Lubrificação - formei
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MODULFORM MODULFORM Lubrificação Guia do Formando COMUNIDADE EUROPEIA Fundo Social Europeu IEFP · ISQ Colecção Título Suporte Didáctico Coordenação Técnico-Pedagógica Apoio Técnico-Pedagógico Coordenação do Projecto MODULFORM - Formação Modular Lubrificação Guia do Formando IEFP - Instituto do Emprego e Formação Profissional Departamento de Formação Profissional Direcção de Serviços de Recursos Formativos CENFIM - Centro de Formação Profissional da Indústria Metalúrgica e Metalomecânica ISQ - Instituto de Soldadura e Qualidade Direcção de Formação Autor J. F. Oliveira Santos Capa SAF - Sistemas Avançados de Formação, SA Maquetagem e Fotocomposição ISQ / Rui Bacelar Revisão OMNIBUS, LDA Montagem UNIPRINT, LDA Impressão e Acabamento UNIPRINT, LDA Propriedade Preço 1.ª Edição Tiragem Instituto do Emprego e Formação Profissional Av. José Malhoa, 11 - 1000 Lisboa 4 500 esc. Portugal, Lisboa, Junho de 1998 1 000 Exemplares Depósito Legal ISBN Copyright, 1998 Todos os direitos reservados IEFP M.T1.07 Nenhuma parte desta publicação pode ser reproduzida ou transmitida por qualquer forma ou processo sem o consentimento prévio, por escrito, do IEFP Produção apoiada pelo Programa Operacional Formação Profissional e Emprego, co-financiado pelo Estado Português, e pela União Europeia, através do FSE Lubrificação Guia do Formando IEFP · ISQ Índice Geral ÍNDICE GERAL I - LUBRIFICANTES • • • • • • • • • • Introdução I.2 Objectivos da lubrificação I.2 Tipos de lubrificantes I.2 • Óleos minerais I.2 Principais propriedades dos óleos I.3 • • • • • • • • • Densidade I.3 Pontos de inflamação e ignição I.4 Ponto de escorrimento ou de congelação I.4 Viscosidade I.4 Índice de viscosidade I.5 Aspecto, cheiro I.5 Cor I.5 Estabilidade à oxidação I.6 Outras características I.6 Aditivos I.6 • Acção dos aditivos • Aplicações dos aditivos I.6 I.9 Massas lubrificantes I.10 • Tipos de massas lubrificantes I.10 Lubrificantes sintéticos I.11 Lubrificantes sólidos I.11 Resumo I.14 Actividades / Avaliação I.15 II - SISTEMAS DE LUBRIFICAÇÃO Introdução II.2 Lubrificação fluida II.2 Lubrificação por película fina II.4 M.T1.07 • • • Lubrificação Guia do Formando IG . 1 IEFP · ISQ Índice Geral • • • • Sistemas de aplicação II.5 • • • • • • • • Sistemas de circulação II.5 Filtros II.6 Processos de filtragem II.7 Especificação de filtros de óleo II.8 Bombas II.8 Depósitos II.9 Sistemas hidráulicos II.12 Sistema centralizado II.16 Aplicações II.18 • Chumaceiras de rolamentos • Engrenagens • Cilindros II.18 II.18 Resumo II.20 Actividades / Avaliação II.21 II.18 III - SISTEMAS DE VEDAÇÃO • • • • • • Introdução III.2 Tipos de vedantes e as suas características III.2 Características da interface - sólido / vedante III.2 Tipos de vedantes dinâmicos III.3 • Vedantes com rebordo III.3 • Vedantes faciais III.4 • Vedantes mecânicos • Vedantes com folga pré-determinada • Vedantes em anel “O” III.4 Resumo III.9 Actividades / Avaliação III.5 III.8 III.10 IV - EQUIPAMENTOS E PROCEDIMENTOS IG . 2 Introdução IV.2 Necessidade de lubrificação IV.3 M.T1.07 • • Lubrificação Guia do Formando IEFP · ISQ • • Chumaceiras de rolamentos IV.4 • A necessidade de lubrificação • Factores que afectam a lubrificação • Características operacionais dos lubrificantes IV.5 IV.8 Engrenagens IV.9 • Tipos de engrenagens • Factores a considerar na escolha de lubrificantes • Características do lubrificante para engrenagens em cárter IV.9 fechado • • • Índice Geral IV.6 IV.10 IV.11 Lubrificação de cilindros compressores de ar IV.12 • Características do óleo IV.12 Resumo IV.14 Actividades / Avaliação IV.15 V - ARMAZENAMENTO • • • • • • • Introdução V.2 Contaminação com água V.2 • Prevenção V.4 Armazenagem de massas lubrificantes V.5 Temperaturas de armazenamento V.5 Armazém de lubrificantes V.6 • Componentes voláteis dos produtos V.6 • Segurança na armazenagem e manuseamento V.7 Resumo V.8 Actividades / Avaliação V.9 VI - ANÁLISE DE CONDIÇÃO Introdução VI.2 Vantagens das técnicas de análise de condição VI.2 Selecção do nível de análise VI.2 Selecção de máquinas e componentes VI.3 M.T1.07 • • • • Lubrificação Guia do Formando IG . 