Petróleo e Óleos Lubrificantes, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

Baixe Petróleo e Óleos Lubrificantes e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity! I. PETRÓLEO (a) INTRODUÇÃO (b) ORIGEM (c) GEOLOGIA (d) COMPOSIÇÃO DO PETRÓLEO (e) REFINAÇÃO (f) DESTILAÇÃO (g) OBTENÇÃO DOS ÓLEOS BÁSICOS II. LUBRIFICANTES (a) INTRODUÇÃO (b) ÓLEOS MINERAIS (c) ÓLEOS GRAXOS (d) ÓLEOS COMPOSTOS (e) ÓLEOS SINTÉTICOS (f) CARACTERÍSTICAS DOS ÓLEOS LUBRIFICANTES (g) ADITIVOS EM LUBRIFICANTES (h) BLENDING (i) GRAXAS LUBRIFICANTES (j) COMPOSIÇÕES BETUMINOSAS E COMPONENTES SÓLIDOS III. PRINCÍPIOS BÁSICOS DE LUBRIFICAÇÃO (a) ATRITO (b) DESGASTE (c) LUBRIFICAÇÃO HIDROSTÁTICA E HIDRODINÂMICA (d) LUBRIFICAÇÃO LIMÍTROFE (e) PROJETO DE FILMES EM MANCAIS DE DESLIZAMENTO (f) REOLOGIA IV. LUBRIFICAÇÃO DE EQUIPAMENTOS ESPECÍFICOS (a) MANCAIS (b) ENGRENAGENS (c) SISTEMA HIDRÁULICO (d) CORRENTES (e) ACOPLAMENTOS (f) CABOS DE AÇO (g) MOTORES ELÉTRICOS (h) MOTOREDUTORES (i) COMPRESSORES (j) BOMBAS (k) REFRIGERAÇÃO (l) MÁQUINAS OPERATRIZES (m)MOTORES DIESEL, A GASOLINA E ÁLCOOL (n) MOTORES DIESEL MARÍTIMO (o) MOTORES DIESEL FERROVIÁRIOS (p) TURBINAS HIDRÁULICAS (q) TURBINAS A VAPOR (r) FERRAMENTAS PNEUMÁTICAS (s) EQUIPAMENTOS DE TERRAPLANAGEM I. PETRÓLEO A. HISTÓRICO • Fatos que aconteceram AC • Em 2600, a mais antiga manifestação de lubrificação, no túmulo de Ra-Em-Ka no Egito, onde é mostrado um trenó transportando um monumento e um homem despejando um líquido nos deslizadores. • Em 2500, Noé construiu sua arca e "calafetou-a, por dentro e por fora com piche". • Em 1600, a Mãe de Moisés, para salvar o filho, construiu uma arca de junco e "untou-a com lodo e piche". • Em 1400, no túmulo de Yuaa e Thuiu, foi encontrada graxa no eixo de uma carruagem enterrada. • Em 600, o campo petrolífero de Baku na Rússia, os adoradores do fogo, fazia peregrinação ao fogo, proveniente de gás natural que emergia do solo. • Fatos sem datas • óleo obtido em Agrigetum na Sicília, era usado em lamparinas no templo de Júpiter. • Há referências ao petróleo nos escritos gregos, sendo conhecido na China, bem como na Índia, "Rangoon Oil". • Os colonizadores da América do Norte descobriram que os índios usavam petróleo como remédio para toda sorte de doenças. • Fatos que aconteceram DC • Em 1810, a primeira notícia de destilação de petróleo, com o objetivo de se obter óleo para iluminação, em Praga. • Em 1826, na Inglaterra, foi sugerido usar petróleo como material de iluminação em lugar do óleo de baleia. • Em 1846, foi produzido óleo iluminante por destilação de carvão, dando o nome de querosene. • Em 1848, James Young, de Kelly, foi o primeiro a produzir “Paraffin Oil’ em escala comercial. Elaborou dois tipos: um fino, para uso como combustível em lâmpadas e outro pesado, para fins lubrificantes”. • Em 1858, James William, perfurou um poço de oito metros no Canadá, sem obter sucesso. • Em 1859, Edwin Drake, foi quem primeiro encontrou petróleo no mundo, perfurando um poço com profundidade de 21 metros e produção diária de 3.200 litros. • Entre 1892 e 1896, foi feita primeira sondagem profunda no Brasil, em Bofete (SP), resultando apenas em água sulfurosa. • Em 1917, foi iniciada a busca de petróleo na Amazônia. • Em 1939, na cidade de Lobato (BA), surgiu petróleo. • Em 03.10.53, se criou a Petrobrás. B. ORIGEM A palavra petróleo é latina: Petra (pedra) e Oleum (óleo). • Teoria Inorgânica: o petróleo teria sido produzido no interior da Terra pela ação de elevada temperatura e pressão sobre minerais; o carbono e o hidrogênio teriam, então, se combinado formando os hidrocarbonetos constituintes do petróleo. • Teoria Vegetal: matérias vegetais teriam sido cobertas por uma camada de material impermeável; o ar sendo excluído, a fermentação sobreveio e a lenta deterioração durante centenas de milhares de anos transformou a matéria vegetal em petróleo. • Teoria dos Animais Marinhos: o petróleo teve origem de pequenos animais marinhos que na ausência de ar transformaram-se lentamente em petróleo. A maioria dos geólogos são favoráveis a esta teoria. • Não fica excluída a simbiose das duas últimas teorias, como hipótese possível. • Operação de Separação • Destilação; • Absorção; • Adsorsão; • Filtração; • Extração por Solvente. • Processo de Conversão, modifica a natureza química das moléculas. • Cracking • Polimerização • Alquilação Processos de Tratamento Químico, retiram os constituintes indesejáveis que estão presentes em pequenas quantidades ou os convertem em outros compostos cuja presença não seja prejudicial. • Estes métodos são combinados em uma refinaria, e dependem das: a) Características e composição do cru a ser processado. b) Quantidades e especificações dos produtos a serem obtidos. 1) Quebra de Emulsão: Serve para fazer a separação do petróleo, quando este se encontrar como emulsão de água e óleo. Pode ser feito através de: Tratamento Químico, um aditivo desemulsificante é adicionado ao petróleo e remove o agente emulsificante na interface óleo-água e permite às gotículas de água unirem-se por coalescência e separarem-se do óleo. Tratamento Elétrico, a emulsão é aquecida para diminuir sua viscosidade, e é então submetida, ou a um campo elétrico alternativo para romper a película de óleo ao redor das gotículas de água, ou a um campo estacionário para abrigar as gotículas de água, que são negativamente carregadas, a migrarem e se unirem no eletrodo positivo. 2) Destilação É o primeiro passo no processamento do óleo cru na refinaria. É a separação por destilação em frações de diversas faixas de pontos de ebulição. É baseada em diferença de volatilidade dos componentes, e é feita por sucessivas vaporizações e condensações. É feita em dois estágios: • Primeiro, é processado em uma torre de fracionamento que opera a pressão atmosférica, onde são separados os combustíveis destilados e gasóleo. • Segundo, o resíduo é enviado ao aquecedor de uma segunda torre que opera a uma pressão reduzida (torre de vácuo), que produz gasóleo e diversos cortes de óleo lubrificante. 3) Cracking É a quebra das cadeias de muitos átomos de carbono, transformando-as em cadeias menores. Transforma produtos de baixo valor em produtos de maior valor, como, da faixa da gasolina. • Cracking Térmico. • Cracking Catalítico. Obs.: A gasolina obtida por "cracking" catalítico possui um número de octanas superior é obtida por "cracking" térmico. 4) Polimerização É a aglutinação dos produtos gasosos insaturados para formar moléculas de maior cadeia, visando obter produtos de maior valor. Podem ser: • Seletivo, quando se parte a mistura de butenos (iso e normal) e obtêm-se uma mistura de iso-octenos. • Não seletivo, parte-se de uma mistura de olefinas de 2 a 4 átomos de carbono por molécula e o produto final é uma mistura de olefinas isômeras de 4 a 8 átomos de carbono por molécula. • Tipos de Polimerização a) Reforming, é o cracking de nafta e tem por finalidade aumentar o número de octanas da gasolina. b) Alquilação, combina hidrocarbonetos gasosos leves em moléculas maiores, partindo de uma mistura de olefinas e isoparafinas. c) Hidrogenação, é a adição de hidrogênio a um hidrocarboneto não saturado. d) Aromatização, consiste em transformar hidrocarbonetos de cadeia aberta em hidrocarbonetos aromáticos. e) Isomerização, transforma parafina de cadeia aberta em parafina de cadeia ramificada. F. OBTENÇÃO DOS ÓLEOS BÁSICOS São obtidos de petróleo de composição variada, pertencentes a 3 (três) classes: Parafínicos, Naftênicos e Aromáticos. • A escolha do tratamento depende: • Natureza do cru; • Produtos desejados. a) Destilação, o cru é dessalgado e fracionado produzindo GLP, gasolina, nafta, querosene, diesel e cru reduzido. b) O cru reduzido, é a carga para o sistema a vácuo, onde sob condições especiais, se obtém: spindle, neutros, bright, stock, cylinder stock e resíduos de vácuo. • Tratamentos visando melhorar as características destas frações: a) Extração por Solvente, serve para retirar o asfalto e compostos similares. Requisitos importantes dos solvente: a imiscibilidade com o óleo e que as substâncias indesejáveis sejam mais solúveis no solvente que o óleo. b) Desparafinização, serve para retirar a parafina por resfriamento, seguido de filtração. Para facilitar a filtração adiciona-se antes do resfriamento um solvente, que é em seguida separado por destilação. c) Hidrogenação, visa estabilizar quimicamente, pela eliminação das múltiplas ligações, compostos de enxofre e nitrogênio. d) Adsorsão, serve para remover impurezas através de tratamento com um sólido adsortivo argila natural. • adsorvente pode ser aplicado por : • Percolação, o óleo é previamente aquecido e circula através de uma torre cheia com adsorvente granular. • Contato, quando o adsorvente, em finos grãos, é misturado e agitado com o óleo sendo posteriormente removido por filtração. II. ÓLEOS LUBRIFICANTES A. INTRODUÇÃO 1) Óleos Minerais; 2) Óleos Graxos (orgânicos); 3) Óleos Compostos; 4) Óleos Sintéticos. B. ÓLEOS MINERAIS São obtidos do petróleo e, consequentemente, suas propriedades se relacionam à natureza do óleo cru que lhes deu origem e ao processo de refinação empregado. 1. Compostos da Série Parafínica (alcanos): metano, etano, propano, butano, isobutano. 2. Série Nafténica (cicloparafinas): ciclopropano, ciclo butano, metil-ciclopropano. 3. Olefinas: etileno, propileno. 4. Aromáticos: benzeno, tolueno, ortixileno. • O petróleo de base parafínica praticamente não contém asfalto, enquanto os de base naftênica (asfáltica) não contém parafina. • Quando apresentam proporções de asfalto e parafina, são classificados como de base mista, sendo constituído por hidrocarbonetos parafínicos, naftênicos e aromáticos. • Os óleos em função de sua origem, podem ser mais indicados para determinados fins. • Os óleos aromáticos não são adequados para fins de lubrificação. C. ÓLEOS GRAXOS Foram os primeiros a serem usados, hoje foram praticamente substituídos pelos minerais, que além de mais baratos, não sofrem hidrólise, nem se tornam ácidos ou corrosivos pelo uso. A única vantagem, é a sua capacidade de aderência à superfície metálica, e sua principal desvantagem, é a inexistente resistência à oxidação, tornando-se ranhosos e formando gomosidade. D. ÓLEOS COMPOSTOS São óleos graxos adicionados aos minerais, em proporções de 1 a 30%. O objetivo da mistura, é conferir maior oleosidade ou maior facilidade de emulsão em presença de vapor d’água. E. ÓLEOS SINTÉTICOS Obtidos por síntese química, foram desenvolvidos para atender necessidades industriais especiais. Estão aptos a suportar as condições mais adversas possíveis, principalmente as militares. 1) Ésteres de Ácidos Dibásicos • Vantagens • superiores aos óleos de petróleo na relação viscosidade-temperatura; • menos voláteis que os óleos minerais; • alto poder lubrificante; • boa estabilidade térmica; • boa resistência à oxidação; • não são corrosivos para metais. • Desvantagens • acentuado efeito solvente sobre borrachas, vernizes e plásticos. • Utilização • motores a jato; • óleos hidráulicos especiais; • óleos para instrumentos delicados. 