Grupo 11

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UNESP – UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
Faculdade de Engenharia
Departamento de engenharia mecânica
Campus de Bauru
Disciplina: Manutenção Industrial e de
Frotas
Grupo 11: Análises de óleos lubrificantes
Alunos:
Alyne Domingues do Nascimento 511536
Luis Felipe de Napoli
512052
Pedro Isaac Garcia Ribeiro
511714
Professor:
Prof. Dr. João Candido Fernandes
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1. Introdução
A principal função de um lubrificante é a formação de uma película que impede o contato
direto entre as duas superfícies que se movem relativamente entre si. Com isso, o atrito entre
as partes é reduzido a níveis mínimos quando comparado ao contato direto, exigindo uma
menor força e evitando o desgaste dos corpos.
Com a evolução dos lubrificantes, estes passaram a acumular novas funções como proteção
contra a corrosão, auxilio à vedação, transferência de calor e retirada de produtos indesejáveis
do sistema, entre outras.
Com isso, o óleo lubrificante passou de um mero redutor de atrito para um produto decisivo
na competitividade das industrias manufatureiras, proporcionando melhorias no desempenho
dos equipamentos e redução de custos referente às manutenções.
2. Histórico
Por volta de 2500 a.C., os egípcios utilizavam trocos de arvores para reduzir o atrito entre os
trenós e o solo, estes trenós eram responsáveis pelo carregamento de grandes pedras
utilizadas na construção das monumentais pirâmides. Há indícios comprovados através de
análises que nesta mesma época surgiram os primeiros vestígios dos lubrificantes, onde era
constituído de sebo de boi e carneiro, e tinha o intuito de substituir os troncos de arvores.
Alguns anos depois, os gregos começaram a usar o mesmo produto derivado de gordura
animal para lubrificar as rodas das Bigas que eram usadas como transporte.
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Por volta do século VIII os noruegueses, mais propriamente os vikings, começaram a utilizar
óleo derivado de baleia para lubrificar os eixos dos lemes e as articulações das velas.
Somente no século XVII surgiram os primeiros lubrificantes derivados do petróleo,
decorrentes das necessidades de ter um lubrificante melhor que os derivados de gordura
animal, para lubrificação de novos maquinários que surgiram com o desenvolvimento da
civilização. Porém, somente com a revolução industrial por volta do século XVIII, que o
lubrificante mineral derivado do petróleo começou a ser utilizado numa escala maior.
Com o passar dos anos, as tecnologias e novos maquinários, forçaram os cientistas e
engenheiros químicos a desenvolverem lubrificantes que atendessem de forma mais eficaz os
processos industriais garantindo um melhor desempenho dos maquinários.
Desta forma, o lubrificante se dividiu tendo diversas bases e aditivações diferenciadas com
diversas especificações, assim, o lubrificante passou a ser um produto mais nobre, tendo
formas de aplicações corretas. Nos últimos anos foram criados lubrificantes sintéticos e semisintéticos (Compostos por óleos minerais e sintéticos), com uma resistência maior que os
óleos minerais, podendo ficar mais tempo nos motores ou maquinários reduzindo assim o
tempo de troca de lubrificantes.
3. Desgaste
Danos causados a uma superfície sólida ou perda progressiva de material devido ao
movimento relativo entre a superfície e substancia ou substancias com a qual entra em
contato.Entre os tipos mais comuns de desgaste, podemos citar:
• Abrasão: gerada por partículas de material abrasivo, como por exemplo areia ou pó,
contidos no óleo lubrificante.
• Corrosão: gerada por contaminantes ácidos.
• Erosão: gerada pela repetição de choques com pesadas sobrecargas.
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4. Tipos de óleos
Os óleos lubrificantes podem ser de origem animal ou vegetal (óleos graxos), derivados de
petróleo (óleos minerais) ou produzidos em laboratório (óleos sintéticos), podendo ainda ser
constituído pela mistura de dois ou mais tipos (óleos compostos). Descrevemos aqui
brevemente os tipos de óleos:
Minerais – obtidos a partir da destilação do petróleo. São os mais utilizados e os mais
importantes na lubrificação.
Graxos – De origem vegetal ou animal. Foram os primeiros a serem utilizados. Pouco
recomendados atualmente por não suportarem temperaturas elevadas, oxidando-se
facilmente, tornando-se rançosos e formando ácidos.
