Lista de Exercícios 03 - Lubrificação - Respondida - Marcos

PUC Minas TRIBOLOGIA Lista de Exercicios 03 - Lubrificacao Prof. Wedery M. Miranda 1) Liste as 4 principais funcoes dos lubrificantes. 2) Apresente brevemente os regimes de lubrificacao hidrodinamica, elasto-hidrodinamica e limítrofe, e esboce um grafico do coeficiente de atrito em cada regime, conforme a literatura especifica. 3) Qual e a diferenca entre viscosidade dinamica e cinematica. Apresente as unidades no Sistema Internacional e em outros sistemas, a relacao entre elas e a conversao de unidades. 4) Cite 3 condicoes onde os oleos minerais nao sao adequados, sendo necessario utilizar oleos sinteticos. 5) Qual e a diferenca de comportamento entre um oleo com alto indice de viscosidade (IV) e baixo IV? Ilustre com um grafico. 6) Os oleos multiviscosos tem uma boa fluidez a baixas temperaturas, mas tambem possuem uma viscosidade adequada em altas temperaturas. Consulte a tabela de graus de viscosidade SAE para motores de motores - SAE J300 dezembro 99 (Carreteiro e Belmiro, 2006) e responda: a. Qual e a viscosidade maxima a -20°C e minima a 150°C do oleo 15W-40? b. Qual e a viscosidade maxima a -30°C e minima a 150°C do oleo 5W-40? 7) Para que sao adicionados aditivos nos lubrificantes? 8) O que e uma graxa e quais sao suas vantagens em relacao aos oleos? 9) Quais sao as desvantagens das graxas em relacao aos oleos? 10) Pesquise e imprima fichas tecnicas de 2 oleos lubrificantes automotivos recomendados para motores de combustao que possua vinho coe. Compare as viscosidades e alguma outra propriedade dos lubrificantes. Referencia adicional: CARRETEIRO, Ronald P.; BELMIRO, Pedro Nelson A. Lubrificantes & lubrificacao industrial. Rio de Janeiro: Interciencia, IBP, 2006. Pontificia Universidade Catolica Engenharia Mecanica - Manha Aluno: Marcos da Rocha Silva - 3,0 pontos Trilogia Prof. Wedery M. Miranda Lista de Exercicios 03 - Lubrificacao 1. Os lubrificantes possuem varias funcoes em um sistema, nas quais 4 principais que se pode citar sao: - Reduzir o atrito entre os componentes. - Dissipar o calor gerado pelo sistema (quando o lubrificante nao e graxa), reduzindo a temperatura. - Proteger a superficie do material, evitando que a oxidacao ocorra nessa superficie. - Remocao de particulas e contaminantes, evitando a formacao de borras, lacas e vernizes, atraves do movimento do fluido. - Diminuir as areas das superficies de contato, que inicia gera uma reducao da origem do desgaste. Outras funcoes do lubrificante que poderiam ser citadas sao, nas suas diversas aplicacoes: - Transmissao de forca, funcionando como meio hidraulico transmitindo forca com um minimo de perda (sistemas hidraulicos, por exemplo). - Amortecimento de choques, transferindo a energia mecanica para a energia fluida (como nos amortecedores dos automoveis) e amortecendo o choque dos dentes de engrenagens. - Vedacao, impedindo a saida de lubrificantes e a entrada de particulas estranhas (funcao das graxas), e impedindo a entrada de outros fluidos ou gases (funcao dos oleos nos cilindros de motores ou compressores). 2. Lubrificacao hidrodinamica ocorre quando o filme de fluido se desenvolve entre as superficies, em virtude do proprio movimento relativo entre as superficies. Nestes casos as superficies estao separadas por um filme espesso. A carga normal e suportada por uma pressao interna gerada no filme fluido (fluido, graso, ar ou gases). A viscosidade e o fator mais importante da lubrificacao hidrodinamica. Nao ha, teoricamente, desgaste, uma vez que as superficies lubrificadas nunca entram em contato. Entretanto, na pratica, nunca temos lubrificacao totalmente hidrodinamica. O coeficiente de atrito situa-se entre 0,001 e 0,03, dependendo da