

3.3. Propriedades dos Lubrificantes A primeira e mais óbvia propriedade de um lubrificante é a capacidade de manter separadas superfícies em movimento, em todas as condições de pressão, temperatura e na presença de contaminantes. A segunda propriedade é possibilitar que a maioria dos lubrificantes dissipe o calor gerado através do contato das peças ou provenientes de fontes externas.

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Os lubrificantes devem ser suficientemente estáveis, de forma a exercer seu trabalho durante sua vida útil estimada que pode ser de segundo na lubrificação por perda total, ou dez ou mais anos em uma turbina a vapor. Finalmente o lubrificante deve proteger as superfícies, que entre em contato, contra a corrosão atmosférica ou dos produtos corrosivos gerados dentro do equipamento, como gases ácidos provenientes de um motor de combustão interna.

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4.

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, a fim de que daí resulte um número ou uma indicação que permita uma pré-avaliação de desempenho desses produtos. Muitas vezes não se consegue essa reprodução e, nesses casos, lança-se mão de ensaios empíricos cujos resultados têm valor meramente comparativo. Com este espírito, existe uma grande quantidade de teste de laboratório procurando cobrir toda a série de informações sobre lubrificantes de que a tecnologia necessita para indicação e aplicação do produto certo no lugar certo e acompanhamento do seu desempenho durante seu uso nos equipamentos.

4.1. Densidade Densidade (D) é a relação entre o peso de dado volume da substância considerada a determinada temperatura e o peso de igual volume de água a 4ºC. Peso específico (PE) é o peso da unidade de volume da substância considerada em g/ cm3  ou kg/ l. Na prática, para medir a densidade dos líquidos, usamos os densímetros ou picnómetros, que já nos dão leituras diretas à temperatura convencionada, que é de 20/ 4ºC. Isto significa que o volume do produto é considerado a 20º C em relação da água a 4º C. Outro sistema muito utilizado é o da Densidade em graus API a 60/ 60ºF, e que pode ser convertida à densidade normal pela seguinte tabela: Tabela 4 API 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

DENSIDADE 1,000 0,993 0,986 0,979 0,972 0,966 0,959 0,953 0,947 0,940 0,934

API 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

DENSIDADE 0,893 0,887 0,882 0,876 0,871 0,865 0,860 0,855 0,850 0,845 0,840

API 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54

DENSIDADE 0,806 0,802 0,797 0,793 0,788 0,874 0,780 0,775 0,771 0,767 0,763

[...]

26

[...]

21 22 23 24 25 26

0,928 0,922 0,916 0,910 0,904 0,898

38 39 40 41 42 43

0,835 0,830 0,825 0,820 0,816 0,811

55 56 57 58 59 60

0,759 0,755 0,751 0,747 0,743 0,739

É importante não esquecer que a densidade em 0 API cresce. Como a densidade varia com a temperatura, como já dissemos acima, as leituras devem ser feitas à temperatura convencionada ou os valores deverão ser corrigidos por meio de tabelas já calculadas e que facilitam o trabalho. A principal aplicação da densidade está em podermos transformar rapidamente fórmulas dadas em % volume, para fórmulas expressas em % peso e vice versa, ou então transformar kg em litros, ou toneladas em m3 de produto. A densidade também nos pode dar alguma indicação sobre a natureza do produto, pois sabemos que óleos parafínicos têm densidade menor do que óleos naftênicos (ou, pelo contrário, mais alta densidade em 0 API) desde que estejam na mesma faixa de viscosidade. Num óleo usado, o aumento da densidade O API indica diluição por combustível. Um aumento pode indicar presença de fuligem ou hidrocarbonetos oxidados. Evidentemente há necessidade de confirmação por outras provas, pois as causas da mudança de densidade podem anular-se às outras.

4.2. Cor A cor de um óleo já foi considerada importante indicação de sua qualidade. A maioria dos óleos produzidos por destilação era de cor pálida ou avermelhados por transferência, isto é, contra a luz, enquanto os óleos contendo base residual eram verdes ou pretos. Nos óleos naftênicos observa-se ainda comumente uma fluorescência, isto é, contra a luz, enquanto os óleos contendo base residual eram verdes ou pretos. Nos óleos naftênicos observa-se ainda comumente uma fluorescência azulada e, nos parafínicos, esverdeada (luz refletida).

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Entretanto, a variedade e complexidade dos processos tecnológicos de refinação e o emprego de aditivos tornaram inaplicáveis tais generalizações e a adoção do critério da cor como índice de qualidade ou tipo de óleo. Contudo, como critério de uniformidade, a cor ainda figura na maioria das especificações de óleos e é observada pelos fabricantes, dado o efeito psicológico que uma alteração pronunciada nesta característica pode exercer no consumidor e tem a utilidade de poder acusar, em determinados casos, contaminação do produto durante sua manipulação. Para a determinação da cor de produtos de petróleo por transmissão existem vários aparelhos correspondentes a métodos de ensaio padronizados, geralmente consistindo na comparação da cor (intensidade e matiz) de uma camada ou coluna de óleo fixa, com uma série de vidros coloridos, ou de uma coluna de líquido de altura variável com um ou poucos vidros coloridos padrões. Um dos mais empregados é o Colorímetro ASTM (D1500) consistindo de uma fonte de luz, vidros coloridos padronizados, recipiente fechado com a amostra e um visor. A amostra é comparada com várias cores padronizadas e numeradas de 0,5 a 8. A cor padronizada que mais se assemelhar a da cor da amostra indicará o número de cor ASTM.

4.3. Viscosidade A viscosidade é a mais importante propriedade física dos óleos lubrificantes derivados do petróleo. É a medida da característica de como o óleo flui. A mecânica de estabelecer uma película lubrificante adequada depende, em grande parte, da viscosidade. Para avaliar a viscosidade um óleo numericamente, quaisquer dos vários testes padrões podem ser usados. Embora esses testes difiram por terem maior ou menor riqueza de detalhes eles medem o tempo necessário em que uma determinada quantidade de óleo, a uma temperatura estabelecida, flui, por gravidade, através de um orifício ou estrangulamento de dimensões especificadas. Mais espesso o óleo, maior será o tempo necessário para a sua passagem.

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O controle rigoroso da temperatura do óleo é importante. A viscosidade de qualquer óleo de petróleo aumenta quando o óleo é resfriado e diminuí quando o óleo é aquecido. Por esta mesma razão, a viscosidade de um óleo deve ter sempre o seu valor acompanhado da temperatura em que a viscosidade foi determinada. A viscosidade, pelo seu valor somente, não significa nada. Os dois métodos mais comuns de testar a viscosidade de um óleo lubrificante são o Saybolt e o Cinemático. Destes, o Saybolt (ASTM D88) é o mais simples. Contudo, o Cinemático (ASTM D445) é geralmente considerado mais acurado. Há também os métodos Redwood e Engler, que são largamente usados na Europa. Cada método de teste tem o seu próprio aparelhamento - viscosímetro.

4.3.1. Aparelhamento O viscosímetro Saybolt Universal é usado para óleos de viscosidade baixas ou intermediárias. Consiste num recipiente cilíndrico, onde a amostra de óleo é colocada em um frasco receptor colocado abaixo dele para receber e medir o óleo descarregado do recipiente, pelo qual o óleo flui. Este fluxo é interrompido ou iniciado por meio de uma válvula. O recipiente, contendo a amostra, dispõe de uma camisa d'água para facilitar a manutenção da temperatura constante. A temperatura é controlada por dois termômetros; um no óleo e outro na água da camisa. Para ajustar a temperatura, uma fonte externa de calor é aplicada ao banho de água. O tempo do fluxo de óleo no receptor é medido com um cronômetro ou aparelho semelhante. Para óleos muito viscosos, é usado o viscosímetro Saybolt Furol. Este aparelho difere do Saybolt Universal somente no orifício de escoamento de óleo que, naquele, é maior. Isto reduz o tempo do fluxo quando se trata de óleos pesados, que pode ser medido sem dificuldade. Com óleo à temperatura do teste usualmente 40ºC (100º F) ou 100ºC (210º F) a passagem do óleo é permitida do recipiente para o frasco receptor. Isto é feito abrindo-se a válvula do orifício do recipiente. O tempo, em segundos, decorrido para

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o fluxo de óleo encher o frasco receptor que tem uma marca indicando 60cc, é medido. Este tempo é a viscosidade Saybolt. A viscosidade Saybolt pode ser assim representada: x - Segundos Saybolt Universal a 40ºC ou SSU 40ºC y - Segundos Saybolt Universal a 100ºC ou SSU a 100ºC z - Segundos Saybolt Furol a 40ºC ou SSF a 40ºC w - Segundos Saybolt Furol a 100ºC ou SSF a 100ºC Quanto maior o número que expressa a viscosidade, mais viscoso é o óleo. O Viscosímetro Cinemático é o mais utilizado por ser o mais preciso e permitir seu uso em qualquer fluído, seja uma tinta, seja um solvente, etc. O viscosímetro consiste de um tubo de vidro que varia em função da viscosidade estimada do fluído e do seu aspecto (transparente ou opaco). A viscosidade Cinemática é o tempo que um determinado volume de líquido flui, por gravidade através de um tubo capilar. Sua unidade é o centistoke (cSt). O viscosímetro, dependendo do seu tipo, é preenchido com o óleo a ser testado, levado a um banho para normalizar as temperaturas do viscosímetro e do óleo (40ºC ou 100ºC). Depois de normalizada a temperatura, o óleo ainda dentro do banho, é deixado fluir através do tubo capilar do viscosímetro até pontos determinados. O tempo de escoamento é medido (em segundos) e multiplicado por uma constante. Esta constante é previamente calculada e se refere às variações dimensionais do viscosímetro. O resultado desta multiplicação será a viscosidade Cinemática. Viscosidade Cinemática, cSt = CT C = Constante do viscosímetro em cSt/ S. t = tempo de escoamento, em segundos.

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Figura 9

Figura 10 - Viscosímetro Cinemático.

Atualmente todos os lubrificantes industriais são especificados com viscosidade Cinemática, conforme a norma ISO.

31

Figura 11

4.3.2. Interpretação dos Resultados A Viscosidade é, muitas vezes, o que primeiro se leva em consideração na seleção de um lubrificante. Para lubrificação mais eficiente, a viscosidade deve estar conforme a velocidade, carga e condições de temperatura de um mancal a ser lubrificado. Maiores velocidades, mais baixas pressões e menores temperaturas requerem óleos de viscosidade mais baixa. Um óleo mais pesado do que o necessário pode resultar numa fricção excessiva do fluido e cria arraste desnecessário. Menores velocidades, maiores pressões ou temperaturas mais altas, por outro lado, requerem um óleo que proporcione um filme resistente necessário para agüentar a carga e dar necessária proteção às superfícies em contato. Por estas razões, os testes de viscosidade têm um papel importante na determinação das propriedades de um óleo lubrificante. Além disso, as conclusões mais diretas e mais óbvias para julgar a viscosidade de um óleo dependem, contudo, de certas informações que também sejam disponíveis. Uma vez que a viscosidade de um óleo lubrificante é determinada pelo corte na sua temperatura de destilação, parte daí que há uma relação aparente na viscosidade e na volatilidade. De um modo geral, os óleos mais leves têm maior volatilidade - mais suscetíveis de evaporar.

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Sob alta temperatura, portanto, as condições de operação podem mudar e isso deve ser levado em consideração quando se usa um óleo de certa viscosidade, porém, volátil. Ainda que o significado do teste de viscosidade tenha sido considerado do ponto de vista de óleos novos, esses testes têm também lugar para avaliação de óleos usados. Os óleos drenados dos cárteres, dos sistemas de circulação e das caixas de engrenagens são, muitas vezes, analisados para determinar seu aproveitamento para outro serviço ou para diagnosticar o desempenho defeituoso de uma máquina. Um aumento da viscosidade durante o serviço pode, muitas vezes, indicar oxidação, as moléculas do óleo aumentam em seu tamanho e isto faz com que o óleo fique espesso. Quando a oxidação atingiu um ponto de causar um aumento sensível na viscosidade, é sinal de que houve apreciável deterioração do óleo.

4.4. Índice de Viscosidade Os líquidos têm uma tendência de reduzir a viscosidade quando aquecidos e a aumentar a viscosidade quando resfriados. Contudo, esta correspondência entre a viscosidade e mudança da temperatura é mais pronunciada em alguns líquidos do petróleo, as mudanças na viscosidade podem ter profundos efeitos no desempenho de um produto ou sobre certas aplicações desse mesmo produto. A propriedade de resistir às mudanças de temperaturas pode ser expressa como índice de viscosidade (IV). O índice de viscosidade é um número abstrato, empírico. Maior IV que tenha um óleo, menor a sua tendência a mudar de viscosidade com a mudança de temperatura. A sensibilidade de um óleo lubrificante à variação da viscosidade em função da temperatura é fator importante a ser considerado em inúmeras aplicações. Por esta razão vários métodos para exprimir esta sensibilidade foram propostos, mas, o mais usual presentemente é o denominado índice de Viscosidade (IV). O IV é, portanto com já foi dito um número empírico, que relaciona a mudança de viscosidade de um óleo relativamente insensível (IV = 100) e é baseado nas viscosidades medidas respectivamente a 37.8 e 99ºC ou a 100 e 200ºF.

33

Não obstante, é possível hoje em dia, encontrar óleos que são mais sensíveis à temperatura do que a referência (IV = Zero) bem como outros que são menos sensíveis que a referência (IV 100) e, portanto, é, perfeitamente normal obter valores para o IV tanto abaixo de zero como acima de 100. O IV é calculado pelas fórmulas abaixo: IV =

L−U

IV =

L

L−H

−U D

 x 100 de onde deduzimos  x 100

Onde: U = viscosidade a 100ºF de um óleo cujo IV desejamos calcular. L = viscosidade a 100ºF de um óleo com IV  zero e tendo a 210ºF a mesma viscosidade que o óleo cujo IV queremos determinar. H = viscosidade a 100ºF de um óleo com IV  = 100 tendo 210ºF a mesma viscosidade que óleo cujo IV queremos calcular. Este valor não é mostrado nas tabelas e sim o valor da diferença D. D = L - H e desta relação podemos, se quisermos, conhecer o valor de H em função do valor D, dado pelas tabelas. Abaixo, alguns exemplos de índices de viscosidade encontrados na linha de produtos de um determinado fabricante. Tabela 5 Aplicação Motor a gasolina Motor a gasolina, sintético Motor de dois tempos Motocicletas, 4 tempos Motor diesel Sistemas hidráulicos, aeronáuticos Transmissões hidráulicas Sistemas hidráulicos industriais

IV 120 180 95 130 100 200 95 140

Aplicação Mancais e engrenagens Turbinas Compressores de Ar Compressores de Refrigeração Têmpera

IV 90 95 95 60 95

34

Tabela 6 - Cálculo do IV (dean - davis) em função da viscosidade a 98,9ºc expresso em viscosidade cinemática. Viscosidade Cinemática L a 98,9ºC (210ºF) cs 2,00 8,376 2,10 9,061 2,20 9,771 2,30 10,507 2,40 11,267

L

D (D-H)

1,745 1,905 2,073 2,249 2,429

Viscosidade Cinemática a 98,9ºC (210ºF) cs 5,50 5,60 5,70 5,80 5,90

52,61 54,61 58,61 58,61 60,61

D (L-H)

L

D (L-H)

17,21 18,15 19,09 20,03 20,97

Viscosidade Cinemática a 98,9ºC (210ºF) cs 9,00 9,10 9,20 9,30 9,40

135,51 138,18 140,88 143,63 146,33

59,04 60,44 61,87 63,33 64,76

2,50 2,60 2,70 2,80 2,90

12,053 12,865 13,702 14,503 15,451

2,617 2,814 3,017 3,225 3,442

6,00 6,10 6,20 6,30 6,40

62,61 64,61 66,61 68,61 70,62

21,91 22,85 23,79 24,72 25,66

9,50 9,60 9,70 9,80 9,90

149,04 151,76 154,53 157,34 160,09

66,20 67,65 69,13 70,64 72,10

3,00 3,10 3,20 3,30 3,40

16,304 17,302 18,265 19,254 20,268

3,667 3,898 4,135 4,379 4,630

6,50 6,60 6,70 6,80 6,90

72,66 74,77 76,99 79,31 81,73

26,61 27,60 28,67 29,82 31,03

10,00 1,10 10,20 10,30 10,40

162,89 165,78 168,71 171,59 174,51

73,59 75,17 76,76 78,32 79,90

3,50 3,60 3,70 3,80 3,90

21,307 22,373 28,462 24,578 25,718

4,89 5,156 5,428 5,708 5,994

7,00 7,10 7,20 7,30 7,40

84,22 86,77 89,36 91,98 94,37

32,31 33,69 35,12 36,55 37,80

10,50 10,60 10,70 10,80 10,90

177,48 180,39 183,38 186,30 189,30

81,52 83,10 84,70 86,32 87,95

4,00 4,10 4,20 4,30 4,40

26,89 28,14 29,45 30,83 32,39

6,30 6,69 7,12 7,60 8,14

7,50 7,60 7,70 7,80 7,90

96,80 99,23 101,69 104,21 106,67

39,03 40,26 41,51 42,80 44,05

11,00 11,10 11,20 11,30 11,40

192,30 195,36 198,47 201,62 204,71

89,61 91,29 93,00 94,74 96,45

4,50 4,60 4,70 4,80 4,90

38,85 35,49 37,21 39,00 40,85

8,75 9,43 10,17 10,95 11,78

8,00 8,10 8,20 8,30 8,40

109,16 111,75 114,38 116,98 119,68

45,32 46,66 48,01 49,36 50,75

11,50 11,60 11,70 11,80 11,90

207,82 98,17 210,95 99,90 214,12 101,67 217,32 103,44 220,48 105,21

5,00 5,10 5,20 5,30 5,40

42,74 44,68 46,61 48,62 50,61

12,63 13,52 14,42 15,34 16,27

8,50 8,60 8,70 8,80 8,90

122,24 124,85 127,48 130,14 132,85

52,08 53,44 54,82 56,22 57,64

12,00 12,10 12,20 12,30 12,40

223,68 226,99 230,33 233,63 236,95

106,99 108,81 110,71 112,57 114,44

35

Tabela 7 Viscosidade Cinemática a 98,9ºC (210ºF) cs 12,50 12,60 12,70 12,80 12,90

L

D (L-H)

L

D (D-H)

116,33 118,24 120,12 122,07 124,01

Viscosidade Cinemática a 98,9ºC (210ºF) cs 16,50 16,60 16,70 16,80 16,90

240,31 243,70 247,06 250,46 253,89

13,00 13,10 13,20 13,30 13,40

Viscosidade Cinemática D L a 98,9ºC (L-H) (210ºF) cs 21,00 603,0 334,40 21,20 614,0 341,3 21,40 624,7 348,0 21,60 635,10 354,6 21,80 646,3 361,6

390,91 395,15 399,35 403,63 407,92

204,02 206,56 209,07 211,64 214,22

257,32 260,81 264,36 267,94 271,47

125,96 127,95 129,97 132,01 134,03

17,00 17,10 17,20 17,30 17,40

412,22 416,60 421,04 425,50 429,92

216,81 219,45 222,12 224,82 227,49

22,00 22,20 22,40 22,60 22,80

657,3 667,8 679,2 690,4 701,1

368,7 375,4 382,6 389,7 396,6

13,50 13,60 13,70 13,80 13,90

275,04 278,61 282,21 285,85 289,45

136,08 138,13 140,20 142,29 144,36

17,50 17,60 17,70 17,80 17,90

434,36 438,81 443,33 447,87 452,37

230,18 232,88 235,61 238,38 241,11

23,00 23,20 23,40 23,60 23,80

712,8 724,2 735,1 747,0 758,6

404,1 411,4 418,4 426,0 433,5

14,00 14,10 14,20 14,30 14,40

293,07 296,75 300,45 304,11 307,78

146,45 148,58 150,73 152,85 154,98

18,00 18,10 18,20 18,30 18,40

456,9 461,5 466,1 470,6 475,2

234,9 246,7 149,5 252,2 255,0

24,00 24,20 24,40 24,60 24,80

769,7 781,5 793,7 804,9 817,2

440,7 448,3 456,2 463,4 471,4

14,50 14,60 14,70 14,80 14,90

311,51 315,26 318,97 322,75 326,54

157,15 159,33 161,49 163,70 165,92

18,50 18,60 18,70 18,80 18,90

479,9 484,5 489,2 493,9 498,6

257,9 260,7 263,6 266,5 269,4

25,00 25,20 25,40 25,60 25,80

829,3 841,8 853,3 865,9 878,7

479,2 487,4 494,9 503,1 511,5

15,00 15,10 15,20 15,30 15,40

330,34 334,26 338,19 342,09 345,89

168,14 170,44 172,75 175,05 177,24

19,00 19,10 19,20 19,30 19,40

503,3 508,2 513,1 517,9 522,8

272,3 275,3 278,4 281,3 284,4

26,00 26,20 26,40 26,60 26,80

891,5 904,1 917,1 930,1 943,1

519,8 528,1 536,6 545,2 553,7

15,50 15,60 15,70 15,80 15,90

340,87 353,97 357,92 361,94 365,97

179,59 182,06 184,39 186,77 189,16

19,50 19,60 19,70 19,80 19,90

527,7 532,6 537,5 542,5 547,5

287,4 290,4 293,4 296,5 299,7

27,00 27,20 27,40 27,60 27,80

955,0 968,3 981,6 994,9 1008,4

561,5 570,3 579,1 588,0 596,9

16,00 16,10 16,20 16,30 16,40

370,02 374,19 378,37 382,52 386,68

191,56 194,04 196,53 198,99 201,47

20,00 20,20 20,40 20,60 20,80

552,4 562,5 572,7 582,40 593,3

287,4 290,4 293,4 296,5 299,7

28,00 28,20 28,40 28,60 28,80

1021,9 1035,5 1047,8 1061,6 1075,4

605,8 614,8 623,0 632,2 641,4

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4.5. Pontos de Fulgor e de Inflamação O ponto de fulgor e o ponto de inflamação dos produtos líquidos de petróleo são basicamente medidas da sua inflamabilidade. O ponto de fulgor é a temperatura mínima à qual um líquido é suficientemente vaporizado para criar uma mistura vapor-ar que se inflamará se houver ignição. Como o nome do teste indica a combustão a esta temperatura tem somente uma curta duração (fulgor). O ponto de inflamação, entretanto, significa alguma coisa mais. É a mínima temperatura em que o vapor é gerado em quantidade suficiente para sustentar a combustão. Em qualquer caso, a combustão é somente possível quando a relação do vapor de combustível e de ar permanece entre certos limites. Uma mistura que for demasiada pobre ou demasiada rica não queimará. A prática de testar o ponto de fulgor e o ponto de inflamação foi originariamente aplicada ao querosene para indicar a sua potencialidade de risco de fogo. Desde então, o objetivo tem sido ampliado para incluir óleos lubrificantes e outros produtos de petróleo. Embora seja costume indicar o ponto de fulgor (e algumas vezes o ponto de inflamação) nos dados de um óleo lubrificante, estas propriedades não têm o significado que parece ter. Somente em circunstâncias especiais estaria o óleo lubrificante presente a algum sério risco de incêndio. Sendo estreitamente ligados às características de vaporização de um produto de petróleo, os pontos de fulgor e de inflamação dão, contudo uma indicação grosso modo da sua volatilidade e outras propriedades. O ponto de inflamação de um óleo lubrificante comum está tão intimamente ligado ao seu ponto de fulgor que é geralmente omitido nos dados da análise. Para os produtos comerciais comuns, o ponto de inflamação encontra-se 50°F (10°C) acima do ponto de fulgor. Os pontos de inflamação e de fulgor não devem ser confundidos com a temperatura de combustão espontânea, que é um assunto totalmente diverso. A combustão espontânea envolve, não somente a volatilidade, como a temperatura necessária para precipitar a reação química - combustão - sem o auxílio de uma fonte externa de ignição. Embora seja de esperar que um produto de petróleo mais volátil tenha um ponto de fulgor ou de inflamação mais baixo do que um menos volátil, a sua temperatura ASTM de combustão espontânea é geralmente mais alto.

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4.5.1. Aparelhagem No teste de ponto de Fulgor, vaso aberto Cleveland, a amostra de óleo está contida numa cápsula de latão especificada com precisão a qual descansa sobre um disco de metal. Sob o disco coloca-se uma fonte de calor e na cápsula um termômetro que indica a temperatura da amostra. Uma pequena chama piloto de gás é usada para testar a inflamabilidade da mistura vapor-ar. O espaço de tempo que a chama piloto é exposta, deve ser medido com um cronômetro. A amostra deve ser aquecida conforme a prescrição, partindo de uma temperatura de 100°F (40°C) ou mais, abaixo daquela do ponto de fulgor. A cada múltiplo de 5°C de aumento de temperatura a chama piloto é passada por sobre a cápsula. O teste para o ponto de fulgor é completado quando a chama piloto produz uma inflamação temporária na porção da amostra vaporizada. O mesmo procedimento é seguido para determinar o ponto de inflamação. Quando a chama produzida pela mistura vapor-ar continua pelo menos por 5 segundos, o ponto de inflamação foi atingido. Para cada teste, é natural que os vapores devem ter livre escapamento para evitar dissipação excessiva dos mesmos. Para melhor precisão e consistência dos resultados, o teste é realizado usualmente em uma câmara escura de modo que a ignição possa ser prontamente observada. O teste em vaso aberto é utilizado para derivados do petróleo que tenham Ponto de Fulgor acima de 79ºC.

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Ponto de Fulgor e Inflamação Método: Vaso Aberto Cleveland (VAC)

Termômetro

Chama de Teste

Vaso de Flash Cleveland

Cobertura de Asbesto

Amostra de Óleo

Chapa

Corte de um Aparelho Cleveland

Figura 12 - Método Vaso aberto Cleveland.

4.5.2. Fornecimento dos Resultados O ponto de inflamação é fornecido como sendo a temperatura à qual uma chama persiste por 5 segundos ou mais.

4.5.3. Interpretação dos Resultados Para apreciar o significado do ponto de fulgor e do ponto de inflamação fornecidos pelo teste, deve-se levar em conta o que esse teste mediu. Deste modo, é necessário compreender como uma mistura de combustível e ar foi criada. Para todos os fins, um líquido de petróleo, não queima nesse estado, mas, sim, vaporizado primeiro. O vapor mistura-se com o oxigênio do ar e, quando houver uma concentração suficiente de vapor, a mistura pode ser inflamada por uma faísca ou por chama. A mistura só pode ser inflamada se a concentração do vaporcombustível no ar for mais de 1% ou menos de cerca de 6% em volume. Uma mistura confinada contendo mais do que 6% em volume de vapor-combustível, corre o risco de explodir somente se ele receber ar suficiente para trazer o vapor ao limite de explosividade.