2) Ésteres de Organofosfatos • Vantagens • alto poder lubrificante; • não são inflamáveis como os óleos minerais; • baixa volatilidade; • relação viscosidade-temperatura melhor que os óleos minerais; • boa resistência à oxidação; • estabilidade térmica satisfatória até 150°C. • Desvantagens Pode se misturar qualquer proporção, para a formação de um outro óleo, somente separáveis por processo de destilação. A finalidade é conhecer a viscosidade da mistura. 3. Grau API É uma escala convencional, função matemática da densidade relativa. Óleos parafínicos possuem densidade em torno de 0,87, enquanto os naftênicos possuem acima de 0,9. 4. Ponto de Fluidez Também chamado de ponto de gota ou ponto de congelamento, vem a ser a temperatura máxima na qual o óleo flui. É expresso em °F, e é sempre múltiplo de 5. Só interessa no emprego de lubrificantes para máquinas frigoríficas. 5. Ponto de Fulgor É a menor temperatura na qual o vapor desprendido pelo óleo, em presença do ar, se inflama momentaneamente, ao lhe aplicar uma chama, formando um lampejo. Óleos com ponto de fulgor inferior a 150°C não devem ser empregados em lubrificação. Depende da volatilidade dos constituintes mais voláteis. Óleos de mesma série e do mesmo tipo de cru, o mais viscoso possui ponto de fulgor mais elevado. 6. Ponto de Combustão É a temperatura na qual os vapores de óleo se queimam de modo contínuo durante um mínimo de 5 segundos. Normalmente ocorre de 22 a 28°C acima do Ponto de Fulgor. 7. Ponto de Auto-inflamação É a temperatura na qual o lubrificante se inflama espontaneamente, sem o contato de chama. É uma temperatura muitíssima elevada. 8. Resíduos de Carbono Calcula-se um índice da quantidade de resíduos que o óleo poderia deixar nos motores de combustão interna ou em outra máquinas, quando submetido à evaporação sob elevada temperatura. Os óleos de origem naftênica, produzem menor quantidade de resíduos que os parafínicos, motivo de gozarem de certa preferência para emprego em compressores. Os óleos refinados por extração de solvente, apresentam menores resíduos de carbono, que os refinados por qualquer outro processo. 9. Cor Carece de importância prática, salvo para o fabricante controlar a uniformidade do produto. No entanto, supõe-se que os óleos do mesmo tipo, o mais claro possui menor viscosidade. Óleos parafínicos apresentam por luz refletida, fluorescência verde, enquanto que os naftênico dão reflexo azulado. A cor pode ser facilmente mudada, pela adição de corantes. 10. Cinzas Resultante da queima completa de uma amostra de óleo, indica a quantidade de matéria inorgânica presente. Nos óleo usados, as cinzas resultam da soma da parcela oriunda dos aditivos, mais as provenientes dos contaminantes. A existência de aditivos detergentes "ashless" no óleo, faz com que ele não deixe cinzas. 11. Número de Precipitação Indica o volume de matérias estranhas existentes no óleo lubrificante. Em óleo sem uso, indica o grau de refinação do produto, pois os compostos asfálticos indesejáveis são insolúveis em nafta leve de petróleo, se separando por meio de centrifugação. Nos óleos usados, revela o conteúdo de partículas sólidas em suspensão, indicando a contaminação com matérias estranhas. 12. Número de Neutralização Indica o grau de acidez ou alcalinidade do óleo. Os óleos minerais puros possuem este valor inferior ao dos óleos aditivados. No controle dos óleos usados é útil verificar a variação do seu valor, uma vez que em trabalho, tendem a acumular produtos ácidos, resultante de sua própria combustão ou deterioração. 13. Número de Saponificação É um índice que indica a quantidade de gordura ou de óleo graxo, presente em um óleo mineral composto. 14. Número de Emulsão É o tempo, em segundos, que uma amostra de óleo leva para se separar da água condensada proveniente de uma injeção de vapor. Índice de Demulsibilidade Herschel, medido em centímetros cúbicos por hora, expressa a rapidez com que o óleo se separa de determinada emulsão padrão, às temperaturas de 55 ou 82 °C. Em geral os óleos que oferecem menor resistência à emulsão é os de maior acidez, no entanto, apresenta maior resistência de película. Óleos oxidados se emulsionam mais facilmente que os óleos novos. 15. Ponto de Anilina É a temperatura mais baixa na qual partes iguais, em volume, de uma amostra de um produto do petróleo em ensaio, e de anilina recém destilada, permanecem em solução equilibrada. Serve para orientar a presença de produtos aromáticos, num óleo lubrificante ou num solvente. No lubrificante, é uma característica indesejável, pois indica uma tendência em atacar peças de borracha. Nos solventes, tem grande valor, quanto maior sua presença, maior será a capacidade de dissolver certas gomas, lacas, pigmentos e vernizes, empregados na indústria de tinta e cera. É de grande importância nas especificações de fluidos para freios, visando proteger as peças de borracha. 16. Corrosão Coloca-se uma lâmina de cobre sob a ação do óleo em temperatura elevada (100°C), por um certo período de tempo (3h). A lâmina sofre mudança de cor, que é comparada numa escala. 17. Insolúveis É ensaiado com dois produtos. Em Pentano, indica as resinas provenientes da oxidação do óleo e matérias estranhas. Em Benzeno, representa apenas os contaminantes externos. A diferença dá os produtos da oxidação. Considerar que os insolúveis em benzeno incluem compostos de chumbo oriundos do combustível, por isso óleos usados em motores à gasolina, possuem valor muito maior que o do diesel. 18. TAN e TBN TAN é a medida da quantidade de ácido, em miligrama de KOH, necessária para neutralizar todos os componentes ácidos até o PH = 11, de uma grama de óleo. TBN é a medida da alcalinidade, em miligrama de KOH, equivalente ao ácido clorídrico gasto para titular até o PH = 4, de um grama do óleo. 19. Teste Mata Borrão Maneira rápida, porém imprecisa, e de difícil interpretação, para se fazer à avaliação da acidez, poder dispersante e presença de água, em óleos usados. 20. Análise Espectrográfica Procede-se a combustão de uma quantidade de amostra de óleo. A cinza resultante é misturada a um padrão normalizado, como carbonato de lítio, e uma pequena quantidade de mistura, é colocada em um dos eletrodos de uma lâmpada de arco, fotografando-se o espectro resultante. • É possível determinar a quantidade de diversos elementos, como: 1) Sílica, constitui um índice de pó produzido pelo ar. 2) Ferro, revela o desgaste dos anéis e das camisas de um motor ou de engrenagens. 3) Estanho, chumbo, cobre ou prata, revela desgaste de mancais. 4) Alumínio, demonstra desgaste de pistões. 5) Cromo, constitui um indício de desgaste, das camisas de cilindros cromadas. G. ADITIVOS São compostos químicos que adicionado aos óleos básicos, reforçam algumas de suas qualidades ou lhes conferem novas ou eliminam propriedades indesejáveis. • Classificam-se em dois grupos: 1) aqueles que modificam certas características físicas Ex.: Ponto de Fluidez, Espuma e IV. 2) aqueles cujo efeito final é de natureza química. Ex.: Inibidores de Oxidação, Detergentes, Agentes EP 1. Propriedades de Extrema Pressão - EP Interessante campo de pesquisa e aplicação de aditivos. Usados em lubrificação limítrofe extrema, como exemplo, em engrenagens hipoidais, que possuem indiscutíveis vantagens mecânicas, mas severas exigências de lubrificação, causadas por elevadas cargas e velocidades de deslizamento. a. Métodos de Testes para Lubrificação EP Todos são similares em seus princípios, e consistem em fazer atuar uma carga crescente sobre duas superfícies em movimento, lubrificadas pelo produto que está sendo testado. 1) Timken, um bloco de aço é pressionado contra um anel cilíndrico de aço rotativo durante dez minutos. A carga com a qual não ocorre gripamento é anotada. 2) Almen, um eixo cilíndrico gira num mancal de bucha fundida pressionado contra o eixo. São acionados, a intervalos de 10 segundos, pesos de duas libras. 3) Falex, um eixo cilíndrico gira entre dois mancais duros em forma de V que são pressionados crescentemente contra o eixo no qual ocorre o desgaste. 4) Fourball, uma esfera de aço de 1/2 pol. gira em contato com três esferas similares fixas. 5) SAE, dois cilindros giram em velocidades diferentes, pressionados um contra o outro. b. Tipos de Aditivos EP 1) Compostos orgânicos contendo oxigênio. 2) Compostos orgânicos contendo enxofre, ou combinações contendo oxigênio e enxofre. 3) Compostos orgânicos contendo cloro. 4) Compostos orgânicos contendo cloro e enxofre, ou misturas de compostos de cloro e compostos de enxofre. 5) Compostos orgânicos contendo fósforo. 6) Compostos orgânicos contendo chumbo. Num jogo de engrenagens, a película de óleo se torna progressivamente mais fina. O desgaste abrasivo cresce com o aumento da carga, provocando a junção (solda) de porções das duas superfícies, seguida de arrancamento de partículas de metal. Os produtos de reação reduzem o atrito e evitam o gripamento. As temperaturas são muito elevadas e as reações entre os ingredientes do lubrificante e o metal, se processam de maneira muito rápida. c) produtos de condensação Friedel-Crafts de parafina clorada com naftaleno; d) produtos de condensação Friedel-Crafts de parafina clorada com fenol; e) Copolímeros de vinil carboxilato-dialcoilfumaratos. H. BLENDING O fator mais importante na tecnologia dos lubrificantes é a exigência da presença balanceada dos compostos químicos. É comum na sua formulação, vários aditivos atenderem a inúmeras características, existem casos também, de um aditivo atender a uma única característica. Cinergismo, quando aditivos são combinados e o efeito final é maior que a soma das ações individuais. Depende das condições e influências sob as quais são usados. Anticinergismo, caso contrário. 1) Produção • os óleos básicos, por questões econômicas não podem atender a todas as faixas de viscosidade, a solução é a mistura deles. • a escolha e determinação dos aditivos para proporcionar a performance desejada, a um menor custo, requer experiência, um excelente laboratório de pesquisa e teste de campo. Planta de Mistura e Envazamento, é um unidade industrial que permite processar a mistura dos óleos básicos com os aditivos. Consiste em homogeneizar os componentes em um tacho, através da agitação provocada pelo borbulhamento de ar pelo seu fundo. O aditivo é previamente desidratado. • Deve satisfazer os seguintes requisitos: a) minimização do custo operacional; b) minimização do custo de mão-de-obra; c) maximização da flexibilidade operacional; d) maximização da segurança; e) planejamento de expansão; f) funcionalidade da estocagem e da distribuição; g) completo laboratório de controle de qualidade. Planta de Mistura Automática, consiste de um sistema pneumático que comanda eletronicamente a vazão de cada componente, o que permite instantânea compensação ou corte, a qualquer variação de vazão de qualquer componente. • O processo é feito automaticamente e em tipos fundamentais de embalagens. • Latas (1 e 5 litros) para atender Postos de Serviço e Revendedores. • Baldes (20 litros) para consumidores frotistas. • Tambores (200 litros) para grandes consumidores. As latas são envasadas em equipamentos automáticos, enquanto os baldes e tambores utilizam o processo de balança automática, para garantir a uniformidade pelo peso. I. GRAXAS LUBRIFICANTES • É uma combinação semi-sólida de produtos de petróleo e um sabão ou mistura de sabões, adequada para certos tipos de lubrificação. Atualmente com os produtos disponíveis do mercado, obrigaram a ampliar o conceito de graxa. • É a combinação de um fluido com um espessante, resultando em um produto homogêneo com qualidades lubrificantes. • Empregadas nos pontos onde os óleos não são eficazes e quando for conveniente formar um selo protetor. • Amolecem em serviço, mas se recuperam quando deixadas em repouso. • O consumo representa apenas 5 a 10% do gasto dos óleos lubrificantes. • Os engrossadores utilizados, não diferem dos sabões de lavar roupa. • Obtidos pela reação química entre ácido graxo (sebo) e produto alcalino tipo: cal virgem (sabão de cálcio), soda cáustica (sabão de sódio) ou hidróxido de lítio (sabão de lítio). • Basicamente o equipamento para manufaturar graxa consiste de: • Autoclave, com aquecimento por circulação de óleo, onde é fabricado o sabão. • Tacho aberto, com agitadores mecânicos, onde se mistura o sabão com óleo. • Homogeneizador, em geral do tipo moinho ou o mais eficiente anel de impacto, onde é homogeneizado o produto final. • Acessórios: filtros moedores e o desaerador (torre de vácuo). 