3 IEFP · ISQ Índice Geral • • • • • Métodos gerais de controlo VI.3 Análise dos óleos usados VI.4 • Viscosidade • Número de neutralização • Os insolúveis VI.5 VI.5 • Água e sedimentos VI.5 • Diluição por combustível VI.6 • Cor VI.6 • Aparência VI.6 Conclusão VI.6 Resumo VI.7 Actividades / Avaliação VI.8 IG . 4 B.1 M.T1.07 BIBLIOGRAFIA VI.5 Lubrificação Guia do Formando IEFP · ISQ Lubrificantes M.T.09 UT.01 Lubrificantes Lubrificação Guia do Formando IEFP · ISQ Lubrificantes OBJECTIVOS No final desta Unidade Temática, o formando deverá estar apto a: • Classificar os diversos tipos de lubrificantes; • Identificar as principais propriedades dos óleos.; • Definir a acção dos aditivos. TEMAS • • • Introdução Objectivos da lubrificação Tipos de lubrificantes • Óleos minerais • Principais propriedades dos óleos • • • • • • • • • • Densidade Pontos de inflamação e ignição Ponto de escorrimento ou de congelação Viscosidade Índice de viscosidade Aspecto, cheiro Cor Estabilidade à oxidação Outras características Aditivos • Acção dos aditivos • Aplicações dos aditivos • Massas lubrificantes • Tipos de massas lubrificantes Lubrificantes sintéticos Lubrificantes sólidos Resumo Actividades / Avaliação M.T1.07 Ut.01 • • • • Lubrificação Guia do Formando I . 1 IEFP · ISQ Lubrificantes INTRODUÇÃO A lubrificação pode ser definida como sendo uma forma de separação de superfícies (constituintes de uma máquina) com movimento relativo, por meio de uma substância, o lubrificante, com o fim de reduzir o atrito e de permitir o funcionamento nas melhores condições. A lubrificação vai reduzir ao mínimo as perdas de potência e o desgaste das peças, o que origina um aumento de rendimento e a vida útil da máquina. OBJECTIVOS DA LUBRIFICAÇÃO Os objectivos da lubrificação são: • • • • • • Diminuir o atrito entre os órgãos em movimento. Reduzir o desgaste das superfícies em contacto. Reduzir ou evitar a corrosão. Actuar como refrigerante, dissipando o calor produzido pelo atrito. Estancar os órgãos em contacto. Evacuar da zona de atrito os sedimentos prejudiciais nela depositados, quer por arraste, quer por dissolução neste, sem no entanto alterar as qualidades básicas do lubrificante. • Evitar a poluição sonora, reduzindo o ruído, permitindo um trabalho mais suave e silencioso das máquinas. TIPOS DE LUBRIFICANTES Óleos minerais Os óleos lubrificantes são obtidos por destilação fraccionada (processo de refinação) do petróleo bruto, fazendo-se a separação das fracções pesadas que incluem os futuros óleos lubrificantes, dos outros constituintes do petróleo bruto como o gasóleo, o petróleo e o gás. I . 2 M.T1.07 Ut.01 Antes da utilização desse destilado como lubrificante, é necessário proceder a novas refinações, devido à presença de ceras parafinas (que têm o inconveniente de solidificarem a temperatura baixa) em quantidades excessivas, de grande número de hidrocarbonetos instáveis (pouco estáveis em condições de temperatura nos motores de combustão interna), de resinas, asfaltos e outros elementos indesejáveis, para que se possa produzir um óleo de grande qualidade. Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando IEFP · ISQ Lubrificantes Devido, essencialmente, à presença de hidrocarbonetos nos óleos minerais, podemos classificar os óleos em diferentes grupos: I - Os de base parafínica. II - Os de base nafténica. III - Os de base aromática. IV - Os de base mista. Este tipo de classificação deve-se à diferença entre as propriedades físicas de cada classe. Por exemplo, os de base parafínica caracterizam-se por um alto índice de viscosidade, um elevado ponto de congelação e um baixo peso específico, enquanto que os obtidos por simples destilação de base nafténica mostram um baixo índice de viscosidade, um baixo ponto de congelação e um peso específico superior aos de base parafínica. PRINCIPAIS