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Quando se deseja obter Ponto de Fulgor/ Inflamação de combustíveis ou resultados mais precisos em lubrificantes, usa-se a aparelhagem de vaso fechado. Os dois equipamentos usados são o Pensky-Martens e o TAG. A significação do ponto de fulgor e do ponto de inflamação se contradiz na disparidade que existe nas características de volatilidade dos diferentes líquidos de petróleo. Constantemente, entre os óleos lubrificantes de viscosidade semelhantes, há variações apreciáveis na volatilidade e, por conseguinte, nos pontos de fulgor e de inflamação. Em geral, contudo, as temperaturas de armazenagem e manuseamento dos óleos lubrificantes são bastante baixas para evitar qualquer possibilidade de incêndio. Entre as exceções desta situação estão produtos tais como os óleos de têmpera e de revenir, que entram em contato direto com metais à alta temperatura. Os óleos transferidores de calor, usados para aquecimento ou resfriamento, podem também atingir altas temperaturas nos limites do ponto de fulgor e de inflamação. Da mesma forma, ao se avaliar um óleo para trens de laminação de chapas a quente que saem dos fornos de recozimento, o risco de incêndio deve ser levado em consideração. Em muitos destes casos, contudo, a temperatura de auto-ignição é da maior significação. À temperatura de auto-ignição, como determinado pelo teste, o incêndio não é simplesmente uma possibilidade - ele pode realmente ocorrer espontaneamente, isto é, sem ignição de qualquer fonte externa. Uma vez que os pontos de fulgor e de inflamação estão relacionados com a volatilidade, eles oferecem uma indicação aproximada da tendência dos óleos lubrificantes evaporarem em serviço. Está patente que menores pontos de fulgor e de inflamação implicam em uma maior oportunidade de perdas por evaporação. A relação entre os resultados do teste e a volatilidade, contudo, não deve ser conclusiva. A comparação é distorcida por vários fatores adicionais, o mais importante dos quais é, provavelmente, a maneira como o óleo é produzido. A relação entre os pontos de fulgor e de inflamação, de um lado, e a volatilidade, do outro é, além disso, distorcida por diferenças do tipo de óleo. Para uma dada

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viscosidade, um óleo parafínico revela pontos de fulgor e de inflamação mais altos do que para outros tipos e pode ser reconhecido pelo resultado do teste. Os óleos parafínicos podem ser também indicados por um alto índice de viscosidade e por um alto ponto de fluidez. Os pontos de fulgor e de inflamação são talvez os de maior significação na avaliação de óleos usados. Se um óleo sofre um aumento dos pontos de fulgor e de inflamação durante o serviço, isso indica perda por evaporação. Os componentes mais voláteis foram vaporizados deixando os menos voláteis no restante. Da mesma forma, o aumento de viscosidade pode alterar as propriedades lubrificantes; o óleo não mais se prestará à aplicação pretendida. Se, por outro lado, os pontos de fulgor e de inflamação caem em serviço, haverá suspeita de contaminação. Isto pode ocorrer com os óleos para motores que são diluídos pelo combustível não queimado. A passagem da gasolina ou combustíveis pesados para o cárter reduz a viscosidade do óleo e os mancais e outras partes móveis podem ser danificadas pela excessiva fluidez do lubrificante. Estes combustíveis, sendo mais voláteis do que o óleo lubrificante, rebaixa os pontos de fulgor e de inflamação da mistura. Assim sendo a determinação do ponto de fulgor ou de inflamação em óleos usados constitui um método simples de indicar a presença de diluição com o combustível mais volátil. Ambos têm como característica, manter a amostra em um recipiente fechado, limitando ao máximo a saída de gases voláteis antes do teste. Isto garante uma maior precisão nos resultados. É importante notar que combustíveis não tem Ponto de Fulgor e Ponto de Inflamação. O resultado do teste, sempre realizado em vaso fechado, é um único, já que o Ponto de Fulgor e Ponto de Inflamação se confundem neste caso. A seguir (tabela 7) alguns exemplos de Ponto de Fulgor, vaso aberto, de alguns óleos lubrificantes, segundo um determinado fabricante.

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Tabela 8 Aplicação Motor diesel marítimo Engrenagens Motor a gasolina Sistemas hidráulicos Compressores de refrigeração Usinagem de Metais

Ponto de Fulgor 240°C 220°C 205°C 200°C 218°C 165°C

4.6. Pontos de Névoa e de Fluidez (ASTM D 97) Muitas vezes é necessário conhecer como um óleo de petróleo se comporta ao se resfriar, antes de perder as suas características de fluído. Esta informação pode ter considerável importância, pois varia largamente a este respeito entre óleos diferentes - ainda que tenham a mesma viscosidade. Se um óleo lubrificante é resfriado suficientemente, ele atinge num dado momento, uma temperatura à qual ele não mais fluirá, mesmo sob a influência da gravidade. Esta condição pode ser provocada tanto pelo espessamento do óleo, o que sempre acontece quando a temperatura é reduzida, como pela cristalização de matéria parafínica que ele possa conter e que restringe o fluxo das porções ainda fluidas. Para muitas aplicações, um óleo que não tenha condições de fluir por si próprio à baixa temperatura à qual um óleo em repouso pode ser despejado do seu recipiente dá uma idéia de quanto ele pode ser resfriado sem perigo de distúrbios. Quando certos óleos são resfriados, os cristais de parafina começam a se formar antes que o ponto de fluidez seja atingido. Esta formação cristalina dá ao óleo uma aparência turva, ou melhor, nebulosa e a temperatura em que essa névoa começa a se formar é conhecida como ponto de névoa, pode-se admitir que o óleo é relativamente livre de componentes parafínicos. O comportamento de um óleo a baixas temperaturas depende do tipo do cru do qual ele foi refinado, o método de refinação e a presença de aditivos. Os óleos básicos parafínicos contêm componentes parafínicos que ficam completamente em solução na temperatura ordinária. Quando a temperatura cai, entretanto, estes componentes parafínicos começam a se cristalizar e ficam completamente cristalizados a uma

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temperatura ligeiramente abaixo do ponto de fluidez. A esta última temperatura, o óleo em repouso geralmente não fluirá sob a influência da gravidade. A cristalização dos componentes parafínicos não significa que o óleo está realmente solidificado; seu fluxo é impedido pela estrutura cristalina. Se esta estrutura for rompida pela agitação; o óleo continuará a fluir até que a temperatura atinja uns graus abaixo do ponto de fluidez. Um óleo predominantemente naftênico, por outro lado, reage de maneira diferente. Além de ter um teor comparativamente mais baixo de componentes parafínicos, um óleo naftênico torna-se mais espesso quando é resfriado do que um óleo parafínico de viscosidade semelhante. Por este motivo, seu ponto de fluidez pode ser determinado pelo congelamento real de todo o óleo, em vez de o ser pela formação de cristais de parafina. Em tal caso, a agitação tem pouca influência sobre a fluidez a menos que ela provoque elevação de temperatura. O ponto de fluidez de um óleo parafínico pode ser substancialmente baixado pelo processo de refinação que remova os componentes parafínicos. Para muitos óleos lubrificantes, contudo, estes componentes importam em vantagens para o índice de viscosidade e estabilidade à oxidação. O bom desempenho de um óleo, geralmente, é que estabelece o limite além do qual a remoção desses componentes não é aconselhável. Não obstante, é possível baixar o ponto de fluidez de um óleo parafínico pela introdução de um aditivo depressante do ponto de fluidez. Tal aditivo aparentemente impede o agrupamento dos cristais entre si de modo a, oferecer menos restrições às porções fluidas do óleo. Contudo, é necessário notar bem que um aditivo depressante do ponto de fluidez teria pouca ou nenhuma ação sobre um óleo naftênico.

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4.6.1. Aparelhamento A amostra de óleo está contida num frasco de vidro com suporte metálico para manejá-lo. A boca do frasco é fechada com uma rolha, através da qual é introduzido um termômetro para indicar a temperatura, é controlada por banhos quentes e frios, nos quais o frasco pode ser parcialmente imerso (figura 13). Ponto de Névoa

Ponto de Fluidez e de Névoa

Início da Cristalização

Ponto de Fluidez

Superfície Imóvel por 5 segundos Resfriamento Posição do Termômetro p/ Ponto de Fluidez

Posição do Termômetro p/ Ponto de Névoa

Figura 13 - Ponto de fluidez e de névoa.

4.6.2. Procedimento Devido à semelhança dos testes muitas vezes é conveniente determinar o ponto de fluidez diretamente após os testes de ponto de névoa. Para determinar o ponto de névoa, a amostra é resfriada a uma temperatura de pelo menos 25°F (aproximadamente 16°C) acima do ponto de névoa previsto. De vez em quando, observando sempre o mesmo número de graus Fahrenheit de queda de temperatura, examina-se a amostra procurando-se a névoa dentro dela e o teste é

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concluído quando aparece. (É característico dos óleos naftênicos eventualmente solidificarem sem passar pela fase do ponto de névoa). Para o teste de ponto de fluidez, a amostra tem de ser novamente aquecida a uma temperatura especificada, antes de ser resfriada. O ponto de fluidez de um óleo pode ser destorcido pela temperatura histórica, bem como pela agitação, e os processos padrões de aquecimento e de resfriamento devem ser observados para assegurar um teste de eficientes resultados. O óleo aquecido é resfriado em múltiplos de 5°F (aprox. 2,2°C). De vez em quando, o frasco é removido do banho e inclinado por não mais de três segundos. Este processo é continuado até que o óleo cesse de mostrar movimento, quando o frasco for inclinado.

4.6.3. Fornecimento dos Resultados O ponto de névoa é indicado à temperatura na qual a névoa aparece. O ponto de fluidez é fornecido como a temperatura de 5°F (aprox. 2,2°C), acima daquela em que o óleo não muda de posição, quando o frasco for inclinado.

4.6.4. Interpretação dos Resultados O ponto de fluidez de um óleo está ligado à sua habilidade de iniciar a lubrificação, quando uma máquina fria é posta em funcionamento. A agitação, pela bomba, romperá a estrutura cristalina, que possa se haver formado, se o óleo não está realmente congelado e, em conseqüência, a fluidez é restaurada. Entretanto, o óleo usualmente alimenta a bomba se a temperatura estiver abaixo do seu ponto de fluidez. Motores de carros e muitas máquinas que estão paradas e dão a partida sob condições de baixa temperatura, requerem um óleo que flua prontamente, mesmo frio. O que se aplica principalmente aos sistemas de lubrificação em circuito, aplica-se igualmente aos lubrificadores por gravidade e aos sistemas hidráulicos. Um óleo de baixo ponto de fluidez ajuda a manter completa lubrificação, quando o equipamento

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é posto em funcionamento e é mais fácil de manusear no tempo frio. O baixo ponto de fluidez é especialmente desejável em óleo de transformador que deve circular sob todas as condições de temperatura. O controle de grandes aviões depende dos óleos hidráulicos que devem manter-se fluidos depois de estarem expostos à queda de temperaturas extremas. Por esta e outras aplicações semelhantes, o ponto de fluidez é de importante consideração. O ponto de névoa de um óleo lubrificante, por outro lado, é de menor significação, mas condições de temperaturas extremamente baixas raramente só encontradas com equipamento lubrificado desta maneira.

A névoa nos óleos combustíveis,

contudo, poderá provocar o entupimento dos filtros, se não forem disponíveis facilidades de aquecimento. Se a temperatura de um óleo não cai abaixo do seu ponto de fluidez, é de se esperar que o óleo continue fluindo, sem dificuldades. Às vezes, acontece, entretanto, que o óleo é armazenado por longos períodos à temperatura abaixo do seu ponto de fluidez. Em alguns casos, a estrutura cristalina de parafina que se pode formar nessas circunstâncias, não derreterá nem se redissolverá, quando a temperatura do óleo é levada de volta ao seu ponto de fluidez. A fluidez normal do óleo nestas condições, só será alcançada fazendo com que os cristais de parafina voltem a se dissolver, aquecendo o óleo bem acima do seu ponto de fluidez.

4.7. Cinzas Óleos lubrificantes puros (sem aditivos) e novos (sem uso) compõe-se de hidrocarbonetos (carbono e hidrogênio) e pequena porção de impurezas (composto de enxofre, oxigênio e nitrogênio). Todos esses elementos químicos, ao se queimarem em presença do ar, produzirão vapor d'água e gases (óxidos de carbono, enxofre e nitrogênio); não deixando resíduos. Ao se queimar um óleo que contenha um aditivo de base metálica, ou que tenha sido já utilizado e sofrido contaminações por substâncias que tenham metal em sua constituição, haverá formação de um resíduo fixo.

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O método de determinação, em laboratório, consiste em queimar uma determinada quantidade de - amostra em uma cápsula de porcelana. Inicia-se com um aquecimento brando até que o óleo se inflame; retira-se a chama e deixa-se queimar até o final da fase líquida; calcina-se, em chama forte ou em mufla (755°C) até o peso constante. Obtêm-se assim as Cinza Simples ou Cinza Oxidada. Se, se desejar obter Cinza Sulfatada, umedece-se o resíduo carbonáceo com ácido sulfúrico, antes de calcinação, evapora-se o excesso de ácido em fogo brando e calcina-se até peso constante (800°C). Para óleos com aditivos de base metálica, faz-se sempre a cinza sulfatada, que é de maior precisão, por impedir a volatilização parcial do metal, durante a calcinação. O ensaio é executado para, como se disse acima, determinar se um lubrificante possui aditivo ou está contaminado por impurezas de base metálica. Se for necessário faz-se uma análise química ou espectrográfica para se conhecer a natureza e a quantidade dos metais presentes. Um óleo mineral puro poderá apresentar no máximo 0,01 % de cinza. O cálculo para a determinação da cinza sulfatada, que é o método mais representativo é feito através da fórmula: w

Cinza Sulfatada, % =

W

 x 100

Sendo: w = gramas de cinza W = gramas de amostra

4.8. Corrosão em Lâmina de Cobre A umidade presente no óleo ou condensada da atmosfera pode causar corrosão dos metais em motores e sistemas circulatórios. Para se determinar à proteção que o óleo oferece as superfícies metálicas, contra a corrosão, se utiliza o teste de lâmina de cobre conforme a ASTM D130.

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O teste consiste em se imergir uma lâmina de cobre eletrolítico, polida, em 30ml de amostra de óleo lubrificante. Após 3 horas de aquecimento a uma temperatura de 120°C, a lâmina é lavada e comparada com lâminas padrão, com quatro classificações. Aquela lâmina padrão que mais se assemelhar com lâmina de teste dará o resultado da corrosão, através de um número, conforme a tabela abaixo (tabela 9). Tabela 9 Classificação de Lâmina de Cobre Classificação Designação 1 Levemente corroída 2 Moderadamente corroída 3 Escurecida 4 Corroída

Como o teste é feito com o cobre, ele não avalia a capacidade do lubrificante impedir a corrosão proveniente de outras origens.

4.9. Espuma Os óleos lubrificantes, quando agitados em presença do ar tendem a formar espuma. Ela é indesejável, principalmente em sistemas circulatórios, engrenagens de alta velocidade, etc. Portanto, os óleos lubrificantes devem possuir características antiespuma. Isto é conseguido através de aditivos incorporados ao óleo, ou então por tratamento especial. O método ASTM D-892 nos dá uma indicação da tendência à formação de espuma dos óleos, bem como a estabilidade da espuma formada. O teste consiste em se manter inicialmente uma amostra do óleo à temperatura de 75°F (24°C), na qual é injetado ar a uma velocidade constante, durante 5 min. medese assim o volume de espuma formada, em milímetros; deixa-se a amostra em repouso durante 10 min. e então se mede o volume de espuma restante. O teste é repetido com uma segunda amostra a 200°F (93,5°C). Em seguida, após o desaparecimento de toda espuma remanescente, faz-se novamente o teste com a mesma amostra a 24°C.

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Esfera Porosa

Volume de espuma após 5 minutos de aeração

Volume de espuma após 10 minutos de repouso

ml

ml

1 75F

10

0 – traços

2 200F

20

0 – traços

3 75 F

10

0-5

Esfera Porosa

Figura 14

O resultado do teste é expresso da seguinte maneira: Tabela 10 TESTE A 75°F (24°C) A 200°F (93,5°C) A 75°F após o teste a 200°F

Formação de espuma ASTM D 892. Volume de espuma em ml, ao fim do período de 5 min., em que é insuflado ar. -

-

-

Estabilidade de espuma ASTM 892. Volume de espuma em ml ao Fim do período de repouso de 10 min. -

-

-

Uma vez referido o método de ensaio (ASTM D 892-IP146), o resultado pode também ser expresso pela seguinte notação: Formação de espuma: (- -) (- -) (- -) Estabilidade da espuma (- - -) (- -) (- -) Sendo os números dados entre parênteses, respectivamente os volumes, em ml., de espuma medidos às diferentes temperaturas, conforme seqüência do teste.

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4.10. Insolúveis O ensaio de insolúveis permite determinar a quantidade de sedimentos existentes nos lubrificantes que não se dissolvem em determinados tipos de solventes. Este ensaio é muito utilizado para avaliação dos óleos lubrificantes em uso. Existem dois tipos de ensaios: Insolúvel em Pentano e Insolúvel em Tolueno. Todos os contaminantes que possam se separar do óleo por precipitação ou sedimentação são chamados insolúveis em pentano. São eles: fuligem, resinas, partículas metálicas provenientes do desgaste, poeira e matérias estranhas do óleo. Os materiais não solubilizados com o pentano, podem ser tratados com uma solução de tolueno que dissolve as resinas de oxidação. As matérias estranhas que não se dissolveram com o tolueno se chamam insolúveis em tolueno. A diferença entre as matérias insolúveis em pentano e as matérias insolúveis em tolueno representa a quantidade de resinas de oxidação no óleo lubrificante. Tal como sucede em outros ensaios, a interpretação depende do tipo de óleo do serviço e do resultado de outros ensaios, efetuados com o lubrificante. Porém, em geral, um baixo conteúdo de materiais insolúveis em pentano indica um óleo em boas condições de uso. Ao contrário, alto teor de insolúveis em pentano sinaliza presença de oxidação ou contaminação. Um valor relativamente alto para matérias insolúveis em tolueno indica uma contaminação de uma fonte externa como combustível mal queimado ou filtragem de ar ineficiente em motores de combustão interna. Abaixo alguns exemplos de limites para insolúveis, que podem variar em função dos fabricantes de motores. Tabela 11 Motor diesel ferroviário A) Insolúvel em Pentano B) Insolúvel em Tolueno Diferença A-B Motor a álcool A) Insolúvel em Pentano B) Insolúvel em Tolueno Diferença A-B Motor a gasolina A) Insolúvel em Pentano B) Insolúvel em Tolueno Diferença A-B  

3,0% Max 2,5 Max 1,0% Max 4,5% Max 3,5% Max 1,0% Max 4,5% Max 3,5% Max 1,0% Max [...]

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[...] Sistemas hidráulicos Insolúvel em Pentano Engrenagens Insolúvel em Pentano Compressores Insolúvel em Pentano

0,1% Max 0,5% Max 0,1% Max

4.11. Acidez e Alcalinidade Um óleo mineral puro, de boa qualidade, é praticamente neutro (pH = 7). Se for usado na lubrificação de um motor de combustão interna, o óleo se contamina com os produtos ácidos resultantes da combustão e a sua acidez, inicialmente desprezível, vai aumentando pouco a pouco. A partir de um determinado grau de acidificação, o óleo lubrificante inicia um ataque corrosivo aos componentes do motor. Isto irá acarretar a necessidade de troca prematura de peças. Para controlar a acidez do óleo, é feito o teste de TBN - Número de Basicidade Total. O TBN é definido como a quantidade de ácido, expressa em equivalentes miligramas de ácido perclórico, necessária para neutralizar todos os componentes básicos presentes em um grama de amostra. Como a tendência de um óleo lubrificante principalmente em motores de combustão interna, é ir lentamente se acidificando, os fabricantes, na formulação acrescentam substâncias alcalinas no óleo, retardando, portanto o processo. Esta matéria alcalina colocada no óleo novo denomina-se: "Reserva alcalina do óleo". Entende-se que durante o uso do lubrificante a reserva alcalina vai diminuindo. Antes que acabe, o óleo deve ser trocado. Os testes de TAN (número de acidez total) e principalmente TBN permitem controlarmos o aumento da acidez e a queda da alcalinidade, respectivamente. Os ensaios são padronizados pelas normas ASTM D664 e D 2896. Os resultados são expressos sempre em KOH/ g. Por exemplo: Óleo lubrificante para motor diesel ferroviário Óleo novo TBN = 13mg KOH/ g Limite de condenação TBN= 3mg KOH/ g

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Enquanto o TBN do óleo em uso vai diminuindo, o TAN vai aumentando. Os limites de condenação dependem de cada fabricante de equipamento.

4.12. Água As águas provem principalmente de condensação que ocorre quando as máquinas esfriam depois de terminado o trabalho, de vazamentos de resfriadores ou compartimentos de água ou pela umidade presente no ar admitido nos motores de combustão interna. Os seus efeitos sobre o comportamento dos lubrificantes manifestam-se sob forma de emulsões que, juntamente com outras impurezas, formam resíduos e borras que prejudicam a lubrificação. Provocam ainda ferrugem e corrosão. Existem dois testes para a determinação da água em uma amostra de óleo: a) teste qualitativo - dirá se existe ou não água na amostra; b) teste quantitativo - dirá em porcentagem o quanto de água existe na amostra. O teste de crepitação é o teste mais útil para se verificar a presença de água no óleo. É realizado colocando-se algumas gotas de óleo em uma chapa previamente aquecida neste método, um som perceptível de crepitação (chiado) pode indicar 0, 01 % ou menos de água livre. Quando se observa o teste de crepitação positivo, deve-se realizar o teste quantitativo, para a presença de água por destilização. Neste teste, uma quantidade medida de óleos é dissolvida em solvente de petróleo (toluol) não miscível em água, e aquecido em um balão de destilação.

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Refluxo do Condensado

Resfriamento

Solvente Amostra com Solvente

Água

Calor 

Figura 15

O balão é fixado em um recipiente graduado para destilação, que está adaptado a um condensador, de tal maneira que a porção não aquosa da destilação volte continuamente para o frasco. A água é recolhida na porção graduada do recipiente e a destilação continua até que todos os traços de água sejam transferidos do balão para a parte aferida do recipiente. O teor de água é então calculado pela fórmula: % água = Volume água no recipiente x 100 peso ou volume da amostra

São os seguintes os limites de água indicados por fabricantes: Motores automotivos - 0,25% Motores marítimos - 0,5% Turbinas - 0,2% Sistemas hidráulicos - 0,2% Compressores - 0,2%

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5.

Graxas 5.1. Introdução

Uma sensível proporção - cerca de 10% - do total de lubrificantes consumidos são constituídos por graxas. A popularidade das graxas lubrificante foi alcançada a cerca de três décadas devido a vários fatores, mas particularmente, ao grande aperfeiçoamento na qualidade que tomou lugar durante este período. O termo original "graxa” era usualmente restrito a gorduras moles, encontradas nos tecidos dos animais, gorduras essas que são sólidas ou quase sólidas em temperaturas não muito distantes de temperatura do corpo desses animais. Assim, quando as graxas tornaram-se artigos comerciais, foram chamadas de "graxas duras". Em 1880, graxa era feita com sebo, parcialmente saponificada, a adição de pequena quantidade de óleo mineral. Vinte anos mais tarde, passou-se a usar sabão de cálcio, passando este a ser usado mais freqüentemente que o sabão de sódio. Com a introdução de óleos de breu, as graxas eram feitas espessando-se estes óleos com cal. Passou-se então a fazer o controle das graxas e alguns testes foram introduzidos, como por exemplo, à consistência, o ponto de gota e o teor de água. As graxas antigamente eram usadas apenas para lubrificações sem importância, mas, com o incremento e o aperfeiçoamento dos mancais de rolamentos, a demanda para melhores graxas tornou-se cada vez maior e novos testes foram criados, para estudo do desempenho das mesmas em serviço.

5.2. Definição A definição de graxa segundo a American Society for Testing and Material (ASTM) é a seguinte: "Produto da dispersão de um agente espessante em um lubrificante líquido, com uma consistência entre sólida e semifluida, podendo conter outros ingredientes destinados a conferir-lhe propriedades especiais".

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As máquinas, na sua maior parte, podem ser satisfatoriamente lubrificadas com um líquido. No entanto, em certas situações, o seu emprego não é racional nem praticável. Tais situações podem ser resolvidas com o emprego de uma graxa. A típica graxa industrial é a combinação de um óleo mineral com sabão metálico e aditivo. A função do sabão é reter em suas fibras o óleo que exercerá a ação lubrificante. O sabão se mantém coeso pela atração entre suas fibras o que empresta a graxa sua característica mais importante que é a consistência (resistência à penetração). Sabão Produto Final Graxa Óleo

Aditivos

Figura 16

Na graxa, submetida ao trabalho, o lubrificante perde parcialmente esta consistência e flui. Quando a força que provocou esta perda de consistência cessa, as fibras do sabão voltam a se reagrupar, formando novamente a trama original, restituindo a graxa à mesma consistência inicial. O sabão usado nas graxas é obtido através da reação química chamada saponificação. Um ácido graxo pode ser sebo, reagindo com um produto alcalino como cal virgem, ou soda cáustica entre outros. O sabão que é o espessador controla a resistência à água, a qualidade para altas temperaturas, a resistência e de composição por uso continuado e a capacidade da graxa permanecer no local foi destinada. A quantidade de sabão em uma graxa pode variar de 3% a 50%, dependendo do produto.

5.3. Vantagens da Lubrificação a Graxa a) A aplicação de lubrificante é menos freqüente com graxa do que com óleo, e, conseqüentemente, o custo final e a mão de obra são reduzidos. Essa aplicação pouco freqüente é particularmente vantajosa em lugares de difícil acesso, tais como motores selados, mancais selados e outros sistemas;

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b) Agem com selo contra entrada de matérias estranhas. Da mesma maneira agem como selo contra vazamento de líquidos manipulados através de válvulas; c) O problema de gotejar ou salpicar é quase eliminado quando as máquinas são lubrificadas com graxa. Isso é particularmente vantajoso quando pode resultar em dano ao produto manufaturado, como por exemplo, tecidos ou alimentos. Quando os equipamentos são lubrificados com graxa, eles podem ser usados em posição vertical sem problemas de vazamento; d) Os sistemas de selagem para graxas são simples e de baixo custo, comparados aos requeridos para óleos; e) A graxa lubrificante mantém alguma lubrificação, mesmo quando o equipamento não foi lubrificado por um longo período. Exemplificamos com rolamentos, que são lubrificados na sua origem com graxas especiais, e que duram praticamente toda a vida na máquina em que operam; f) Se for usada uma graxa adequada, sua aderência às superfícies é maior que a dos óleos; portanto, o seu uso previne o enferrujamento das peças paradas por longo tempo, o que não aconteceria se óleo estivesse sendo usado; g) Graxas apropriadas resolvem problemas de lubrificação sem corrosão, mesmo em presença de água; h) Graxas têm a vantagem de minimizar o atrito inicial nos mancais planos e radiais; i) Em certos casos, as graxas reduzem ruídos e vibrações, agindo como amortecedores; por exemplo, em engrenagens dentadas;  j) Graxas são preferíveis em condições extremas de operação, tais como altas temperaturas, extremas pressões, baixas velocidades, choques de cargas, etc; k) Em partes de máquinas já com muito uso (folga), a graxa é praticamente o único meio de lubrificação.

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5.4. Desvantagens de Lubrificação a Graxa a) O óleo atua melhor em altas rotações. A graxa pode ocasionar elevado atrito fluido e aumento de temperatura. b) As graxas não são tão resistentes à oxidação quanto os óleos de alta qualidade. c) A graxa não dissipa bem o calor. Quando o lubrificante tiver de agir como refrigerante, o indicado é usar óleo.

5.5. Características das Graxas 5.5.1. Consistência A principal característica da graxa é sua consistência. Consistência é a resistência da graxa à penetração. Quanto mais fácil ser penetrada ela é menos consistente. Quanto mais difícil sua penetração, a graxa é considerada mais consistente. As graxas são classificadas por sua consistência. Para sua determinação usamos o seguinte método: a) Penetração “Trabalhada" e "Não Trabalhada" (ASTM D217-52T) b) A consistência da graxa é determinada empiricamente, medindo-se a distância que um cone de dimensões e peso padronizados, geralmente de latão ou aço, penetra na graxa ensaiada sob determinadas condições. c) A penetração do cone é expressa em décimos de milímetros e o tempo é de 5 segundos numa temperatura padronizada em 25°C. d) No caso de graxas muito duras, que não permitem fazer leituras usando-se o cone, lança-se mão de agulhas padronizadas e, no caso de graxas muito moles, substitui-se o cone de aço ou de latão, por um de alumínio ou material plástico. A penetração é determinada a 25°C e a leitura é feita após o cone permanecer em contato com a graxa durante 5 segundos.

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e) Na penetração não trabalhada a graxa é retirada do recipiente onde se encontra e submetida, tal como se apresenta ao teste de consistência devendo sua temperatura ser previamente ajustada a 25°C. f) Na penetração trabalhada, a graxa é sujeita a um trabalho determinado em um aparelho denominado "batedor de Graxa", que possui uma placa perfurada que penetra na graxa 60 vezes, podendo avaliar a alteração da consistência do produto quando em serviço. A graxa trabalhada é menos consistente que a não trabalhada. Baseado nos valores de penetração trabalhada, o "National Lubricating Grease lnstitute" (N.L.G.I.), estabeleceu uma classificação das graxas que é aceita mundialmente. Tabela 12 Grau N.L.G.I. N.L.G.I. 000 N.L.G.I. 00 N.L.G.I. 0 N.L.G.I. 1 N.L.G.I. 2 N.L.G.I. 3 N.L.G.I. 4 N.L.G.I. 5 N.L.G.I. 6

5.5.2.