Compostos – misturas de óleos minerais e graxos. Para aplicações que requeiram maior
oleosidade e maior facilidade de emulsão em presença de vapor.
Sintéticos – criados pelo processo de polimerização, para oferecer características especiais de
viscosidade e resistência a temperaturas elevadas ou muito baixas. São de custo muito alto,
devendo ser empregados apenas em casos específicos que não possam ser atendidos pelos
lubrificantes minerais.
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5. Aditivos
Para conferir, retirar ou melhorar certas propriedades especiais dos lubrificantes, que não
condizem com o desejado, especialmente quando o lubrificante é submetido a condições
severas de trabalho, são adicionados produtos químicos aos óleos lubrificantes, que são
chamados aditivos.
Os principais tipos de aditivos são: anti-corrosivos, anti-espumantes, detergente-dispersante,
melhoradores do Índice de Viscosidade, agentes de extrema pressão.
6. Funções Essenciais do Óleo Lubrificante em automóveis
1. Lubrificar os componentes do motor e prevenir o desgaste
2. Reduzir o atrito
3. Proteger peças do motor contra ferrugem e corrosão
4. Manter limpas as peças do motor
5. Resfriar os depósitos na câmara de combustão
6. Resfriar as peças do motor
7. Proporcionar vedação contra pressões da combustão
8. Ser antiespumante
9. Contribuir para a economia de combustível
10. Permitir uma partida fácil
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7. Análise de óleos lubrificantes
Principais tipos e seus objetivos:
7.1.
Teor de água
A determinação da presença e teor de água em óleos lubrificantes pode se dar por
diferentes métodos, como verificação de turbidez em óleos claros, crepitação em chapa
aquecida, destilação por arraste, presença de espuma pelo aquecimento acima de 100º C e
determinação
quantitativa
pelo
método
Karl
Fischer.
Observe-se que apenas métodos quantitativos podem oferecer resultado definitivo no
que
diz
respeito
ao
comprometimento
das
funções
do
óleo,
pela
água.
A contaminação por água é indesejável na maioria dos sistemas de lubrificação; a
presença dessa substância pode resultar em formação de emulsões, falha ou ineficiência de
lubrificação em pontos críticos, precipitação dos aditivos – por hidrólise, formação de borras
(em óleos “sujos”), o quer pode provocar entupimento em telas, filtros ou tubulações ou
aceleração de processo de corrosão das superfícies metálicas.
7.2.
Corrosão em lâmina de cobre
Alguns óleos têm incorporados em sua formulação certos aditivos contendo cloro,
enxofre ou sais inorgânicos, que, sob condições específicas de serviço, podem contribuir no
caso dos óleos lubrificantes, para corrosão em partes dos equipamentos ou, no caso de óleos
de corte,nas peças a serem usinadas.
Existem vários tipos de testes de corrosão para produtos derivados do petróleo,
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dependendo da aplicação a que esses produtos se destinam. Como os metais mais sujeitos a
esse tipo de ataque corrosivo são o cobre e suas ligas, materiais amplamente empregados em
mancais, o teste mais utilizado é o que avalia o ataque corrosivo a uma lâmina de cobre sob
condições padronizadas.
O ensaio consiste em se emergir uma lâmina de cobre, previamente polida, numa
amostra de óleo, em condições padronizadas em laboratório. Ao final do teste, a lâmina é
lavada com solvente e comparada a um padrão; verifica-se, assim, o grau de corrosão desse
material.
7.3.
Demulsibilidade
A determinação da demulsibilidade é de suma importância para óleos lubrificantes
que tenham contato regular com água, devido à natureza do serviço que desempenham, como,
por exemplo, óleos para turbinas a vapor, para máquina de papel, para sistemas hidráulicos,
em que o óleo não deve formar emulsão com água.
Em outras aplicações, tais como determinados compressores de ar, marteletes de
perfuração de rochas, estimula-se a formação de emulsões.
7.4.
Densidade
É a relação entre massa de um determinado volume de produto, à temperatura "t" pela
massa de igual volume de água destilada, a uma dada temperatura. Com base no princípio de
que todo corpo mergulhado em um líquido desloca um volume igual ao do líquido deslocado,
mede-se a densidade de um aparelho chamado densímetro, este tem haste graduada, dando
leitura direta.