PROPRIEDADES DOS ÓLEOS Densidade A densidade de um óleo é a relação entre o peso de um dado volume desse óleo e o peso de um volume igual de água. Por vezes indica-se, como característica de um óleo, o seu grau API (American Petroleum Institute) em vez da densidade: Graus A.P.I. = 141.5 - 131.5 Densidade Exemplo I. 1 Os óleos parafínicos têm uma densidade de cerca de 0,87 e os óleos nafténicos uma densidade de pelo menos 0,9. Qual o grau API a que corresponde cada um dos óleos? Resolução: Utilizando a equação anterior, temos: Graus A.P.I. (parafínico) = M.T1.07 Ut.01 Graus A.P.I (nafténico) = 141.5 - 131.5 = 31,6 0,87 141.5 - 131.5 = 25,7 0,9 Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação I . 3 IEFP · ISQ Lubrificantes Aos óleos parafínicos corresponde um grau API 30, e aos óleos nafténicos corresponde um grau API 20. Pontos de inflamação e ignição O ponto de inflamação de um óleo é a temperatura mínima, à qual o óleo liberta à sua superfície uma concentração suficiente de vapores, que se inflamam quando se aproxima uma chama. Ponto de escorrimento ou de congelação O ponto de escorrimento ou de congelação de um óleo é a temperatura mais baixa a que ele ainda escorre ou flui quando arrefecido em determinadas condições . Viscosidade Esta é provavelmente a propriedade mais importante de um óleo lubrificante. Reduz o grau de atrito interno ou de resistência que um líquido oferece ao escorrimento. I . 4 M.T1.07 Ut.01 Figura I.1 - Determinação da viscosidade Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando IEFP · ISQ Lubrificantes As unidades de medida de viscosidade mais frequentes são as seguintes: • Graus Engler, unidade utilizada em toda a Europa, excepto em Inglaterra. • Segundos Redwood (SR), utilizada em Inglaterra. • Segundos Saybalt Universais (SSU), utilizada nos Estados Unidos. A viscosidade é dada pelo tempo de escoamento de determinado volume de líquido através de um tubo curto, ou de um tubo capilar, sob a acção da gravidade. A viscosidade do lubrificante tem de ser, suficientemente elevada para assegurar uma película lubrificante, e bastante baixa para que as perdas por atrito próprio não sejam excessivas. Dado que a viscosidade do lubrificante se altera com as variações térmicas, torna-se necessário tomar em conta a temperatura que o óleo atingiu quando a máquina se encontrava em funcionamento. Além disso, como no caso dos óleos para automóveis, estes devem ser suficientemente fluídos, mesmo a temperaturas abaixo do zero, para permitirem o arranque. Índice de viscosidade A variação de viscosidade com a temperatura exprime-se geralmente pelo “índice de viscosidade” e este é o número empírico que indica o efeito de mudança de temperatura sobre a viscosidade de um óleo. Um índice de viscosidade baixo significa uma mudança relativamente grande de viscosidade com a temperatura. Aspecto, cheiro Embora não sejam susceptíveis de medição rigorosa, estas características fornecem, no entanto, por simples apreciação, algumas indicações sobre o aspecto do óleo. Assim, quanto ao aspecto dir-se-á que uma ligeira turvação do óleo, com aparência de emulsão mais ou menos amarelada ou leitosa, significa a presença de água no seio do produto. Quanto ao cheiro, se este for acre, será sintoma de o óleo se encontrar oxidado. Cor A coloração por transparência, pode fornecer indicações quanto ao tipo de refinação mais ou menos rigorosa a que o óleo foi submetido: M.T1.07 Ut.01 • Uma coloração forte, num óleo novo, indica tratamento pouco rigoroso. • Uma coloração leve significa boa refinação. Em óleos usados se a cor se encontrar bastante carregada em relação ao óleo novo será sinal de forte oxidação. Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação I . 