Penetração trabalhada (ASTM) 25°C 445/ 475 400/ 430 355/ 385 310/ 340 265/ 295 220/ 250 175/ 205 130/ 160 85/ 115

Estrutura Fluida Quase fluida Extremamente mole Muito mole Mole Média Consistente Muito consistente Extremamente dura

Interpretação do Ensaio

Geralmente, dá-se mais valor ao teste de "penetração trabalhada" para fins de avaliação do desempenho do produto, verificando-se qual a perda de consistência do produto, quando submetido a um serviço. A "penetração não trabalhada", devido aos inúmeros fatores que nela influem, não costuma ser determinada, - a menos que a graxa seja extremamente dura, como por exemplo, as "Block Greases". A consistência das graxas é regulada em grande parte pela concentração do sabão. A quantidade requerida para dar determinada consistência variará com o tipo do sabão, e até certo ponto, com o tipo do óleo e da técnica de fabricação.

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As graxas com consistência NLGI 0,00 e 000 são consideradas graxas semifluidas. As graxas menos consistentes são recomendadas quando forem essenciais as características de boa bombeabilidade e quando os retentores estiverem em perfeitas condições. São usadas em baixas velocidades quando é necessário que a graxa retome as superfícies submetidas ao raspamento. Podem, também, ser aplicadas em altas temperaturas e velocidades elevadas. As graxas de consistência NLGI 2 e 3 são as mais empregadas. São usadas em mancais de rolamento, operando em velocidades médias ou elevadas. Nesse tipo de aplicação, uma graxa menos consistente seria "batida" continuamente pelas partes em movimento, provocando vazamentos excessivos, aeração, temperaturas de trabalho mais elevadas, maior consumo de energia e vida mais curta das graxas. Uma graxa mais consistente poderia falhar na cobertura das partes móveis e danificar os mancais pela falta de lubrificante. As graxas de maior consistência são preferidas sempre que a graxa deve atuar parcialmente como vedação. Um bom exemplo é a graxa para bomba d'água que deve apresentar um corpo extra, pois permanece em contato com a água. As graxas com consistência maior que a NLGI 6 são conhecidas como graxas em bloco. São empregadas, comumente, em mancais simples, de grandes dimensões. São aplicadas num suporte, diretamente em contato com o mancal, geralmente na parte superior, de modo que as pequenas porções são arrastadas continuamente, à proporção que o eixo gira. Encontram aplicação nos equipamentos para britagem e fábricas em geral.

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Penetração medida após 5 segundos

Leitura em décimos de mm na penetração do cone Disparo do Cone

Espelho auxiliar no posicionamento do cone

Posição do cone no início do teste

Figura 17 - Penetrometro - Graxa Trabalhada

5.5.3.

Ponto de Gota

Denomina-se ponto de Gota de uma graxa lubrificante a temperatura em que ocorre a separação do fluido do espessante através de gotejamento. Na prática, não se deve usar uma graxa em um serviço cuja temperatura normal de trabalho esteja muito próxima do seu ponto de gota. Como regra geral à graxa deve ter no mínimo um ponto de gota 100ºC acima das temperaturas alcançadas durante o serviço. O teste para determinação de ponto de gota é padronizado pela ASTM. Consiste em se untar internamente a graxa que se quer testar um copo de metal com um pequeno orifício no fundo. O copo é fixado dentro de um tubo de vidro. Apoiado no tubo de vidro é instalado um termômetro que medirá a temperatura dentro do copo metálico. O conjunto é montado dentro de um banho de óleo, com temperatura controlada.

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Aquecendo-se o banho observa-se o momento que a graxa começa a pingar pelo orifício no fundo do copo metálico.

Termômetro de Teste Termômetro de Banho O Termômetro não deve encostar na graxa

A amostra de graxa é colocada apenas nos paredões do copo Graxa a ser testada

Agitador 

Banho dede Banho aquecimento aquecimento àà óleo óleo

Aparelho de Teste de Ponto de Gota Figura 18 - Aparelho para Ensaio de Ponto de Gota.

Neste momento anotam-se as temperaturas nos dois termômetros: o do copo e o do banho. O ponto de gota da graxa que está sendo testada é a média das duas temperaturas. Abaixo o Ponto de Gota de algumas graxas mais usuais. As temperaturas citadas podem variar de acordo com a formulação das graxas, mas servem como orientação. Tabela 13 - Ponto de Gota de algumas graxas. Graxa de sabão de Lítio Graxa de Cálcio Graxa de Sódio Graxa de Alumínio Graxa de Bário Graxa Sintética -

191°C 82°C 171°C 77°C 188°C acima de 249°C

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5.6. Tipos de Graxas a) Graxas à base de sabão de cálcio: As graxas preparadas a partir deste sabão apresentam as seguintes características: aspecto brilhante ou lustroso, consistência macia como a manteiga e resistente ao efeito de lavagem pela água. As graxas deste tipo trabalham satisfatoriamente até temperaturas de 77°C (170°F), e são indicadas para casos em que não fiquem sujeitas as intensas agitações e são especialmente recomendáveis para a lubrificação de mancais de deslizamento, bombas de água, chassis, etc; b) Graxas à base de sabão de sódio: Geralmente estas graxas distinguem-se pela sua estrutura fibrosa, embora algumas apresentem uma consistência mais macia. Podem suportar temperaturas mais elevadas, bem como maior agitação, sem que se deteriorem ou os seus elementos se separem, e oferecem uma resistência excepcional à oxidação em serviços prolongados. Resistem pouco à ação da lavagem pela água e suportam temperaturas de até 121°C. Estas propriedades as tornam indicadas para rolamentos em geral, muito embora possam também ser utilizadas em mancais de deslizamento, em ambientes que não sejam muito úmidas; c) Graxas à base de sabão de lítio: Pelas suas excepcionais características, as graxas à base de sabão de lítio são de múltiplas aplicações (MULTI-PURPOSE) na lubrificação de equipamentos, tanto no campo industrial como no automotivo. Possuem estrutura macia, grande estabilidade físico-química e forte resistência aos efeitos da água. Suas propriedades permitem uma aplicação em ampla faixa de temperatura, pois são facilmente bombeadas em temperaturas tão baixas como 2°C e em contrapartida oferecem notável desempenho até temperaturas de 150°C. Quando formuladas com aditivos especiais, as graxas à base de sabão de lítio adquirem características de extrema pressão; d) Graxas à base de sabão de alumínio:

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Apresentam uma textura macia e são resistentes a ação da água. À temperatura acima de 77°C sua estrutura torna-se gomosa e a graxa é expulsa do metal, cessando sua ação lubrificante. Possui excelente adesividade e boa resistência a oxidação. São similares as graxas de sabão de cálcio, porém, são geralmente de cor mais clara. Usadas em mancais de rolamento, chassis e outras aplicações onde se faz valer sua adesividade e resistência à ação da força centrífuga; e) Graxas de sabões mistos: Neste tipo de graxa, são misturados dois tipos de sabões,conferindo ao lubrificante as vantagens de cada uma dos sabões constituintes da mistura. As graxas de sabões mistos são as soluções entre qualidade e custo, quando comparadas com graxas que tem sabão de um só metal. Por exemplo, uma graxa espessada com uma mistura de sabões de cálcio e sódio combinaria a resistência à ação da água da graxa de cálcio e a resistência a altas temperaturas, própria do sabão de sódio. Sem dúvida, as características das graxas mistas não são tão boas quanto as características das graxas de um só sabão. Ainda no exemplo acima, a graxa de sabões mistos seria útil em casos que estivesse exposta a níveis moderados de água e calor; f) Graxas de sabão complexo: Algumas graxas são engrossadas com um complexo composto de sabão convencional mais um sal de um ácido, de peso molecular baixo ou médio. Sabão e sais se combinam, formando fibras que proporcionam um sistema espessador que dá lugar a características pouco usuais. Uma graxa de complexo de lítio tem ponto de gota muito mais alto do que uma graxa de sabão de lítio, 288ºC/ 1850 além de uma excelente estabilidade mecânica e térmica.

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5.7. Exemplos de Graxas Automotivas e Industriais a) Graxa de sabão de lítio: Ponto de Gota: 188°C; Penetração trabalhada: 285/ 315 décimos de milímetro; NLGI - 2; Aplicação: cubos de rodas e chassis; b) Graxa complexa de lítio: Ponto de gota: 260°C; Penetração trabalhada: 284 décimos de milímetro; NLGI 2; Aplicação: múltiplas na indústria e na área automotiva; c) Graxa mista de sódio e cálcio: Ponto de gota: 179°C; Penetração trabalhada: 284 décimos e milímetro; NLGI 2; Aplicação: mancais de rolamento; d) Graxa de sabão de sódio: Ponto de gota: 165°C; Penetração trabalhada: 384 décimos de milímetro; NLGI O; Aplicação: mancais planos e de rolamento; e) Graxa de sabão de cálcio: Ponto de gota: 82°C; Penetração trabalhada: 265/ 295 décimos e milímetro; NLGI 2; Aplicação: juntas universais e roletes de tratores de esteira; f) Graxa sintética de argila: Ponto de gota: 260°C; Penetração trabalhada: 265/ 295 décimos de milímetro; NLGI 2; Aplicação: em ambientes com temperatura entre -40°C e 175°C; As especificações acima se referem a determinados produtos de certos fabricantes e devem ser consideradas somente para efeito comparativo.

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6.

Aditivos 6.1. Introdução

Os lubrificantes constituem uma das necessidades básicas da nossa civilização. Entretanto, entre as coisas que nós costumeiramente utilizamos, os lubrificantes permanecem como uma das menos compreendidas. E isto sem surpresa, pois na lubrificação o óleo participa de complexas reações químicas, a temperatura muda, e existem tensões altamente cisalhantes, com partes metálicas movimentando-se a velocidades além da nossa compreensão os que participam da pesquisa e formulação de óleos lubrificantes admitem que, sem dúvida, vastas áreas da tecnologia ainda estão para ser explicadas e desenvolvidas. Sob outro aspecto, a formulação de lubrificantes não ser considerada como uma "parte". Uma importante tecnologia dirige-se à obtenção de máximos rendimentos e qualidade de óleos básicos e aditivos, que a princípio constituíram subprodutos de refinarias e que agora são sinteticamente obtidos de maneira a propiciarem uma "performance" química específica ao óleo. Antes de 1940, grande parte das máquinas, incluindo automóveis e caminhões, eram lubrificadas com óleos minerais. Entretanto, com as severas especificações de hoje, tais óleos não podem mais ser satisfatoriamente utilizados. A grande conquista que permitiu aos óleos atenderem a estas especificações foram os aditivos. Estes compostos químicos são especificamente desenvolvidos para transmitir ao óleo características que lhe possibilitem obter uma determinada atuação. O tratamento com aditivos varia de menos que 0,5% Vol. para óleos industriais, até 15-30% Vol. para óleos de qualidade "Premium" para automóveis. Os aditivos são usados para reduzir depósitos em motores, prevenir a oxidação do óleo, o desgaste mecânico e corrosivo, propiciar lubrificação à extrema pressão e também para modificar as propriedades físicas do óleo. Hoje, existem centenas de aditivos disponíveis e em uso.

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Os aditivos são misturados aos óleos básicos, durante a fabricação, sendo condenável à prática de se adicionar aditivos em um óleo em uso. Ao se misturar estes aditivos em um óleo novo, corre-se o risco de haver incompatibilidade entre estes aditivos e os que já estavam incorporados no lubrificante. Além disso, quando se adquire um lubrificante para uma determinada aplicação, ele  já vem com os tipos e quantidades corretas para uma perfeita lubrificação. Existe evidentemente, um custo para o consumidor. Ao se colocar mais aditivos, o preço do lubrificante será bem mais alto sem trazer os benefícios esperados. Na lubrificação industrial, também se usa óleo sem aditivação, que é chamado óleo mineral. Sua aplicação se concentra em sistemas de perda total, que será explicado nos próximos capítulos. Nunca nos devemos esquecer de que as proporções ótimas de cada aditivo específico, para determinada finalidade, devem, ser corretamente determinado, nunca perdendo de vista que concentrações excessivas, ou o uso indiscriminado de aditivos, poderá levar a resultados diametralmente opostos, sendo o primeiro deles a separação por incompatibilidade e a conseqüente indesejável e prejudicial decantação ou separação dos componentes.

6.2. Exigências dos Aditivos a) Devem ser completamente solúveis nos óleos básicos a que serão adicionados, em ampla escala de temperaturas e concentrações, para que sejam absolutamente estáveis nas condições de funcionamento ou de serviço, bem como durante prolongada armazenagem; b) Devem possuir solubilidade preferencial pelo óleo e não em água, pois com ela os produtos poderão vir a ser contaminado em serviço ou durante a armazenagem; c) Não devem ser voláteis a ponto de se separarem do lubrificante, por evaporação, em curto prazo, tanto em serviço como armazenados;

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d) Devem ser quimicamente estáveis, não reagindo com outros componentes do óleo ou de máquina; e) Não devem apresentar efeitos nocivos às pessoas ou materiais com que entrem em contato; f) Não devem alcançar seus objetivos acarretando prejuízo ou diminuição a outras características desejáveis, apresentadas pelo produto final.

6.3. Antioxidantes Os Antioxidantes são utilizados com a finalidade de evitar, diminuir ou modificar a reação dos hidrocarbonetos contidos no óleo lubrificante em presença do oxigênio. A oxidação dos óleos lubrificantes dá em resultado a formação de compostos acídicos, solúveis no óleo, no qual promovem um progressivo aumento de viscosidade, podem chegar a tornarem-se corrosivos para certos metais, assim como dar origem a borras e vernizes inicialmente solúveis no óleo, mas que com o tempo se tornam insolúveis, acabando por depositar-se nas peças metálicas. Os aditivos Antioxidantes estão presentes em todos os óleos aditivados e graxas, sendo sua quantidade determinada pelas condições de trabalho dos lubrificantes. Quanto maior a temperatura de trabalho de equipamento maior a necessidade de aditivo antioxidante. A oxidação do óleo em uso pode ser controlada em laboratório através do controle da viscosidade e dos insolúveis.

6.3.1.

Antiespumante

O Aditivo Antiespumante mais corriqueiramente utilizado é um polímero de óxido de sílica orgânica - ou silicato orgânico polimerizado. Os AE são muito eficientes e são usados em concentrações extremamente baixas, da ordem de 1 a 20 ppm. Impedem com grande eficiência a formação de espuma, mesmo quando causada por vigorosa agitação e aeração nos equipamentos de alta velocidade.

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Podem ser usados com qualquer tipo de óleo lubrificantes e, dado o insignificante volume em que são usados, os AE não requerem cuidados especiais, nem, na manipulação, nem durante o uso. É um aditivo de uso obrigatório em óleos hidráulicos. Tabela 14 - Tipos mais comuns de aditivos. TIPOS MAIS COMUNS DE ADITIVOS TIPO NATUREZA QUÍMICA FUNÇÃO Sulfonatos, Fenatos ou Neutralização de ácidos e Detergente básico Salicilatos de Cálcio, prevenção na formação de Bário ou Magnésio. gomas e lacas. Éster poli-isobutenil Dispersão de fuligem e Dispersante sem cinzas succínico ou produtos da oxidação. succinimidas. Prevenção contra depósitos. Ditiofosfato de Zinco, compostos fenólicos, Prevenção contra a oxidação e Antioxidante olefinas e salicilatos espessamento do lubrificante. metálicos. Compostos orgânicos de Prevenção contra o desgaste Antidesgaste e enxofre e fósforo, dos cames, ressaltos e Extrema-pressão compostos clorados e excêntricos. ditiofosfato de zinco. Sulfonatos de Cálcio, Anticorrosivo Sódio ou Bário; Aminas Prevenção contra a corrosão. Orgânicas, etc. Polímeros como o Redução da perda de Melhorador do índice poliestireno e alguns viscosidade com o aumento da Viscosidade copolímeros derivados temperatura. do etileno/ propileno. Abaixador do ponto de Aumento das propriedades de Metacrilatos mínima fluidez fluidez a baixas temperaturas. Prevenção contra a formação Compostos de Silicone Antiespumante de espuma em condições de ou Metacrilatos. agitação severa.

6.3.2.

Detergente

Aditivo usado em todos os produtos industriais onde seja necessário manter em suspensão partículas sólidas. A detergência não significa propriamente uma enérgica ação de limpeza, mas, principalmente, a função de conservar as máquinas e motores internamente limpos, reduzindo a tendência de formação de depósitos. Os detergentes usados preservando a formação de depósitos, não provocam a remoção rápida e pronunciada de depósitos o que levaria a entupir tubulações e folgas, além de tornar os filtros de lubrificantes bloqueados pelas substâncias retiradas pelo aditivo.

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6.3.3.

Dispersante

Este aditivo mantém em suspensão, finalmente divididas, todas as impurezas formadas no interior do sistema ou que nele penetrem e potencialmente possam formar depósitos, até serem eliminados por ocasião da troca. Como o aditivo envolve as partículas de contaminantes formadas durante o funcionamento do motor e mantendo-as suspensas no óleo, este vai adquirindo cor escura. Esta mudança gradual de cor é o sinal que o aditivo está agindo. Se não houver a ação de dispersância no óleo para motor, ocorrerão depósitos principalmente nas de sedes de válvulas e anéis. Aditivos detergentes, dispersantes ou de dupla função, encontram sua maior aplicação nos lubrificantes destinados aos motores de combustão interna.

6.3.4.

Antiferrugem

Os inibidores de ferrugem são compostos possuindo forte atração polar pelos metais, ou melhor, pelas superfícies metálicas. Por interação física ou química na superfície do metal, forma-se uma película contínua muito tenaz, que não permite o contato ou penetração da água ou umidade. Os aditivos antiferrugens são utilizados em todos os lubrificantes industriais onde se tenha contato com água e ar úmido. São também usados em óleos de engrenagens para atender aos requisitos de certas especificações industriais, bem como em graxas. Freqüentemente os antiferrugem são repelentes de água. Nos motores de combustão interna, funcionando a frio, a água condensa-se e pode provocar a ferrugem. Porém nas condições normais de funcionamento a tendência ao enferrujamento é mínima. Todos os óleos para motores de combustão interna, também possuem aditivo antiferrugem, além dos óleos para compressores.

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6.3.5.

Anticorrosivos

São compostos químicos alcalinos, geralmente de função múltipla, cujo emprego visa neutralizar os produtos ácidos derivados da combustão em motores. Empregados também em sistemas hidráulicos compressores e mancais em geral. Nos motores de combustão interna, os produtos ácidos são provenientes do enxofre, encontrado no óleo diesel. É importante observar que a oxidação de um óleo conduza um processo de acidificação, que irá provocar a corrosão química dos componentes que o lubrificante mantenha contato. São também empregados em graxa.

6.3.6.

Antidesgaste

Podemos considerar dois tipos de aditivos antidesgaste: a) Aditivo antidesgaste antidesgaste propriamente dito, que tem a função de formar película de lubrificante mais resistente ao rompimento. O uso deste aditivo permite duplicar ou mesmo triplicar as cargas que poderiam ser normalmente suportadas pelo lubrificante mineral (sem aditivos); São usados em praticamente todos os óleos industriais e na totalidade dos óleos automotivos. Aditivo de extrema pressão (EP). b) A principal função de um lubrificante é de separar separar as superfícies em movimento, movimento, reduzindo a fricção, o desgaste e a geração de calor. Quando as condições de trabalho do lubrificante são muito severas - altas cargas, mudanças freqüentes de sentido de rotação, choques - a película tende a se romper e nos locais onde ocorre o atrito, há um aumento de temperatura. Nestes pontos, formam-se compostos químicos (aditivo), que se oxidam e agem como lubrificante. Assim, evitam a microsoldagem e o desgaste. Os aditivos EP são empregados em óleos e graxas que trabalham em condições severas. Em sistemas com engrenagens hipóidais é obrigatório o uso de aditivo EP.

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6.3.7.

Aumentador de Índice de Viscosidade

Incorporado ao óleo lubrificante, este aditivo melhora seu Índice de Viscosidade, ou seja, não permite que ocorram grandes variações na viscosidade do óleo quando este é submetido a variações de temperaturas. Resumindo, o resultado final é um óleo com menos variações de viscosidade com a temperatura. O aditivo funciona a temperaturas mais baixas enrolando-se nas moléculas do óleo e não influenciando o fluxo. A temperatura mais alta, ele se distende, impedindo o fluxo e dando ao óleo características características de maior viscosidade. Assim, compensa a tendência do óleo se "afinar” quando aquecido. Este aditivo funciona melhor a altas temperaturas. É empregado em todos os óleos automotivos, principalmente nos óleos multiviscosos.

6.3.8.

Abaixador do Ponto de Fluidez

À medida que a temperatura de um óleo diminui, sua viscosidade vai aumentando. Ao atingir determinada temperatura, o óleo não mais fluirá. Ao se usar o aditivo abaixador do ponto de fluidez, modifica a forma de cristalização de parafina, permitindo que o lubrificante possa se usado a temperaturas bem mais baixas, sem prejuízo na sua viscosidade. São pouco empregados em óleos industriais exceto naqueles casos em que a baixa temperatura obriga seu uso. É de emprego obrigatório nos óleos automotivos. O lubrificante com este aditivo pode ter um abaixamento do seu ponto de fluidez de até 28°C.

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Pacote Típico de Aditivos - Óleos Automotivos A utomotivos Outros (anticorrosivo, antiespumante) 1% Depressor de fluidez 1% Inibidor Inibidor de ox idação 3% detergente 21%

modificador de atrito agente antidesgaste 4% 10%

dispersante 60%

Figura 19 - Pacote típico de aditivos - Óleos Automotivos.

72

7.

Classificação de Lubrificantes

As classificações que se seguem de lubrificantes automotivos são de uso mundial, todos os fabricantes de motores as adotam.

7.1. Classificação API O sistema de classificação API (American Petroleum lnstitute) descreve os óleos para motor em termos simples, destinados a ajudar o processo de venda e a tarefa de rotular os óleos de forma significativa, ajudando os fabricantes de motores a recomendar os lubrificantes apropriados e aos consumidores escolhê-los. Em 1969/ 70 a API em cooperação com a ASTM (American Society for Testing and Materiais) e a SAE (Society of Automotive EngineErs) estabeleceu uma nova classificação de serviços em motores. Coube a ASTM definir os métodos de provas e os objetivos funcionais. A API desenvolveu uma designação dos serviços por meio de letras e em uma linguagem acessível aos consumidores. A SAE combinou as informações em uma "Prática recomendada pela SAE", para uso pelos consumidores. A atual classificação API de Serviços em motores está dividida em uma série "S" que abrange os óleos que geralmente são comercializados em postos de serviço para uso em carros de passageiros e caminhonetes (principalmente motores a gasolina). A série "C" destina-se ao uso em veículos comerciais, agrícolas, de construção e fora de estradas (principalmente motor diesel). Um óleo pode responder a mais de uma classificação. Por exemplo: API SE, SF, C. Cada classificação supera a anterior, podendo, portanto, se usar um óleo de classificação superior quando o fabricante do motor indicar outro de classificação anterior. Por exemplo: Posso usar um óleo classificação SH em um motor que é recomendado o uso de um SF. O inverso é que não é possível porque provocará danos no motor.

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Tabela 15 - Classificação API. CLASSIFICAÇÃO API – LUBRIFICANTES AUTOMOTIVOS DESIGNAÇÃO DESCRIÇÃO API DESCRIÇÃO ASTM Lubrificantes para motores diesel e gasolina, em SA serviços leves. Não requerem dados de Óleos sem aditivação. performance. Óleos com alguma Lubrificantes para motores à gasolina, em serviços SB capacidade antioxidante leves. e antidesgaste. Lubrificantes para motores à gasolina, sob garantia Óleos que atendem aos a partir de 1964. Devem proporcionar o controle requisitos dos SC dos depósitos em altas e baixas temperaturas, do fabricantes dos motores desgaste, da oxidação e da corrosão. de 1964 a 1967. Lubrificantes para motores à gasolina, sob garantia Óleos que atendem aos a partir de 1968. Devem proporcionar proteção requisitos dos SD contra depósitos em altas e baixas temperaturas, fabricantes dos motores contra o desgaste, a ferrugem e a corrosão. Podem de 1968 a 1971. substituir qualquer um dos anteriores. Lubrificantes para motores à gasolina, sob garantia a partir de 1972. Devem proporcionar maior Óleos que atendem aos dos resistência à oxidação, à formação de depósitos requisitos SE em altas e baixas temperaturas, à ferrugem e a fabricantes dos motores corrosão que os SD. Podem ser usados onde de 1972 a 1979. esses são recomendados. Lubrificantes para motores à gasolina, sob garantia a partir de 1980. Devem proporcionar maior Óleos que atendem aos estabilidade contra a oxidação e melhor requisitos dos SF desempenho antidesgaste que os SE. Também fabricantes dos motores proporcionam proteção contra depósitos, ferrugem de 1980 a 1988. e corrosão. Podem substituir qualquer um dos anteriores. Óleos que atendem aos Lubrificantes para motores à gasolina, sob garantia requisitos dos SG a partir de 1989. Podem substituir qualquer um dos fabricantes dos motores anteriores. de 1989. Óleos que atendem aos Lubrificantes para motores à gasolina, sob garantia requisitos dos SH a partir de 1995. Substitui com vantagem os fabricantes dos motores anteriores. de 1995. Óleos que atendem aos Lubrificantes para motores à gasolina, sob garantia requisitos dos SJ fabricantes dos motores a partir de 1996. São os mais atuais. de 1996. Óleos que atendem aos Lubrificantes para motores à gasolina, sob garantia requisitos dos SL a partir de 2000. São os mais atuais. fabricantes dos motores de 2000.

Óleos classificação SA, SB, SC E SD não são mais encontrados no mercado, por terem se tornado de formulação muito deficiente.

74

Tabela 16 - Classificação API. DESIGNAÇÃO CA

CB

CC

CD

CD – II

CE

CF/CF-2/ CF-4

CG-4

CLASSIFICAÇÃO API – LUBRIFICANTES AUTOMOTIVOS DESCRIÇÃO API DESCRIÇÃO ASTM Lubrificantes para motores diesel que operam em condições leves e com combustíveis de alta Óleos que atendem aos qualidade. Esses óleos proporcionam proteção requisitos da especificação contra a corrosão e a formação de depósitos em MIL – L - 2104 A. altas temperaturas. Lubrificantes para motores a diesel que operam em Óleos que atendem aos condições de leves a moderadas, com combustíveis requisitos da especificação de baixa qualidade (alto teor de enxofre). MIL – L - 2104 A. Lubrificantes para motores a diesel que operam em condições de moderadas a severas (turbinados Óleos que atendem aos com baixa taxa de super alimentação). requisitos da especificação Proporcionam proteção contra a ferrugem, a MIL – L - 2104 B. corrosão e a formação de depósitos em altas temperaturas. Lubrificantes para motores a diesel de dois ciclos que operam em condições severas (turbinados). Lubrificantes superiores, Podem ser utilizados com combustíveis com teor de conforme Caterpillar Série 3. enxofre variável. Óleos que atendem aos Lubrificantes para motores a diesel de dois ciclos requisitos da categoria CD e que operam em condições severas. passam pelo teste 6V – 53 T da Detroit Diesel. Óleos que atendem aos Lubrificantes para motores a diesel turbo requisitos da categoria CD e alimentados que operam em condições passam, pelos testes Mack extremamente severas. EO0K/2 e Cummins NTC 400. Óleos que atendem aos Lubrificantes para motores a diesel turbo requisitos da categoria CD e alimentados que operam em condições passam, pelos testes Mack extremamente severas. EO0K/2 e Cummins NTC 400. Lubrificantes para motores a diesel turbo A partir de 1998 alimentados que operam em condições extremamente severas.

A classificação API leva em consideração a indústria automobilística americana.

7.1.1.

Classificação SAE

A Sociedade dos Engenheiros Automotivos (SAE) classifica os óleos para motor e transmissão quanto o grau de viscosidade. Não leva em consideração aditivação, tipo de serviço, qualidade do combustível, etc.