1. Composição da Graxa a. Espessante • 90%, são sabões metálicos. • 5%, é argila modificada (bentonita). • 5%, aerogel de sílica, tintas, pigmentos, negro-de-fumo, fibras, gomas, resinas, sais orgânicos e inorgânicos. b. Fluidos Lubrificantes • 70%, são óleos minerais lubrificantes de viscosidade superior a 100 SUS a 100°F, podendo ser maior que 125 SUS a 210°F. • 10%, são óleos minerais leves, como "spindle oil", "signal oil", "transformer oil", e querosene, diesel e “gasoil”. • 10%, são constituintes fluidos, de asfalto, petrolatos ou ceras minerais. • 10%, são constituídos por óleos sintéticos, como: • 20%, óleos de silicone. • 30%, ésteres de ácidos dibásicos. • 50%, polialquileno glicol, éster de fosfato, fluorocarbono, difenil, difenil clorado, silicone clorado e éter polialquifenil. 2. Vantagens da Utilização da Graxa a. Em mancais de rolamento • boa retenção; • lubrificação instantânea na partida; • mínimo de vazamentos; • permite uso de mancais selados; • elimina contaminação; • permite operação em várias posições; • requer aplicações menos freqüentes; • baixo consumo. b. Em mancais de deslizamento • boa retenção; • resiste ao choque; • permanece onde necessário nas partidas e operações intermitentes. c. Em engrenagens • boa retenção, principalmente em engrenagens abertas; • resiste à ação de remoção proveniente da força centrífuga; • resiste à pressão de carga. 3. Características das Graxas A performance depende do: • Tipo de Sabão; • Método de fabricação; • Aditivos; • Líquido lubrificante utilizado. e. Consistência, é medida por meio de um método que consiste em se fazer um cone padrão penetrar (penetrômetro), durante certo período de tempo, a uma temperatura de referência determinada (25ºC), em uma amostra de graxa. A penetração é medida em milímetros. A amostra deve ser previamente preparada (amostra trabalhada), quando a graxa é submetida, antes do ensaio, a pelo menos 60 golpes em um aparelho padronizado. Amostra não-trabalhada, quando a amostra não é preparada. • Graxas mais duras e de menor penetração, recebem numero NLGI maiores. • Existem graxas que não se enquadram em nenhum número NLGI e as graxas em bloco, mais duras que a número 6, são empregadas em grandes mancais, tipo fornos de fabricação de cimento, por meio de gotejamento. f. Viscosidade Aparente, é a relação entre a tensão de cisalhamento e o grau de cisalhamento (gradiente de velocidade). Quanto maior o grau de cisalhamento, menor a viscosidade aparente, que varia em função da temperatura. • Fatores que afetam a viscosidade aparente: a) viscosidade do fluido; b) processo de fabricação; c) estrutura e concentração do engrossador. g. Ponto de Gota, indica a temperatura em que o produto se torna fluido. Apresentam valores bastante distintos, pois dependem do agente engrossador: TIPO DE SABÃO PONTO DE GOTA (ºC) • Graxa de cálcio 70 – 120 • Graxa de sódio 120 – 200 • Graxa de alumínio 70 – 110 • Graxa de bário 180 – 260 • Graxa de lítio 180 – 250 • Graxa de cálcio-chumbo (complexo) 180 – 300 • Graxa especial de argila, sílica, grafita, bissulfeto de molibdênio 260 ou mais d. Resistência ao Cisalhamento, é a variação de penetração trabalhada de uma graxa, após o rolamento. e. Separação do óleo durante a armazenagem, indicação aparente de qualidade do produto. Uma amostra de graxa em repouso no período de 30 a 50 horas, não deve separar o óleo em quantidade nunca superior a 5% em peso, em relação à graxa inicial. f. Estabilidade à Oxidação, as graxas estão sujeitas à oxidação, sendo que sua velocidade, é proporcional a temperatura do ar ambiente. g. Capacidade de Carga, é importante para a caracterização da EP. É medida pelos equipamentos Almen, Four-Ball, Falex, Timken e SAE, sendo que o valor indicado corresponde a maior pressão que as peças em movimento podem suportar. h) Aditivos para Graxas (químicos) a. Inibidores de Oxidação, como certas aminas complexas, são empregados, especialmente nas graxas para lubrificação permanente de mancais de rolamento. b. Agentes EP, compostos orgânicos clorados ou fosforizados, óleos ou gorduras sulfurizados e sabões de chumbo, como naftenato de chumbo. c. Adesividade, pode ser incrementada pela adição de látex líquido ou polímeros lineares de alto peso molecular, como é o caso do poli-iso-butileno. J. COMPOSIÇÕES BETUMINOSAS E LUBRIFICANTES SÓLIDOS São lubrificantes de elevada aderência, formulados a base de misturas de óleos minerais com asfalto. Normalmente são aplicados com aquecimento prévio ou diluídos em solvente leve não inflamável, podendo neste último caso, ser aplicado a frio. Grande campo de aplicação, são as engrenagens abertas. • Lubrificantes sólidos • Características que possuem. • forte aderência a metais. • pequena resistência ao cisalhamento. • estabilidade em altas temperaturas. • quimicamente inerte. • elevado coeficiente de transmissão de calor. • Classificação 1) Sólidos Laminares, pertencem a esta categoria a grafita, dissulfeto de molibdênio, dissulfeto de tungstênio, mica, talco, sulfato de prata e bórax. • Grafita, é o mais comum. É constituída por carbono na forma cristalina, mas é possível sua obtenção partindo-se do carvão antracitoso e coque de petróleo, em fornos especiais. É satisfatória até a temperatura de 370°C, acima da qual passa a sofre oxidação do ar. Atende a lubrificação de moldes de vidro. • Dissulfeto de Molibdênio (MoS2), é obtido da natureza, extraído da molibdenita. Tem aparência de pó preto, brilhante. É recomendada até 400°C, acima da qual sofre considerável oxidação. Também tem grande aderência às superfícies metálicas, usado como agente EP. 2) Compostos Orgânicos, são formados pelas parafinas, ceras e pastas especiais, além de sabão, gorduras e diversos plásticos. Usados em estampagem e trefilação. III. PRINCÍPIOS BÁSICOS DE LUBRIFICAÇÃO A. ATRITO É a resistência ao movimento, entre duas superfícies que se movem uma em relação à outra. Em alguns casos, é necessário e útil, como nos sistemas de freio. Em outros, é indesejável, porque dificulta o movimento e consome energia motriz, sem produzir o correspondente trabalho. • Tipos de atrito: a) Sólido, quando há contato de duas superfícies sólidas entre si. • Deslizamento, quando uma superfície se desloca diretamente em contato com outra. • Rolamento, quando a deslocamento se efetua através da rotação de corpos cilíndricos ou esféricos, colocados entre as superfícies em movimento. Como a área de contato é menor, o atrito também é menor. b) Fluido, quando existir, separando as superfícies em movimento, uma camada fluida. 1) Mecanismos de atrito a) cisalhamento • dureza semelhante • dureza diferente b) adesão • Atrito de deslizamento • Estático (F menor ou igual à Fa). • Dinâmico (F maior que Fa). 2) Leis Gerais do Atrito a) A força limite de atrito é proporcional a resultante das solicitações normais entre as superfícies de contato. Fa F 0B 5 N. b) A força limite de atrito independe da área de contato. c) A força limite de atrito é independente da velocidade relativa das superfícies de contato. 3) Coeficiente de atrito É o coeficiente de proporcionalidade (F 06 D ), considerando que a força limite de atrito estático e cinético é proporcional às solicitações normais entre as superfícies. Pode-se acrescentar as seguintes regras: d) atrito estático é normalmente maior que o atrito cinético. e) o atrito em superfícies lubrificadas é menor do que em superfícies secas. 1. Ângulo de atrito F 0D E 2. Atrito de rolamento F 0D E O Coeficiente depende: a) das propriedades elásticas dos elementos rolantes; b) das propriedades elásticas das pistas; c) do acabamento superficial; d) da direção da carga; e) da rotação do elemento rolante; f) da temperatura de operação; g) do tipo do mancal; h) das dimensões dos elementos rolantes; i) do raio de curvatura da superfície de contato; Contato Coeficiente F 06 Dr (mm) Madeira sobre madeira 0,50 – 0,80 Ferro sobre aço 0,18 – 0,56 Aço sobre aço 0,20 – 0,50 Ferro sobre pedra 1,27 – 5,00 Pneu sobre asfalto 0,50 – 0,55 B. DESGASTE Duas superfícies em movimento, uma sobre a outra, sempre haverá desgaste. Por meio da lubrificação, procura-se minimizar o desgaste, que se apresenta sob várias formas. • Alguns tipos de desgaste que ocorrem nos rolamentos: • Abrasão, proveniente de partículas de material abrasivo (areia ou pó) contido no óleo lubrificante; • Desalojamento, consiste na remoção de metal de um ponto e sua deposição em outro; • Corrosão, proveniente de contaminantes ácidos; • Endentação, devido à penetração de corpo estranho duro (cavacos metálicos, impurezas); • Fricção, se caracteriza por endentações polidas proveniente de corrosão por vibração; • Erosão, são endentações causadas pela repetição de choques com pesadas cargas; • Fragmentação, produzida por instalação defeituosa; • Esfoliação ou Escamação, causada pela fadiga em se submeter o metal a repetidos esforços além de sua capacidade limite; • Estriamento, ocasionado pela passagem continuada de fracas correntes elétricas; • Cavitação, devido ao colapso das bolhas em um fluido. • Leis de Desgaste: a) quantidade de desgaste D é diretamente proporcional à carga P. b) quantidade de desgaste D é diretamente proporcional à distância deslizante d. c) a quantidade de desgaste D é inversamente proporcional à dureza da superfície H. • Constante do sistema de deslizamento (K) Contato Coeficiente de Desgaste, K Aço sobre aço, sem lubrificação 7 x 10-3 Aço sobre aço, com lubrificação 1 x 10-9 C. LUBRIFICAÇÃO HIDRODINÂMICA Separa as superfícies em movimento por um lubrificante, de modo a evitar ou reduzir o contato entre elas. • Vantagens observadas • Se reduzem as forças de atrito, pois a resistência dos fluidos ao deslocamento é muito menor que as forças de adesão e cisalhamento. • Se reduz o desgaste, por se evitar o contato sólido das superfícies. • A formação da camada de fluido pode ser obtida por: • Lubrificação Hidrostática, quando em superfícies imóveis, o fluido é pressurizado no espaço entre elas, separando-as pela ação da pressão. • Lubrificação Hidrodinâmica, quando o filme de fluido se desenvolve entre superfícies, em virtude do próprio movimento relativo entre as mesmas. Obs.: A Viscosidade é o fator mais importante na lubrificação. • Coeficiente de Atrito, se situa entre 0,001 e 0,03 e depende: a) da viscosidade; b) das superfícies em contato; c) da velocidade relativa; d) da área das superfícies; e) da espessura do filme fluido; f) da forma geométrica das superfícies; g) da carga exercida sobre o filme fluido. 