5 IEFP · ISQ Lubrificantes Estabilidade à oxidação Todos os lubrificantes se deterioram quando aquecidos a temperaturas elevadas na presença do ar. Este fenómeno é devido à combinação das moléculas dos hidrocarbonetos com o oxigénio do ar. A temperaturas inferiores a 60º C, o grau de oxidação de óleos altamente refinados é desprezável, mas aumenta rapidamente com o aumento da temperatura, até que, a cerca de 150 - 200º C, o grau de oxidação é importante. Este fenómeno causa escurecimento da cor do óleo e o aumento da viscosidade, verificando-se em condições extremas um engrossamento do óleo formando um depósito de borra castanha e insolúvel. Outras características Outros factores de informação sobre os óleos são dados pela quantidade de cinzas, o número de precipitação, o índice de neutralidade, o número de saponificação, características de emulsão, o ponto de anilina, a resistência à corrosão, os insolúveis, as espumas, resíduos de carbonosos, % de água, % de enxofre forte e diluição (principalmente em óleos de motor). ADITIVOS A finalidade dos aditivos é a de alterar ou reforçar uma ou algumas propriedades dos óleos base. Estes aditivos podem ser divididos em dois grupos: • Os que modificam algumas características físicas, como a temperatura de escoamento (ponto de fluidez), a formação de espuma, o índice de viscosidade, etc. • Os que modificam características químicas como os anti-oxidantes, anti-corrosivos e anti-ferrugem, aditivos anti-desgaste, aditivos de reserva alcalina, etc. Acção dos aditivos Melhoradores do índice de viscosidade I . 6 M.T1.07 Ut.01 Um dos grupos de aditivos mais importantes são os melhoradores do índice de viscosidade. São constituídos por polímeros de elevado peso molecular. Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando IEFP · ISQ Lubrificantes Anti - oxidantes Estes aditivos são compostos orgânicos. São constituídos por compostos sulfurosos, fosfatos, fenóis, etc. A oxidação tem características de reacção em cadeia e estes compostos quebram e atrasam a reacção. Aditivos alcalinos A função deste aditivo é a neutralização dos ácidos resultantes da oxidação do óleo e/ou derivados da combustão. Detergentes/dispersão Estes aditivos actuam como detergentes, removendo depósitos e como dispersantes, evitando que os produtos de oxidação do óleo e outros compostos insolúveis se aglomerem em partículas de grandes dimensões. Inibidores de corrosão/ferrugem A acção de protecção é obtida pela sua reacção com as superfícies metálicas formando camadas protectoras. Abaixadores de temperatura de escoamento Estes aditivos actuam por destruição das redes que os cristais de cera ou parafinas tendem a formar quando a temperatura desce abaixo de certos valores. Aditivos EP (Extrema Pressão) e anti-desgaste Estes aditivos foram desenvolvidos sobretudo para aplicações mecânicas severas e muito severas como motores de grande potência, circuitos hidráulicos de elevada performance, engrenagens hipóides, etc., onde se verificam velocidades de escorregamento elevadas e cargas específicas muito altas. Aditivos de untuosidade Este aditivo tem como função reduzir o atrito ou desgaste e aumentar o poder lubrificante. M.T1.07 Ut.01 Aditivos anti-espuma A espuma é constituída por pequeníssimas bolhas de ar que se formam quando um óleo é agitado com o ar. Os aditivos detergentes aumentam a tendência dos óleos para a formação de espuma. A formação de espuma pode ser evitada pela adição de pequena quantidades deste aditivo. Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação I . 7 IEFP · ISQ Lubrificantes Aditivo de adesividade Em algumas aplicações de lubrificantes na industria é necessário que o óleo não escorra nem seja sacudido do ponto de aplicação, pelo que deve possuir uma coesão molecular maior do que a sua viscosidade pode sugerir. Assim, este aditivo deve ter uma textura pegajosa. Emulsionador Estes aditivos são activos sobre as superfícies e reduzem as tensões superficiais do óleo permitindo portanto a mistura do óleo e da água formando uma suspensão estável. Óleos gordos Em condições de humidade estes aditivos aumentam o poder molhante dos óleos. Aditivos sólidos Estes aditivos são usados sob a forma de pó seco ou misturados com óleo, com fluidos sintéticos, massas consistentes ou água, suportando temperaturas e pressões mais elevadas. Agentes espaçadores Este aditivo converte o óleo em lubrificante sólido ou semi-sólido. Aditivos repelentes de água Melhoram as propriedades de resistência à água. Passivadores de metais Os passivadores de metais formam películas inactiva através da absorção física ou química das superfícies metálicas de forma a evitar ou contrariar os efeitos catalizadores de oxidação ou corrosão. Aditivo controlador de cheiro Este aditivo tem a função de dar ao lubrificante um cheiro distinto ou agradável, ou disfarçar cheiro indesejável. Aditivo anti-séptico I . 