75

A viscosidade é feita a 100ºC e a diversas baixas temperaturas, dependendo do grau de viscosidade. A viscosidade a alta temperatura está relacionada com as características de consumo e de desgaste de um óleo; a viscosidade a baixas temperaturas prevê o comportamento em condições de partida a frio e a lubrificação a baixas temperaturas. Os óleos com altos índices de viscosidade, são geralmente menos sensíveis às variações de temperatura e por isso, estão em melhores condições para desempenhar-se de forma eficiente a altas e também a baixas temperaturas. Os óleos W são para uso a baixas temperaturas e quanto menor grau SAE, a menores temperaturas podem ser usados. Para determinação de viscosidade a baixa temperatura se usa um simulador denominado "Simulador de Partidas a Frio". Os resultados da viscosidade são dados em centipoise ou poise. Tabela 17 Classificação SAE - Óleos de Motores. CLASSIFICAÇÃO SAE PARA ÓLEOS DE MOTORES Viscosidade (cP) na Viscosidade (cSt) a 100°C Grau SAE temperatura °C, máx. Mín. Máx. OW 3250 a -30 3,8 5W 3500 a -25 3,8 10 W 3500 a -20 4,1 15 W 3500 a -15 5,6 20 W 4500 a -10 5,6 25 W 6000 a -5 9,3 20 5,6 a 9,3 30 9,3 a 12,5 40 12,5 a 16,3 50 16,3 a 21,9

Tabela 18 - Classificação SAE - Óleos de Caixas. CLASSIFICAÇÃO SAE PARA ÓLEOS DE CAIXAS DE MUDANÇAS E DIFERENCIAIS Temperatura (°C) para Viscosidade (cSt) a 100°C Grau SAE viscosidade de 150000cP mínimo máximo (150Pa.s) 75 W -55 4,1 80 W -26 7,0 85 W -12 11,0 90 13,5 24,0 140 24,0 41,0 250 41,0 -

76

7.1.2.

Óleos Multiviscosos

A viscosidade de um óleo muda com a temperatura. A baixa temperatura o óleo é espesso, sua viscosidade é alta. À medida que a temperatura aumenta, a viscosidade diminui. Um óleo que flui lentamente dificulta a partida do motor a temperaturas mais baixas e pode não ser bombeado adequadamente para manter a pressão de óleo satisfatória. Por outro lado, os óleos de viscosidade demasiadamente baixa podem causar uma lubrificação inadequada (causando desgaste) e um elevado consumo de lubrificante. As mudanças que se produzem na viscosidade do óleo, com temperaturas variando, não são as mesmas para todos os lubrificantes. O índice de viscosidade, como já foi visto, indica o quanto varia a viscosidade em função das variações de temperatura. Quanto maior o IV, menor a variação da viscosidade. A adição do aumentador de IV melhorará o IV. Os óleos multiviscosos ou multigrades, por possuírem aditivo aumentador de índice de viscosidade sofrem pequenas variações de viscosidade quando ocorre queda ou aumento de temperatura. Um óleo 15W-40 pode ser usado em motores que recomendam o uso de óleos SAE, 15W, 20W, 20, 30 ou 40. Independente da temperatura do motor, clima ou estação do ano, o mesmo óleo pode ser usado. No exemplo acima, a baixas temperaturas o óleo age como um SAE 15W e a altas temperaturas como um SAE 40.

7.1.3.

Classificação API - Engrenagens

O Instituto Americano de Petróleo classifica os óleos para diferenciais e transmissões manuais conforme a designação e descrição a seguir:

77

Tabela 19 - Classificação API - Engrenagens. Designação GL-1

GL-2 GL-3 GL-4

GL-5 GL-6

Descrição API Lubrificantes para engrenagens de transmissões que operam com baixas pressões e velocidades, onde um óleo mineral puro apresenta bons resultados. lnibidores de oxidação, antiespumantes e abaixadores de ponto de mínima fluidez podem ser utilizados; agentes de extrema-pressão e modificadores de atrito não devem constar na formulação. Lubrificantes para engrenagens que operam sob condições mais críticas que as anteriores, quanto a cargas, temperaturas e velocidades. Neste caso um API GL-1 não tem desempenho satisfatório. Lubrificantes para engrenagens que operam sob condições moderadas de carga e velocidade. Lubrificantes para engrenagens que operam sob condições muito severas, como algumas hipóides em veículos automotivos. Os lubrificantes desta categoria têm que alcançar a performance descrita pela ASTM STP-512 e os níveis de proteção do CRC Reference Gear Oil RGO-110. Lubrificantes para engrenagens que operam, sob condições muito severas, como algumas hipóides em veículos automotivos. Os lubrificantes desta categoria têm que alcançar a performance descrita pela ASTM STP-512 e os níveis de proteção do CRC Reference Gear Oil RGO-110. É uma categoria obsoleta, listada somente para referência histórica.

7.2. Lubrificantes Industriais 7.2.1.

Classificação ISO

A ISO - Organização Internacional de Normalização - tem como função criar uma única norma técnica de validade internacional. A classificação ISO, para lubrificantes industriais é adotada por todas as companhias de petróleo. O sistema ISO é baseado na viscosidade cinemática (centistokes) a 40°C. Os números que indicam cada grau de viscosidade ISO representam o ponto médio de uma faixa de viscosidade compreendida entre 10% acima ou abaixo desses valores. Dessa forma, um lubrificante designado, por exemplo, pelo grau ISO 100, tem viscosidade cinemática, a 40°C, compreendida entre 90 cSt e 110 cSt.

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Tabela 20 GRAU DE VISCOSIDADE ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO

VG VG VG VG VG VG VG VG VG VG VG VG VG VG VG VG VG VG

2 3 5 7 10 15 22 32 46 68 100 150 220 320 460 680 1000 1500

VISCOSIDADE CINEMÁTICA (cSt) a 40°C mínimo máximo 1.98 2.42 2.8 3.52 4.14 5.06 6.12 7.48 9.00 11.0 13.5 16.5 19.8 24.2 28.8 35.2 41.4 50.6 61.2 74.8 90.0 110.0 135 165 198 242 288 352 414 506 612 748 900 1100 1350 1650

Observações: a) O sistema ISO se aplica apenas aos lubrificantes industriais em que a viscosidade seja um fator primário de seleção, estando excluídos, portanto, os óleos protetivos, óleos de tratamento térmico, óleos de transformador, óleos de corte, etc; b) Os óleos automotivos continuam sendo designados pelo grau SAE. O termo VG significa grau de viscosidade (viscosity grade).

7.2.2.

Classificação de AGMA

A Instituição "American Gears Manufacturers Association" (AGMA) tem as seguintes classificações: AGMA PARA LUBRIFICANTES DE ENGRENAGENS FECHADAS. A faixa de viscosidade que identifica o número AGMA está baseada na ASTM D 2422. Todos os óleos EP (com aditivação de extrema-pressão) devem possuir um IV mínimo de 60.

79

Os óleos sem EP, de 1 a 6, devem possuir um IV mínimo de 30 (se a temperatura de operação for maior do que 44°C, IV mínimo de 60). Os 7, 8 e 8A Compounds têm de 3 a 10% de gordura natural ou sintética e devem possuir IV mínimo de 90. Tabela 21 Sem Extrema-Pressão (com inibidor de Ferrugem e Oxidação) 1 2 3 4 5 6 7 Compound 8 Compound 8 A Compound

Viscosidade cSt a 37,8°C

Com Extrema Pressão

41,4/ 50,6 61,2/ 74,8 90/ 110 135/ 165 198/ 242 288/ 352 414/ 506 612/ 748 900/ 1100

2 EP 3 EP 4 EP 5 EP 6 EP 7 EP 8 EP -

AGMA PARA LUBRIFICANTES DE ENGRENAGENS ABERTAS A faixa de viscosidades que identifica o número AGMA está baseada na ASTM D 2422. O sufixo R identifica os lubrificantes com diluente volátil, não inflamável. As faixas de viscosidades correspondentes são referentes aos produtos sem o solvente. Sem Extrema-Pressão (com inibidor de Ferrugem e Oxidação) 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 R 15 R * - cSt a 100°C

Viscosidade cSt a 37,8°C 135/ 165 198/ 242 288/ 352 414/ 506 612/ 748 1350/ 1650 2880/ 3520 4140/ 5060 6120/ 7480 25000/ 38400 428/ 857* 857/ 1714*

Com Extrema Pressão 4 EP 5 EP 6 EP 7 EP 8 EP 9 EP 10 P 11 EP 12 EP 13 EP -

80

8.

Métodos Gerais de Aplicação de Lubrificantes

Para que sejam atingidos os objetivos de uma lubrificação eficiente, deve-se, atender, simultaneamente, às seguintes condições: - Lubrificante adequado; - Em quantidades certas; - No local correto; Veremos a seguir métodos de aplicação de lubrificantes que, com maior ou menor eficiência, procuram atender às condições citadas.

8.1. Lubrificação Manual Neste caso se aplica o óleo por meio de almotolia, método bastante simples, porém, de pouca eficiência.

Figura 20

8.2. Copo com Agulha ou Vareta Neste dispositivo de lubrificação há uma agulha metálica que, passando por um orifício situado na base do copo e de diâmetro ligeiramente superior ao da agulha, repousa a sua extremidade inferior sobre o munhão. Este, em rotação, imprime movimento alternativo à agulha, o que faz certa quantidade de lubrificante descer pelo espaço entre ela e o orifício.

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Figura 21

8.3. Copo com Torcida ou Mecha O funcionamento desse aparelho se baseia no princípio da ação capilar da torcida sobre o óleo; e é claro que óleos de menor viscosidade passarão mais rapidamente do copo para o mancal.

Figura 22

8.4. Copo Conta-Gota Este dispositivo apresenta a vantagem de se poder regular à quantidade de óleo aplicado sobre o mancal, assim como interromper o fornecimento de óleo, baixandose a haste existente no centro do copo. E o tipo de copo mais comumente encontrado na lubrificação industrial.

82

Figura 23

8.5. Lubrificação por Anel Neste sistema, extremamente difundido, o lubrificante permanece em uso durante muito tempo e fica contido em um reservatório abaixo do mancal. Em volta do munhão, repousa um anel de diâmetro maior, cuja parte inferior está mergulhado em óleo. O movimento de rotação do eixo faz com que o anel o acompanhe e o lubrificante, arrastado por ele, é levado para o munhão, no ponto de contato entre ambos, e daí para o mancal.

Figura 24

8.6. Lubrificação por Colar Neste sistema, variação do anterior, o anel é substituído por um colar fixo ao munhão. O óleo transportado pelo colar, por ação da rotação do munhão, vai até ao mancal através de ranhuras. Emprega-se este sistema em eixos de maior velocidade ou quando se exigem óleos tão viscosos que não permitem o livre movimento de um anel.

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Figura 25

8.7. Lubrificação por Banho de Óleo Neste sistema o lubrificante está contido em um recipiente adequadamente dimensionado. As partes a lubrificar mergulham total ou parcialmente no óleo, distribuindo por ranhuras, a outras peças, o excesso de lubrificante que carregam em sua imersão no óleo. Fator importante neste sistema é a correta manutenção de nível, considerando-se que o óleo além de lubrificar, deve resfriar a peça. O banho de óleo é muito usado nos mancais axiais de escora, caso em que o conjunto munhão-mancal está mergulhado em óleo. Encontra-se ainda o banho de óleo em mancais de rolamento de eixos horizontais, caso em que o óleo não atinge o munhão, ficando apenas mergulhada uma parte do rolamento. Outra grande aplicação dos banhos de óleo ocorre nas caixas de engrenagens: as partes inferiores das engrenagens mergulham no óleo o qual é arrastado pelos dentes e salpicado para os mancais e demais partes da caixa. Como regra geral, não se deve mergulhar mais do que 1/3 da altura dos dentes da roda inferior no banho, para se evitar perda de potência por revolvimento do óleo.

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Colar de Escora Disco Fixo de Apoio Ranhura de Distribuição Superfície Rebaixada Ranhura de Retorno

Disco Fixo de Apoio

Anel de Assento Esférico

Figura 26

Nível máximo de óleo até o centro do elemento rolante inferior 

Figura 27

8.8. Lubrificação por Meio de Estopa ou Almofada Neste sistema, muito usado nos mancais de vagões de estradas de ferro ou carros elétricos, coloca-se em contato com a parte inferior do munhão certa quantidade de estopa, previamente embebida em óleo. Por ação capilar, o óleo de embebimento escoa pela estopa em direção ao mancal.

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Lubrificação por Estopa

Lubrificação por Almofada

Figura 28

8.9. Lubrificação por Salpico ou Borrifo Neste sistema, o lubrificante está contido em um cárter ou depósito, de onde é borrifado por meio de uma ou mais peças móveis. Em velocidades relativamente elevadas, o óleo borrifado fica altamente pulverizado e atinge todas as partes móveis dentro do invólucro. A lubrificação por borrifo é muito comum, especialmente em pequenos motores.

Figura 29

8.10. Lubrificação por Nevoa de Óleo Consiste na pulverização do óleo - em geral por meio de sistemas tipo Venturi - para distribuição, através de tubulações, as partes a serem lubrificadas. Este processo foi, originariamente, desenvolvido para resolver os problemas de lubrificação dos

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rolamentos de esferas, nas árvores de retificadoras, que giram a altas velocidades em ambientes onde existem aparas metálicas, poeira, etc. A lubrificação por névoa dá excelentes resultados nos casos em que quantidades muito pequenas de óleo são requeridas, pois se torna relativamente simples, a dosagem adequada do lubrificante em função das necessidades das peças a lubrificar. Outras vantagens importantes desse método, decorrente da passagem do fluxo de ar comprimido impregnado de óleo pelas partes lubrificantes, são; a vedação, conseqüente da impossibilidade de aparas metálicas e outras impurezas penetrarem nos rolamento em sentido contrário ao do ar, e ainda a eficiente eliminação do calor gerado.

Figura 30

8.11. Sistemas Circulatórios 8.11.1.

Por Gravidade

No sistema por gravidade, existe uma bomba situada no interior do reservatório de óleo, a qual o recalca para um reservatório localizado acima da máquina, de onde o óleo vai por gravidade atingir os diversos pontos.

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Figura 31

8.11.2.

Por Bombas Múltiplas e Lubrificadores Mecânicos

Neste sistema existe um aparelho lubrificador montado sobre a própria máquina e por ela acionado. Esse lubrificador consta de uma caixa, que serve de depósito para o lubrificante e um, dois ou mais pistões, funcionando como bomba. As gotas de óleo seguem por canalizações adequadas até às peças a lubrificar. A quantidade de óleo, que cada um dos pistões fornece, pode ser regulada por meio de um parafuso. Para facilitar a regulagem, muitos lubrificadores mecânicos possuem visores, que permitem a contagem de gotas por unidade de tempo.

8.11.3.

Por Bomba Única

Método de lubrificação muito usado. A bomba que está ligada ao eixo do motor ou máquina, fica geralmente mergulhada no óleo do cárter ou depósito e o fornece sob pressão, por meio de canalização, aos pontos que precisam de lubrificação. Após ter passado pelas peças a lubrificar, o óleo retorna ao cárter para resfriamento e é novamente posto em circulação.

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8.11.4.

Precauções na Aplicação de Lubrificantes

Antes de se aplicar um lubrificante - óleo ou graxa – a uma máquina, é indispensável ter a certeza de que o produto está limpo, isento de contaminações e com suas características típicas dentro das faixas normais. Para isso, cuidados especiais devem ser tomados com relação ao manuseio e armazenamento dos tambores ou baldes de lubrificantes, assunto que será abordado mais adiante.

8.11.5.

Lubrificação a Óleo

a) Na lubrificação por ALMOTOLIA, a aplicação do óleo deve ser periódica e regular, evitando-se sempre os excessos e vazamentos; b) Nos dispositivos semi-automáticos, tais como COPO CONTAGOTAS, COPO COM AGULHA ou TORCIDA etc., os níveis devem ser verificados periodicamente; c) Com lubrificadores do tipo PERDA TOTAL DE OLEO, os níveis devem ser estabelecidos cuidadosamente. Por ocasião do enchimento certificar-se de que o mecanismo funciona corretamente, a agulha está livre ou a torcida está em boas condições para conduzir o óleo aos pontos de aplicação; d) Nos casos de lubrificação POR ESTOPA, esta deverá estar corretamente embebida e ter contato completo com o munhão a lubrificar; e) Nos casos de PEQUENOS BANHOS DE ÓLEO, os níveis serão periodicamente revistos e, se necessários, completados; f) Quando houver ANEL lubrificador, deve-se estar certo de que ele gira com velocidade normal e conduz bem o óleo do banho; g) LUBRIFICADORES MECÂNICOS devem ter seu mecanismo bem ajustado, a fim de medir a quantidade correta do óleo. Os visores devem estar limpos, sem a presença de água ou impurezas. O óleo deve ser adicionado com a necessária freqüência; h) Em sistemas de LUBRIFICAÇÃO FORÇADA. É importante manter os níveis, deixar limpos os filtros, observar periodicamente as pressões e as temperaturas.

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8.11.6.

Lubrificação à Graxa

a) Quando se faz à aplicação por COPOS STAUFFER, impõe-se o uso de graxa do tipo untuoso. Os copos devem ser cheios de modo a se evitar a formação de bolhas de ar.

Figura 32

b) No caso de lubrificação por meio de PISTOLA, deve-se previamente limpar o pino graxeiro.

Figura 33

c) Nos SISTEMAS CENTRALIZADOS, deve-se verificar periodicamente a qualidade da graxa existente no reservatório, a pressão da graxa, bem como garantir, a todas as linhas de distribuição, o suprimento das quantidades adequadas.

Figura 34

90

9.

Recebimento e Manuseio de Lubrificantes

Um controle no recebimento é de fundamental importância para o bom desempenho dos lubrificantes em uma indústria. Para que ele seja feito de maneira eficiente, certas regras deverão ser sempre seguidas: a) designar uma única pessoa responsável por essa tarefa, que deverá ter conhecimento das necessidades de lubrificação da fábrica; b) verificar se o produto que está sendo entregue está de acordo com o pedido feito e a nota fiscal; c) verificar se os lacres dos tambores e baldes não foram violados; d) verificar as condições da embalagem quanto a sua estrutura e identificação do produto. A mercadoria, ao ser recebida, deve ser retirada do veículo transportador por meio de equipamentos adequados, tais como empilhadeiras, guinchos, talhas, etc... Plataformas de descarga ao mesmo nível dos veículos de transporte facilitam o manuseio dos volumes e diminuem o risco de avarias. Neste caso, o uso de carrinho ou empilhadeira reduz o tempo de descarga e oferece maior segurança.

Carrinho Manual para movimentação de tambores.

Figura 35

Quando não existirem plataformas de descarga, os tambores deverão deslizar longitudinalmente sobre rampas de madeira ou de metal (figura 35).

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Figura 36

Nunca se devem derrubar os tambores sobre pilhas de pneus velhos ou outros meios que provoquem impacto na embalagem (figura 36), pois isto poderá danificála, rompendo suas costuras, produzindo vazamentos e permitindo eventual contaminação futura. Caso o sistema de armazenagem adotado seja o uso de "pallets", a mercadoria deverá ser "paletizada", conforme normas existentes, no ato de seu recebimento. Ao se receber os produtos é necessário fazer uma separação destes conforme sua utilização, encaminhando-os para seus respectivos lugares no almoxarifado. Isto evitará que se misturem tipos de lubrificantes diferentes e, portanto, o risco do uso indevido dos mesmos. Para a movimentação dos tambores é comum fazê-los rolar pelo chão. Isto, para distâncias curtas é aceitável, porém o uso de equipamentos adequados, tais como

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carrinhos de mão ou empilhadeiras, aumentam a segurança tanto para o operário quanto para a estrutura da embalagem. Uma observação importante se faz quanto ao manuseio de tambores deitados. Nunca uma única pessoa deve levantá-los, pois o peso de um tambor (+ ou - 200 kg) pode causar graves problemas físicos. (figura 37).

Nunca tente levantar sozinho um tambor cheio. Peça ajuda!

Figura 37

9.1. Estocagem 9.1.1.

Importância de um Bom Armazenamento

As precauções adotadas nas refinarias e nos depósitos das companhias distribuidoras visam assegurar ao consumidor produtos da maior qualidade. Estas precauções vão desde o rigoroso controle de qualidade existente durante todo o processo de fabricação do lubrificante, até cuidados com o envasamento e a embalagem, a fim de se evitar contaminações e outros danos que comprometeriam a qualidade do produto.

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9.1.2.

Métodos e Práticas de Estocagem

As embalagens são projetadas e dimensionadas para oferecerem boa resistência durante seu transporte e manuseio. Para evitar furos e amassamentos das embalagens ou obliterações das marcas, certas precauções devem ser tomadas tais como: a) evitar quedas bruscas; b) proteger as rampas de escorregamento; c) não colocar baldes e tambores em contato direto com o chão; d) não rolar os tambores em superfícies irregulares; e) empilhar as embalagens de forma correta. No transporte de tambores com o uso de carrinhos ou empilhadeiras manuais ou motorizadas, certifique-se de que não ocorrerão quedas, transportando os tambores em posição longitudinal em relação aos garfos da empilhadeira e mantendo os garfos em posição o mais próximo possível do chão, (figura 38) conforme código de segurança para veículos industrial automotores PNB 153.

Figura 38

No caso de baldes ou latas, evite a colocação de objetos pesados em cima dos mesmos, pois poderão se deformar. É desnecessário repetir a importância de evitar quedas.

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Os tambores ou baldes de graxas ser transportados e estocados sempre em posição vertical, evitando-se assim que o conteúdo do recipiente pressione sua tampa com conseqüente vazamento do produto. (figura 39).

Figura 39

Para uma estocagem racional e de fácil manipulação, o uso de "pallets" é o ideal, pois além de se prestar ao empilhamento de tambores, também se presta ao armazenamento de baldes e de caixas com latas de lubrificantes. Entretanto, para que este sistema funcione, devem-se seguir certas normas quanto ao modo de paletizar e armazenar: a) utilizar "pallets" padronizados; b) observar as capacidades máximas permissíveis (tabela 22) e o modo de superposição das camadas, a fim de dar maior estabilidade à pilha; c) utilizar uma empilhadeira adequada em capacidade de carga ao tipo de serviço; d) dimensionar e sinalizar o local de armazenagem de forma a permitir a paletização do número de embalagens desejada e as manobras necessárias com a empilhadeira; e) nivelar e aplainar o piso do local de armazenagem.

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Figura 40 - Vários tipos de “pallets” utilizados na estocagem de tambores. Tabela 22 - Produtos Paletizados. Tipos de Embalagens Cxs. 24 x 1 Cxs. 8 x 2,5 Cxs. 40 x 1/2 Cxs. 100 x 1/5 Tambores Baldes/ Óleo Baldes/ Graxa

Dimensões Externas Aproximadas (cm) Compr Larg Alt 41,0 57,0 44,0 32,0 Diâmetro 57,0 29,0 30,0

31,0 31,5 29,0 19,0 35,0 23,5 32,0 36,0 Altura 87,0 35,8 40,9

N° Pal pilha

N° Unid Pilha

Capacidade

N° Unids. / Pallets

24 latas de 1L 8 latas de 2,5 L 40 latas de ½ L 100 latas de 1/5 L

4 camadas x 11 cxs. = 44cxs. 6 camadas x 8 cxs. = 48 cxs. 5 camadas x 8 cxs. = 40 cxs. 4 camadas x 9 cxs. = 36 cxs.

3 3 3 2

132 144 120 72

200 L 20 L de óleo 20 Kg de graxa

1 camada x 4 tbs. = 4 tbs. 2 camadas x 16bds.=32 bds. 2 camadas x 16bds.=32 bds.

4 5 4

16 160 128

Porém, nem sempre e possível utilizar-se o método de paletização. Neste caso, para uma armazenagem eficiente, racional e segura, devem-se obedecer as capacidades máximas permissíveis (tabela 24), além do modo de superposição das camadas, que são os mesmos já descritos para produtos paletizados. Para caixas e baldes, deve-se evitar o contato direto com o chão, colocando-os sobre estrados e em locais cobertos ou protegidos com material permeável.

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Tabela 23 - Produtos não Paletizados. Tipos de Embalagens Caixas 24 x 1 Caixas 8 x 2,5 Tambores Baldes

N° de Unidades por m 2  Observações 48 6 alturas, com 8 unidades / m2 em cada altura. 48 8 alturas, com 6 unidades / m2 em cada altura. 6 2 alturas, com 3 tambores / m2 em cada altura. 55 5 alturas, com 11 baldes / m2 em cada altura.

9.2. Fatores que Afetam os Produtos Estocados 9.2.1.

Contaminação pela Água

A contaminação pela água é prejudicial a qualquer tipo de lubrificante. Os óleos para transformadores apresentam uma sensível queda do poder dielétrico com um mínimo de contaminação com água. Óleos aditivados, como óleos para motores, óleos para cilindros ou óleos de extrema pressão podem deteriorar-se ou precipitar os aditivos e, se utilizados, podem trazer sérios problemas para o equipamento. Os bujões podem eventualmente permitir a entrada de água no interior do tambor. Os óleos sofrem variação no seu volume com a variação de temperatura, dilatandose com o calor do dia e contraindo-se com a menor temperatura noturna. A conseqüência disto é que ocorre a expulsão do ar contido no interior do tambor durante o dia e a aspiração do ar externo durante a noite, trazendo junto à umidade. Se o tambor tiver de ser armazenado ao relento e em posição vertical, deve-se cobri-los com uma lona encerada ou um telhado provisório. Quando estes recursos não forem possíveis, deve-se colocar um calço de madeira para mantê-lo inclinado e de forma tal que não haja acúmulo de água sobre os bujões. Figura 42

Figura 41

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Caso o tambor esteja armazenado ao relento, mas em posição horizontal, os bujões de enchimento deverão estar numa linha paralela ao solo, pois além de permitir verificação fácil quanto a vazamentos não possibilitará a entrada de ar úmido. Além disso, se ocorresse um eventual vazamento pelos bujões, não haveria uma perda total do lubrificante.

Figura 43

Figura 44

Quando da impossibilidade de se armazenar os lubrificantes em recintos fechados ou cobertos, devem-se tomar os seguintes cuidados para evitar a contaminação pela água ou outras impurezas: a) Colocar os tambores deitados sobre ripas de madeira a fim de evitar o contato direto com o solo;

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b) O ataque corrosivo as chapas de aço dos tambores traz sérios danos ao lubrificante; c) Escorar as extremidades da pilha pilha de tambores por calços que impeçam o seu movimento; d) Verificar regularmente o estado dos tambores quanto a vazamentos e sua identificação.

Figura 45

9.2.2.

Contaminação por Impurezas

A presença de impurezas no lubrificante, tais como poeira, areia, fiapos etc., poderá causar danos às máquinas e equipamentos. Além da deterioração do lubrificante, poderá ocorrer obstrução de canalizações do sistema de lubrificação grimpamento de válvulas de sistemas hidráulicos e desgaste excessivo devido presença de materiais abrasivos. A presença de contaminantes de qualquer espécie reduz sensivelmente o poder dielétrico de óleos isolantes. Com a contaminação, óleos solúveis podem perder suas características de miscibilidade com a água, além da degradação da emulsão.

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9.2.3.

Contaminação com Outros Tipos de Lubrificantes

A mistura acidental de um lubrificante com outro tipo diferente pode vir a causar sérios inconvenientes. Se, por exemplo, um óleo de alta viscosidade for contaminado com um de baixa viscosidade, a película lubrificante formada pelo produto contaminado será mais fina que a original e, conseqüentemente, haverá maior desgaste. Os óleos para sistemas de circulação, como os óleos hidráulicos e de turbinas se misturados com óleos solúveis, óleos para motores ou óleos para cilindros, além da possibilidade de reação dos aditivos, perderiam suas características de separação de água, ocasionando sérios problemas para os equipamentos. Portanto, é da maior importância que se mantenham as marcas e identificações originais das embalagens dos lubrificantes conservadas e desobstruídas de sujeiras e de qualquer outra coisa que possa esconder ou dificultar a leitura das mesmas. Um engano desta natureza pode trazer conseqüências imprevisíveis.

Figura 46

100

9.2.4.