A densidade de um lubrificante, analisada juntamente com outras características, dá
informações significativas acerca do óleo novo.
7.5.
Diluição por combustível
Este teste é realizado para se determinar a quantidade de combustível presente em
amostras de óleos lubrificantes em motores de combustão interna a gasolina, a álcool ou
a diesel. Três métodos diferentes são empregados – de acordo com o modo de
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alimentação do equipamento. Genericamente, pode-se dizer que é usual encontrar-se
contaminação em óleos de motores a gasolina ou a álcool – o mesmo não acontecendo
com motores a diesel. Neste caso, a informação pode ser indicadora de deficiência nos
componentes de alimentação – tubulação de retorno quebrada, gotejamento nos bicos
injetores.
A importância de se monitorar convenientemente o grau de contaminação por
combustível reside no fato de que essa contaminação tem efeitos nefastos nas
características e, em conseqüência, no desempenho do lubrificante: alteração na
viscosidade, oxidação e formação de sedimentos são alguns dos danos possíveis.
7.6.
Tendência à formação de espuma
São as medidas dos volumes de espuma formada e remanescente a partir de injeção de
ar no óleo, em condições padronizadas em laboratório. A formação de espuma é geralmente
devida à aeração excessiva do óleo lubrificante. A medida mais importante em relação a essa
característica, não é exatamente no sentido de se impedir a formação – muitas vezes,
inevitável – e sim, interferir no processo de quebra, ou seja, seu tempo de desaparecimento. A
espuma resulta em lubrificação inadequada, cavitação e fluxo deficiente de óleo; pode ser um
problema em sistemas que possuem engrenagens e/ou mancais de alta velocidade e naqueles
que utilizam bombeamento sob alta pressão ou lubrificação por salpico – os quais,
paradoxalmente, tendem a formar espuma.
As causas para esta formação indesejada podem estar no baixo nível de óleo no
reservatório – fazendo com que a bomba aspire ar juntamente com o óleo - nas linhas de
sucção de óleo da bomba, ou ainda no posicionamento da linha de retorno do óleo ao
reservatório: estando muito acima do nível do óleo, pode acontecer elevada turbulência e
aeração. Constatou-se que alguns óleos que exibem elevada tendência à formação de espuma
são também propensos à formação de emulsões quando contaminados por água.
Assim como os óleos lubrificantes, emulsões de óleos em água podem receber
aditivos antiespumantes: diante dos inúmeros recursos disponíveis, o uso do aditivo deve
seguir estritamente a indicação do fabricante, para suficiente adequação.
7.7.
Fuligem
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Produtos da combustão entram no óleo através do sopro normal dos pistões, reduzindo
o desempenho do óleo em proteger e lubrificar os componentes do
motor.
Com base na diferente capacidade que óleo e fuligem apresentam de refletir a luz, é lançado
um feixe de luz infravermelha numa película de óleo usado. Pela diferença de reflexão,
obtém-se,
a
partir
daí
o
percentual
de
fuligem
presente
no
óleo.
Resíduos insolúveis de combustível parcialmente queimado podem espessar o óleo,
exaurir os aditivos e, eventualmente, entupir os filtros. A fuligem é encontrada normalmente
em amostras de óleo de motor; sua presença em outros compartimentos acontece por
contaminação
por
aquele
produto.
Vários fatores contribuem para o acúmulo de fuligem, como entupimento de
elementos do filtro de ar, excessivo uso de marcha lenta, baixa temperatura de operação,
deficiência na injeção de combustível e outros.
7.8.
Insolúveis em pentano
É a medida percentual em peso de material (exceto água e combustível) contido no
lubrificante. Tal material inclui produtos de oxidação (borras, vernizes, resinas, gomas)
fuligem,
degradação
do
óleo,
partículas
de
desgaste.