8 M.T1.07 Ut.01 Este aditivo evita a formação de colónias de bactérias. Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando IEFP · ISQ Lubrificantes Aplicações dos aditivos No quadro I.1 indicam-se as áreas de especial interesse dos vários aditivos e os óleos bases a que normalmente são adicionados. Aplicação Aditivos Base Rolamentos Engrenagens AO; F; AE; IC Nafténica Mista Parafínica Equipamentos têxteis AO; IV; F; AE; EP Nafténica Mista Parafínica Redutores e multiplicadores AO; IV; F; IC; EP Nafténica Mista Parafínica Turbinas AO; IV; AE; TS; IC Nafténica ou Mista Motores AO; IC; IV; F; AE; EP Nafténica Mista Parafínica Compressores AO; IV; F; EP; IC; L Nafténica Mista Parafínica Quadro I.1 Legenda: AO - Anti-oxidante; IV - Melhoradores do índice de viscosidade; F - Abaixador do ponto de fluidez; AE - Anti-espumas; IC - Inibidores de corrosão; BC - Bactericidas; TS - Modificadores da tensão superficial; L - Outros compostos (controladores de cheiro, melhoradores de untuosidade, adesividade, etc.); M.T1.07 Ut.01 EP - Adesivos de “extrema pressão” e anti-desgaste. Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação I . 9 IEFP · ISQ Lubrificantes MASSAS LUBRIFICANTES Vantagens Em determinadas aplicações onde o acesso do lubrificante não é fácil ou em que a força da gravidade desloca o óleo lubrificante da área a lubrificar, utilizamse com sucesso as massas lubrificantes. Estas evitam também a entrada de impurezas nas chumaceiras e consequentemente, a utilização de vedantes. As massas lubrificantes, também designadas por massas consistentes, são suspensões coloidais de óleo, um espessante e água. Conforme o tipo de espessante, assim variam as suas características. Tipos de massas lubrificantes • Massas cálcicas; • Massas sódicas; • Massas líticas; • Massas complexas; É aconselhável a utilização de massas na lubrificação dos casos seguintes: • Quando a peça a lubrificar esteja desenhada de tal maneira que garanta um fluxo fácil de lubrificação pelos interstículos. • Quando o lubrificante tiver tendência para sair do suporte. • Quando for necessário proteger energicamente o mecanismo a lubrificar contra agentes corrosivos, tais como a humidade, o pó, etc. • Quando for necessário evitar que o lubrificante escorra, o que é muito prejudicial, especialmente nas indústrias têxteis, alimentares, etc. • Quando o lubrificante não participe na evacuação de calor. LUBRIFICANTES SINTÉTICOS I . 10 M.T1.07 Ut.01 Os lubrificantes sintéticos têm já alguns anos de aplicação na lubrificação de motores de avião e noutros casos em que a lubrificação que tem base mineral e aditivos não satisfaz. Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando IEFP · ISQ Lubrificantes Os lubrificantes sintéticos podem ser agrupados em: • Poliglicais - ésteres fosfóricos; • Ésteres - hidrocarbonetos de síntese. As utilizações mais correntes são em compressores de frigoríficos, turbinas a gás, sistemas hidráulicos e engrenagens. As grandes vantagens destes em relação aos óleos minerais são uma maior viscosidade a altas temperaturas e um ponto de fluidez bastante mais baixo do que os óleos minerais. Apresentam também um aumento considerável do índice de viscosidade. Vantagens O ponto de inflamação é também ligeiramente mais elevado. Uma das principais desvantagens a uma utilização extensiva é o seu preço e certas restrições relativamente a determinados materiais de juntas e