Deterioração Devido a Extremos de Temperaturas

Extremos de temperatura podem deteriorar certos tipos de óleos e graxas lubrificantes. Por exemplo, algumas graxas não devem ser armazenadas em locais quentes, pois o calor poderá separar o óleo do sabão, inutilizando-as como lubrificantes. Os óleos solúveis contêm uma determinada percentagem de umidade, necessária para sua estabilidade. Quando armazenados em locais quentes ou muito frios, esta umidade pode evaporar-se ou congelar-se, inutilizando o produto. Portanto, o local de estocagem dos lubrificantes deve ser bem ventilado e separado de fontes de calor ou frio. Os lubrificantes podem deteriorar-se mesmo que a embalagem original ainda esteja lacrada. O excesso de calor, além de degradar o produto, pode trazer perigo à segurança da empresa.

9.2.5.

Deterioração Devido a Armazenagem Prolongada

A maioria dos aditivos dos óleos e graxas lubrificantes pode de compor-se quando submetidos à armazenagem muito longa. Isto ocorre quando os estoques novos são armazenados de maneira a impedir a movimentação do estoque antigo. Portanto, deve-se efetuar um cronograma de circulação dos produtos em estoque, certificando-se de que não ficarão estocados por muito tempo. Os produtos devem sempre ser utilizados conforme a ordem de recebimento, isto é, os primeiros a serem usados devem ser os primeiros que chegaram.

Figura 47

101

9.2.6.

Contaminação com Outros Tipos de Produtos

A armazenagem dos lubrificantes deve ser sempre separada de outros produtos tais como solventes, detergentes, tintas, óleo de linhaça, etc. Se por engano forem colocados em um sistema de lubrificação, podem causar sérios problemas ao equipamento. Assim, deve-se organizar o almoxarifado de forma que não haja possibilidade de que ocorra este tipo de acidente, fazendo-se uma identificação específica para cada tipo de produto.

9.3. O Depósito de Lubrificantes A armazenagem deve ser feita tendo em vista as facilidades de carga e descarga e os pontos de consumo da fábrica. O depósito de lubrificantes deve ser em local coberto, bem ventilado, afastado de fontes de contaminação e de calor excessivo e suficientemente amplo para permitir a movimentação dos tambores e a guarda de todo o material e equipamento necessários à lubrificação. É necessário espaço para a estocagem de recipientes cheios e não abertos e para os recipientes em uso, dos quais são retirados os lubrificantes para a distribuição para vários pontos a serem aplicados. A armazenagem destes produtos pode ser num único ambiente ou ambientes separados, convenientemente situados no interior de uma indústria. Em qualquer situação, sempre se deve ter um controle e organização eficaz sobre os produtos armazenados e manipulados, para evitar uma contaminação ou confusão de tipos e assegurar a rotatividade do estoque. É conveniente que haja uma sala de lubrificação separada do depósito ou almoxarifado de lubrificantes a fim de facilitar o controle e o serviço dos lubrificadores. Nesta sala devem-se guardar os produtos em uso e os equipamentos e dispositivos utilizados na sua aplicação. Também, deve ser o local para limpeza deste material, além de servir de escritório para o encarregado da lubrificação. Por isso, deve-se localizar a sala de lubrificação o mais próximo possível das áreas a serem servidas.

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Dependendo do tamanho da indústria ou do tipo de máquinas a serem lubrificadas, torna-se necessário instalar armários ou pequenas salas de lubrificação perto das máquinas que necessitam dos mesmos. A não ser quando a necessidade de lubrificação pode afetar diretamente a qualidade de trabalho e o desempenho da máquina não se deve deixar o operador da máquina efetuar a lubrificação. Em casos normais, deve-se ter um lubrificador especializado por máquina, setor ou departamento. É muito importante que o acesso à sala de lubrificação e aos equipamentos seja restrito apenas ao pessoal responsável. A manipulação e o controle de lubrificantes devem ficar a cargo de um elemento que conheça as necessidades de lubrificação da fábrica. A distribuição dos produtos deve ser feita de acordo com o plano de lubrificação da empresa. O controle deve ser baseado em ordens de trabalho, relatórios dos lubrificadores, programação de serviço, registros de consumo e fichas de requisição. Com estes controles, pode-se fazer uma racionalização do consumo de lubrificantes, além de se detectar eventuais problemas de manutenção. Além dos equipamentos normais, o serviço de lubrificação requer outros materiais que devem existir na sala de lubrificação, tais como panos e trapos limpos (nunca se deve usar estopa ou panos que soltem fiapos), pinos graxeiros, vidros e copos de conta-gotas, recipientes limpos para coleta de amostras de óleo, ferramentas adequadas, etc.

Figura 48

103

O depósito e a sala de lubrificação devem possuir o piso firme para agüentar a estocagem dos tambores e devem ser de um material que não se quebre, solte ou absorvam eventuais derrames de óleo e que permita uma limpeza total. A limpeza do piso deve ser feita com líquidos de limpeza de secagem rápida. Nunca se deve usar serragem ou materiais semelhantes para secar o chão, pois além do problema de segurança pode contaminar os lubrificantes. A fim de facilitar o controle e a identificação dos lubrificantes dentro do depósito, almoxarifado ou sala de lubrificação, importante armazená-los fazendo-se uma separação por tipos de aplicação (exemplo: óleos de corte, óleos hidráulicos, óleos automotivos, graxas para rolamentos, etc.) e dispô-los em ordem crescente de viscosidade ou consistência.

9.3.1.

Estocagem e Manipulação de Lubrificantes em Uso

ÓLEO: Os tambores de óleo em uso devem ser estocados deitados sobre estrados adequados, de forma que uma torneira especial instalada no bujão inferior possibilite a retirada do lubrificante. Estas torneiras devem ser instaladas com o tambor em pé. A utilização de um carrinho que pega o tambor em pé e coloca-o na posição horizontal facilita esta operação.

Figura 49

Durante o período que não se retira óleo dos tambores, as torneiras ou os bujões devem permanecer perfeitamente fechados e limpos, sendo que os pingos acidentais devem ser captados por recipientes pendurados às torneiras. Este tipo de torneira de fechamento rápido evita respingos de óleo e permite trancá-la com

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cadeado ou por bandejas. Para dar maior segurança ao operador durante o manuseio e facilitar a limpeza, conveniente instalar-se uma grade metálica sob as torneiras.

Figura 50

No caso dos tambores na posição vertical, recomenda-se a utilização de uma bomba que pode ser manual, elétrica ou pneumática. Estas bombas, que são instaladas no bujão de enchimento do tambor, permitem um bom controle da quantidade de óleo retirado e reduzem ao mínimo o risco de contaminação. Entretanto deve-se tomar a precaução de se ter uma bomba para cada tipo de produto, pois, devido ser praticamente impossível limpá-las totalmente, a utilização de uma só bomba em diversos tipos de lubrificantes resultará em contaminação ou desperdício. Graxa - Devido à sua consistência, as graxas apresentam maiores dificuldades para manuseio, exigindo freqüentemente a remoção da tampa dos tambores, o que pode causar contaminação do produto com pó, água, cinza, etc. A espátula é o método mais comum de retirar graxa de um tambor e é também a maior causa de contaminação da mesma. Condena-se o uso de pedaços de madeira ou outros objetos não apropriados. Quando for necessário o uso de espátulas, devem-se usar as de metal, tomando-se o cuidado de ter uma para cada tipo de graxa e de limpá-las e protegê-las do pó e da sujeira quando não estão em uso. Assim, recomenda-se a instalação de bombas especiais para se retirar graxa, o que possibilita manter os recipientes fechados durante o uso. Existem bombas manuais e pneumáticas que podem ser instaladas diretamente no tambor. Acessórios especiais permitem transferir a graxa para enchedoras de pistolas, engraxadores portáteis, pistolas manuais ou diretamente ao ponto a ser lubrificado.

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Quando se faz necessário usar a espátula para encher pistolas, enchedoras de pistolas ou equipamento portátil de engraxar deve-se tomar o cuidado de evitar a formação de bolsões de ar através da compactação da graxa, pois prejudica a lubrificação quando são pressurizados. Também, é indispensável manter-se os tambores fechados e limpos quando fora de uso, além de se conservar limpas as espátulas.

9.3.2.

Os Cuidados na Movimentação de Lubrificantes

A movimentação dos lubrificantes da sua embalagem original aos locais onde serão utilizados, é de grande importância. O controle das retiradas parciais e os cuidados na manipulação para se evitar contaminação e confusão entre produtos distintos devem ser rigorosamente observados. A identificação do lubrificante dentro do almoxarifado ou da sala de lubrificantes é de fundamental importância, pois se o nome do produto estiver ilegível pode causar sérios problemas quando da utilização nas maquinarias, devido a uma troca do óleo indicado. Os recipientes originais e equipamentos de transferência e distribuição devem ter uma marcação que indique claramente o produto. Essa marcação deve ser de acordo com o seu nome ou outro código qualquer que o identifique perfeitamente. Estes recipientes e equipamentos devem conter sempre o mesmo tipo de lubrificante a que foram destinados e nunca se deve utilizá-los para outros fins.

Figura 51

106

Para se recolher o óleo usado que é retirado das máquinas, deve-se reservar um recipiente específico, devidamente marcado. Na hora da necessidade, a maioria dos operários se utiliza de qualquer óleo ou recipiente que esteja à mão. Deve ser proibido o uso de vasilhames improvisados, tais como latas velhas de tintas, regadores, garrafas, panelas, etc. Portanto, além do indispensável treinamento e conscientização do pessoal, é necessário criar-se meios e condições adequadas para se fazer funcionar um sistema de lubrificação eficiente. Os recipientes e equipamentos utilizados na lubrificação devem sempre ser meticulosamente limpos após cada utilização, providos de tampas que impeçam a entrada de poeira e outros contaminantes e guardados em locais apropriados, de preferência trancados. Todos os equipamentos utilizados na lubrificação devem ser de materiais resistentes à corrosão e não devem ser pintados internamente, pois a tinta tende a descascar e contaminar o produto.

9.4. Os Recursos da Distribuição de Lubrificantes 9.4.1.

Equipamentos para Distribuir Óleo

A transferência de produtos dos recipientes originais para os recipientes de distribuição e desses para as máquinas e equipamentos a serem lubrificados, deve ser planejada de forma a minimizar o manuseio e o tempo operacional e maximizar a produtividade e a eficiência dos equipamentos. Existem no mercado diversos equipamentos que satisfazem estes requisitos. Entretanto, a escolha do equipamento adequado deve ser feita levando-se em conta os seguintes fatores: -

Tipos de lubrificantes utilizados. Método e freqüência de trocas utilizadas;

-

Quantidade de cada grau ou consistência do lubrificante;

-

Número de máquinas a serem lubrificadas;

-

Método e freqüência de trocas utilizadas para lubrificação de cada máquina;

-

Número de elementos que integram a equipe de lubrificação e experiência dos mesmos.

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Além disto, deve-se selecionar o equipamento de lubrificação adequado baseandose na sua qualidade, capacidade, versatilidade e facilidade de operação. Os recipientes e equipamentos mais apropriados para distribuir óleo são aqueles que podem ser cheios na sala de lubrificação e levados até o local de aplicação. Deve-se evitar a transferência do óleo por mais de um recipiente antes de sua aplicação final na máquina, pois esta aumenta o risco de contaminação e confusão de tipos. Vejamos abaixo (figura 52) alguns tipos de equipamento normalmente utilizados: a) almotolia de diafragma; b) almotolia tipo bomba adaptável; c) bomba de transferência de óleo, manual, com recipiente de 50 L e carrinho para locomoção; d) bomba de transferência de óleo, manual adaptável a tambores de 200 litros; e) bomba manual de transferência de óleo com capacidade para 20 litros; f) carrinho para transferência de óleo equipado com bomba elétrica.

g)

f)

Figura 52

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9.4.2.

Equipamentos para Distribuir Graxa

Da mesma forma que a distribuição de óleo, os equipamentos para distribuição de graxa devem ser cheios na sala de lubrificação. Por ser mais difícil o manuseio de graxas devido a sua consistência, devem-se selecionar equipamentos apropriados que possam bombeá-las satisfatoriamente. Deve-se evitar o contato manual e de se deixar recipientes abertos devido ao perigo de contaminação. Quando for necessário transportar graxas da sala de lubrificação para encher pistolas em diversos locais de uma fábrica, utiliza-se enchedores de pistolas de graxa. Isto diminui o risco de contaminação que poderia haver se a mesma fosse transportada em latas, baldes ou tambores. Os equipamentos mais utilizados para distribuir graxa são mostrados na figura a seguir: a) pistola manual. b) pistola de pressão com alavanca lateral. c) pistola de pressão com acionamento pneumático. d) bomba manual adaptável em baldes de graxa de 20 Kg. e) engraxadeira pneumática portátil, com reservatório de 30 Kg e carrinho para locomoção. f) Propulsora pneumática de graxa adaptável em tambores de 170 Kg, com 4 saídas para lubrificação.

109

b)

a)

c)

f)

d)

e)

Figura 53

9.4.3.

Equipamentos Auxiliares

Além dos equipamentos normalmente utilizados para se transportar e aplicar óleo e graxa existem equipamentos que facilitam o transporte e aplicação de lubrificantes quando se necessita movimentar uma quantidade de óleos e graxas diferentes a diversos tipos de máquinas em vários locais da fábrica. Tais equipamentos, como carrinhos de lubrificação, comboios de lubrificação transportadores de tambores, bombas para retirar óleo usado de máquinas, tanques para óleos usados, filtros mecânicos para recuperação de óleos, etc., proporcionam aos lubrificadores meios práticos e rápidos para transportar e manusear os

110

lubrificantes. Isto evita os riscos de avarias em máquinas, causadas pela aplicação de lubrificantes incorretas ou contaminadas. Os carrinhos de lubrificação podem ser comprados ou construídos, dependendo da necessidade de cada caso. Podem ser bem simples ou completos, conforme a variedade e quantidade de óleos e graxas a serem distribuídos e do número e tipo de máquinas em que serão aplicados. Devem ter espaço para transportar, além da quantidade e número de lubrificantes necessários, pistolas de graxas, almotolias, bomba de transferência de óleo e graxa, bomba de sucção de óleo e materiais diversos tais como: pano limpo para limpeza, pinos graxeiros sobressalentes, ferramentas, visores de nível de óleo sobressalentes, mechas novas das máquinas, etc.

(Figura 23) Carrinho equipado com bomba manual, utilizado para retirar ou colocar óleo nas máquinas.

(Figura 22) Carrinho de lubrificação equipado com um compressor movido por motor elétrico, e 4 recipientes para óleo e graxa, impulsionados pneumaticamente.

Figura 54

111

Figura 55 - Comboio de lubrificação montado sobre caminhão, utilizado para lubrificação de máquinas e veículos no campo.

Os equipamentos e carrinhos utilizados para retirar óleo usado das máquinas e veículos são de muita utilidade. Podem ser de construção simples, utilizando-se um tambor equipado com uma bomba manual pneumática ou elétrica para aspirar o óleo, até unidades mais completas, equipadas com tanques para óleo novo e usado e filtros para remoção de borra, água e aparas metálicas. Quando se manuseia uma quantidade razoável de óleos hidráulicos, óleos circulatórios e óleos para transformadores, a utilização de equipamento de filtragem para remoção de água e sedimentos é de grande utilidade, além de prolongar a vida útil dos mesmos. Entretanto, deve-se tomar cuidado na escolha dos tipos de filtros, pois muitos tipos de aditivos dos óleos podem ser removidos se passarem por meios filtrantes muito ativos, como "Terra Fuller", argila ativada, etc... Nesses casos, os filtros mecânicos são os mais indicados.

Figura 56 - Equipamento de fácil construção para esgotar cárters. Um dos tambores fica vazio para receber o óleo usado enquanto o outro contém óleo novo para reencher o cárter.

112

Figura 57 - Filtro prensa para óleos, com absorção automática do retorno.

9.5. Recebimento e Armazenagem a Granel de Óleos Lubrificantes 9.5.1.

Recebimento

a) Verificar se o produto que está sendo entregue é o mesmo do pedido e da nota fiscal; b) Verificar se os lacres do caminhão estão intactos (não violados); c) Verificar se os freios do autotanque estão aplicados e suas rodas calçadas; d) Abrir a boca de visita (ou de carregamento) e a válvula de segurança da tubulação de saída; e) Utilizar uma mangueira de descarga para cada tipo de óleo lubrificante. Nunca usar as mangueiras de óleos lubrificantes para descarga de outros tipos de produtos e vice-versa; f) Colher uma amostra do óleo antes da descarga, em recipiente limpo e transparente; g) Terminada a descarga, escorrer bem o óleo da mangueira; Quando a mangueira não estiver sendo usada, proteger suas extremidades para evitar a entrada de sujeira e outros contaminantes; h) Manter limpa toda a instalação;

113

i) Manter uma pessoa responsável durante todo o processo de descarga.

9.5.2.

Armazenamento

a) Os tanques e instalações para armazenagem de óleos lubrificantes devem obedecer as Normas ABNT e A.N.P; b) O tanque pode ser aéreo ou subterrâneo, porém a primeira alternativa é preferível; c) Para cada tipo de óleo lubrificante deve haver uma linha de serviço; d) O tanque deve ser drenado regularmente; e) As linhas e os tanques devem ser identificados conforme cada tipo de produto; f) Para óleos lubrificantes muito viscosos, é conveniente utilizar aquecimento no tanque e na linha, devido às variações de temperatura.

9.5.3.

Descarte de Óleos Usados

Para as empresas que utilizam grande quantidade de óleos lubrificantes, a recuperação de determinados tipos de óleos para reutilização no mesmo ou outros fins constitui-se uma grande forma de economia. Através dos métodos de decantação, centrifugação e filtração é possível recuperar ou aumentar a vida útil dos lubrificantes industriais. Entretanto, sempre haverá uma parte que não poderá ser reaproveitada e que precisará ser descartada. Através de orientação estipulada pela A.N.P. - Agência Nacional do Petróleo é obrigatório captarem-se todas as sobras e envasá-las convenientemente em tanques ou embalagens limpas, para posterior revenda às empresas especializadas em recuperação e refinação de óleos lubrificantes, que posteriormente os revenderão para outros fins.

114

Órgãos criados especificamente para o controle da poluição ambiental, proíbem terminantemente o descarte de óleos lubrificantes em esgotos, afluentes, rios e mar. A queima de óleos lubrificantes em caldeiras e fornos não é permitida e aconselhada, pois, além de prejudicar os equipamentos e poluir o meio ambiente, são divisas do país que se queimam e que poderiam ser aproveitadas.

115

10. Lubrificação de Mancais 10.1. Lubrificação de Mancais Planos O traçado correto dos chanfros e ranhuras de distribuição do óleo lubrificante nos mancais de deslizamento é o fator primordial para se assegurar à lubrificação adequada. O orifício de introdução do óleo deve ficar localizado em uma porção do mancal não submetida à carga, ou seja, em um ponto de pressão mínima. Na área de pressão não deve haver ranhuras ou orifícios. A chamada área de pressão é delimitada por dois raios, que formam ângulos de 60°, com a direção da carga atuante sobre o mancal. As ranhuras devem possibilitar a rápida distribuição do óleo por todo o comprimento do mancal, evitar sua salda pelas extremidades e, finalmente, introduzi-lo na área de máxima pressão. Recomenda-se simplicidade no traçado de ranhuras. Geralmente uma ranhura longitudinal, de seção semicircular, cortada em toda a extensão axial do mancal, sem, entretanto, atingir suas extremidades, é a melhor solução para a distribuição do lubrificante. A seção semicircular com as extremidades arredondadas é a mais indicada, por apresentar boa capacidade em relação à profundidade e não ter cantos vivos ou arestas cortantes nas superfícies dos mancais. A capacidade de ranhura deve ser a estritamente necessária para o mancal. Eventualmente, pode ser útil uma ranhura auxiliar, também no sentido axial, imediatamente antes da área de pressão. Para melhor introdução do óleo na zona de suporte de carga, pode-se chanfrar a ranhura do lado da área de pressão. Neste caso, necessita-se levar em conta e sentido de rotação do eixo.

116

Direção de Rotação Direção da Pressão do Eixo Ranhura para óleo Chanfros Superfície Raspada

Figura 58

Mancais compostos por partes devem ter as, arestas de cada parte chanfradas para impedir que raspem o óleo. Os chanfros devem terminar a cerca de 12mm das extremidades a fim de evitar fuga do óleo. Quando o comprimento do mancal é superior a 200 mm são necessários mais de um ponto de introdução de óleo. Geralmente, estes pontos são interligados por ranhuras longitudinais. Para se efetuar a escolha da viscosidade adequada de um óleo ou consistência de uma graxa para um mancal é necessário serem considerados diversos fatores:

10.1.1.

Fatores de Escolha da Viscosidade/ Consistência

Adequada a) Geometria do mancal: dimensões, diâmetro, folga e mancal/ eixo; b) Rotação do eixo; c) Carga do mancal; d) Temperatura de operação do mancal; e) Condições ambientais: % temperatura % umidade

117

% poeira % contaminantes

f) Métodos de aplicação. Se as condições mecânicas dos mancais não impedirem a entrada de impurezas sólidas é preferível o emprego da graxa. Se houver ocorrência de água, a graxa é mais indicada, muito embora também se possa usar um óleo composto. Outro fator determinante do uso de graxas são as temperaturas muito elevadas, grandes cargas e rotações baixas (menos que 50 r.p.m.). Elas podem ser empregadas por meio de copos graxeiros, pistola, sistema centralizado ou em blocos. Exemplo típico de lubrificação por graxa em bloco, colocada sobre o mancal e deixada pingar sob a ação da temperatura, ocorre em fornos de cimento. Os mancais lubrificados a óleo podem ter lubrificação hidrodinâmica ou limítrofe. O primeiro caso ocorre quando a lubrificação é feita por circulação, banho, anel ou colar, ou seja, contínua. Os mancais lubrificados por anel são encontrados em muitos motores e transmissões, nos quais o eixo gira com rotação moderada. O anel tem diâmetro bastante maior que o eixo, gira solto, e sua parte: inferior mergulha em um banho de óleo dentro da própria caixa do mancal. Outro sistema de levar o óleo colocado em banho, na caixa do mancal, para o eixo, é o colar fixo que transporta o óleo até um raspador na parte superior que o encaminha à ranhura de distribuição, por meio de perfurações diagonais. Casos de lubrificação por película limítrofe ocorrem quando a alimentação do óleo é intermitente, isto é, feito por almotolia, ou por copos conta-gotas, copos de mecha, ou copos de vareta. No caso de lubrificação contínua, é essencial que, além de viscosidade adequada, o óleo tenha também boa resistência à oxidação. No caso de lubrificação intermitente, ou de uma só vez, as propriedades antioxidantes carecem de importância, aumentando de importância à tenacidade da película lubrificante. A velocidade do eixo e a temperatura do mancal em serviço são fatores preponderantes na seleção de viscosidade.

118

A velocidade aproximada de deslizamento, em metros por segundo, é obtida pela seguinte fórmula prática: Vd =

 NxD

20.000

Sendo Vd = velocidade de deslizamento (m/ s); N= velocidade de rotação do eixo (r.p.m.); D = diâmetro do eixo (mm). São consideradas baixas as velocidades inferiores à 1m/ s, médias entre 1 e 5 m/ s e altas, acima de 5m/s. São consideradas temperaturas altas em mancais as acima de 60°C e considera-se normal à temperatura de serviço do mancal entre 10°C e 60°C. Para uma é adequada escolha da viscosidade, sob diversas condições operacionais, devemos observar algumas recomendações (tabela 24).

10.2. Lubrificação dos Mancais de Rolamentos Os rolamentos axiais autocompensadores de rolos são lubrificados, normalmente, com óleo, todos os demais tipos de rolamentos podem ser lubrificados com óleo ou com graxa.

10.2.1.

Lubrificação a Graxa

Em mancais de fácil acesso, a caixa pode ser aberta para se renovar ou completar a graxa. Quando a caixa é bipartida, retira-se a parte superior; caixas inteiriças dispõem de tampas laterais facilmente removíveis. Geralmente só há necessidade de se efetuar esta operação semestral ou anualmente. Se o mancal for de grande tamanho ou a velocidade do munhão elevada, necessitando mais freqüentemente de graxa, a caixa deve possuir um bico graxeiro, cujo conduto leve a graxa aplicada.

119

Um dispositivo muito útil é a válvula de graxa que permite a salda automática do excesso de graxa. O excesso de graxa na caixa altamente, prejudicial. Regra geral, a caixa deve ser cheia apenas até um terço ou a metade de seu espaço livre com uma graxa de boa qualidade possivelmente à base de lítio. Observações: a) As graxas de cálcio podem ser usadas para rolamentos que funcionem sob temperaturas moderadas (máximo 60°C) e rotações baixas; b) As graxas de sódio são adequadas para rolamentos que operem sob condições isentas de umidade; c) A graxa apresenta sobre o óleo a vantagem de contribuir para a boa vedação, devem ficar cheios de graxa; d) Com qualquer graxa, as caixas devem ser cheias apenas até a metade de sua capacidade, no máximo.

10.2.2.

Lubrificação a Óleo

O nível de óleo dentro da caixa de rolamentos deve ser mantido baixo, não excedendo o centro do corpo rolante situado mais baixo. Também muito útil, em determinados casos, é o uso de lubrificação por neblina. A importância da viscosidade apropriada do óleo cresce com a elevação da rotação do eixo. Podemos conferir a viscosidade adequada do óleo em centistokes a 50°C, para diversas temperaturas de operação (tabela 26). É possível fazer a escolha correta da viscosidade do óleo e da consistência da graxa, para a lubrificação de, mancais de rolamentos, (tabelas 27 e 28).

10.3. Vedações Limpeza é a primeira consideração a ser observada para o bom funcionamento e longa duração em serviço de rolamentos. É essencial, pois, que as caixas de

120

rolamentos possuam boa vedação. Um dos tipos de vedação mais usados em rolamentos lubrificados a graxa é o feltro em tiras ou anéis. Para rolamentos lubrificados a óleo, a vedação adquire maior importância, ainda, pois precisa, também, reter o óleo na caixa. Empregam-se, também, os anéis de feltro ou de labirinto, ou ainda, vedadores de borracha sintética.

10.4. Intervalos de Lubrificação No caso de rolamentos lubrificados por banho de óleo, o perto do de troca de óleo depende, fundamentalmente, da temperatura de funcionamento do rolamento e da possibilidade de contaminação proveniente do ambiente. Em não havendo grande possibilidade de poluição, e sendo a temperatura inferior a 50°C, o óleo pode ser trocado apenas uma vez por ano. Para temperaturas em torno de 100°C este intervalo cai para 60 ou 90 dias. Também o intervalo de tempo para relubrificação à graxa dos rolamentos depende de uma série de fatores, como a temperatura, intimamente correlacionada é velocidade de rotação, e carga suportada. Os mancais de rolamentos de máquinas de papel, sujeitos a respingos de água, são lubrificados toda semana, com a graxa sendo introduzida com a máquina em funcionamento, até sair pelas vedações. Como a rotação é baixa, não há inconveniente em se encher por completo a caixa. Em casos normais, a quantidade de graxa para relubrificação pode ser calculada pela fórmula: Q = 0,005 x D x B Sendo Q = quantidade de graxa em gramas; D = diâmetro externo do rolamento, em milímetros; B = largura do rolamento, em milímetros. A seguir apresentamos curvas que pode servir como orientação para a fixação de intervalos de relubrificação a graxa de rolamentos radiais da série de diâmetro 3, dos mais usados. Os diâmetros internos (furos) dos rolamentos estão expressos, em mm, nas abscissas; as ordenadas indicam a rotação do munhão em r.p.m, as curvas dão o intervalo de relubrificação em horas de trabalho (tabela 24).