1. Cunhas de óleo O desenvolvimento do filme fluido exige que as superfícies não sejam paralelas e a separação destas superfícies é função da viscosidade. Quanto mais viscosidade for o lubrificante, maior a espessura do filme fluido formado entre as superfícies. a. Plásticos b. Pseudoplásticos c. Dilatadores • Dependentes do tempo a. Tixotrópicos b. Reopáticos • Plásticos, se caracterizam por possuírem um limite elástico que deverá ser vencido para que se verifique o escoamento (graxas). • Pseudoplásticos, não apresentam limite elástico, porém sua viscosidade aparente também decresce com o aumento do grau de cisalhamento. • Dilatadores, são aqueles nos quais a viscosidade aparente cresce com o grau de cisalhamento. • Tixotrópicos, quando submetidos a um grau de cisalhamento constante durante um certo período de tempo sua viscosidade aparente baixa a um valor mínimo. a. Reversível, quando cessado o efeito do cisalhamento, a viscosidade aparente retorna ao valor original. b. Irreversível, quando cessado o efeito do cisalhamento, a viscosidade aparente retorna a um valor menor que o original. • Reopáticos, quando submetidos a um grau de cisalhamento constante durante certo período de tempo, aumentam sua viscosidade aparente para um certo valor máximo, retornando ao valor normal, quando em repouso. Obs.: A Viscosidade Aparente, é a relação entre a tensão de cisalhamento e o grau de cisalhamento. IV. LUBRIFICAÇÃO DE EQUIPAMENTOS ESPECÍFICOS A. MANCAIS São suportes ou guias de partes móveis. 1. Classificação a) Deslizantes (fricção) • Radiais (planos ou comuns) • Semicircular • Bucha • Bipartido • Quatro partes • De Guia • De Escora • Verticais 1) Gibbs 2) Michell 3) Kingsbury • Horizontais b) Rolamentos (antifricção) • Esferas • Rolos • Cilíndricos (caso especial: agulha) • Cônicos 2. Lubrificação em Mancais de Deslizamento a) Fatores que asseguram a lubrificação adequada • Traçado simples e correto dos chanfros e ranhuras de distribuição. • O orifício de introdução do óleo deve ficar localizado no ponto de pressão mínima. • Não deve haver ranhuras e orifícios na parte de maior pressão. • As ranhuras devem possibilitar a rápida distribuição do óleo em todo o comprimento do mancal, evitar sua saída pelas extremidades e introduzi-lo na área de máxima pressão. • Ter ranhuras longitudinais, de seção semicircular, em toda extensão axial, sem atingir suas extremidades. • Não possuir cantos vivos ou arestas cortantes nas superfícies. • Na área de grande pressão, usar ranhura auxiliar chanfrada, considerando o sentido de rotação do eixo. • Comprimento superior a 200 mm, deve ter mais de um orifício de introdução de óleo. • Mancais compostos devem ter as arestas chanfradas, terminando cerca de 12 mm das extremidades, para evitar fuga de óleo. b) Fatores de escolha da Viscosidade/Consistência adequadas • Geometria do mancal (dimensões, diâmetro, folga mancal / eixo). • Rotação do eixo. • Carga no mancal. • Temperatura de operação do mancal. • Condições ambientais (temperatura, umidade, poeira e contaminantes). • Método de aplicação. c) Lubrificação a graxa • Quando as condições mecânicas não impedirem a entrada de impurezas sólidas. • Quando houver ocorrência de água (usar também óleo composto). • Temperaturas muito elevadas. • Grandes cargas e rotações baixas (menor que 50 rpm). • A aplicação é feita por: copos graeiros, pistola, sistema centralizado ou em blocos. d) Lubrificação a óleo • A lubrificação pode ser feita da maneira hidrodinâmica ou limítrofe. • Para a hidrodinâmica, quando a lubrificação for contínua. • Para a limítrofe, quando a lubrificação for intermitente. • A aplicação na lubrificação hidrodinâmica pode ser feita por: circulação, por banho, por anel ou por colar. • A aplicação na lubrificação limítrofe pode ser feita por: almotolia, copos conta-gotas, copos de mecha e copos de vareta. e) Características do óleo lubrificante • Quando a lubrificação for em regime contínuo, o óleo deve possuir viscosidade adequada e boa resistência à oxidação. • Quando a lubrificação for em regime intermitente, o óleo dever possuir boa tenacidade de película. • Para a escolha do óleo para os dois casos, contínuo e intermitente, as condições da velocidade do eixo e temperatura do mancal são importantíssimas. 3. Lubrificação de Rolamentos a) Fatores que asseguram a lubrificação adequada • A limpeza é a primeira consideração para o bom funcionamento e longa duração em serviço. • Nos rolamentos autocompensadores, usar somente a lubrificação a óleo. b) Lubrificação a graxa • Nos mancais de fácil acesso, a caixa pode ser aberta para se renovar ou completar. • Nas caixas bipartidas, retirar a parte superior. • Nas caixas inteiriças, estas dispõem de tampas laterais facilmente removíveis. • Para grandes mancais ou elevadas velocidades do munhão, necessitando de aplicações mais freqüentes, a caixa deve possuir bico graxeiro, para levar a graxa aplicada. • É importante possuir válvula de graxa, por ser um dispositivo útil, permitindo a saída automática de excesso de graxa, pois este é altamente prejudicial. • Regra geral, a caixa deve ser cheia até um terço ou metade de seu espaço livre com uma graxa de boa qualidade, possivelmente à base de lítio. Observações: 1) As graxas de cálcio, podem ser usadas sob temperaturas moderadas (máxima de 60°C) e rotações baixas. 2) A graxa de sódio, são adequadas para operarem sob condição isenta de umidade. 3) A graxa apresenta vantagem sobre o óleo, por contribuir para a boa vedação da caixa. Os labirintos de vedação, devem ficar cheios de graxa. 4) Com qualquer graxa, as caixas devem ser cheias no máximo, até a metade de sua capacidade. c) Lubrificação a óleo • O nível dentro da caixa dever ser mantido baixo, não excedendo ao centro do corpo rolante situado mais abaixo. • É muito conveniente o emprego de um sistema circulatório para o óleo. • Em determinados casos, é muito útil, o uso de lubrificação por neblina. • A importância da viscosidade apropriada, cresce com a elevação da rotação do eixo. d) Vedações • A limpeza é a primeira consideração a ser observada para o bom funcionamento e longa duração em serviço de rolamentos. • É essencial que as caixas de rolamentos, possuam boa vedação. e) Tipos de vedantes • Feltro em tiras ou anéis, para lubrificação a graxa, embebido a quente (temp 70 - 80°C), com 2 (duas) partes de óleo mineral e 1 (uma) parte de sebo animal. • Anéis de labirinto, apresentam vantagens nos casos de altas velocidades. • Para rolamentos lubrificados a óleo, a vedação adquire maior importância, pois o óleo precisa ficar retido na caixa. • Empregam-se anéis de feltro ou de labirinto, ou ainda, vedadores de borracha sintética. f) Intervalo de lubrificação • Para lubrificação a óleo, são fundamentais, a temperatura de funcionamento e a possibilidade de contaminação proveniente do ambiente. • Sem poluição e com temperatura inferior a 50°C, o óleo pode ser trocado apenas uma vez por ano. • Para temperaturas em torno de 100°C, o intervalo cai para cerca de 60 a 90 dias. • Para lubrificação à graxa, são fundamentais alguns fatores, como a temperatura, intimamente correlacionada com a velocidade de rotação e a carga suportada. • Nos rolamentos, sujeitos a respingos de água, a graxa é substituída semanalmente, com a graxa sendo introduzida com a máquina em funcionamento, até sair pelas vedações. Como a rotação é baixa, não há inconveniente de se encher por completo a caixa. • A quantidade de graxa para a relubrificação, é calculada por: Q é a quantidade de graxa em gramas. D é o diâmetro externo do rolamento em mm. B é a largura do rolamento em mm. • Circulação sob pressão, é o melhor método, para grandes velocidades. Aplica-se um jato de óleo sobre o ponto em que os dentes engrenam, ou através de névoa de óleo. O sistema deve ser projetado, de tal forma que pressão interna seja maior que a pressão atmosférica, para evitar a entrada de impurezas. 9) Contaminação • a água do sistema de refrigeração pode entrar com contato com o óleo ou mesmo a condensação da umidade do ar. Deve-se excluir a água das caixas de engrenagens, pois forma emulsão permanente no óleo severamente oxidado, podendo causar desgaste nas engrenagens e mancais, dificultando a formação de um filme eficiente. • Escolha da Viscosidade • Para temperaturas menores que 65°C, pode se usar óleo mineral puro. É conveniente, que contenham inibidores de oxidação. • Para temperaturas entre 65 e 90°C, devem ser usados óleos do tipo turbina ou para motor, que contenham inibidores contra corrosão e oxidação. • Quando houver possibilidade de contaminação com água, usar óleo composto. Considerar a facilidade de oxidação, para temperaturas superiores a 65°C. • Lubrificação de Engrenagens Abertas • Existem as parcialmente cobertas, para serem protegidas contra pó e impurezas. • Funcionam sob condições limítrofes, sendo usado óleo com alta adesividade, para que o desgaste seja reduzido ao mínimo. • Fatores que Influenciam a Lubrificação 1) Temperatura • o calor, diminui a viscosidade, reduzindo sua resistência ao desalojamento. • temperaturas baixas, usar óleo menos viscoso, para as altas, óleos mais viscosos. 2) Métodos de Aplicação • aplicado por meio de pincel, espátula ou almotolia. • no funcionamento, é desejável que o lubrificante seja adesivo e viscoso. • É aplicado com pré-aquecimento ou solvente não inflamável, por dispositivos conta-gotas ou por lubrificadores mecânicos. 3) Condições Ambientais • em ambiente limpo, o óleo viscoso provoca uma lubrificação mais eficiente. • quando exposta a muito pó ou outras impurezas, o óleo pode formar depósitos duros nas raízes dos dentes, que comprimidos tendem a afastá-los, forçando os mancais. • quando sujeita a contaminante, usar um graxa que não endureça, mas que se desaloje e caia, quando excessivamente contaminada (poeira, impurezas ou abrasivos). 4) Material de Engrenagem • pode-se encontrar engrenagens não metálicas, que devem funcionar a seco (madeira, couro cru ou baquelita). • outras de material não-metálicos, especialmente as de couro cru, podem empregar água, óleo solúvel ou óleo mineral puro. C. SISTEMA HIDRÁULICO Hidráulica é a ciência que estuda as características físicas dos líquidos em repouso ou em movimento. Nela, a energia potencial é estática e as energias cinéticas e caloríficas são dinâmicas. 1. Diagrama de Circuitos Hidráulicos a. Gráficos, são usados em projetos. b. Em Corte, contém informações sobre a operação do sistema hidráulico. c. Representativo, usados para realizar a disposição das tubulações e conexões do sistema. 