Uma das características exigidas num lubrificante é sua capacidade de dispersar os
sedimentos, mantendo-os em suspensão e impedindo a deposição em partes críticas do
sistema lubrificado. Esse ensaio possibilita a determinação da quantidade de sedimentos em
suspensão no óleo e, mais uma vez, fica patente aqui a necessidade de interpretação de
resultados levando-se em conta o histórico do equipamento: um baixo índice de insolúveis
pode representar uma boa condição do óleo, mas pode, também, significar o resultado de
supersaturação do dispersante. Nesse caso, o óleo é exposto a um volume tão dramático de
contaminantes, que ocorre um fenômeno de sedimentação acelerada com resultante altamente
mórbida para o motor.
7.9.
Ponto de Fulgor
É a menor temperatura na qual o óleo desprende vapores que, em presença de ar,
provocam um lampejo ao aproximar-se da superfície do óleo uma pequena chama piloto – em
condições
de
laboratório.
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A determinação dessa característica tem importância sob o ponto de vista da
segurança, uma vez que temperaturas acima do Ponto de Fulgor podem representar condição
favorável à ocorrência de incêndios e explosões. É também um teste indicativo de
contaminação
por
combustível
em
óleos
de
motores
de
combustão
interna.
Não se pode confundir essa medida com o ponto de combustão ou inflamação, que é a
menor temperatura na qual o óleo entra em combustão, isto é, queima de forma contínua.
7.10.
Índice de viscosidade
É um número empírico, não dimensional, que indica o efeito da variação da
temperatura sobre a viscosidade do óleo. É determinado baseado sempre na medição da
viscosidade cinemática a duas temperaturas diferentes. Um elevado IV significa que o óleo
terá uma variação relativamente pequena de viscosidade em função de variações de
temperatura.
O IV indica, principalmente, a natureza (tipo) do óleo básico empregado no
lubrificante. Os óleos parafínicos têm, usualmente, um IV próximo ou acima de 100; os óleos
seminaftênicos tem IV por volta de 30 e os produtos naftênicos (que normalmente contém um
elevado teor de aromáticos) tem IV próximo de 0. A mistura de óleos de diferentes tipos
produz índices de viscosidade intermediários.
7.11.
Rigidez dielétrica
A rigidez dielétrica de um óleo isolante expressa sua resistência à passagem da
corrente elétrica. É definida como a voltagem na qual ocorre a passagem de corrente elétrica
entre
dois
eletrodos
sob
condições
pré-estabelecidas
em
laboratório.
No estado puro, livre de qualquer elemento estranho, o óleo é um condutor de
eletricidade extremamente pobre, ou seja, é um bom isolante. Por isso, a queda da rigidez
dielétrica é indicador da presença de agentes contaminantes como água, impurezas ou
partículas condutoras. O acompanhamento do comportamento do óleo com relação à rigidez
dielétrica é importante na orientação sobre o correto momento de troca do óleo ou de
necessidade de regeneração do volume instalado.
7.12.
TAN (Total Acid Number)
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Representa a massa (em mg de Hidróxido de Potássio – KOH) necessária para
neutralizar um grama de óleo; é a medida de todas as substâncias contidas no óleo, capazes
de reagir com o KOH. Também é denominado Número de Neutralização (NN),
particularmente quando obtido por método colorimétrico em óleos minerais puros. Os
constituintes mais comuns dessas substâncias são ácidos orgânicos, sabões de metais,
produtos de oxidação, nitritos e nitrocompostos e ainda outros, que podem estar presentes
como aditivos.
Ácidos minerais (ácidos orgânicos fortes) presentes numa amostra de óleo são
originados, basicamente, dos compostos de enxofre presentes nos combustíveis. Nitratos
orgânicos e nitrocompostos, também originados dos combustíveis, contribuem para aumentar
a acidez.
O principal valor do teste de acidez em óleos usados é o de, por comparação com
resultados de ensaios anteriores no mesmo óleo, permitir avaliar as transformações que o
produto está sofrendo em serviço.
11 – TBN (Total Basic Number)
É a massa em miligramas de ácido clorídrico ou perclórico, expressa em termos de
quantidade equivalente de hidróxido de potássio, necessária para neutralizar todas as
substâncias presentes em um grama de óleo que reage com esses ácidos. Este teste é
normalmente feito em óleos de motores que contêm aditivos alcalinos (reserva alcalina do
produto). Em óleos usados, é uma indicação da reserva alcalina remanescente, que, enquanto
existir, não permitirá a presença de ácidos fortes. A natureza dos aditivos torna possível a
determinação tanto do TAN como do TBN do produto, quer seja em óleos novos ou usados.