121

Tabela 24 Recomendações Gerais Mancais de Deslizamento

Lubrificados a óleo por circulação, salpico, banho, anel ou colar

Condições Operacionais

Temperaturas Máximas

1 – Rotação até 50 r.p.m. e pressões até 15 Kgf/ cm2

60°C 100°C

Faixas de Viscosidade SUS a 100°F 900/ 960 4300/ 4600

2 – Rotação de 50 a 200 r.p.m. e pressões até 15 Kgf/ cm 2

60°C 100°C

600/ 650 2200/ 2500

3 – Rotação de 200 a 2000 r.p.m. e pressões até 15 Kgf/ cm2

60°C

250/ 350

100°C

1600/ 1800

4 – Rotação a 2000 a 5000 r.p.m. e pressões até Kgf/ cm2

60°C 100°C

140/ 200 900/ 960

5 – Rotação acima de 5000 r.p.m. e pressões até 15 Kgf/ cm2

60°C 100°C

55/ 65 250/ 350

6 – Rotação até 50 r.p.m. e pressões de 15 a 80 Kgf/ cm 2

60°C 100°C

1600/ 1800 4300/ 4600

7 – Rotação de 50 a 200 r.p.m. e pressões de 15 a 80- Kgf/ cm 2

60°C 100°C

900/ 9600 3600/ 4000

8 – Rotação de 200 a 800 r.p.m. e pressões de 15 a 80 Kgf/ cm2

60°C 100°C

600/ 650 2200/ 2500

Tabela 25 Mancais de Deslizamento

Lubrificados a graxa

Condições Operacionais Cargas normais e temperaturas de – 20°C a 260°C Rotações baixas e temperaturas até 60°C Temperaturas de – 30°C a 180°C

Método de Aplicação espátula, bomba ou manual qualquer bomba, copo ou pino

Tabela 26 Temperatura de Operação Viscosidade a 50°C °C cSt 35 8 55 14 65 20

Tipo de base e Classif. NLGI Argila modificada, 1 Cálcio, 1 Múltipla aplicada, 1 ou 2

122

75 85 90 100 110

28 38 50 68 105 Tabela 27

Mancais de Rolamento Lubrificados a Óleo Temperatura °C Faixas de Viscosidade R.P.M. Ambiente Operação SUS a 100°F 250/ 350 500-3600 até 60 140/ 200 3600 60/ 100 Mínima - 10 500 900/ 960 500-3600 250/ 350 3600 140/ 200 500 2200/ 2600 acima de 120 500-3600 1600/ 1800 3600 600/ 700

Tabela 28 - DN = Diâmetro do eixo (mm) x rotação (r.p.m.). Graxas em Mancais de Rolamento Valor DN Máximo 250.000 500.000 750.000 250.000

Temperatura

Serviço

NLGI e Base

-30°C a 180°C -30°C a 180°C -20°C a 260°C

Motores elétricos, eixos verticais, vibrações, choques, altas pressões. Aplicação geral exceto os citados acima.

2-3 Múltipla aplicação 1–2 Múltipla aplicação 1 Argila Modificada 1 – 2 ou 3 Cálcio

0°C a 60°C

Cargas normais, qualquer serviço. Bomba D’água, indústria alimentícia.

123

Figura 59

124

11. Lubrificação de Motores de Combustão Interna 11.1. Métodos mais Comuns Os métodos usados para a lubrificação de motores de combustão interna variam consideravelmente. Entretanto, o dispositivo mais amplamente empregado consiste de um sistema de circulação sob pressão, para os mancais principais e cabeças da biela, com uma passagem secundária para o eixo de comando de válvulas e outros componentes. Os cilindros podem ser lubrificados pelo óleo lançado pela cabeça da biela ("Oil throw"), ou mediante alimentação direta proporcionada por lubrificadores mecânicos, ou ainda por meio de uma combinação de ambos. Os pinos dos êmbolos são lubrificados através de condutos de óleo situados na cabeça da biela, ou por "oil throw". Empregam-se os mesmos dispositivos em sistema de cárter úmido e de cárter seco: encontra-se o primeiro normalmente, em motores de alta velocidade, enquanto se utiliza o último em unidades estacionárias de grande porte, ou em motores marítimos e comumente providos de resfriador de óleo. Constituem exceções a esses casos gerais os motores horizontais do tipo de cárter aberto e os motores verticais de dois tempos, onde os mancais silos normalmente lubrificados por anel e a cabeça da biela por alimentação direta.

11.2. Lubrificação dos Mancais Os mancais não apresentarão problemas de lubrificação, enquanto estiverem recebendo quantidade adequada de lubrificante. Com efeito, a rotação do munhão apresenta tendência mecânica de formar e manter uma película de óleo entre as superfícies do mancal. As falhas de mancal se devem geralmente, à obstrução do suprimento de óleo, em conseqüência de defeito mecânico, ou a passagens entupidas ou ainda, a falhas do metal do mancal, motivadas pela natureza das solicitações a que é submetido durante o tempo motor.

125

Este último fenômeno pode acontecer com facilidade, se ocorrer elevação de pressão muito rápida por fatores, tais como defeito de injeção, uso de combustível de má qualidade, regulagem incorreta de ignição, etc. Os sistemas de circulação dos motores de combustão interna são necessariamente fechados, e o óleo fica exposto ao ar, no cárter, a temperaturas elevadas. O ar aquecido exerce sobre todos os óleos um efeito de oxidação bem acentuado, efeito que ainda mais se acentua quando o óleo se acha em estado de dispersão, como ocorre no cárter de um motor durante sua operação. Convém, por isso, que o óleo tenha resistência à oxidação, para evitar a deterioração rápida, que vem acompanhada de aumento de viscosidade, formação de borra e produção de ácidos. Com o emprego de certas ligas metálicas para mancais, mais sensíveis à corrosão do que o metal branco tem aumentado a necessidade de óleos com alta estabilidade à oxidação, especialmente nos casos de motores submetidos a severo regime de trabalho. Os problemas mais comuns encontrados nos sistemas de lubrificação de mancais em motores de combustão interna são originários do aumento ou da redução da viscosidade do óleo, da emulsificação ou da formação de depósitos. Estes depósitos, acumulando-se nas passagens de óleo, podem prejudicar a sua circulação e, em casos extremos, provocar a avaria do mancal. Problemas dessa natureza podem ocorrer independente mente da qualidade do óleo utilizado, devido à contaminação de várias espécies. Assim, a diluição do óleo pode ser causada pelo combustível não queimado que alcança as paredes do cilindro, relativamente fria, e passa dentro para o cárter. O combustível parcialmente queimado e o carbono, produtos de combustão imperfeita aumentam a viscosidade do óleo e eventualmente, depositam-se sob a forma de borra. Há também probabilidade da presença de água, resultante de vazamento em uma gaxeta, ou da condensação dos produtos de combustão em conseqüência de baixas temperaturas de operação. Este fenômeno pode também causar a sedimentação de borra através da formação de emulsões de óleo e água, especialmente se houver poeira ou outras partículas sólidas, mesmo em quantidades reduzidas.

126

Em face das considerações expostas, conclui-se que, para obtermos o máximo rendimento de um bom óleo lubrificante, é necessário prestar muita atenção às condições de combustão e impedir a entrada de impurezas no sistema.

11.3. Lubrificação dos Cilindros Em virtude do movimento alternativo de um êmbolo, sofre este uma parada momentânea no início e no final do seu curso, Este fato, associado is condições de alta temperatura e pressão encontradas na câmara de combustão, cria circunstâncias particularmente desfavoráveis à manutenção de uma película contínua de óleo entre os anéis do êmbolo e as paredes do cilindro. Assim, a lubrificação dos cilindros representa um problema bem mais difícil do que a lubrificação dos mancais. Na lubrificação dos cilindros, o óleo deve ser suficientemente fluido para alcançar sem demora as suas paredes, espalhando-se rapidamente, por ocasião da partida, com motor-frio. Os óleos muito viscosos podem falhar sob este aspecto e apresentam, além disso, maior tendência para formação de carbono. O óleo deve possuir estabilidade química para evitar a formação de depósitos gomosos, e queimar-se sem produzir resíduos carbonados, uma vez alcançada a câmara de combustão. Nos motores a gás se utiliza muitas vezes um gás úmido (conforme sua origem) e, neste caso, pode ser conveniente o uso de óleo composto. Entretanto, muitos dos problemas relacionados com os cilindros de motores de combustão interna são atribuídos não ao óleo lubrificante propriamente dito, mas à forma de combustão do combustível. Assim nos motores a gasolina, querosene e gasolina/ querosene, pode a formação de carbono e outros depósitos estarem freqüentemente relacionadas com defeitos provocados por ajustes incorretos do carburador, baixa temperatura de vaporização e regulagem incorreta de ignição. Os motores diesel são naturalmente sensíveis a qualquer deficiência de operação dos cilindros, porque a mistura do combustível e do ar se efetua após a introdução do combustível na câmara de combustão.

127

Os problemas estarão ligados às seguintes causas: a) medição incorreta do combustível, combustível, ou operação deficiente deficiente do sistema de injeção de combustível ou das válvulas; b) vazamento nos bicos injetores; c) pressão de injeção insuficiente; d) orientação incorreta incorreta do bico injetor injetor (no caso de injeção direta); e) lavagem ("scavenging") ("scavenging") incompleta incompleta (em motores de de 2 tempos); f) baixas temperaturas de operação; g) longos períodos em carga carga reduzida; reduzida; h) sobrecarga. A operação eficiente do motor depende da perfeita vedação da câmara de combustão. Por outro lado, essa vedação depende da película de óleo lubrificante e do funcionamento adequado dos anéis. Os depósitos de fuligem e substâncias gomosas dificultam o movimento dos anéis e facilitam a passagem do óleo para a câmara. Com isto se reduz a compressão, o que ocasiona combustão incorreta, superaquecimento e passagem de gases, passagem de combustível parcialmente queimado e impurezas para os anéis e ranhuras. Estas condições tendem a provocar a colagem dos anéis, desgaste excessivo e desempenho defeituoso do motor. Uma das principais funções do óleo lubrificante, através de seus aditivos, é impedir a formação de vernizes e depósitos nos êmbolos, anéis e ranhuras dos anéis. Para o desempenho adequado desta função, deve o óleo ser capaz de manter em solução as substâncias formadoras de vernizes, evitar a aglomeração e sedimentação.de impurezas insolúveis tais como partículas de fuligem e material carbonado, conservando-as em suspensão sob a forma de minúsculas partículas. Os óleos que, sob este aspecto, apresentam boas propriedades, são produzidos através da seleção cuidadosa do cru básico e mediante aplicação de processos especiais de refinação. Para condições de operação particularmente severas, que

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possam levar à colagem dos anéis, recomenda-se, em geral, o emprego de óleos com aditivos especialmente formulados. E o caso de motores diesel modernos, de alta velocidade, que operam com temperaturas elevadas no cárter e nos êmbolos.

11.4. Resfriamento dos Êmbolos Devido à combinação de esforços térmicos e mecânicos a que estão sujeitos os êmbolos dos motores diesel de grande porte, muitas vezes se emprega um sistema de resfriamento para os êmbolos. Visa-se com isso mantê-los em temperaturas relativamente uniformes, predominando atualmente a tendência geral de se usar óleo como meio de resfriamento, ao invés de água. Assim se evita a contaminação do óleo do cárter através de um possível vazamento de água pelas juntas. Seriam preferíveis sistemas separados para a lubrificação do cárter e resfriamento dos êmbolos. Normalmente, porém, se emprega um dispositivo tal, que o óleo do cárter seja, também, fornecido aos êmbolos. As altas temperaturas neles encontradas promovem a deterioração do óleo e a formação de depósitos,  justificando-se, assim, o emprego de óleos de alta estabilidade química.

11.5. Purificação do Lubrificante A contaminação e a deterioração do lubrificante são inevitáveis na prática, apesar dos cuidados tomados a fim de impedi-las. Torna-se, pois, necessário submetê-lo a uma purificação periódica ou contínua. Certos métodos, algumas vezes aplicados para a purificação de lubrificantes minerais puros, não se prestam para lubrificantes com aditivos. Processos de filtração puramente mecânicos são bastante satisfatórios, mas, em geral, deve-se evitar a lavagem com água ou o emprego de substâncias altamente absorventes, como a terra ativada, e qualquer outro método de purificação de óleo que implique no uso de substâncias químicas (coagulantes alcalinos, por exemplo). Convém ressaltar que a adequada purificação de lubrificantes possibilita grande espaçamento nos períodos de troca de óleo, porém não dispensa a necessidade

129

desta troca, em virtude de não ser possível evitar a deterioração natural do lubrificante.

11.6. Purificação do Ar Um motor de pistão consome, para cada litro de combustível, um volume de ar aproximadamente igual a 14m3, medido nas condições normais de temperatura e pressão. Se levarmos em consideração que o ar, via de regra, contém partículas abrasivas em suspensão, tais como areia, argila, poeira, etc., verificasse a grande importância que assume a purificação adequada do mesmo para os motores de combustão interna. Se a filtração do ar não for adequada, as partículas abrasivas nele contidas não provocarão o desgaste prematuro dos cilindros e dos êmbolos. Além disso, as partículas também poderão passar para o óleo lubrificante e, nesse caso, se o filtro de óleo não retiver esses abrasivos, eles causarão fatalmente o desgaste de outras partes do motor, tais como mancais, engrenagens hastes de válvula, etc. Estudos comparativos têm demonstrado que o mau funcionamento do filtro de ar acarreta conseqüências bem mais desastrosas que o mau funcionamento do filtro de óleo.

11.7. Purificação do Combustível O combustível circula através de mecanismos de alta precisão, tais como bombas, bicos injetares etc. Compreende-se, pois, que se o combustível não for adequadamente purificado e contiver partículas abrasivas (areia, ferrugem, etc.), estas partículas determinarão acentuado desgaste do sistema, em virtude das altas pressões (da ordem de 300 atmosferas) em que opera. A purificação pode ser realizada por meio de simples microfiltragem ou por centrifugação. Ela é tão importante para o perfeito desempenho do sistema de injeção que, comumente, encontram-se filtros metálicos porosos incorporados à própria bomba e injetor.

130

11.8. Sistema de Lubrificação Sob Pressão O sistema de lubrificação sob pressão, lubrifica as partes vitais do motor desde a bomba de óleo. As partes que se incluem na lubrificação são as bronzinas de mancais centrais e de biela, buchas de eixo comando de válvulas, buchas de pé de biela (do pino do pistão) e em alguns sistemas de pressão também os mecanismos de corrente de distribuição, e das válvulas. 7

6

4

Sistema de Lubrificação do Motor Cummins Série N/ NT/ NTA – 855

3 2

9

8 1

10

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Bomba de óleo Para o arrefecedor de óleo Saindo do arrefecedor de óleo Bico pulverizador de arrefecimento do pistão Galeria principal de óleo Buchas da árvore de comando Lubrificação para a parte superior do motor  Mancais principais Passagem para lubrificação das bielas Linha sinalizadora da pressão do óleo na galeria principal

5

Figura 60 - Sistema de lubrificação.

11.8.1.

Sistema de Lubrificação por Salpique

Em um sistema típico de lubrificação por salpique, o óleo é bombeado do cárter para umas depressões em uma bandeja (dentro do cárter). Em cada volta do eixo de manivelas, a biela recolhe com seu pesca dor o óleo e o salpica a todas as bronzinas do motor.

11.8.2.

Sistema de Lubrificação Combinado Sob Pressão e

Salpique Alguns tipos de motores utilizam um sistema misto ou combinado de lubrificação, isto é, algumas peças ou partes são lubrificadas sob pressão, por intermédio da bomba e dos canais de óleo que compreendem o circuito de lubrificação, outros componentes são lubrificados por salpique através de borrifos de óleo lançados pelas bielas em movimento.

131

12. Fluidos Hidráulicos 12.1. Principais Fluidos Os principais fluidos hidráulicos utilizados são: a) água; b) óleos minerais; c) fluidos sintáticos; d) fluidos resistentes ao fogo: - emulsões de óleo em água (óleos solúveis); - soluções de glicol em água; - fluidos sintéticos não aquosos.

12.1.1.

Água

É empregada principalmente em velhos e pesados sistemas tais como pontes levadiças, comportas, etc. Ela é encontrada em abundância na natureza, sendo o mais barato dos fluidos conhecidos. Praticamente não apresenta variação é de viscosidade com a temperatura e quimicamente compatível com quase todos os materiais dos retentores. Apresenta ainda a vantagem de quase não sofrer aumento de temperatura em operação devido ao seu alto poder refrigerante. Entretanto, seu emprego como meio hidráulico é restrito, devido às desvantagens que apresenta, tais como: provoca a corrosão, suas propriedades lubrificantes são insignificantes, e só pode ser empregada em uma faixa de temperatura relativamente pequena.

12.1.2.

Óleos Minerais

É o fluido hidráulico mais usado. Afora a água, é o fluido mais barato, sendo compatível com a maioria dos materiais comumente encontrados nos sistemas. Suas propriedades lubrificantes são bastante conhecidas, e a faixa de temperatura

132

para sua utilização é bem ampla. Apresentam também compressibilidade superior a da água.

12.1.3.

Fluidos Sintéticos

São compostos químicos que podem trabalhar acima dos limites dos óleos minerais. São eles: éteres complexos, silicatos, silicones, aromáticos de alto peso molecular (polifenilas e éteres de fenila). Estes fluidos são de custo mais elevado devido aos problemas de fabricação, e dentro de certos limites satisfazem plenamente todas as necessidades dos sistemas hidráulicos, Ao contrário dos óleos minerais, podem não ser compatível com alguns componentes do sistema. Por esta razão, é preciso cuidado na escolha do fluido sintético a ser usado.

12.1.4.

Fluidos Resistentes ao Fogo

Muitos compostos químicos se enquadram nesta categoria, porém os comumente utilizados são: emulsões de óleo em água, soluções de glicol em água e fluidos não aquosos. As emulsões de óleo em água são algumas vezes usadas em sistemas hidráulicos normais, enquanto os outros somente são empregados em casos específicos.

12.2. Escolha do Fluido Hidráulico Na seleção do fluido hidráulico, devemos inicialmente verificar não só o tipo de sistema, mas também as condições a que o fluido será submetido. Conforme foi visto anteriormente, os requisitos básicos para que um fluido seja utilizado como meio hidráulico, são que sejam virtualmente incompressíveis e suficientemente fluidos para permitir eficiente transmissão de energia. São também essenciais boas propriedades lubrificantes.

133

A característica mais importante a ser observada na escolha de um fluido hidráulico é a viscosidade. A bomba é o coração do sistema hidráulico e sua eficiência depende essencialmente da viscosidade do fluido a ser bombeado. Ela deve estar dentro dos limites especificados pelo fabricante da bomba. De uma maneira geral, são aceitáveis as seguintes faixas de viscosidade: Tabela 29 - Faixas de viscosidade. Bomba de Palhetas

- 100 a 300 SUS a 100°F

Bomba de Engrenagem - 300 a 500 SUS a 100°F Bomba de Pistão

- 250 a 900 SUS a 100°F

O fluido deverá ter alto índice de viscosidade, para que sua viscosidade não varie muito, caso seja submetido a variações de temperatura acentuadas em serviço. O ponto de fluidez deverá ser baixo, para que o fluido possa escoar livremente quando tiver que enfrentar temperaturas muito baixas. O fluido deverá ainda apresentar alta estabilidade à oxidação capacidade de impedir a corrosão, propriedades antiespuma, e alta emulsibilidade. Freqüentemente são incorporados aditivos para melhorar as características, acima citados. Também se costuma adicionar aditivos para prevenir o desgaste dos componentes mecânicos do sistema.

12.3. Características do Fluido Hidráulico Ideal a) Ser incompressível; b) Ser bom lubrificante e compatível com os materiais componentes do sistema; c) Possuir altíssimo índice de viscosidade, ou seja, mínima variação de viscosidade em uma faixa de temperatura muito ampla (-50 a 260°C); d) Ter um ponto de fluidez extremamente baixo;

134

e) Ser quimicamente estável em serviço mesmo em altas temperaturas e proteger as superfícies metálicas da corrosão; f) Possuir grande resistência ao cisalhamento; g) Não ser tóxico; h) Baixo custo e grande disponibilidade; i) Liberar ar instantaneamente e se separar rapidamente da água;  j) Não ser inflamável; k) Não absorver ar nem umidade; l) Grande capacidade de transferir calor.

12.4. Controle de Uso de Óleos Hidráulicos A vida de um óleo em serviço é normalmente determinada por: a) quantidade de contaminantes; b) oxidação. As substâncias contaminantes que podem estar presentes nos sistema são: poeira, fragmentos de desgaste, limalhas que eventualmente tenham penetrado no sistema, ferrugem, etc. Não há limites definidos para controle, porém somente 0,02% em peso podem contribuir para acelerar o desgaste. Por esta razão, o sistema deve possuir uma filtragem perfeita. A oxidação causa aumento da viscosidade e do número de neutralização. Se ele trabalha em condições normais, o processo será lento, garantindo uma longa vida do óleo. Todavia, se houverem pontos excessivamente quentes no sistema, juntamente com a presença de ar, umidade e substâncias catalisadoras, ela pode ser acelerada violentamente, culminando com a formação de borra e vernizes. Portanto, caso, a viscosidade e o número de neutralização aumentam rapidamente, é necessário verificar a razão do mau funcionamento do sistema, De maneira geral, o óleo deve ser trocado em períodos de seis meses a dois anos. Quando a quantidade de óleo do sistema justificar, deve-se analisar a acidez,

135

viscosidade, água e contaminantes. O limite máximo permissível para o TAN é 2 mg/ KOH/ g. Contudo, o óleo deve ser trocado no máximo a cada dois anos, mesmo que suas características estejam dentro dos limites permissíveis, pois com o tempo pode ocorrer a depleção dos aditivos. Quando da troca do óleo, é aconselhável a lavagem do sistema com um "flushing oil", pois se constatou na prática que 10% do óleo usa do pode reduzir em até 75% a vida do óleo novo. Recomenda-se fazer a lavagem a 100°F, passando o óleo por um filtro externo até a limpeza total. Após a lavagem com o flushing oil, circular inicialmente, a mínima quantidade de óleo hidráulico, para depois se completar o nível.

136

13. Referências ESSO BRASILEIRA DE PETRÓLEO LTDA. Manuseio e estocagem de lubrificantes. 2. ed., [S.l.]: ESSO, 1991. PETROBRÁS DISTRIBUIDORA S.A. Lubrificantes, fundamentos e aplicações. Rio de Janeiro: PETROBRÀS, s.d. v. 1. SOARES FILHO, Paulo Sérgio Pieve. Princípios básicos de lubrificação. [S.l]: Tutele lubrificantes, s.d. VIDAL, Roberto S.; ROCCA, Jairo E. Lubrificação I. Vitória. 1999.  ______. Lubrificação II.  Vitória. 2003.

ANEXOS

138

ANEXO A - Noções Básicas de Manutenção Preditiva de Óleo e Desgaste Ferrografia – Controlando o Desgaste de Máquinas Resumo: A Ferrografia é uma técnica de monitoramento e diagnose de condições de máquinas. A partir da quantificação e análise da morfologia das partículas de desgaste (limalhas), encontradas em amostras de lubrificantes, determinam-se: tipos de desgaste, contaminantes, desempenho do lubrificante etc. Com estes dados torna-se possível à tomada de decisão quanto ao tipo e urgência de intervenção de manutenção necessária. A Ferrografia é classificada como uma técnica de Manutenção Preditiva, embora possua inúmeras outras aplicações, tais como desenvolvimento de materiais e lubrificantes. O trabalho apresenta os conceitos básicos da Ferrografia bem, como casos históricos reais de solução de problemas.

1. Histórico A Ferrografia foi desenvolvida, originalmente, para aplicações na aeronáutica militar em 1975 pelo Dr. Vernon C. Westcott nos EUA sob o patrocínio da Naval Air Engineering Center. O objetivo foi à obtenção de maior confiabilidade no diagnóstico de condições de máquinas, tais como caixas de engrenagem e turbinas de helicópteros militares. O principal motivo de seu desenvolvimento deve-se às limitações que outras técnicas apresentam. Vários eram os casos onde o alcance destas técnicas não podia antecipar a ocorrência de defeitos e apontar as reais causas de desgaste. Em 1982 a Ferrografia foi liberada para uso civil e trazida para o Brasil em 1988.

2. Princípios Os princípios básicos são: a) Toda máquina se desgasta; b) O desgaste gera partículas;

139

c) O tamanho e a quantidade das partículas indicam a severidade do desgaste; d) A morfologia e o acabamento superficial das partículas indicam o tipo de desgaste.

3. Processo A amostragem é feita com a máquina em funcionamento ou momentos após a sua parada, de forma a ser evitada a precipitação das partículas. O ponto de coleta deve estar localizado o mais próximo possível da fonte de geração de partículas. No caso de sistemas circulatórios, uma válvula na tubulação de retorno do óleo é o ponto ideal. Quando inacessível, drenos em reservatórios ou amostragem por meio de bombas de coleta são alternativas válidas. O maior cuidado está em se evitar pontos após filtros ou regiões onde não ocorra homogeneização. Enviadas ao laboratório, as amostras serão analisadas por dois tipos de exames: Quantitativo e Analítico.

4. Exame Analítico (AN) Permite a observação visual das partículas para que sejam identificados os tipos de desgaste presentes. Sobre uma lâmina de vidro (ferrograma) bombeia-se lentamente a amostra. As partículas são depositadas e posteriormente examinadas com o auxílio de um microscópio ótico especial (ferroscópio). O ferrograma possui 25 x 60 x 0,7 mm. Montado no ferrógrafo analítico sofre a ação de um campo magnético cuja distribuição das linhas de força não é uniforme, mas de intensidade menor na entrada do fluxo e, num gradiente crescente, tem sua intensidade máxima na saída. Desta forma, à medida que a amostra flui por sobre a lâmina, as partículas ferromagnéticas de maior tamanho são depositadas logo na entrada. Avançando-se

140

no ferrograma encontramos as partículas de tamanhos menores. Na saída observamos as partículas de até 0,1 µm. Estas partículas são identificadas pela forma com que se alinham, seguindo a direção das linhas de força do campo magnético. As partículas paramagnéticas ou não magnéticas (ligas de cobre, alumínio, prata, chumbo etc. e contaminantes como areia, borracha, fibras de pano, papel etc.) depositam-se de forma aleatória. São encontradas ao longo de todo ferrograma. Ao final do bombeamento da amostra, circula-se um solvente especial, isento de partículas, que "lava" o ferrograma, levando consigo o lubrificante. Até 98% das partículas presentes na amostra permanecem retidas na lâmina. Após a secagem, o ferrograma está pronto para ser examinado no ferroscópio. O ferrograma pronto tem a aparência da figura. Todo material utilizado na ferrografia é descartável. Um ferrograma, com cuidados especiais pode ser armazenado por até 4 anos. Ferrógrafo Analítico Modelo FM III Ar Filtrado Ferrograma

Tubo de ensaio com amostra de lubrificante

Campo magnético de intensidade crescente segundo um gradiente ao longo do ferrograma.

Figura 61

Cada tipo de desgaste pode ser identificado pelas diferentes formas que as partículas adquirem ao serem geradas. O desgaste mais comum é a Esfoliação. São partículas geralmente de 5 µm, podendo atingir 15 µm. Sua forma lembra flocos de aveia. A Esfoliação é gerada sem a necessidade de contato metálico, mas apenas pela transmissão de força tangencial entre uma peça e outra por meio do filme lubrificante. A quantidade e o tamanho destas partículas aumentarão caso a espessura do filme seja reduzida

141

devido à sobrecarga, diminuição da viscosidade do óleo, diminuição da velocidade da máquina etc. Outro desgaste bastante comum é a Abrasão. Gera partículas assemelhadas a cavacos de torno com dimensões de 2 a centenas de mícron. A principal causa para este tipo de desgaste é a contaminação por areia. Os pequenos grãos de areia ingeridos pela máquina se incrustam, por exemplo, num mancal de metal patente e o canto vivo exposto "usina" o eixo que está girando, tal qual um torno mecânico. De forma geral, considera-se como indício de problema partículas maiores que 15 µm. Os vários tipos de partículas observadas pela ferrografia recebem nomes que representam ora o tipo do desgaste (Esfoliação, Abrasão, Corrosão etc.), ora sua forma (Laminares, Esferas etc.) ou ainda a natureza (Óxidos, Polímeros, Contaminantes Orgânicos etc.). Barreira química limitadora da região do fluxo da amostra

Saída

Entrada referência

56mm

0mm

Partículas > 5 μm

Partículas < 0,1μm

Figura 62

Existem regras bem definidas para a representação da taxa de incidência de cada tipo de partícula num ferrograma. A representação da análise é feita de forma gráfica, onde barras horizontais indicam a incidência. No anexo temos alguns exemplos.