2. Componentes Básicos • Reservatório, serve para acondicionar o óleo. Uma boa prática é dimensionar para três vezes, no mínimo, o valor da vazão máxima do sistema. • Bombas Hidráulicas, são equipamentos destinados a converter energia mecânica em energia hidráulica. • Deslocamento Fixo, a relação de peças de seu mecanismo operacional é constante. • Deslocamento Variável, a relação de peças do seu mecanismo operacional é variável. • Bombas rotativas (engrenagem, lóbulo, palheta e pistão). • Válvulas, servem para controlar: pressão, vazão e direção de fluxo do fluido hidráulico. • Controle de Pressão a) Segurança, proporciona proteção às sobrecargas. b) Redução, limita a pressão menor que a pressão de operação. c) Seqüência, coordena a seqüência operacional entre dois ramais de um sistema. • Controle Direcional, para controlar a direção do fluxo, seus elementos são: pistão, esfera, carretel rotativo e deslizante. • Controle de Vazão a) Gaveta b) Globo c) Agulha • Motores hidráulicos, são equipamentos utilizados para converter a energia mecânica em energia hidráulica. Como pontos básicos de projeto temos, o deslocamento e o torque. Podem ser de: Engrenagem, Pistão ou Palheta. • Tubulações e Conexões, são selecionados de acordo com a espessura da parede, do diâmetro e do material. • Filtros, para remover a principal parte da sujeira e contaminantes do óleo hidráulico. • Acumuladores, são usados como reservatório de pressão e ficam instalados depois da bomba hidráulica e antes do motor hidráulico. 3. Propriedades exigidas dos Óleos Hidráulicos • Função das condições operacionais que lhe afetam: a) Aquecimento, agitação e fatores que contribuem para ativar a oxidação. b) Contaminação com impurezas, partículas metálicas, água, ar e até mesmo, o óleo lubrificante. • Estas funções compreendem: a) Transmissão de pressão e energia; b) Vedação de vazamentos em órgão com folgas mínimas; c) Redução do desgaste e do atrito em mancais e entre superfícies de deslizamento, de bombas, válvulas, cilindros, Tc; d) Remoção do calor; e) Remoção de impurezas, partículas de desgaste e outras; f) Proteção de todas as superfícies contra ferrugem. 4. Características do Óleo Hidráulico a. Viscosidade Adequada, é a característica mais crítica, pois o óleo é submetido permanentemente à agitação na bomba e tubulações. • A viscosidade não deve ultrapassar 4.000 SUS ou ser menor que 45 SUS, na faixa de temperatura operacional do sistema, que está em torno de 18°C a 80°C. • A lubrificação da bomba hidráulica dita a seleção da viscosidade do óleo. • Alto IV, para suportar a larga faixa de temperatura em que operam. b. Excelente Resistência à Oxidação, a estabilidade é fundamental, pois permite que os óleos operem por longos períodos de tempo sob severas condições. • calor proveniente da agitação e turbulências pode causar sua deterioração, provocando a formação de óxidos, vernizes e lacas. • um óleo básico bem refinado e tratado retarda a oxidação e permite ao sistema hidráulico funcionar isento de formação de depósitos. c. Boa Propriedade Antiferrugem, usar inibidores para proteção dos efeitos da corrosão e da ferrugem. A umidade é a maior causadora da corrosão. d. Boa Demulsibilidade, a água e o óleo formam uma emulsão, que deve se separar rapidamente no reservatório. • A contaminação com água é resultante de vazamento nos resfriadores do óleo e da condensação da umidade atmosférica. • Óleos que possuem excelente resistência à oxidação possuem boa capacidade de se separar da água. e. Boa Resistência a Formação de Espuma, que se forma no reservatório e se desloca através da bomba de sucção. Inibidores são usados para reduzir a espuma, que é um fenômeno superficial. Reservatório bem projetado, o ar se livra rapidamente para fora. f. Características de Aeração, é causada na sucção de entrada do óleo. • ROTEIRO PRÁTICO Bomba funcionando inadequadamente a) A bomba hidráulica não injeta óleo; • baixo nível de óleo no reservatório; • obstrução no filtro de sucção; • vazamento de ar no tubo de sucção; • óleo viscoso; • curso desregulado. b) Falta de pressão • falta de injeção de óleo; • válvula de alívio com funcionamento incorreto. c) Ruído na bomba • obstrução no filtro de entrada; • obstrução do respiro; • óleo viscoso; • alta rotação; • desgaste de peças; • formação de bolhas de ar. d) Vazamento externo • desgaste da gaxeta do eixo. e) Desgaste normal • partículas abrasivas; • viscosidade inadequada; • pressão elevada. Aquecimento do óleo hidráulico a) Mecanismos motores • Sem lubrificação • Lubrificado (existe a possibilidade das partes deslizarem) • Por Flange Ranhurada • Por Junta Universal 1. Recomendações para Lubrificação • Os flexíveis lubrificáveis, requerem óleos ou graxas, com características especiais. • Mesmo tendo movimento entre superfícies de atrito, devido às velocidades elevadas, o lubrificante deve ter alta viscosidade para resistir ao deslocamento e ser suficientemente fluido para se deslocar entre as superfícies que estiverem em contato direto. • O lubrificante viscoso resiste ao deslocamento, produzindo um filme fluido que absorve em parte o efeito do choque causado pelo trabalho. • Características de extrema pressão são requeridas, principalmente em acoplamentos de alta velocidade, em função de suas condições de lubrificação limítrofe. F. CABOS DE AÇO São utilizados para finalidades diversas. 1. Utilização • apoio de estrutura, para puxar cargas, etc. 2. Alterações: • Corrosão, causado por ataques ácidos ou oxigênio do ar, ou ambiente úmido. • Fadiga, causado por esforços de flexão e/ou tração a que o cabo é submetido. • Desgaste, causado por atrito entre os fios dos cabos. • a lubrificação é vital ao funcionamento correto e ao prolongamento da vida útil do cabo. • na fabricação, são lubrificados com um composto de petrolato e asfalto que se embebe a alma de cânhamo, o que protege até pouco tempo após sua entrada em serviço. 3. Fatores Considerados na Escolha do Lubrificante a) Temperatura; b) Umidade; c) Corrosão; d) Limpeza; e) Método de aplicação; f) Freqüência de aplicação; g) Contaminação. 4. Métodos de Aplicação a. Por pincel ou despejamento de uma caneca • método pouco eficaz, apresenta desperdício do lubrificante. • deve ser aplicado no ponto em que o cabo de aço entra em contato com a roldana, durante o movimento do cabo. b. Por imersão. • É usado cabos horizontais ou com leve inclinação. c. Lubrificador conta-gotas • é usado um depósito isolado termicamente em ambiente provido de resistência elétrica. • o produto deve ser mantido a temperatura uniforme, para facilitar seu fluxo. • o produto deve gotejar no ponto teórico de interseção do diâmetro vertical da roldana em que o cabo corre. d. Lubrificador mecânico • é o mais econômico, só funciona com o deslocamento do cabo. • nos cabos aéreos, usar anteparos para evitar que o vento desvie o gotejamento. • se necessário, usar sistema de aquecimento, em função do tipo de óleo. 5. Limpeza do Cabo de Aço • o período para limpeza é determinado pelo tipo de serviço e local de instalação, para se remover as partículas abrasivas presentes ou crostas de sua superfície. • os processos usados, dependem do grau de sujidade do cabo. • óleo fino ou querosene, são usados para fazer a limpeza eficiente. G. MOTORES ELÉTRICOS É a forma mais simples de transformar energia elétrica em mecânica. • A lubrificação correta dos mancais contribui para a boa performance de funcionamento e redução ao mínimo das paradas de manutenção. • Carência de lubrificação, o motor possui pequena folga entre o rotor e o estator, o desgaste dos mancais tira o rotor da posição concêntrica na carcaça, podendo chegar a danificar ranhuras e enrolamentos. • Excesso de lubrificante é prejudicial, podendo vazar dos mancais e depositar sobre os enrolamentos, comutador, porta-escovas e escovas. Pode ser evitado, pela aplicação da quantidade correta de lubrificante e pela manutenção adequada das juntas de vedação dos mancais. 1. Mancais dos Motores Elétricos • Mancais Planos, usar óleo ao invés de graxa, sendo que a maioria é lubrificada por anel. Em motores de grande porte é usado sistema de circulação e, em alguns casos, existe um anel de lubrificação como segurança, para o caso de falha na bomba. • Rolamentos, são usados os de esfera e de rolos. As caixas podem ser projetadas tanto para óleo como para graxa, estas última a mais usada, devido: a) a graxa fica retida com mais facilidade; b) possui boa propriedade seladora, que contribui para o bom rendimento das gaxetas, não deixando entrar sujeira nem umidade. c) requer menos atenção, quando corretamente lubrificada. • Para a lubrificação é a óleo, se usa dois sistemas: a) Banho de óleo, o reservatório é formado na caixa do mancal e o nível é mantido até a metade do diâmetro dos rolos. b) Circulação, o óleo é continuamente bombeado para os rolos e outras partes, retornando ao reservatório de recirculação. 2. Lubrificação dos Mancais dos Motores a. Funções 1) Evitar ou reduzir o contato metal com metal, minimizando o atrito; 2) Proteger as superfícies dos mancais e outras superfícies internas contra corrosão; 3) Ajudar na selagem dos mancais contra vazamento ou penetração de contaminante. b. Fatores que influem na escolha do lubrificante adequado 1) Temperatura de operação • em mancais de carcaça aberta, operando continuamente a plena carga, o aumento de temperatura é normalmente 40°C. • em mancais de carcaça blindada, serviço contínuo, o aumento normal é de 55°C. • o desenvolvimento de isolamento elétrico, com maior resistência ao calor, permite aos motores maiores temperaturas de operação. • em ambientes sem ventilação, o aumento da temperatura pode ser acima de 90°C. Usar óleo mais viscoso ou graxa que mantenha sua consistência para assegura a formação do filme lubrificante. • em lugares desprotegidos e em baixas temperaturas, o atrito na partida pode ser elevado, se o óleo não permanecer suficientemente fluido ou a graxa ficar muito consistente. 2) Rotação • geralmente estão na faixa de 60 a 3.600 rpm. Muitos são projetados para operar em velocidades variáveis. • para altas rotações, usar óleo mais fino, para baixas rotações, óleo mais viscoso. • Rolamentos de altas rotações à graxa, necessitam de um lubrificante que faça o mínimo de atrito interno, a fim de evitar altas temperaturas operacionais. 3) Carga do Mancal • sob condições normais, os rolamentos suportam cargas moderadas. • cargas severas, causam desgaste excessivo, neste caso, os lubrificantes devem ter um aditivo melhorador de estabilidade de película que minimiza o contato metálico, reduzindo o desgaste. c. Lubrificação a Graxa • O uso de uma graxa de consistência adequada oferece o mínimo de resistência ao movimento. • Em altas rotações é necessário limitar a quantidade de lubrificante que fica na trilha do rolamento, porque o atrito interno resultante causará temperaturas elevadas. • Na presença de água, é preciso que a graxa possua capacidade de proteger as superfícies do rolamento contra a ferrugem. d. Lubrificação a óleo • Os rolamentos ficam expostos às mesmas condições de oxidação, que a dos mancais planos. O óleo deve resistir à oxidação e a formação de depósitos, pois podem interferir na sua circulação. • A estabilidade à oxidação é essencial para o desempenho de longa vida dos mancais. • A viscosidade deve permitir que o óleo tenha fácil distribuição nas superfícies do mancal e as lubrifique nas condições operacionais. H. MOTO-REDUTORES • Os mancais e as engrenagens da caixa são normalmente lubrificados a salpico, enquanto o motor elétrico são à graxa. • O óleo deve satisfazer as condições mais severas da engrenagem. 