O principal valor do teste de alcalinidade em óleos usados é o de, por comparação
com resultados de ensaios anteriores no mesmo óleo, permitir avaliar as transformações pelas
quais o óleo passa, em serviço.
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7.13.
Espectrofotometria de absorção atômica
A espectrofotometria de absorção atômica representa meio rápido e seguro para a
determinação dos elementos inorgânicos presentes nos óleos lubrificantes usados: metais de
desgaste,
partículas
de
contaminação
externa
e
aditivos.
Vale observar que o espectrofotômetro de absorção atômica identifica partículas menores que
4µ.
A identificação de contaminantes metálicos geralmente fornece fortes indícios das
condições prejudiciais a uma máquina e conseqüentes medidas de correção. Há que se
mencionar a necessidade de critérios na análise dos resultados – como, aliás, em todos os
ensaios - para que não se chegue a conclusões precipitadas e desairosas: tome-se, como
exemplo a detecção de presença de cromo. Isto pode ocorrer devido ao desgaste dos anéis ou
camisas - se o motor estiver equipado com anéis cromados - ou devido ao vazamento de
fluido refrigerante inibido com cromatos para o cárter. A consideração das diversas variáveis
a que o equipamento está sujeito é fundamental para correta interpretação de resultados.
8. O óleo e o meio ambiente
Os óleos minerais usados não são biodegradáveis e,quando não dispostos adequadamente,
proporcionam um grande risco, pois podem causar sérios problemas ambientais.
O CONAMA (2005) considera que o descarte de óleo lubrificante usado no solo ou
curso de água, gera graves danos ambientais, e que a combustão desse produto usado, gera
gases residuais nocivos ao meio ambiente e à saúde humana.
A poluição que pode ser gerada pelo descarte de 1 ton/dia de óleo usado no meio ambiente
é equivalente à poluição gerada pelo esgoto doméstico de uma cidade com população de 40
mil habitantes. Ou ainda, a queima indiscriminada desse produto, sem o adequado tratamento
de desmetalização, gera emissões de poluentes como óxidos metálicos e gases tóxicos. Cada
litro de óleo lubrificante usado pode contaminar 1 milhão de litros de água e demorar até 300
anos para se degradar. Por ser menos denso que a água, um litro de óleo forma em poucos
dias uma fina camada sobre uma superfície de 1.000 m2, o que bloqueia a passagem de ar e
luz, dificultando as trocas de oxigênio com o ambiente, portanto impedindo a respiração e a
fotossíntese, podendo causar mortes na fauna e na flora.
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Além do mais, o óleo mineral, é um recurso que tem sua origem em fontes escassas e não
renováveis o que alerta para as questões de preservação do meio ambiente.
8.1.
A regeneração do óleo lubrificante
Organização das Nações Unidas (ONU) investiu, entre 1991 e 1993, em pesquisas sobre a
disposição de óleos usados. Os resultados dos estudos apontam que a solução para uma
disposição segura de óleos lubrificantes usados é o rerrefino, ou seja, sua regeneração.
O processo de regeneração consiste em dar continuidade de uso a um produto que ainda
não exauriu todo o seu potencial.
A Resolução CONAMA Nº 362, de 23 de junho de 2005, estabelece em seu Art. 3º,
que todo o óleo lubrificante usado ou contaminado, coletado pelo produtor ou revendedor,
deverá ser destinado à reciclagem por meio do processo de rerrefino.
Tendo em vista que a base mineral do produto não é modificada com o seu uso, fazendo a
reposição dos componentes perdidos, o processo de regeneração poderá se repetir inúmeras
vezes. O processo de regeneração de óleos lubrificantes pode ser resumido pelas seguintes
etapas: pré-filtragem; aquecimento; colunas com material adsorvente; filtragem absoluta, e
readitivação da carga.
8.2.
Fator econômico
Além do impacto ambiental, um fator motivador para as industrias é o fator econômico. A
utilização do óleo regenerado pode levar a uma economia substancial. A empresa Itaipu
Binacional, fazendo uso do processo de reciclagem do óleo mineral em um período de
aproximadamente sete anos, evitou gastos na ordem de R$ R$ 1.112.245,48.