5. Exame Quantitativo (DR) Na Ferrografia Quantitativa, ou ferrografia de leitura direta (Direct Reading = DR) utiliza os mesmos princípios da ferrografia analítica. A diferença está no formato do corpo de prova e no método de leitura.

142

O corpo de prova (conjunto tubo precipitador) é formado por uma mangueira de PTFE, um tubo de vidro e uma mangueira de drenagem. O tubo de vidro é instalado sobre o campo magnético especial, da mesma forma que o ferrograma. Duas regiões deste tubo são iluminadas de baixo para cima por uma fonte de luz controlada. A sombra formada pelas partículas que se depositam no tubo é observada por fotocélulas ligadas ao circuito microprocessado. Assim como no ferrograma, as partículas se precipitam de forma ordenada por tamanho. O tubo precipitador é divido em duas regiões onde se encontram as partículas maiores que 5 µm, chamadas Grandes (Large = L) e menores ou iguais a 5 µm, chamadas Pequenas (Small = S). A unidade utilizada na ferrografia quantitativa é exclusiva e arbitrada. Para 50% da área do tubo coberta por partículas foi arbitrado o número 100, adimensional. A leitura fornecida pelo instrumento é diretamente proporcional à concentração de partículas da amostra. Ferrógrafo Quantitativo

MicroProcessador  Tubo de Ensaio com Amostra

37.4

18.7

Conjunto Tubo Precipitador 

Fonte de luz e canais de fibras óticas

Figura 63

O manuseio dos valores de L e S permite várias interpretações, tais como: L+S = concentração total de partículas PLP = (L-S)/(L+S)*100 = modo de desgaste IS = (L2 - S2)/diluição2 = índice de severidade

143

Os resultados obtidos com a ferrografia quantitativa são utilizados principalmente na análise de tendências.

6. Cronograma de Monitoramento Assim como em outras técnicas de Manutenção Preditiva, os primeiros exames são utilizados na determinação da referência da máquina (base-line). Para cada tipo de máquina estabelecem-se diferentes periodicidades nos exames quantitativos (DR) e analíticos (AN). A título de exemplo, temos: a) DR a cada 30 dias; b) AN a cada 90 dias ou quando algo anormal é apontado pelo DR; c) Nas duas primeiras amostras efetuam-se DR + AN para determinação da base-line.

7. Comparação com Outras Técnicas Tendo sido entendido os princípios e o processo, podemos efetuar uma comparação rápida entre as técnicas atualmente disponíveis.

8. Análise de Vibrações A análise de vibrações é, junto com a ferrografia, a melhor associação de técnicas para monitoramento. Considerando-se que a intensidade da vibração é diretamente proporcional à excitação (força) e ao grau de mobilidade do sistema (resiliência e folgas), pode-se concluir que, o aumento da vibração nos indicará alterações no estado da máquina. Tomemos, para raciocínio, o monitoramento de um ventilador e dois problemas muito comuns e simples: a) Desbalanceamento: por um motivo qualquer, um ventilador se desbalanceia. O desequilíbrio resultará em aumento da força com conseqüente aumento da

144

vibração. Os esforços decorrentes afetarão os mancais, desgastando-os e produzindo partículas. Estas partículas serão detectadas pela ferrografia. Mas antes que isto ocorra, o aumento da vibração pode ser acusado facilmente pela análise de vibrações, antecipando-se a ferrografia; b) Contaminação: imaginemos a entrada de contaminante sólido (areia) no mancal. Sua presença provocará um desgaste que aumentará a folga. O aumento da folga progredirá até que, vencidos os limites de sensibilidade do medidor de vibrações Ato contínuo, a análise das vibrações indicará que temos um mancal danificado e deve ser trocado. Entretanto, a ferrografia percebe a anormalidade antes que tenhamos danos. Conclui-se que temos uma máquina onde o uso conjunto das duas técnicas é a melhor opção.

9. Espectrometria A espectrometria de absorção atômica ou de emissão ótica, em termos gerais, indica a presença dos elementos químicos. A amostra é introduzida numa câmara de combustão e os materiais presentes são "desintegrados" até o seu nível atômico. Cada elemento químico possui freqüências particulares, como "impressões digitais”, tornando possível sua identificação. Entretanto, esta técnica não consegue detectar partículas maiores que 8 µm (a média de limite de detecção está em torno de 5 µm). Ora, se a maioria dos problemas gera partículas maiores que 15 µm, é fácil perceber que estamos limitados em nossa resolução. Temos ainda o fato de que não podemos, com a espectrometria, perceber que tipo de desgaste, pois não podemos visualizar as partículas. Temos ainda uma confusão bastante comum. Imaginemos uma amostra com partículas decorrentes de pitting em aço de baixo teor de liga (rolamentos), esfoliação em aço cementado (engrenagens), e ferrugem da carcaça. Enquanto que na Ferrografia podemos distinguir cada uma delas, o resultado espectrométrico nos indicará apenas que temos presente o elemento químico ferro.

145

Por outro lado, apenas com a espectrometria podemos identificar se um certo aditivo ainda esta presente. Concluímos que a espectrometria nos auxilia apenas quando desejamos avaliar o lubrificante em si.

10. Exames Físico-Químicos São ensaios importantes, mas destinados apenas a avaliar as condições do lubrificante. A medição da acidez, por exemplo, poderia nos indicar o momento de troca do óleo. São vários os casos, todavia, em que encontramos máquinas onde, apesar de ter sido dado como em boas condições, o lubrificante estava afetando a máquina com desgaste corrosivo (partículas de tom marrom, translúcidas e menores que 1 µm). São de certa forma, técnicas auxiliares para a ferrografia.

11. Aplicações A ferrografia vem sendo aplicada no Brasil desde 1988, cobrindo máquinas dos mais variados tipos e aplicações, lubrificadas seja por óleo ou por graxa. As condições básicas para sua aplicação são: a) existência de lubrificante; b) possibilidade de coleta preferencialmente com a máquina em operação; c) possibilidade de coleta em partes da máquina com a menor interferência de contaminação possível.

12. Tipos de Máquinas As mais variadas aplicações e ramos de atividade se beneficiam da ferrografia. Citamos alguns exemplos: a) Caixas de engrenagem (Redutores e Multiplicadores);

146

b) Máquinas alternativas (Compressores e Motores a explosão, Motores hidráulicos); c) Turbo-máquinas (Turbinas e Turbo-compressores); d) Máquinas rotativas (Compressores de parafuso e Motores elétricos); e) Circuitos hidráulicos (De potência ou de controle); f) Mancais diversos (Rolamento ou Deslizamento); g) Transformadores elétricos (como técnica de apoio á cromatografia). Existem aplicações até na área médica na avaliação de próteses ortopédicas "in vivo".

13. Escolha de Máquinas a Serem Monitoradas O porte da máquina não é levado em conta. Já no Brasil máquinas de poucos quilowatts a centenas de megawatts são monitoradas por ferrografia. Citamos os fatores mais importantes na determinação das máquinas a serem monitoradas: Custo: a) máquinas de importância no processo produtivo; b) máquinas

que

apresentam

dificuldades

de

manutenção

(acesso

ou

sobressalentes raros); c) equipamentos cuja parada implica em perdas de matéria prima cara. Segurança: a) locais onde a parada/ quebra implica em risco ao patrimônio; b) risco ao ser humano ou ambiente. Qualidade: a) equipamentos cuja parada, quebra ou perda de performance afeta a qualidade do produto.

147

14. Casos Históricos Os resultados dos exames, na forma gráfica, estão no anexo I.

15. Efeito da Viscosidade Redutor de velocidade de uso em equipamento ferroviário. O primeiro ferrograma indica alta concentração de partículas de Esfoliação. Com a alteração da viscosidade de ISO 150 para ISO 220 o desgaste diminuiu. O tipo de óleo e o fabricante não foram alterados. 16. Prolongamento de Vida Útil Compressor de ar tipo parafuso. O monitoramento permitiu que fosse postergada a intervenção programada regular de 10.000 horas para 26.000 horas. Cada intervenção está estimada em US$ 18.000. A parada para manutenção foi decida apenas quando se observou aumento na concentração de partículas. A desmontagem confirmou problemas em rolamento e dentes de engrenagem.

17. Indicação de Defeito Compressor frigorífico. Tendo sido cumpridas aproximadamente a metade das horas entre intervenções programadas, a presença de partículas de desgaste. Severo e Abrasão em aço, em metal patente e em bronze, indicaram a necessidade de intervenção. Os dois ferrogramas subseqüentes mostram as condições antes e após a intervenção.

18. Limitação de Ensaios Convencionais em Óleos Lubrificantes Regulador de velocidade de turbina hidráulica para geração de energia elétrica (concessionária).

148

Apesar dos ensaios físico-químicos (viscosidade, acidez, espectrometria por infravermelho e por absorção atômica, insolúveis, contagem de partículas, indução à oxidação etc.) terem aprovado a carga de óleo em uso, a unidade sofria interrupções por travamento do conjunto eletro-hidráulico de regulação. Os exames ferrográficos apontaram a presença de Gel. São partículas resultantes da oxidação do óleo, com forma polimérica e capazes de entupir as pequenas folgas do regulador.

19. CONCLUSÃO A ferrografia é uma técnica poderosa e de grande valia na diagnose de condição de máquinas, trazendo os seguintes benefícios comprovados: a) aumento da vida útil pela indicação de problemas ainda insipientes; b) redução dos custos de manutenção pela postergação científica de paradas programadas; c) redução nas paradas de emergência; d) aumento da disponibilidade operacional; e) desenvolvimento de melhores materiais, lubrificantes e métodos de manutenção.

20. Bibliografia 1 A. Reda, E. R. Bowen and V. C. Westcott. Characteristics of particles generated at the interface between steel surfaces, Wear, 34 (1975) 261 - 273. 2 Daniel P. Anderson and Malte X. Lucas, Rotrode. Filter Spectroscopy, presented at the Joint Oil Analysis Program - Condition Monitoring International Conference, Nov 1992. 3 Daniel P. Anderson - Notas de aulas compiladas por T. D'A. Baroni e G. F. Gomes.

149

4 E. R. Bowen and V. C. Westcott, Wear Particle Atlas, Final Rep. to Naval Air Enginnering Center , Lakehurst, N.J., Julho de 1976, last revision 1982. 5 Guilherme Faria Gomes e Tarcísio D'Aquino Baroni - Aplicações Industriais da Ferrografia - Apostila. 6 O'Connor and Boyd, Standard Handbook of Lubrication Engineering, MacGraw Hill. 7 Tarcísio D'Aquino Baroni e Guilherme Faria Gomes - Exames realizados no Laboratório de Ferrografia da Reprin. 8 Tarcísio D'Aquino Baroni e Guilherme Faria Gomes - Resultados Práticos Obtidos com a Ferrografia no Brasil. I Seminário de Manutenção Preditiva. São Paulo-SP, junho/ 95.

150

ANEXO B - COLETA DE AMOSTRA PARA FERROGRAFIA (Resumo) 1) AMOSTRA DE ÓLEO Utilizar preferencialmente frascos de 150ml. O volume de óleo de ser de 100 a 120ml, deixando-se pelo menos 1/3 do espaço livre, para permitir a homogeneização da amostra. Excesso de óleo deve ser imediatamente descartado. A amostra deverá ser coletada de preferência com a máquina operando ou logo depois de parada, para evitar a sedimentação da maioria das partículas. Não coletar logo após troca ou grande adição de óleo nem de máquina que entrou em operação há pouco tempo. Aguardar pelo menos 72h de trabalho e efetuar a coleta com óleo quente. 2) COLETA DE TUBULAÇÕES Em tubulações de pressão ou retorno, coletar a amostra antes do filtro, de preferência através de válvula, purgando-se o trecho tubulação-válvula antes de verter no frasco. 3) COLETA DE RESERVATÓRIO, CARTER, CAIXA DE ENGRENAGENS a) Coletar com bomba de

coleta ou

por imersão (boca

para baixo)

aproximadamente na metade do nível do reservatório. b) Coletar do indicador de nível, purgando antes o volume morto. c) Coletar com bomba através da entrada da vareta de nível, utilizando mangueira de mesmo comprimento que a vareta. d) Coletar da descarga do retorno ao reservatório. e) Coletar do dreno, depois de limpar a região em volta e de purgar o volume morto (se houver tubo instalado) e mais 1/2 litro de óleo. 4) COLETA DE MANCAIS a) Coletar com bomba através da janela de enchimento. b) Coletar através do indicador de nível.

151

c) Coletar do dreno, depois de limpar a região em volta e de purgar 100 ml de óleo. 5) ÓLEOS COM ESPUMA (Freon, Amônia etc) Utilizar os processos acima, porém em etapas para assentamento da espuma. Efetuar purgas entre assentamentos de espuma, não movimentando a válvula sobre o frasco de coleta. 6) AMOSTRA DE GRAXA a) Abrir a tampa e coletar com espátula algumas gramas da graxa da região de carga. b) Injetar graxa pelo pino graxeiro até que comece a sair pelo dreno à graxa trabalhada, reconhecível pela cor ou por avaliação de volume. Efetuar limpeza rigorosa da região em volta do dreno.

152

ANEXO C - Manutenção Preditiva Uma empresa vinha desenvolvendo de modo satisfatório um programa de manutenção, porém, o relatório final de produção indicava a possibilidade de aperfeiçoamentos no processo. Estudos posteriores revelaram que, para aperfeiçoar o processo com ganhos de produção, era preciso, entre outros procedimentos, incluir a manutenção preditiva no programa de manutenção. Após muitas reuniões entre dirigentes, gerentes, encarregados, supervisores e operários, chegou-se ao consenso de que a empresa, para instalar um programa de manutenção preditiva, precisaria, antes de qualquer coisa, capacitar uma equipe em manutenção preditiva e orientar todo o pessoal por meio de treinamentos específicos. O tema desta aula é a manutenção preditiva e a importância de sua aplicação.

1. Conceito de manutenção preditiva Manutenção preditiva é aquela que indica as condições reais de funcionamento das máquinas com base em dados que informam o seu desgaste ou processo de degradação. Trata-se da manutenção que prediz o tempo de vida útil dos componentes das máquinas e equipamentos e as condições para que esse tempo de vida seja bem aproveitado. Na Europa, a manutenção preditiva é conhecida pelo nome de manutenção condicional e nos Estados Unidos recebe o nome de preditiva ou previsional.

2. Objetivos da manutenção preditiva Os objetivos da manutenção preditiva são: a) determinar, antecipadamente, a necessidade de serviços de manutenção numa peça específica de um equipamento; b) eliminar desmontagens desnecessárias para inspeção;

153

c) aumentar o tempo de disponibilidade dos equipamentos; d) reduzir o trabalho de emergência não planejado; e) impedir o aumento dos danos; f) aproveitar a vida útil total dos componentes e de um equipamento; g) aumentar o grau de confiança no desempenho de um equipamento ou linha de produção; h) determinar previamente as interrupções de fabricação para cuidar dos equipamentos que precisam de manutenção. Por meio desses objetivos, pode-se deduzir que eles estão direcionados a uma finalidade maior e importante: redução de custos de manutenção e aumento da produtividade.

3. Execução da manutenção preditiva Para ser executada, a manutenção preditiva exige a utilização de aparelhos adequados, capazes de registrar vários fenômenos, tais como: a) vibrações das máquinas; b) pressão; c) temperatura; d) desempenho; e) aceleração. Com base no conhecimento e análise dos fenômenos, torna-se possível indicar, com antecedência, eventuais defeitos ou falhas nas máquinas e equipamentos.

154

Figura 64

A manutenção preditiva, após a análise dos fenômenos, adota dois procedimentos para atacar os problemas detectados: estabelece um diagnóstico e efetua uma análise de tendências.

4. Diagnóstico Detectada a irregularidade, o responsável terá o encargo de estabelecer, na medida do possível, um diagnóstico referente à origem e à gravidade do defeito constatado. Este diagnóstico deve ser feito antes de se programar o reparo.

5. Análise da Tendência da Falha A análise consiste em prever com antecedência a avaria ou a quebra, por meio de aparelhos que exercem vigilância constante predizendo a necessidade do reparo. Graficamente temos:

155

Falha Tendência extrapolada O eng. responsável diagnostica o defeito e Manutenção efetuada prevê a manutenção Nível normal de funcionamento

O defeito se desenvolve

Tempo Medidas periódicas normais

Duração entre as medidas diminui; o defeito se desenvolve

Figura 65

O esquema a seguir resume o que foi discutido até o momento. Manutenção Preditiva

Condições de Intervenção

Intervenção condicionada pelos dados de um parâmetro significativo.

Dados para Diagnóstico

Os recursos utilizados permitem fazer análise da evolução dos parâmetros de funcionamento.

Aplicações

Otimiza os custos dos materiais substituídos um pouco antes da ruptura.

Aumenta a produtividade com paradas programadas.

Figura 66

A manutenção preditiva, geralmente, adota vários métodos de investigação para poder intervir nas máquinas e equipamentos. Entre os vários métodos destacam-se os seguintes: estudo das vibrações; análise dos óleos; análise do estado das superfícies e análises estruturais de peças.

156

6. Estudo das vibrações Todas as máquinas em funcionamento produzem vibrações que, aos poucos, levamnas a um processo de deteriorização. Essa deteriorização é caracterizada por uma modificação da distribuição de energia vibratória pelo conjunto dos elementos que constituem a máquina. Observando a evolução do nível de vibrações, é possível obter informações sobre o estado da máquina. O princípio de análise das vibrações baseia-se na idéia de que as estruturas das máquinas excitadas pelos esforços dinâmicos (ação de forças) dão sinais vibratórios, cuja freqüência é igual à freqüência dos agentes excitadores. Se captadores de vibrações forem colocados em pontos definidos da máquina, eles captarão as vibrações recebidas por toda a estrutura. O registro das vibrações e sua análise permitem identificar a origem dos esforços presentes em uma máquina operando. Por meio da medição e análise das vibrações de uma máquina em serviço normal de produção detecta-se, com antecipação, a presença de falhas que devem ser corrigidas: a) rolamentos deteriorados; b) engrenagens defeituosas; c) acoplamentos desalinhados; d) rotores desbalanceados; e) vínculos desajustados; f) eixos deformados; g) lubrificação deficiente; h) folga excessiva em buchas; i) falta de rigidez;  j) problemas aerodinâmicos; k) problemas hidráulicos; l) cavitação.

157

O aparelho empregado para a análise de vibrações é conhecido como analisador de vibrações. No mercado há vários modelos de analisadores de vibrações, dos mais simples aos mais complexos; dos portáteis – que podem ser transportados manualmente de um lado para outro – até aqueles que são instalados definitivamente nas máquinas com a missão de executar monitoração constante. Abaixo, um operador usando um analisador de vibrações portátil e, em destaque, o aparelho.

Figura 67

7. Análise dos Óleos Os objetivos da análise dos óleos são dois: economizar lubrificantes e sanar os defeitos. Os modernos equipamentos permitem análises exatas e rápidas dos óleos utilizados em máquinas. É por meio das análises que o serviço de manutenção pode determinar o momento adequado para sua troca ou renovação, tanto em componentes mecânicos quanto hidráulicos. A economia é obtida regulando-se o grau de degradação ou de contaminação dos óleos. Essa regulagem permite a otimização dos intervalos das trocas. A análise dos óleos permite, também, identificar os primeiros sintomas de desgaste de um componente. A identificação é feita a partir do estudo das partículas sólidas que ficam misturadas com os óleos. Tais partículas sólidas são geradas pelo atrito dinâmico entre peças em contato.

158

A análise dos óleos é feita por meio de técnicas laboratoriais que envolvem vidrarias, reagentes, instrumentos e equipamentos. Entre os instrumentos e equipamentos utilizados temos viscosímetros, centrífugas, fotômetros de chama, peagômetros, espectrômetros, microscópios etc. O laboratorista, usando técnicas adequadas, determina as propriedades dos óleos e o grau de contaminantes neles presentes. As principais propriedades dos óleos que interessam em uma análise são: a) índice de viscosidade; b) índice de acidez; c) índice de alcalinidade; d) ponto de fulgor; e) ponto de congelamento. Em termos de contaminação dos óleos, interessa saber quanto existe de: a) resíduos de carbono; b) partículas metálicas; c) água. Assim como no estudo das vibrações, a análise dos óleos é muito importante na manutenção preditiva. É a análise que vai dizer se o óleo de uma máquina ou equipamento precisa ou não ser substituído e quando isso dever·ser feito.

8. Análise do estado das superfícies A análise das superfícies das peças, sujeitas aos desgastes provocados pelo atrito, também é importante para se controlar o grau de deteriorização das máquinas e equipamentos. A análise superficial abrange, além do simples exame visual – com ou sem lupa – várias técnicas analíticas, tais como: a) endoscopia; b) holografia;

159

c) estroboscopia; d) molde e impressão.

9. Análise estrutural A análise estrutural de peças que compõem as máquinas e equipamentos também é importante para a manutenção preditiva. É por meio da análise estrutural que se detecta, por exemplo, a existência de fissuras, trincas e bolhas nas peças das máquinas e equipamentos. Em uniões soldadas, a análise estrutural é de extrema importância. As técnicas utilizadas na análise estrutural são: a) interferometria holográfica; b) ultra-sonografia; c) radiografia (raios X); d) gamagrafia (raios gama); e) ecografia; f) magnetoscopia; g) correntes de Foucault; h) infiltração com líquidos penetrantes.

10.

Periodicidade dos controles

A coleta de dados é efetuada periodicamente por um técnico que utiliza sistemas portáteis de monitoramento. As informações recolhidas são registradas numa ficha, possibilitando ao responsável pela manutenção preditiva tê-las em mãos para as providências cabíveis. A periodicidade dos controles é determinada de acordo com os seguintes fatores: a) número de máquinas a serem controladas; b) número de pontos de medição estabelecidos;

160

c) duração da utilização da instalação; d) caráter “estratégico” das máquinas instaladas; e) meios materiais colocados à disposição para a execução dos serviços. A tabela a seguir mostra um exemplo de um programa básico de vigilância de acordo com a experiência e histórico de uma determinada máquina. Tabela 30 Métodos Utilizados

Medição de vibração

Medição das falhas de rolamentos [...] Análise estroboscópica Análise dos óleos

Programa Básico de Vigilância Equipamentos Equipamentos Vigiados Necessários Todas as máquinas giratórias de potência média ou máxima e/ ou Medidor de equipamentos críticos: vibração % motores Analisador % redutores Sistema de % compressores vigilância % bombas permanente % ventiladores Medidor especial Todos os rolamentos ou analisador Todos os lugares onde se quiser estudar um movimento, controlar a velocidade ou medir os planos. Redutores e circuitos hidráulicos   Motores Equipamentos de alta-tensão Distribuição de baixa-tensão Componentes eletrônicos Equipamentos com componentes refratários Cilindros de compressores   Aletas Engrenagens Danificadas  

Periodicidade da Verificação

3.000 a 1.500 horas

500 horas [...]

Medidor especial ou analisador

500 horas

Feita pelo fabricante

6 meses

Subcontratação (“terceirização”)

12 meses

Endoscopia + fotos

Todos os meses

 

Termografia

 

Exame endoscópico

  

As vantagens da manutenção preditiva são: a) aumento da vida útil do equipamento; b) controle dos

materiais (peças, componentes, partes

gerenciamento; c) diminuição dos custos nos reparos; d) melhoria da produtividade da empresa; e) diminuição dos estoques de produção;

etc.)

e

melhor

161

f) limitação da quantidade de peças de reposição; g) melhoria da segurança; h) credibilidade do serviço oferecido; i) motivação do pessoal de manutenção;  j) boa imagem do serviço após a venda, assegurando o renome do fornecedor.

11.

Limites técnicos da manutenção preditiva

A eficácia da manutenção preditiva está subordinada à eficácia e à confiabilidade dos parâmetros de medida que a caracterizam.

12.

EXERCÍCIOS

Marque com X a alternativa correta. Exercício 1: O tipo de manutenção que avalia a tendência evolutiva de um defeito é denominado manutenção: a) ( ) corretiva; b) ( ) condicional; c) ( ) preditiva; d) ( ) preventiva; e) ( ) ocasional. Exercício 2: Entre as ferramentas utilizadas na manutenção preditiva, as mais comuns são: a) ( ) o estudo das vibrações e análise dos óleos; b) ( ) exame visual e ultra-som; c) ( ) ecografia e estroboscopia;

162

d) ( ) análise dos óleos e raios-X; e) ( ) ecografia e estudo das vibrações. Exercício 3: A análise das vibrações se baseia no seguinte aspecto: a) ( ) ruído que a máquina apresenta; b) ( ) sinais vibratórios das máquinas em serviço; c) ( ) rotação do eixo-árvore da máquina; d) ( ) óleo muito viscoso; e) ( ) rotação muito alta. Exercício 4: A análise dos óleos tem o objetivo de: a) ( ) descobrir a causa do defeito; b) ( ) eliminar o defeito das máquinas; c) ( ) economizar o lubrificante e sanar o defeito; d) ( ) descobrir a viscosidade do lubrificante; e) ( ) diminuir as partículas metálicas no óleo.

163

ANEXO D - Análise de Lubrificantes por Meio da Técnica Ferrográfica Uma fresadora CNC foi vistoriada pela equipe de manutenção da empresa Kikoisa S.A. e o líder da equipe ficou encarregado de efetuar a coleta de amostra do óleo lubrificante da máquina para uma ferrografia, pois era preciso constatar a ocorrência de desgaste de alguns componentes de funções importantes. Como o líder coletou a amostra de óleo? Como o exame de um óleo permite detectar desgastes? O que é exame ferrográfico? Nesta aula, as respostas para as perguntas acima serão discutidas.

1. Conceito de Ferrografia A ferrografia é uma técnica de avaliação das condições de desgaste dos componentes de uma máquina por meio da quantificação e observação das partículas em suspensão no lubrificante. Essa técnica satisfaz todos os requisitos exigidos pela manutenção preditiva e também pode ser empregada na análise de falhas e na avaliação rápida do desempenho de lubrificantes.

2. Origem da Ferrografia A ferrografia foi descoberta em 1971 por Vernon C. Westcott, um tribologista de Massachusetts, Estados Unidos, e desenvolvida durante os anos subseqüentes com a colaboração de Roderic Bowen e patrocínio do Centro de Engenharia Aeronaval Americano e outras entidades. O objetivo inicialmente proposto foi o de quantificar a severidade do desgaste de máquinas e para a pesquisa foram adotadas as seguintes premissas: a) Toda máquina desgasta-se antes de falhar; b) O desgaste gera partículas.

164

c) A quantidade e o tamanho das partículas são diretamente proporcionais à;severidade do desgaste que pode ser constatado mesmo a olho nu. d) Os componentes de máquinas, que sofrem atrito, geralmente são lubrificados, e as partículas permanecem em suspensão durante um certo tempo; e) Considerando que as máquinas e seus elementos são constituídos basicamente de ligas de ferro, a maior parte das partículas provém dessas ligas.

3. A Técnica Ferrográfica O método usual de quantificação da concentração de material particulado consiste na contagem das partículas depositadas em papel de filtro e observadas em microscópio. Este método, porém, não proporciona condições adequadas para a classificação dimensional, que é de grande importância para a avaliação da intensidade do desgaste de máquinas. Orientando-se pela quinta premissa, ou seja, de que há predominância de ligas ferrosas nas máquinas e seus elementos, Westcott inventou um aparelho para separar as partículas de acordo com o tamanho. O aparelho chama-se ferrógrafo.