1. Condições de Projeto e Operação na Seleção do Óleo: a) tipo de engrenagem; b) rotação do motor; c) temperatura de operação; d) carga; e) condições do óleo. 2. Lubrificação • O aumento de temperatura depende do tipo de engrenagem, da carga e da rotação de saída. Turbocompressores • Pertencem à categoria dos Compressores Dinâmicos • Fluxo Radial (compressores centrífugos) • Fluxo Axial • não necessitam de lubrificação interna, sendo que as partes a lubrificar, os mancais de apoio (planos ou rolamentos) e de escora e, eventualmente as juntas de vedação. • na lubrificação a graxa, usar copos ou pinos graxeiros. Alguns tipos dispõem lubrificação permanente. • Em alguns rolamento lubrificado a óleo, emprega-se o anel oleador, usado também para mancais planos. • grandes compressores dispõem de completo sistema de circulação com reservatório, bomba, resfriador, filtro e equipamento auxiliar. • os turbocompressores de fluxo axial, possuem lubrificação similar às dos compressores centrífugos. 6. Compressão de Gases (são empregados compressores de ar) • são necessárias certas precauções na lubrificação, não só devida às temperaturas finais de compressão mais elevadas, mas, também, e principalmente, pela possibilidade de reação entre gás a comprimir e o lubrificante. • oxigênio, cloro e óxido nitroso, não podem ser comprimidos em equipamentos lubrificados com óleo derivados de petróleo, devido à sua alta reatividade. J. BOMBAS São máquinas hidráulicas com o objetivo de efetuar ou manter o deslocamento de um líquido por escoamento. 1. Classificação • Alternativas de Deslocamento Positivo a) Ação direta ou indireta b) Simplex ou Dúplex c) Simples efeito ou Duplo efeito d) Alta pressão ou Baixa pressão • Centrífugas a) Verticais ou Horizontais b) Simples estágio ou Múltiplos estágios c) Impelidor de Aspiração Simples ou Impelidor de Aspiração Duplas • Hélice • Também chamada de Bomba de Fluxo Axial • Rotativas de Deslocamento Positivo a) de Engrenagem simples b) de Engrenagem helicoidal c) de Parafusos d) de Êmbolos Axiais, curso variável Obs.: A bomba centrífuga possui dois tipos de elementos : • Outros tipos de bombas: • de lóbulo • de excêntrico • de pistão giratório • de rolos • regenerativa ou bomba turbina. • de êmbolo mergulhador • de êmbolo radial 2. Lubrificação dos Mancais de Rolamentos • os rolamentos de esfera são sensíveis a qualquer excesso ou falta de lubrificação, e o resultado será aquecimento e pequena vida. • a relação entre a temperatura do líquido bombeado e a do óleo dos mancais é uma indicação do bom funcionamento. Sendo a temperatura máxima nos mancais, 80ºC. a. Graxa • além de ser bom lubrificante, possui excelentes propriedades de vedação, protegendo o mancal da entrada de contaminantes. • evitar graxa em excesso, pois produz seu superaquecimento e deterioração, além de ocasionar a separação de óleo do sabão. • o espaço destinado à lubrificação nunca devem ultrapassar 2/3 de sua capacidade total, pois à necessidade de espaço para expansão da graxa. • imediatamente após a lubrificação, a temperatura dos rolamentos aumentará. • a bomba deve funcionar de 4 a 8 horas até estabilizar a temperatura, sendo que a lubrificação deve ser feita enquanto a unidade estiver girando. b. Óleos • deve ser usado óleo mineral puro ou um óleo de turbina. • para temperatura de trabalho entre 0 e 60°C, usar SAE 20. • para temperatura de trabalho acima de 60°C, usar SAE 30. • para temperatura de trabalho abaixo de 0°C, usar óleo de baixo ponto de fluidez, cuja faixa de viscosidade esteja entre 55 a 65 SUS a 100°F. K. REFRIGERAÇÃO É o processo de abaixamento de temperatura de um meio, conseguido pela circulação de um líquido volátil, extraindo o calor do ambiente e liberando-o em outro local do sistema. • Características dos Refrigerante a) Quanto à segurança: • Não deve ser tóxico • Não deve ser inflamável ou explosivo • Não deve ser corrosivo • Não deve contaminar os produtos submetidos à refrigeração. b) Quanto aos aspectos físico-químicos: • Alto calor latente de vaporização • Alto peso específico (ocupar pequeno volume) • Pressão de vaporização na temperatura do evaporador, maior que a pressão atmosférica (evitar contaminação do ar) • Baixa pressão de condensação na temperatura ambiente • Elevada temperatura crítica do refrigerante • Baixo ponto de fusão • Imiscível com o óleo lubrificante • Baixa viscosidade • Elevada condutibilidade térmica 1. Lubrificação • nos os compressores alternativos sem cruzetas, a lubrificação dos cilindros é por salpico. • nos com cruzeta, o óleo é fornecido separadamente as gaxetas e aos cilindros. 2. Características de óleos Lubrificantes • o lubrificante é exigido apenas no compressor, mas ele circula no sistema junto com o refrigerante, ficando em contato íntimo durante extremos de temperatura e pressão. • o lubrificante deve ser adequado ao ambiente de alta temperatura do compressor, como também, evitar reações com o refrigerante e formação de depósitos no lado de baixa pressão e temperatura do sistema. • os óleos naftênicos, são os preferidos para os sistemas de baixa temperatura. a. Viscosidade, depende das temperaturas operacionais e do tipo de serviço. • os gases refrigerantes são solúveis no óleo lubrificante até certo limite, sendo os gases menos viscosos, a mistura terá uma viscosidade inferior à do óleo. • os efeitos da diluição devem ser considerados pelo fabricante ao selecionar a viscosidade correta. b. Estabilidade, devem ser química e termicamente estáveis. • é inevitável a presença de pequena quantidade de ar, ponto de partida para a deterioração do óleo, também relacionada com as reações químicas que podem envolver umidade, impurezas e o próprio refrigerante. • os óleos de refrigeração devem ser química e termicamente estáveis. c. Propriedades de baixa temperatura, pequena quantidade de óleo sempre é arrastada para o lado de baixa temperatura dos sistemas de refrigeração. • o óleo não pode se solidificar nem formar depósitos cerosos, pois ocasionam obstrução nas tubulações, depósitos nas válvulas de expansão e redução na eficiência de transferência de calor. d. Ponto de fluidez, o dos óleos naftênicos são geralmente mais baixos que o dos parafínicos de viscosidade correspondente. • os óleos de refrigeração possuem baixo ponto de fluidez. e. Ponto floculação, é a temperatura em que é observado material ceroso floculante, quando 10% de óleo é misturado com fluido refrigerante e resfriado em um tubo selado. f. umidade, o sistema de refrigeração deve ser isento de umidade. L. MÁQUINAS OPERATRIZES Tem por objetivo fundamental transformar fisicamente um corpo, seja no sentido geométrico (forma), seja no sentido dimensional (medida). • Existem diversos tipos de maquinas operatizes, como o torno que é a principal, além de, prensas, furadeiras, fresas, serras e qualquer outra máquina-ferramenta. • Para fins de lubrificação, precisa-se distinguir dois grupos: as que dispõem de sistema hidráulico e aquelas que não dispõe. • Basicamente se lubrificam os mancais e engrenagens, merecendo atenção especial somente os sistemas hidráulicos. • Outro tipo de lubrificação encontrado em máquinas de corte, é o proporcionado pelos fluidos refrigerantes e lubrificantes para corte. 1. Lubrificação Geral de Máquina-Ferramenta, se usa: • lubrificação por circulação com sistema centralizado, dotado de bomba e reservatório. • de maneira geral, são mais severos em relação aos lubrificantes que os a gasolina. • o óleo diesel é menos volátil que a gasolina, possui tendência a formar maior quantidade de carbono, são maiores as pressões de combustão no motor a diesel. • os óleos satisfatórios para motores diesel, geralmente são também para motores a gasolina, não sendo verdadeira a recíproca. • testes são feitos para garantir a especificação dos óleos, em alguns casos, nas condições mais adversas como: • serviço pesado e combustível com elevado teor de enxofre. • algumas classes: MIL-L-2104A, Suplemento 1, Série 3, MIL-L-2104B, MIL-L-2104C e MIL-L-46152. 5. Óleos para Engrenagens de Veículos • a classificação SAE para óleos de engrenagens é distinta de classificação SAE para óleos de cárter. • GL-1, Lubrificantes do Tipo Regular, para engrenagens cilíndricas retas, cônicas, espirais e de parafuso sem-fim submetidos a cargas leves. Não são indicados para engrenagens hipoidais. São óleos minerais puros, isto é, não contém compostos ou aditivos EP, podendo conter outros, como antioxidantes. • GL-2, Lubrificantes do Tipo Parafuso Sem-Fim, indicados para engrenagens de parafuso sem-fim submetidas a condições severas de velocidade e/ou cargas, tais como os diferenciais de parafuso sem-fim de caminhões. • GL-3, Lubrificantes do Tipo EP Suave, recomendado para engrenagens cilíndricas e cônicas sujeitas a condições severas. Não indicados para engrenagens hipoidais. • GL-4, Lubrificantes do Tipo Aplicação Múltipla (Multipurpose), indicados para engrenagens hipoidais e outras engrenagens de transmissão em serviço pesado. • GL-5, (MIL-L-2105B), para engrenagens hipóides, em condições de alta velocidade e pequeno torque e/ou baixa velocidade e grande torque. 6. Motores a Gasolina de Quatro Tempos • relações de compressão variam de 5:1 a 10:1, sendo que as relações superior a 8:1 exigem gasolina de alto teor de octanas (azul) e o consumo de combustível está na faixa de 200 a 300 gramas/cv hora. a. Sistema de Lubrificação • regra geral, alimentação do óleo sob pressão aos mancais principais e lubrificação por salpique das bielas, cilindros e pistões. Sistema simples, com poucas possibilidades de falhas. Apresenta a desvantagem é ser escasso o suprimento de óleo às cabeças de biela. • outro sistema empregado, alimentação sob pressão dos mancais principais, mancais das bielas e os pinos dos êmbolos, sendo por salpique a lubrificação dos cilindros, auxiliada pelo excesso de óleo do êmbolo. Sua desvantagem é a deposição de eventuais partículas sólidas nas ranhuras dos eixos de manivela, pela ação da força centrifuga. b. Lubrificação dos Cilindros • a película deve ser suficiente espessa para evitar o contato metal com metal e para formar um selo de vedação entre o anel do segmento e a camisa. • deve ser delgada para não opor obstáculo à transmissão de calor do pistão à parede do cilindro, pois o aumento de temperatura provoca decomposição do óleo. • a película é mais fina na parte superior e consequentemente o desgaste maior costuma ocorrer próximo ao ponto morto superior do segmento, perto da coroa do pistão. c. Lubrificação da Parte Superior do Cilindro • lubrificantes de baixa viscosidade para serem adicionados à gasolina são muito úteis. Na maior parte dos casos, o óleo é arrastados pelo pistão, junto com o que penetra pela válvula de admissão, propiciando lubrificação adequada. • quantidade excessiva de óleo na câmara de combustão, provoca a formação de depósitos e o sujamento da vela. d. Períodos de Troca de Óleo • nos modernos motores de automóveis, o período é de 5.000 a 10.000 km. • devido às condições de funcionamento mais constantes e à relativa ausência de pó, os motores estacionários e de lanchas podem funcionar mais tempo sem troca de óleo. • às vezes o período de troca fixado em função das condições peculiares de serviço mediante análises do óleo em uso, o que só interessa para organizações possuidoras de grande frota de veículos. • quando não existe possibilidade de se fazer análise, deve-se observar o período de troca recomendado pelo fabricante. e. Temperaturas de Funcionamento • excelente medida para retardar a deterioração do óleo, é manter a temperatura entre 80 e 90°C. • a oxidação do óleo sempre se dará em várias partes do motor, devido à temperatura atingida, o que provoca sua decomposição, formando resíduos de carbono e vernizes. • temperaturas abaixo de 80°C, ocasiona a formação de borras ou "maionese". É constituída por emulsão de água e óleo, misturada com gasolina, produtos de combustão incompleta, carbono e outras impurezas. • em percurso curtos e no tempo frio, o óleo se deteriora rapidamente. f. Pressão de óleo • varia na razão direta da velocidade do fluxo e da viscosidade do óleo. • se a pressão oscilar pode ser baixo nível de óleo ou defeito na bomba, se a pressão estiver elevada, pode ser devido à alta viscosidade no arranque ou óleo muito deteriorado. Alguns casos, a válvula de segurança fica presa na posição fechada. g. Viscosidade do óleo • baseada na temperatura de funcionamento do óleo de 80 a 90°C, óleos SAE 20 ou 30, são adequados para quase todos os motores a gasolina de quatro tempos. • em temperaturas inferiores a -35°C, pode-se empregar até 10% de querosene para diluir o óleo, embora este procedimento implique em desgaste do motor. h. Incompatibilidade de óleos • nunca se deve misturar óleos de tipos diferentes ou desconhecidos. • a mistura de óleos parafínicos com naftênicos pode ocasionar depósito asfáltico semelhante ao breu. Embora menos comum, pode ocorrer caso idêntico, se misturarmos naftênicos com aos parafínicos. 