viscosidade, das superficies, da espessura do filme fluido, da forma geometrica das superficies e da carga exercida sobre o filme fluido, que exige que as superficies nao sejam paralelas e a separacao dessas superficies e funcao da viscosidade de. Figura 1: Bloco sustentado pela pressao hidrodinamica do lubrificante. Figura 2: Lubrificacao de um mancal. Lubrificação elasto-hidrodinâmica: Este regime de lubrificação ocorre usualmente em superfícies de contatos não-conformes, e é caracterizado por deformações elásticas significativas das superfícies. Tais deformações tendem a aumentar localmente as espessuras do filme lubrificante, contribuindo desta forma para o não contato das asperezas. É importante destacar que no regime elasto-hidrodinâmico não existe nenhuma forma de contato de asperezas, ou seja, as superfícies permanecem completamente separadas, assim como ocorre no regime hidrodinâmico. Neste sentido, o regime elasto-hidrodinâmico pode ser interpretado como sendo um caso limite do regime hidrodinâmico. Figura 3: Contato entre uma esfera e um plano sob as condições de lubrificação elasto-hidrodinâmica. A deformação na esfera é mostrada de forma exagerada para um entendimento mais claro sob uma carga normal (w) combinada com o movimento de deslizamento (U). Figura 4: Geometrias de contato conforme e não conforme. Fonte: adaptado de ASM Handbook - Vol. 18, 1992. Lubrificação limítrofe: É aquela na qual a película de óleo é tênue. De acordo com H. Block, podemos classificar os casos de lubrificação limítrofe em quatro tipos: Tipo 1: Lubrificação limítrofe suave, ou de baixa pressão e baixa temperatura. Exemplo: mancais de bucha sob velocidades pequenas. Tipo 2: Lubrificação limítrofe de temperatura elevada. Exemplo: cilindros de máquinas a vapor superaquecido, motores de combustão interna para aviões. Tipo 3: Lubrificação limítrofe de alta pressão. Exemplos: mancais de rolamento. Tipo 4: Lubrificação limítrofe extrema ou de elevada temperatura e alta pressão, comumente designado por EP (extrema pressão). O valor do coeficiente de atrito na lubrificação limítrofe é de dez a cem vezes maior que na hidrodinâmica, elevando-se a ordem de grandeza de 0,03 a 0,1. Assume grande importância uma característica denominada oleosidade, responsável pelo fenômeno de dois óleos de mesma viscosidade apresentarem diferenças de comportamento no tocante a resistência da película lubrificante. Figura 5: O mecanismo de operação de uma lubrificação limítrofe. Grupos terminais polares nas cadeias de ligação de hidrocarbonetos para a superfície, proporcionando camadas de moléculas lubrificantes que reduzem o contato direto entre as asperezas. Gráfico do coeficiente de atrito em cada regime de lubrificação: Legenda: 1. Separação mínima entre a superfície 2. Deformação elástica. Média separação entre as superfícies 3. Grande separação entre as superfícies 4. Atrito começa a cair. Obs.: Na lubrificação limítrofe, pode chegar até encostar na superfície. 3. De acordo com a ASTM (American Society for Testing and Materials), temos as seguintes definições: * Viscosidade Absoluta (dinâmica) de um líquido newtoniano é a força tangencial sobre a área unitária de um de dois planos paralelos separados de uma distância unitária cuja toda o espaço é preenchido com o líquido e um dos planos move-se em relação ao outro com velocidade unitária no seu próprio plano. A viscosidade dinâmica, ou absoluta, é geralmente reportada pela unidade Poise (P) que tem as dimensões gramas por centimetro por segundo ou centimetro-poise (cP) que é igual a 0,01P. No sistema SI, utiliza-se o segundo-Pascal (Pa.s) que corresponde a 10P. cP=10^-3Pa.s * Viscosidade cinematica de um liquido newtoniano é o quociente da viscosidade dinâmica ou absoluta dividida pela densidade, MJ/p, ambos à mesma temperatura. A unidade da viscosidade cinemática, v mais utilizada, é o Stoke, que tem as dimensões centimetros quadrados por segundo e é prática comum na indústria do petroleo exprimir a viscosidade cinemática em centiStokes (cSt). Um stroke equivale a 100 cSt. No sistema SI temos o milimetro quadrado/segundo (mm^2/s). 