Figura 68

4. Funcionamento do Ferrógrafo Acompanhando a figura anterior, o ferrógrafo de Westcott é constituído de um tubo de ensaio, uma bomba peristáltica, uma mangueira, uma lâmina de vidro, um ímã e um dreno. A bomba peristáltica, atuando na mangueira, faz com que o lubrificante se desloque do tubo de ensaio em direção à lâmina de vidro, que se encontra ligeiramente

165

inclinada e apoiada sobre um ímã com forte campo magnético. A inclinação da lâmina de vidro garantirá que o fluxo do lubrificante tenha apenas uma direção. O lubrificante, do tubo de ensaio até a extremidade final da mangueira, transporta partículas grandes e pequenas com a mesma velocidade. Quando o fluxo passa sobre a lâmina de vidro, a velocidade de imersão ou afundamento das partículas grandes passa a ser maior que a velocidade das pequenas. Isto ocorre devido à ação do campo magnético do ímã. Nesse momento, começa a separação entre partículas grandes e pequenas. As partículas grandes vão se fixando na lâmina de vidro logo no seu início, e as menores depositam-se mais abaixo. Com esse ferrógrafo, constatou-se que as partículas maiores que 5mm fixam-se no início da placa de vidro e que as partículas entre 1mm e 2mm fixam-se seis milímetros abaixo. Essas posições têm grande importância, pois as partículas provenientes de desgastes severos geralmente apresentam dimensões com mais de 15mm, enquanto as partículas provenientes de desgastes normais apresentam dimensões ao redor de 1mm a 2mm. O dimensionamento de partículas é efetuado com o auxílio de um microscópio de alta resolução. Muitas tentativas foram feitas até se obter à vazão de fluido e o ímã mais adequado. Nos ferrógrafos atuais, a vazão é de 0,3ml de fluido por minuto e 98% das partículas ficam retidas na lâmina de vidro, mesmo as não magnéticas.

5. Ferrograma A figura seguinte mostra um ferrograma, isto é, uma lâmina preparada que permite obter a dimensão aproximada de partículas depositadas. A lâmina mede aproximadamente 57mm. Ao longo dela passa o fluxo de lubrificante que vai deixando as partículas atrás de si. Como foi dito, as maiores ficam no início do fluxo e as menores, no final.

166

Figura 69

As partículas não magnéticas, como as provenientes de cobre e suas ligas, alumínio e suas ligas, cromo e suas ligas, compostos orgânicos, areia etc., também se depositam no ferrograma. Isto é explicável pela ação da gravidade, auxiliada pela lentidão do fluxo, além de algum magnetismo adquirido pelo atrito desses materiais com partículas de ligas de ferro. As partículas não magnéticas distinguem-se das partículas de ligas ferrosas pela disposição que as primeiras assumem no ferrograma. No ferrograma as partículas de materiais não magnéticos depositam-se aleatoriamente, sem serem alinhadas pelo campo magnético do ímã. Uma outra importante utilidade do ferrograma é que ele permite descobrir as causas dos desgastes: deslizamento, fadiga, excesso de cargas etc. Essas causas geram partículas de forma e cores específicas, como se fossem impressões digitais deixadas na vítima pelo criminoso.

6. Ferrografia Quantitativa Com a evolução do ferrógrafo, chegou-se ao ferrógrafo de leitura direta, que permite quantificar as partículas grandes e pequenas de modo rápido e objetivo. Seu princípio é o mesmo adotado nas pesquisas com ferrogramas e encontra-se esquematizado a seguir.

167

Figura 70 fotodetetores processador 

displays

fluxo

6 mm ímã Fibra ótica

Tubo precipitador  Fonte de luz

Figura 71

A luz, proveniente da fonte, divide-se em dois feixes que passam por uma fibra óptica. Esses feixes são parcialmente atenuados pelas partículas nas posições de entrada e seis milímetros abaixo. Os dois feixes atenuados são captados por sensores ópticos ou fotodetectores que mandam sinais para um processador, e os resultados são mostrados digitalmente em um display de cristal líquido. Os valores encontrados são comparados com os valores obtidos por um ensaio sobre uma lâmina limpa, considerando que a diferença de atenuações da luz é proporcional à quantidade de partículas presentes. O campo de medição vai de 0 a 190 unidades DR (Direct Reading = Leitura Direta), mas é linear apenas até 100. A partir deste valor, as partículas empilham-se umas sobre as outras, acarretando leituras menores que as reais. Por isso, muitas vezes é necessário diluir o lubrificante original para se manter a linearidade.

168

O acompanhamento da máquina, por meio da ferrografia quantitativa, possibilita a construção de gráficos, e as condições de maior severidade são definidas depois de efetuadas algumas medições. Os resultados obtidos são tratados estatisticamente. Por exemplo, o gráfico a seguir, chamado gráfico de tendências, é obtido por meio da ferrografia quantitativa. 2º nível - crítico 1º nível - crítico

02/05/89

02/10/88

Medições Figura 72

O valor L + S, chamado concentração total de partículas, é um dos parâmetros utilizados para avaliação do desgaste. Significados: L - (abreviatura de large, que significa grande) corresponde ao valor encontrado de partículas grandes (> 5mm). S - (abreviatura de small, que significa pequeno) corresponde ao valor encontrado de partículas pequenas (< 5mm). Outros parâmetros podem ser utilizados juntamente com o L + S, por exemplo, o índice de severidade Is = (L + S) (L - S). O gráfico a seguir, chamado “curva da asa”, mostra a evolução do desgaste dos elementos de uma máquina. Observe que o tamanho das partículas provenientes de desgaste normal varia de 0,1 mm até aproximadamente 5mm. A presença de partículas maiores que 10mm praticamente garantirá a indesejável falha do componente.

169

Figura 73

Para maior clareza, observe o gráfico seguinte que mostra as faixas limítrofes dos tamanhos das partículas.

Figura 74

7. Ferrografia Analítica A identificação das causas de desgaste é feita por meio do exame visual da morfologia, cor das partículas, verificação de tamanhos, distribuição e concentração no ferrograma.

170

Pela ferrografia analítica, faz-se a classificação das partículas de desgaste em cinco grupos. O quadro a seguir mostra os cinco grupos de partículas de desgaste e as causas que as originam. Tabela 31 Classificação das Partículas Ferrosas Não-Ferrosas Óxidos de Ferro

Causas esfoliação; corte por abrasão; fadiga de rolamento; arrastamento; desgaste severo por deslizamento. metais brancos; ligas de corte; ligas de metal patente ou antifricção. óxidos vermelhos; óxidos escuros; metais oxidados escuros.

Produtos da Degradação do Lubrificante

corrosão; polímeros de fricção;

Contaminantes

poeira de estrada; pó de carvão; asbesto; material de filtro; flocos de carbono.

As fotografias constituem a única forma de mostrar, com clareza, os aspectos dos ferrogramas, mas podemos esboçá-los, simplificadamente, para registrar as informações, conforme exemplo a seguir.

Figura 75

171

8. Ferrografia e Outras Técnicas Ferrografia, espectrometria e análise de vibrações constituem as principais técnicas de diagnóstico das condições dos componentes mecânicos das máquinas. As duas primeiras empregam métodos diversos para avaliar o mesmo tipo de problema: o desgaste. Ambas concentram a análise nas partículas suspensas no lubrificante, mas com parâmetros diferentes. A ferrografia tem por parâmetros a concentração, o tamanho, a morfologia e a cor das partículas, enquanto a espectrometria considera apenas a concentração dos elementos químicos que as compõem. A análise de vibrações tem por parâmetro o comportamento dinâmico das máquinas, quando excitadas por forças provenientes de irregular distribuição de massas, erros de montagem, pulsações dinâmicas etc., bem como de problemas mais avançados de desgaste. Em resumo, a ferrografia, a espectrometria e a análise de vibrações se complementam, pois, de forma isolada, essas técnicas apresentam limitações.

9. Coletas de Amostras de Lubrificante Para se coletar uma amostra de lubrificante em serviço, deve-se escolher criteriosamente o ponto de coleta; o volume a ser recolhido e qual método deverá ser utilizado na coleta.

10.

Escolha do Ponto de Coleta

As partículas que interessam para a análise são aquelas geradas recentemente. Considerando este pré-requisito, o ponto de coleta deverá ser aquele em que uma grande quantidade de partículas novas estejam presentes em região de grande agitação. Exemplos: a) tubulação geral de retorno do lubrificante para o reservatório;

172

b) janela de inspeção de reservatório, próximo à tubulação de descarga; c) drenos laterais em reservatórios ou cárteres; d) dreno geral de reservatório ou cárteres, em região de agitação; e) varetas de nível. Pontos após filtros ou após chicanas de reservatórios devem ser evitados, pois esses elementos retiram ou precipitam as partículas do lubrificante.

11.

Volume de Amostra

São necessários apenas 100 ml de amostra, que é colocada em um frasco com capacidade para 150ml. Excesso de lubrificante, após a coleta, deve ser descartado imediatamente, para evitar que as partículas se precipitem. O espaço de 50ml, que corresponde a 1/3 do frasco, é deixado vazio para permitir uma agitação posterior da amostra.

12.

Métodos de Coleta

Os principais métodos de coleta de lubrificantes envolvem válvulas de coleta, bombas de coleta e imersão. Se a máquina estiver dotada de válvulas de coletas, o método de coleta deverá passar pela seguinte seqüência: a) limpar a região da coleta; b) abrir a válvula permitindo uma vazão razoável para arrastar as partículas (filete de 1/4 “a 2”, proporcional à máquina); c) purgar 2 a 3 vezes o volume parado na tubulação da válvula; d) retirar o frasco quando completar o nível de coleta nele indicado; e) fechar a válvula (nunca abri-la ou fechá-la sobre o frasco); f) descartar imediatamente o lubrificante que excedeu o nível de coleta; g) tampar o frasco com batoque plástico e tampa roscada;

173

h) limpar o frasco; i) identificar a amostra com os seguintes dados: máquina, ponto de coleta, empresa e data. A coleta de amostras de lubrificante, na maioria dos casos, pode ser feita com o auxilio de uma bomba de coleta. A figura seguinte mostra o esquema de uma bomba de coleta.

Figura 76

O método de coleta que envolve o uso de uma bomba de coleta deve obedecer aos passos: a) cortar um pedaço de mangueira plástica nova, com comprimento suficiente para alcançar o lubrificante na região média compreendida abaixo de sua superfície e acima do fundo do depósito onde ele se encontra; b) introduzir uma das extremidades da mangueira na bomba, de modo que essa extremidade fique aparente; c) introduzir a extremidade livre da mangueira até a metade do nível do lubrificante, cuidando para que o fundo do recipiente não seja tocado; d) aspirar o lubrificante;

174

e) descartar imediatamente o lubrificante que exceder o nível de coleta; f) tampar o frasco com batoque plástico e tampa roscada; g) limpar o frasco; h) identificar a amostra com os seguintes dados: máquina, ponto de coleta, empresa e data; i) descartar a mangueira. Se o lubrificante estiver em constante agitação, a amostra poderá ser coletada pelo método da imersão que consiste em mergulhar o frasco no lubrificante. Em casos de temperaturas elevadas o frasco é fixado em um cabo dotado de braçadeiras. Esse cuidado é necessário para evitar queimaduras no operador. A seqüência para aplicar o método da imersão consiste nos seguintes passos: a) destampar o frasco e prendê-lo no suporte com braçadeiras; b) introduzir o frasco no reservatório ou canal de lubrificante, com a boca para baixo, até que o nível médio do lubrificante seja alcançado, sem tocar no fundo do reservatório ou canal; c) virar o frasco para cima, permitindo a entrada do lubrificante; d) descartar imediatamente o excesso de lubrificante que exceder o nível de coleta; e) tampar o frasco com batoque plástico e tampa roscada; f) limpar o frasco; g) identificar a amostra com os seguintes dados: máquina, ponto de coleta, empresa, data.

13.

EXERCÍCIOS

Assinale X na alternativa correta. Exercício 1: O aparelho utilizado para determinar o tamanho, a cor e a quantidade de partículas existentes em um lubrificante que atua em uma máquina chama-se: a) ( ) barógrafo

175

b) ( ) ferrógrafo c) (

) termógrafo

d) ( ) pantógrafo e) ( ) volumógrafo Exercício 2: O pai da análise ferrográfica foi: a) ( ) Júlio Verne b) ( ) Roderic Bowen c) ( ) David Bowie d) ( ) Minnesota Massachusetts e) ( ) Vernon Westcott Exercício 3: Ferrograma É uma l‚mina preparada que permite analisar um óleo lubrificante de uma máquina. Nessa análise constata-se a existência de partículas metálicas que podem ser classificadas quanto: a) ( ) à origem e ao tamanho; b) ( ) ao tamanho e à constituição química; c) ( ) à constituição química e ao perfil; d) ( ) à capacidade de absorver óleo e ao perfil; e) ( ) ao perfil, constituição química e tamanho. Exercício 4: Se o exame ferrográfico de um óleo de máquina revelar a presença de partículas metálicas maiores que 15mm, pode-se concluir que elas são oriundas de um desgaste: a) ( ) normal; b) ( ) delicado; c) ( ) severo;

176

d) ( ) oxidante; e) ( ) redutor. Exercício 5: A ferrografia analítica permite classificar as partículas em: a) ( ) dois grupos; b) ( ) três grupos; c) ( ) quatro grupos; d) ( ) cinco grupos; e) ( ) seis grupos. Exercício 6: O volume de uma amostra de óleo a ser examinado por ferrografia deve ser de: f) ( ) 100 ml; g) ( ) 200 ml; h) ( ) 300 ml; i) ( ) 400 ml;  j) ( ) 500 ml.

177

ANEXO E - Manutenção Preditiva: Confiabilidade e Qualidade Introdução Nos últimos anos, têm-se discutido amplamente a gerência de manutenção preditiva. Tem-se definido uma variedade de técnicas que variam desde o monitoramento da vibração até imagens em infravermelho. A manutenção preditiva tem sido reconhecida como uma técnica eficaz de gerenciamento de manutenção. Outras terminologias têm surgido como ferramentas de gerência de manutenção, estes novos termos - RCM, manutenção centrada na confiabilidade; TPM, manutenção produtiva total; e JIT, manutenção “Just-in-Time” - são apresentadas como substitutas à manutenção preditiva e a solução definitiva aos seus altos custos de manutenção. Este artigo pretende explanar sobre o conhecimento básico necessário para seleção e implementação de um programa de gerência de manutenção abrangente e efetivo em termos de custo em sua fábrica. Desde que a maioria das fábricas de manufatura e de processo baseia-se em equipamentos mecânicos para a maior parte de seus processos, a manutenção preditiva baseada em vibração é a técnica dominante usada para a maioria dos programas de gerência de manutenção. Entretanto, a capacidade em monitorar todas as máquinas críticas, equipamentos, e sistemas em uma planta industrial típica não pode se limitar a uma única técnica. As técnicas de monitoramento na preditiva, ou seja, baseadas em condições, incluem: análise de vibração, ultra-som, ferrografia, tribologia, monitoria de processo, inspeção visual, e outras técnicas de análise não-destrutivas. A combinação destas técnicas de monitoramento e de análise oferece os meios de monitoramento direto de todos os equipamentos e sistemas críticos em sua fábrica. Os custos de manutenção correspondem à parte principal dos custos operacionais totais de todas as plantas industriais de manufatura e de produção. Dependendo da indústria específica, os custos de manutenção podem representar entre 15% a 30% do custo dos bens produzidos. Por exemplo, em indústrias alimentícias, os custos

178

médios de manutenção podem representar cerca de 15% do custo dos bens produzidos; enquanto que nas indústrias siderúrgicas, de papel e celulose, e outras indústrias pesadas, a manutenção pode representar até 30% dos custos totais de produção. Recentes pesquisas da efetividade da gerência da manutenção indicam que um terço de todos o custo de manutenção é desperdiçado como resultado de manutenção desnecessária ou inadequadamente realizada. Quando você considera que a Indústria Americana gasta mais de 200 bilhões de dólares todo ano com manutenção de equipamentos de fábricas e instalações, o impacto sobre a produtividade e o lucro que é representado pela operação de manutenção se torna claro. O resultado da gerência ineficaz da manutenção representa uma perda de mais de 60 bilhões de dólares todo ano. Talvez mais importante é o fato de que nossa gerência ineficaz da manutenção tem um impacto dramático sobre nossa habilidade de manufaturar produtos de qualidade que sejam competitivos no mercado mundial. A perda do tempo de produção e da qualidade do produto, que resulta da gerência inadequada da manutenção tem tido um impacto dramático sobre nossa condição de competir com o Japão e outros países que têm implementado filosofias mais avançadas de gerência de manufatura e de manutenção. A razão dominante para esta gerência ineficaz é a falta de dados factuais, que quantifiquem a real necessidade de reparo ou manutenção de maquinaria, equipamentos, e sistemas da planta industrial. O cronograma de manutenção tem sido, e em muitos casos é, previsto em dados de tendência estatística ou na falha real de equipamentos da planta industrial. Até recentemente, a gerência de nível médio e corporativo tinha ignorado o impacto da operação da manutenção sobre a qualidade do produto, custos de produção e, mais importante, no lucro básico. A opinião geral tem sido de que “Manutenção é um mal necessário”, ou “Nada pode ser feito para melhorar os custos de manutenção”. Talvez estas fossem declarações verdadeiras 10 ou 20 anos atrás. Entretanto, o desenvolvimento do microprocessador e outros instrumentos baseados em computador usados para monitorar a condição operativa de equipamentos fabris,

179

de maquinaria, e de sistemas, têm oferecido meios para se gerenciar a operação da manutenção. Eles têm capacitado o pessoal a reduzir ou eliminar reparos desnecessários, evitar falhas catastróficas da máquina, e reduzir o impacto negativo da operação da manutenção sobre o rendimento das planta industrial de manufatura e de produção. Para entender os programas de gerência de manutenção preditiva, deve-se considerar primeiro as técnicas de gerência tradicionais. As plantas industriais e de processo tipicamente usam dois tipos de gerência de manutenção: manutenção corretiva (rodar até a falha) ou manutenção preventiva.

1. Manutenção Corretiva A lógica da gerência em manutenção corretiva é simples e direta: quando uma máquina quebra, conserte-a. Este método (“Se não está quebrada, não conserte”) de manutenção de maquinaria fabril tem representado uma grande parte das operações de manutenção da planta industrial, desde que a primeira fábrica foi construída e, por cima, parece razoável. Uma planta industrial usando gerência por manutenção corretiva não gasta qualquer dinheiro com manutenção, até que uma máquina ou sistema falhe em operar. A manutenção corretiva é uma técnica de gerência reativa que espera pela falha da máquina ou equipamento, antes que seja tomada qualquer ação de manutenção. Também é o método mais caro de gerência de manutenção. Poucas plantas industriais usam uma filosofia verdadeira de gerência por manutenção corretiva. Em quase todos os casos, as plantas industriais realizam tarefas preventivas básicas, como lubrificação e ajustes da máquina, mesmo em um ambiente de manutenção corretiva. Entretanto, neste tipo de gerência, as máquinas e outros equipamentos da planta industrial não são revisados e não são feitos grandes reparos até que o equipamento falhe em sua operação. Os maiores custos associados com este tipo de gerência de manutenção são: altos custos de estoques de peças sobressalentes, altos custos de trabalho extra, elevado tempo de paralisação da máquina, e baixa disponibilidade de produção.

180

Já que não há nenhuma tentativa de se antecipar os requisitos de manutenção, uma planta industrial que utilize gerência por manutenção corretiva absoluta deve ser capaz de reagir a todas as possíveis falhas dentro da fábrica. Este método reativo de gerência força o departamento de manutenção a manter caros estoques de peças sobressalentes que incluem máquinas reservas ou, pelo menos, todos os principais componentes para todos os equipamentos críticos da fábrica. A alternativa é fundar-se em vendedores de equipamentos que possam oferecer entrega imediata de todas as peças sobressalentes requisitadas. Mesmo que o último seja possível, as recompensas para entrega expedita aumentam substancialmente os custos de reparo de peças e de tempo paralisado necessário para corrigir as falhas das máquinas. Para minimizar o impacto sobre a produção criada por falhas inesperadas das máquinas, o pessoal da manutenção também deve estar apto a reagir imediatamente a todas as falhas da máquina. O resultado líquido deste tipo reativo de gerência de manutenção é maior custo de manutenção e menor disponibilidade de maquinaria de processo. A análise dos custos da manutenção indica que um reparo realizado no modo corretivo-reativo terá em média um custo cerca de 3 vezes maior que quando o mesmo reparo for feito dentro de um modo programado ou preventivo. A programação do reparo garante a capacidade de minimizar o tempo de reparo e os custos associados de mão de obra. Ela também garante os meios de reduzir o impacto negativo de remessas expeditas e produção perdida.

2. Manutenção Preventiva Existem muitas definições de manutenção preventiva. Entretanto, todos os programas de gerência de manutenção preventiva são acionados por tempo. Em outras palavras, as tarefas de manutenção se baseiam em tempo gastos ou horas operacionais. A conhecida curva do tempo médio para falha (CTMF) ou da “banheira”, indica que uma máquina nova tem uma alta probabilidade de falha, devido a problemas de instalação, durante as primeiras semanas de operação. Após

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este período inicial, a probabilidade de falha é relativamente baixa por um período prolongado de tempo. Após este período normal de vida da máquina, a probabilidade de falha aumenta abruptamente com o tempo transcorrido. Na gerência de manutenção preventiva, os reparos ou recondicionamentos da máquina são programados baseados na estatística CTMF. A implementação da manutenção preventiva real varia bastante. Alguns programas são extremamente limitados e consistem de lubrificação e ajustes menores. Os programas mais abrangentes de manutenção preventiva programam reparos, lubrificação, ajustes, e recondicionamentos de máquinas para toda a maquinaria crítica na planta industrial. O denominador comum para todos estes programas de manutenção preventiva é o planejamento da manutenção x tempo. Todos os programas de gerência de manutenção preventiva assumem que as máquinas degradarão com um quadro de tempo típico de sua classificação em particular. Por exemplo, uma bomba centrífuga, horizontal, de estágio simples normalmente rodará 18 meses antes que tenha que ser revisada. Usando técnicas de gerência preventiva, a bomba seria removida de serviço e revisada após 17 meses de operação. O problema com esta abordagem é que o modo de operação e variáveis específicas da planta industrial ou do sistema afetam diretamente a vida operacional normal da maquinaria. O tempo médio entre as falhas (TMF) não será o mesmo para uma bomba que esteja trabalhando com água e uma bombeando polpas abrasivas de minério. O resultado normal do uso da estatística TMF para programar a manutenção ou é um reparo desnecessário ou uma falha catastrófica. No exemplo, a bomba pode não precisar ser recondicionada após 17 meses. Portanto, a mão de obra e o material usado para fazer o reparo foram desperdiçados. O segundo cenário da manutenção preventiva é ainda mais caro. Se a bomba falhar antes dos 17 meses, somos forçados a consertar usando técnicas corretivas. A análise dos custos de manutenção tem mostrado que um reparo feito de uma forma reativa (isto é, após a falha) normalmente será três vezes mais caro do que o mesmo reparo feito numa base programada, pelas razões citadas anteriormente.

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O velho adágio de que as máquinas se quebrarão na pior hora possível é uma parte muito real da manutenção de plantas industriais. Normalmente, a quebra ocorrerá quando as demandas de produção forem as maiores. O pessoal de manutenção deve então reagir à falha inesperada. Neste modo de manutenção reativa, a máquina é desmontada e inspecionada para determinar os reparos específicos requeridos para retorná-la ao serviço. Se as peças de reparo não estiverem no estoque, elas devem ser encomendadas, a custos de mercado, e deve ser solicitado o envio expedito. Mesmo quando as peças de reparo já estão no estoque da planta industrial, o tempo de mão de obra para reparo e o custo são muito maiores neste tipo de manutenção reativa. O pessoal de manutenção deve desmontar toda a máquina para localizar a fonte do problema ou problemas que forçaram a falha. Admitindo que eles identifiquem corretamente o problema, o tempo requerido para desmontar, reparar, e remontar a máquina seria, pelo menos, maior do que teria sido requerido por um reparo planejado. Em programas de manutenção preditiva, o modo específico de falha (isto é, o problema) pode ser identificado antes da falha. Portanto, as peças corretas para reparo, ferramentas, e 4 habilidades da mão de obra podem estar disponíveis para corrigir o problema da máquina antes da ocorrência de falha catastrófica. Talvez a diferença mais importante entre manutenção reativa e preditiva seja a capacidade de se programar o reparo quando ele terá o menor impacto sobre a produção. O tempo de produção perdido como resultado de manutenção reativa é substancial e raramente pode ser recuperado. A maioria das plantas industriais, durante períodos de produção de pico, operam 24 horas por dia. Portanto, o tempo perdido de produção não pode ser recuperado.

3. Manutenção Preditiva: Como a manutenção preventiva, a manutenção preditiva tem muitas definições. Para os mecânicos, a manutenção preditiva monitora a vibração da maquinaria rotativa numa tentativa de detectar problemas incipientes e evitar falha catastrófica. Para os

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eletricistas, é o monitoramento das imagens infravermelhas de circuitos, de chaves elétricas, motores, e outros equipamentos elétricos para detectar problemas em desenvolvimento. A premissa comum da manutenção preditiva é que o monitoramento regular da condição mecânica real, o rendimento operacional, e outros indicadores da condição operativa das máquinas e sistemas de processo fornecerão os dados necessários para assegurar o intervalo máximo entre os reparos. Ela também minimizaria o número e os custos de paradas não-programadas criadas por falhas da máquina. A manutenção preditiva é muito mais. Trata-se de um meio de se melhorar a produtividade, a qualidade do produto, o lucro, e a efetividade global de nossas planta industriais de manufatura e de produção. A manutenção preditiva não é meramente monitoramento de vibração ou análise de óleo lubrificante ou de imagens térmicas ou qualquer das outras técnicas de teste não destrutivo que tem sido marcadas como ferramentas de manutenção preditiva. A manutenção preditiva é uma filosofia ou atitude que usa a condição operacional real do equipamento e sistemas da planta industrial para otimizar a operação total da planta industrial. Um programa abrangente de gerência de manutenção preditiva utiliza uma combinação das ferramentas mais efetivas em custo para obter a condição operativa real de sistemas críticos da planta industrial e, se baseado nestes dados reais, todas as atividades de manutenção são programadas numa certa base “conforme necessário”. A manutenção preditiva é um programa de manutenção preventiva acionado por condições. Ao invés de se fundar em estatística de vida média na planta industrial ou industrial (p.ex., tempo médio para falha) para programar atividades de manutenção, a manutenção preditiva usa monitoramento direto das condições mecânicas, rendimento do sistema, e outros indicadores para determinar o tempo médio para falha real ou perda de rendimento para cada máquina e sistema na planta industrial. Na melhor das hipóteses, os métodos tradicionais acionados por tempo garantem uma guia para intervalos “normais” de vida da máquina.

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Em programas preventivos ou corretivos, a decisão final sobre os programas de reparo ou de recondicionamento se baseia na intuição e experiência pessoal do gerente de manutenção. A adição de um programa de gerência preditiva abrangente pode fornecer dados sobre a condição mecânica real de cada máquina e o rendimento operacional de cada sistema de processo. Estes dados habilitarão o gerente de manutenção a programar atividades de manutenção muito mais efetivamente em termos de custo. Um programa de manutenção preditiva pode minimizar o número de quebras de todos os equipamentos mecânicos da planta industrial e assegurar que o equipamento reparado esteja em condições mecânicas aceitáveis. Ele pode identificar problemas da máquina antes que se tornem sérios já que a maioria dos problemas mecânicos pode ser minimizada se forem detectados e reparados com antecedência. Os modos normais de falha mecânica degradam-se em uma velocidade diretamente proporcional a sua severidade; portanto, quando um problema é detectado logo, normalmente pode-se evitar maiores reparos. Existem cinco técnicas não-destrutivas que são usadas normalmente para gerência de manutenção preditiva: monitoramento de vibração (com espectros de corrente elétrica), monitoramento de parâmetro de processo, termografia, tribologia, e inspeção visual. Cada técnica tem um conjunto único de dados que assistirá o gerente de manutenção na determinação da necessidade real de manutenção. A manutenção preditiva que utiliza análise da assinatura de vibração é predicada em dois fatos básicos: (1) todos os modos de falha comuns possuem componentes distintos de freqüência de vibração que podem ser isolados e identificados, e (2) a amplitude de cada componente distinto de vibração permanecerá constante a menos que haja uma mudança na dinâmica operacional da máquina. A manutenção preditiva que utiliza rendimento de processo, perda de calor, ou outras técnicas não-destrutivas pode quantificar o rendimento operacional de equipamentos ou sistemas não-mecânicos da planta industrial. Estas técnicas, usadas em conjunto com a análise de vibração podem fornecer ao gerente de manutenção ou engenheiro da planta industrial informações factuais que os habilitarão a obter confiabilidade ótima e disponibilidade a partir de sua planta.