7. Motores a Gasolina de Dois Tempos • faixa de potência de 0,05 a 50 cv, velocidade normal de funcionamento a plena potência oscila de 3.000 a 5.000 rpm, razão de compressão da ordem de 5,5:1, consumo de combustível de 270 a 300 gramas/cv hora, ou, aproximadamente, 350 cm3/cv hora. • Lubrificação • efetuada por meio de óleo misturado à gasolina em proporções variáveis entre 1:20 e 1:10. Uma proporção típica de 80 cm3/litro. • além de boa propriedade lubrificante, o óleo não deve deixar depósitos indesejáveis na câmara de combustão ao ser queimado. A grande maioria dos motores de dois tempos, são projetados para funcionarem com gasolina de 70 octanas sem chumbo. • a viscosidade indicada é, SAE 30 ou 40, com aditivo detergente. • óleos parafínicos, não são muito voláteis, com tendência de deixar depósitos pegajosos na parte inferior do cilindro e depósitos duros de carbono na cabeça do pistão. A vantagem é que conservam as características lubrificantes em altas temperaturas. • óleos naftênicos, são voláteis para facilitar a queima na câmara de combustão e formam pequenos depósitos de carbono leve, que tendem a se eliminar pela descarga. • existem óleos naftênicos ou mistos, com pequeno teor de aditivo, com boas qualidades lubrificantes, sem ocasionar problemas de depósitos. 8. Motores Diesel • razão de compressão de 12:1 a 18:1, proporcionando pressão de 35 a 39 kgf/cm2 (motor a gasolina é de 9 kgf/cm2). • baixa rotação, até 250 rpm, usados principalmente em navios. • média rotação, entre 250 e 750 rpm, usados em geradores elétricos e bombas de perfuração de poços de petróleo. • alta rotação, acima de 750 rpm, usados em caminhões, lanchas, locomotivas, tratores e outros equipamentos de construção. a. Sistema de Lubrificação • lubrificados som sistema circulação sob pressão, com coletor dentro ou fora do cárter. • alguns tipos de motores estacionários possuem mancais lubrificados por anel, outros dispõem de lubrificadores mecânicos, e, em alguns grandes motores de baixa velocidade, podem existir mancais secundários lubrificados com almotolia. • nos motores de cruzeta e de pistão oco de tamanho considerável, as paredes do cilindro são lubrificadas diretamente com um lubrificador mecânico. b. Temperatura do Óleo • pode-se considerar ótima a faixa de temperatura entre 82 e 86°C. São aceitáveis temperaturas até 105°C, sendo que o limite máximo admissível é 125°C. • o limite mínimo admissível de temperatura para o óleo, é 65°C. • motores de alta rotação, pequeno porte, a temperatura do óleo é, praticamente, a mesma da água de refrigeração. • para grandes motores, é necessário o uso de um refrigerante para o óleo. c. Lubrificação dos Cilindros • motores de pistão oco de alta velocidade é feita por salpique, semelhante ao de gasolina. • os de baixas e médias velocidades, como os de cruzeta simples ou duplo-efeito, nos quais o cilindro e o cárter são separados, exigem alimentação independente do cilindro, feita, em geral, por lubrificador mecânico. • motores com diâmetro interno superior a 50 cm, recomenda-se um óleo SAE 40, sendo que para diâmetros inferiores, é mais indicado, um SAE 30 ou SAE 20. • motores com cruzeta, diâmetro interno dos cilindros maior que 50 cm, pode necessitar um óleo muito viscoso, SAE 50. Para diâmetros menores, SAE 40 ou SAE 30. 9. Motores a Gás • taxa de compressão da ordem de 12:1. É necessária uma pequena injeção de diesel para ocasionar a inflamação. • Lubrificação dos Motores a Gás • são lubrificados de maneira semelhante ao diesel. Em alguns casos, é empregado óleos naftênicos, para reduzir os depósitos que ocorrem com os parafínicos. 10. Período de Troca de Lubrificantes em função do teor de Enxofre 4. Diluição, quando ocorre com combustível, a separação é feita por destilação. Reduz a viscosidade do óleo lubrificante. 5. Desgaste, anéis e cilindros é conseqüência da corrosão e abrasão. O tipo de óleo influencia na redução do desgaste. A escolha da viscosidade adequada é importante: a) quanto mais alta a temperatura de operação, maior a viscosidade; b) refrigeração deficiente exige óleo mais viscoso; c) folga nos anéis e cilindros, exige óleo mais viscoso. O. MOTORES DIESEL FERROVIARIOS Fatores Positivos: rendimento elevado e segurança de operação. Mesmo sendo a tração elétrica mais econômica, outros fatores favorecem sua aceitação: padronização de peças, assistência dos fabricantes dos motores e das companhias de petróleo. O seu desenvolvimento na procura de maiores potências está limitado por problemas geométricos: largura, altura e comprimento e, peso. 1. Tipos de Motores • Rotação de 800 a 1.110 rpm, de 2 a 4 tempos, em V e superalimentados com 8, 12 e 16 cilindros. Atualmente existem de 20 cilindros e 4.000 HP. Diâmetro dos cilindros de 8,5 e 9" e curso do pistão de 10 a 15", com 150 HP/cilindro. 2. Lubrificação do Motores • Os óleos lubrificantes devem ser de IV entre 55 e 75, com finalidade de reduzir a tendência de quebra dos anéis, por formação de depósitos duros e quebradiços nas ranhuras, características dos parafínicos. • requerem certos desenvolvimentos: proteção dos mancais contra a corrosão (principalmente nos mancais de prata), desgaste, quebra e apresamento de anéis. Como também: dispersão, alcalinidade e filtrabilidade. 1) Dispersão • o óleo de maior consumo no mercado brasileiro, é a média dispersância • o de alto poder de dispersão, além de ser mais caro, está em fase de difusão e testes de desempenho. • As empresas ferroviária relutam em usar, por algumas razões: a) É mais caro; b) mantém em suspensão partículas finíssimas, que se fossem abrasivas poderiam contribuir para o desgaste nas áreas dos anéis e mancais; c) sendo de alta dispersância quando encontrasse uma região fria do motor teria a tendência de depositar parte das partículas em suspensão; d) é sensível a água, perdendo a sua dispersância quando ocorre vazamento de água do sistema de refrigeração. • Os óleos de alta dispersância tem duas vantagens: maior limpeza das partes móveis do motor e maior período de troca de filtros. • Os óleos de médio poder de dispersão depositam nos filtros: as matérias em suspensão, fuligem, produtos de oxidação e partículas abrasivas, mantendo o óleo limpo em operação. 1) Filtros Os de papel vêm substituindo gradativamente os de estopa, pois conseguem remover eficientemente as partículas em suspensão no óleo, pois sua área de filtragem é bem maior. 2) Teor de Cinza Os óleos de alta dispersância não possuem constituintes que formam cinzas, existem os óleos: - quase sem cinza, utilizam dispersantes combinados com inibidores contendo metais. - sem cinza, contém dispersante e inibidores sem cinza. 3) Alcalinidade TBN e TAN, são usados para indicar a alcalinidade e acidez dos óleos. Óleos do tipo “reserva alcalina”, possuem alcalinidade a fim de neutralizarem os componentes ácidos formados na queima de combustível e resultantes da oxidação do óleo. 4) Lubrificação dos Mancais de Prata Normalmente são usados no pino do pistão. Aditivos atacam a prata. 5) Turbo Alimentadores A lubrificação é feita com óleo do cárter. 6) Controle de Vida do Lubrificante Pode ser controlado através de análises de laboratório e teste de campo. Nas empresas ferroviárias a análise do óleo é feita a cada 2.000 km no máximo. • Análises de Laboratório 1) Aparência e odor; 2) Viscosidade Saybolt a 100° F (Visgage); 3) Ponto de Fulgor (V.A.); 4) Teor de água; 5) Número de Precipitação; 6) Número de Neutralização. • Testes de Campo 1) Aparência e odor 2) Viscosidade a 100 °F (VISGAGE) 3) Mata-borrão 4) Água (chapa quente) • Aparência, é uma prova visual, onde se detecta a presença de água e de outros contaminantes, ou se o óleo está fino ou mais viscoso. • Visgage, viscosímetro portátil para determinar viscosidade em campo. • Ponto de Fulgor, determina a presença de combustível no óleo. Este ensaio junto com a viscosidade calcula o teor de diluição. Troca-se o óleo, quando atinge ou ultrapassa 50% de diluição. • Mata-borrão, avalia se as condições e rendimento dos filtros de óleo, e do nível de dispersão do óleo. • Chapa quente, maneira grosseira de se constatar a presença de água no óleo. 7) A Troca de óleo • na prática se troca, quando a análise físico-química acusar a necessidade. • o índice de neutralização é a característica mais importante da qualidade do óleo. • diluição, é encontrada medindo-se a viscosidade ou o ponto de fulgor. • tecnicamente os mecânicos de ferrovias optam pela indicação da temperatura e pressão, como medida da eficiência do óleo em serviço. • muitos dos problemas de lubrificação são provenientes de contaminantes externos e o filtro deve impedi-los, para manter a qualidade do óleo em uso. P. TURBINAS HIDRAULICAS São máquinas motrizes constituídas em sua essência de um rotor ligado a um eixo, um mecanismo para regular a quantidade de água admitida, bem como passagens de água em direção ao mecanismo de regulagem e saída do rotor, podem ser de: • Ação, quando a pressão de entrada (P1) é igual à pressão de saída (P2). O rotor absorve apenas a energia cinética da água. São conhecidas como turbina Pelton F 0D E P1 = P2 = Patm.. • Reação, quando a pressão de entrada (P1) é maior que a pressão de saída (P2). O rotor absorve a energia cinética mais a energia da pressão da água. • Ação • horizontal • vertical • Reação • Francis • Hélice • Pás fixas • Pás ajustáveis (Kaplan) • Instalações das turbinas de reação 1) Eixo: vertical e horizontal 2) Caixa: Espiral, semi-espiral, cilíndrica, retangular fechada, de vácuo e câmara aberta. 3) Rotor: Descarga simples e descarga dupla. 4) Tubo de sucção: Cônico e em cotovelo. 