1mm^2/s é 1 cSt. *1 N/s/m^2 = 1Poise.s = 10 Poise = 1000 mili Pa.s *1 m^2/s = 1x10^-4 cm ^2 |= 1x10^-4 s stokes = 1x10 ^6 centistokes 4. Em algumas condições é mais adequado utilizar os oleos sintéticos do que os minerais, como: * condições em que se tenha uma grande diferença de temperatura. * condições de inflamabilidade, * condições em que se deseja obter menor atrito no funcionamento do sistema. 5. O índice de viscosidade (IV) de um óleo é um valor empírico que estabele uma relação entre a variação que a viscosidade sofre com a alteração da temperatura. A viscosidade de todos os oleos diminui com o aumento da temperatura, mas a dos oleos com alto IV não varia tanto como a dos oleos que tem baixo IV, ou seja, um óleo que possui grande IV possui pequena variação da viscosidade com a temperatura. A maioria dos lubrificantes comerciais possuem o IV = 100. *Gráfico do índice de viscosidade - IV. (A variação da viscosidade cinemática com a temperatura para dois óleos minerais. O óleo A tem um alto indice de viscosidade que é maior que o do óleo B.) 6.a) Óleo 15W-40 * Viscosidade máxima a -20°C = 1000 mPa.s. * Viscosidade mínima a 150°C = 3,9 mPa.s. b) Óleo 5W-40 * Viscosidade máxima a -30°C = 6600 mPa.s. * Viscosidade mínima a 150°C = 3,5 mPa.s. 7. A estabilidade de um lubrificante é afetada pelo ambiente no qual está operando, ou seja, fatores externos que influenciam diretamente o desempenho do óleo tais como temperatura, promotores de oxidação, contaminação com a água, fragmentos de combustível e ácidos corrosivos limitam a vida útil do lubrificante. Algumas características como a volatilidade do óleo nas condições de operação dependem exclusivamente da base lubrific[ante escolhida e, não podem ser modificadas com outras substâncias, entre tanto, muitas outras propriedades são melhoradas e até, introduzidas ou mesmo suprimidas da base escolhida através de aditivos. Os aditivos são, portanto, compostos químicos que, adicionados aos oleos básicos, reforçam algumas de suas qualidades ou lhe cedo novas propriedades ou eliminam propriedades indesejáveis. 8. A graxa é uma combinação de um fluido com um es- pessante, resultando em um produto homogêneo com qua- lidades lubrificantes. Sua consistência pode variar desde o estado semi fluido até o sólido. A ASTM, nas suas definições - pedron (D-288-61), considera graxa lubrificante "um produto de sólido e semi- fluido proveniente da dispersão de um agente engrossa- dor em um líquido lubrificante. Graxa = engrossador + +líquido lubrificante + aditivos". Dentre as vantagens do uso das graxas em relação aos óleos, pode-se citar: *Quando é conveniente formar uma tela protetora ( vedação), evitando a entrada de contaminantes, como é, por exemplo, o caso de rolamentos. *Não escapa facilmente como o óleo, sendo emprega- da nos pontos em que os óleos não seriam eficazes, em virtude de sua tendência natural a escorrer por mais vis- cosos que sejam. Com isso, a graxa pode ser utilizada em sistemas abertos, como a transmissão de um portão elé- trico por engrenagem e cremalheira. *A graxa reduz a vibração do sistema. *Deixa uma camada de lubrificante para sistemas que têm a partida a frio. *Possui o mínimo de vazamento. *Permite a operação do sistema em várias posições. *Requer aplicações menos frequentes. *Baixo consumo. *Resiste à ação de remoção proveniente da força centrífuga.