Lista de Exercícios 03 - Lubrificação - Respondida - Marcos

Pontifícia Universidade Católica Engenharia Mecânica - Manhã Aluno: Marcos da Rocha Silva 3,0 pontos Tribologia Prof.: Wedderley M. Miranda Lista de Exercícios 03 - Lubrificação 1. Os lubrificantes possuem várias funções em um sistema, nas quais 4 principais que se pode citar são: •Reduzir o atrito entre os componentes. •Dissipar o calor gerado pelo sistema (quando o lubrificante não é graxa), reduzindo a temperatura. •Proteger a superfície do material, evitando que a oxidação ocorra nessa superfície. •Remoção de partículas e contaminantes, evitando a formação de borra, lamas e vernizes, através do movimento do fluido. •Diminuir as áreas das superfícies de contato, que iniciei gerar uma redução da origem do desgaste. Outras funções do lubrificante que poderiam ser citadas são, nas suas diversas aplicações: •Transmissão de força, funcionando como meio hidráulico, transmitindo força com um mínimo de perda (sistemas hidráulicos, por exemplo). •Amortecimento de choques, transferindo a energia mecânica para a energia fluida (como nos amortecedores dos automóveis) e amortecendo o choque dos dentes de engrenagens. •Vedação, impedindo a saída de lubrificantes e a entrada de partículas estranhas (função das graxas), e impedindo a Figura 5: O mecanismo de operação de uma lubrificação limite. 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. Grafico do coeficiente de atrito em cada regime de lubrificação: Legenda: 1 - Separação mínima entre a superficie 2 - Deformação elastica. Media separação entre as superficies 3 - Grande separação entre as superfícies. 4 - Atrito começa a cair. Obs.: Na lubrificação limite, pode chegar até encostar na superficie. Lubrificação elasto-hidrodinâmica - Este regime de lubrificação ocorre usualmente em superficies 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 distorção 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: Geometria de contato conforme e não conforme. Fonte: adaptado de [ASM Handbook - Vol. 18, 1992]. Lubrificação limite é aquela na qual a película de óleo é tenue. De acordo com H. Block, podemos classificar os casos de lubrificação limite em quatro tipos: - Tipo 1: Lubrificação limite suave, ou de baixa pressão e baixa temperatura. Exemplo: mancais de bucha sob velocidades pequenas. - Tipo 2: Lubrificação limite de temperatura elevada. Exemplo: cilindros de máquinas a vapor superaquecido, motores de combustão interna para aviões. - Tipo 3: Lubrificação limite de alta pressão. Exemplos: mancais de rolamento. - Tipo 4: Lubrificação limite extrema ou de elevada temperatura e alta pressão, comumente designado por EP (extrema pressão). O valor do coeficiente de atrito na lubrificação limite é de dez a cem vezes maior que na hidrodinâmica, elevando-se a ordem de grandeza de 0,03 a 0,4. Assume grande importância uma característica denominada adesividade, responsável pelo fenômeno de dois óleos de mesma viscosidade apresentarem diferenças de comportamento no tocante à resistência da película lubrificante. 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 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 μ é geralmente reportada pela unidade Poise (P), que tem as dimensões gramas por centímetro por segundo ou centipoise (cP) que é igual a 0,01P. No sistema SI, utiliza-se o segundo Pascal (Pa.s) que corresponde a 10P. * Viscosidade Cinemática de um líquido newtoniano é o quociente da viscosidade dinâmica ou absoluta dividida pela densidade, μ/ρ, ambos à mesma temperatura. A unidade da viscosidade cinemática, a mais utilizada, é o Stoke, que tem as dimensões centímetros quadrados por segundo. É prática comum na indústria do petróleo exprimir a viscosidade cinemática em centistokes (cSt). Um stoke equivale a 100 cSt. No sistema SI temos o milímetro quadrado/segundo (mm²/s). 1 mm²/s = 1 cSt. 1 N/s/m² = 1 Pa.s = 10 Poise = 1000 mili Pa.s 1 cm²/s = 1 x 10⁻⁴ m²/s = 1 x 10⁻² stokes = 1 x 10⁶ centistokes 4. Em algumas condições, é mais adequado utilizar os óleos 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 estabelece uma relação entre a variação que a viscosidade sofre com a alteração da temperatura. A viscosidade de todos os óleos diminui com o aumento da temperatura, mas a dos óleos com alto IV não varia tanto como a dos óleos que têm 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 índice 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 = 3,7 mPa.s b) Óleo 5W-40 * Viscosidade máxima a -20°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 de podem exclusivamente da base lubrificante escolhida, e não podem ser modificadas com outras substâncias, entre tanto, muitas outras propriedades são melhoradas e até introduzidas ou mesmo suprimidas à base escolhida através de aditivos. Os aditivos são, portanto, compostos químicos que, adicionados aos óleos básicos, reforçam algumas de suas qualidades ou lhes cedem novas ou eliminam propriedades indesejáveis. 8. A graxa e 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 fluído até o sólido. A ASTM, nas suas definições - pedra (D-128-64) _ considera graxa lubrificante, um produto de sólido e semi fluido proveniente da dispersão de um agente engrossa- dor em um liquido lubrificante. Graxa = engrossador + + liquido lubrificante + aditivos. Dentre as vantagens do uso das graxas, em relação aos oleos, pode-se citar: Quando é conveniente formar uma sela protetora ( vedação), evitando a entrada de contaminantes, como é, por exemplo, o caso de rolamentos. Não escorre facilmente como o óleo, sendo emprega- da nos pontos em que os óleos não seriam eficazes, em virtude de sua tendencia 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 Ele- 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 minimo de vazamento. * Permite a operação do sistema em várias posições. * Requer aplicacoes menos frequente. * Baixo consumo. * Resiste à acao de remoção proveniente da força centrífuga.