5) Regulador: Tipo (eixo distribuidor, atuador e armário). • Utilização • Pelton, para grandes quedas e pequenas vazões, H > 300 metros. • Francis, para medias e pequenas alturas, 80 a 300 metros. • Kaplan, para pequenas quedas, até 80 metros. 1. Sistema de lubrificação • Se considera o conjunto turbina-gerador, como uma só unidade. • Normalmente se adota o sistema de circulação, sendo que as partes a lubrificar são: mancais de guia, mancais de escora e regulador. • Os mancais de escora podem ser com molas, de rolamento, de esfera ou rolos cônicos, ou ainda do tipos de Gibbs, Michell ou Kingsbury e sua lubrificação é feita por circulação ou banho, e, a refrigeração, por um sistema de circulação de óleo ou por serpentina refrigerante de água ou por ar. • No regulador, usar óleo de viscosidade bem baixa, para permitir rapidez na ação. São muitos prejudicados pela formação de depósitos oriundos de oxidação ou contaminação do óleo. • As cargas axiais suportadas pelo mancal de escora, exigem um óleo mais viscoso. 2. Requisitos do óleo para Turbinas Deve possuir acentuada demulsibilidade e alto I.V. É essencial que disponha de elevada resistência à oxidação e propriedade anticorrosiva e não deve formar espuma. • O projeto de instalação tem prever sistema de purificação por decantação, filtração por meio de papel neutro em filtro prensa e centrifugação. Com devidas precauções, sua vida útil é superior a 20 anos, fazendo apenas reposições necessárias para completar o nível adequado. • A temperatura deve ser inferior a 60°C ou no máximo 70°C. Alguns sistemas de purificação adotam aquecimento para diminuir a viscosidade antes de submetê-lo a centrifugação. Existem opiniões controvertidas a esse respeito, alguns técnicos acham que sim, outros acham que não. • Os tanques de armazenagem devem dispor de cartuchos de sílica-gel para evitar umidade, proveniente da variação de temperatura do sol diurno e orvalho noturno. Devem conter sempre 80 a 95% de sua capacidade, mantendo quantidade mínima de ar possível para retardar a oxidação. Quando vazio, deve ficar isolado do sistema. • Grandes, sistema de circulação de óleo, que supre os mancais da turbina, mecanismos de regulação, redutor, mancais do gerador e todas as partes móveis. • contém além do reservatório, refrigeradores e sistema de purificação para aumentar a vida útil. • Bomba principal e auxiliar. A auxiliar supre óleo aos mancais até adquirir a velocidade de regime, quanto a principal, supre a quantidade de óleo suficiente. • Refrigeradores de óleo, necessário, para manter a temperatura do óleo correta. • Ventilação, água é um dos principais contaminantes, que é provocada pela condensação do vapor no refrigerador de óleo. A ventilação ajuda a diminuir a formação de espuma. a) Ventilação natural, vapores de água e óleo são eliminados naturalmente por uma abertura na superfície do reservatório. b) Ventilação a vácuo, é aplicado o vácuo na parte superior do reservatório, sendo obtido este vácuo pela descarga de água do condensador de vapor das turbinas. c) Desumidificador, o ar juntamente com vapores de óleo e água é arrastado do reservatório e levado ao aparelho onde é drenado o óleo, condensado os vapores de água e o ar livre, volta novamente ao reservatório. 3. Óleos Lubrificantes para Turbinas a Vapor • O óleo empregado além de lubrificar, deve servir como refrigerante para extrair o calor conduzido pelo rotor e demais partes onde há atrito, e como meio hidráulico, para o regulador e controles adicionais. • É submetido a condições severas, pela exposição à influência de certos fatores nocivos, que servem para orientar a escolha correta do lubrificante. • Oxidação, na presença de calor, água, ar e impurezas diversas, há tendência do óleo se oxidar, formando produtos insolúveis e solúveis, este últimos podem se tornar insolúvel em temperaturas mais baixas, causando problemas no suprimento, às partes móveis das turbinas. • Emulsão, a água e o óleo de circulação formam emulsão causando ruptura da película lubrificante e conseqüentes escoriações nos mancais e dentes das engrenagens das turbinas. • Borra, é uma massa contendo emulsões, óleo oxidado e outras impurezas. Quando depositada, consiste de partículas sólidas e hidrocarbonetos oxidados, sendo bastante prejudicial. Acrescentando-se grande quantidade de óleo ao sistema de uma só vez, pode provocar distúrbio químico, formando depósitos. Não é aconselhável abastecer de uma só vez, mais de 10% da capacidade do sistema de óleo da turbina. • Espuma, a agitação do óleo em contato com o ar provoca espuma, como também, o acréscimo de grande quantidade de óleo, provoca a formação de espuma. • Ferrugem, a água junto com o óleo pode formar ferrugem nos metais. É abrasiva e pode agir como catalizador de oxidação. • Contaminantes sólidos, são constituídos de carvão, cinzas partículas metálicas e sílica. Altamente nocivos, além de alguns serem abrasivas, outros atuam como catalisadores de oxidação. A cinza diminui a capacidade do óleo separar-se da água. • Calor, é conduzido através do eixo aos mancais, havendo ainda o calor adicional gerado pelo atrito fluido resultante do deslizamento das superfícies. Empregam-se refrigeradores, para diminuir este efeito no óleo, pela troca de calor com água de refrigeração. • Características do óleo • Face os contaminantes, os óleos aplicados, além de serem básicos de alta qualidade, devem possuir aditivação que lhes confira certas características: a) grande resistência à oxidação; b) antiferrugem e anticorrosivo; c) rápida separação da água; d) película bastante resistente; e) antiespumante. 4. Observações sobre as condições do óleo usado • Procede-se em intervalos de tempos determinados, análise visual, que pode indicar água e impurezas, se comparada com óleo novo, e uma análise de laboratório, como: viscosidade, número de neutralização, água e sedimentos. • Purificação, deve ser capaz de retirar as impurezas e remover a oxidação . 1) Métodos principais a) Full Flow, todo óleo passa através do purificador. b) By-Pass, parte do óleo é retirado do reservatório. c) Tanque de Purificação, toda a carga e retirada para purificação. 2) Princípios da Purificação a) Separação por Gravidade, incluídas a decantação e centrifugação. b) Separação por Filtração, utilizados elementos de filtro para reter impurezas. c) Separação por Absorção, empregados materiais ativos que absorvem os contaminantes solúveis no óleo. R. FERRAMENTAS PNEUMÁTICAS Acionadas por ar comprimido, encontram largo emprego na construção civil, mineração, indústria naval e grandes oficinas. As ferramentas pneumáticas podem ser de: • Percussão (alternativas), um êmbolo se move alternativamente em um cilindro. • Rotação, dispõe de um rotor de palheta, ou um motor a ar de um cilindro ou mais, dispostos radialmente. 1. Lubrificação • para que seja eficiente, o óleo deve ser introduzido com o ar. Isto é obtido por meio dos lubrificadores de linha de ar, que fazem a pulverização do óleo que é conduzido pela corrente de ar. • existem modelos com capacidade de 300 cm³ até quase 20 litros, funcionando graças a um “gliceur” apropriado. • a colocação do lubrficador deve ficar 3,5 m da ferramenta a ser lubrificada, se a distancia for maior, pode ocasionar a deposição de óleo na mangueira. • os lubrificadores de linha permitem regular a quantidade de óleo no fluxo de ar. É essencial que seja apropriada a quantidade de óleo fornecida. • se for usado excesso de óleo, pode ocorrer a dielização, que são explosões de vapor de óleo dentro do cilindro, podendo trazer avarias na parede do cilindro e do pistão. Ocorrem quando a perfuratriz é operada sem pressão suficiente de avanço na coroa, ou com o acelerador aberto ao entrar ou sair do furo. • Quantidade de óleo, para boa para lubrificação em ferramenta pneumática alternativa: Q = quantidade de óleo necessária (litros) d = diâmetro do cilindro (m) c = curso do pistão (m) n = número de golpes por minuto 2. Óleos para Ferramentas Pneumáticas • O ar comprimido possui umidade, que se condensa com a expansão do ar. • O óleo deve conter: agente emulsificante, propriedades EP, não ser corrosivo, possuir inibidores de corrosão e ferrugem e, não deve, conter sabões metálicos. • a temperatura no interior da ferramenta pode ser até 35°C inferior a ambiente, causada pelo efeito refrigerante da expansão do ar comprimido, adquirindo assim, o ponto de fluidez, excepcional importância em locais frios. • ferramentas leves operam com óleo pouco viscoso (SAE 10), principalmente as rotativas • as ferramentas de pistão requerem óleos SAE 10 ou 20. • as perfuratizes de rocha, trabalham com SAE 30,40 ou 50, dependendo de seu porte e da temperatura ambiente. • as roscas das hastes e coroas devem ser protegidas com graxa grafitada ou com graxa especial, contendo pó de zinco. • no campo, é recomendável como emergência, se preparar uma espécie de pasta, misturando óleo mineral com alvaiade, grafita, cobre e chumbo em pó para a proteção de roscas. Obs.: Alvaiade, pigmento branco, seja de carbonato de chumbo, seja de óxido de zinco. S. EQUIPAMENTOS DE TERRAPLENAGEM • Máquinas motrizes, são os tratores, os compressores de ar e os geradores de energia elétrica, necessários aos canteiros de obras. • Máquinas operatrizes, são as lâminas empurradeiras, as niveladoras, as pás carregadeiras, os escarificadores, os rolos compressores, as escavadeiras, os “scrapers”, os caminhões “off- road”, os reboques transportadores, as máquinas compactadoras, etc. 1. Lubrificação dos Equipamentos de Terraplenagem • as principais máquinas são acionadas por motor diesel, como também, os sistemas hidráulicos, sejam eles hidrostáticos ou hidrodinâmicos. • a maioria dos motores diesel de alta rotação, são super alimentados, sendo necessário lubrificar no turbocompressor, somente os mancais, com o mesmo óleo do motor. • é usado o óleo hidráulico tipo industrial, tem propriedades antiabrasivas, antiespumante, antiferrugem e antioxidante. • para transmissões automáticas e conversores de torque, usar produto tipo C-2. • para engrenagens, o produto MIL-L-2105B, atende todos os tipos de serviço. • o uso da graxa a base de 12 hidroxi-estearato de lítio para múltiplas aplicações, resolve praticamente todos os problemas de lubrificação a graxa. • os roletes das esteiras, possuem atualmente vedação permanente, não exigindo lubrificação periódica, sendo usada graxa tipo múltiplas aplicações. • cabos e engrenagens abertas, são lubrificadas com composições betuminosas. a) Planejamento da Lubrificação • não deve prejudicar o andamento dos trabalhos e nem as máquinas devem ser tiradas do campo para serem lubrificadas, para isso, são imprescindíveis à adoção dos chamados comboios de lubrificação, que consiste de um caminhão, onde são instalados o equipamentos e acessórios de lubrificação. b) Racionalização da Lubrificação • É recomendada não pela simplificação da lubrificação, mas principalmente pela redução de custo de manutenção, especialmente peças de reposição. • É econômico pagar mais caro por um produto de múltipla aplicação. • Lubrificação básica das máquinas rodoviárias, pode ser feita com quatro produtos, como por exemplo: 1) óleo para motor: MIL-L-2104C ou MIL-L-45199B e/ou MIL-L-2104B ou MIL- L46/52. 2) óleo hidráulico: Hidraulic Fluid Type C-2. 3) óleo para engrenagens: MIL-L-2105B. 4) graxa para múltiplas aplicações: Multipurpose.