vedantes. Desvantagens LUBRIFICANTES SÓLIDOS Os lubrificantes sólidos são utilizados quando os lubrificantes fluidos são indesejáveis ou ineficientes. No primeiro caso estão as máquinas industriais farmacêuticas, alimentares, têxtil, e no segundo caso a existência de condições de trabalho adversas. Estas condições podem ser criadas por atmosferas corrosíveis ou extraordinariamente poeirentas, altas ou muito baixas temperaturas, radiação e pressões subatmosféricas. Também se utiliza este tipo de lubrificante em situações de pressões extremamente elevadas que levariam à explosão dos lubrificantes fluídos da área de contacto. M.T1.07 Ut.01 No quadro I.2 apresentam-se, de uma forma resumida, os principais tipos de lubrificantes e aditivos, bem como as respectivas funções. Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação I . 11 IEFP · ISQ Lubrificantes Tipo de lubrificante Tipos de aditivos Função dos aditivos Óleo de turbina Inibidor de oxidação Extensão da vida útil dos óleos Óleo hidráulico Inibidor de ferrugem Evitar a formação de ferrugem Óleo de circulação Compostos anti-espuma Diminuir a formação de espuma Óleo para chumaceiras Aditivos E.P. Suportar pressões extremas De motores eléctricos Abaixadores do ponto de fluxão Utilização em tempo frio Para compressores de ar Inibidores de oxidação Evitar a formação de verniz, lamas e corrosão nas ligas das chumaceiras Lubrificante de linha de ar Inibidor de ferrugem Resistência à formação de ferrugem Compostos polares Melhor lubrificação na presença de água Anti-espuma Evitar a formação de espuma Óleos para engrenagens Compostos de enxofre, cloro, chumbo, zinco e fósforo Evitar as microsoldaduras das rugosidades das superfícies, devido às extremas pressões Tipo Hipide - E.P. Inibidores de ferrugem Evitar a ferrugem devido à presença de água Tipo para engrenagens sem-fim Substâncias gordas, polares Aumentar a resistência da película e a lubrificação Tipo para engrenagens expostas Anti - espuma Solvente Evitar a formação de espuma Facilidade de aplicação Óleo para motores, HD e óleo para compressores portáteis Aumentador do índice de viscosidade Abaixador do ponto de fluxão Detergente-Dispersante Facilidade de arranque com tempo frio Inibidores de oxidação-corrosão e anti-desgaste Resistência dos óleos à oxidação, e evitar a corrosão de liga das chumaceiras Menor desgaste dos aros e das camisas Manter os motores limpos Anti-espuma Evitar a formação de espuma Anti-ferrugem Resistência à formação de espuma Óleos para barramentos Aditivo de untuosidade e aderência, compostos E.P. Reduzir o atrito e desgaste Não gotejamento Protectivos Materiais polares, emulsionantes Protecção do aço contra a ferrugem Petrolatos Óleos de laminagem Óleo de palma ou outros aditivos polares Evitar o arranhado das superfícies, proporcionando bom acabamento Quadro I.2 - Tipos de Lubrificantes e aditivos e respectivas funções (continua) I . 12 Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando M.T1.07 Ut.01 Óleos solúveis ou outros emulsionáveis IEFP · ISQ Lubrificantes Tipo de lubrificante Anti-agarramento Tipos de aditivos Pó de chumbo, cobre, zinco, grafite e bissulfureto de molibdénio Função dos aditivos Evitar o agarramento de roscas e outras superfícies sujeitas a grandes pressões Boa vedação sob pressão Óleos solúveis Sulfonatos óleo-solúveis, sabões e outros emulsionadores Estabilização das emulsões de óleo água Eliminação da acção bacteriológica Bactericidas Óleos de Têmpera Substâncias polares e outros agentes molhantes Boa acção molhante no metal aquecido Óleos de corte Materiais polares ou gordos Adesão aos metais e redução do atrito Enxofre, cloro, fósforo, gorduras sulforizadas Suporte de condições de extrema pressão Anti-espuma Diminuição da espuma Inibidores de ferrugem Resistência à corrosão e ferrugem Fluidos hidráulicos resistentes ao fogo Massas consistentes para rolamentos Massas consistentes E.P. (Extrema Pressão) Massas para copos Inibidores de oxidação Longa duração Compostos anti-espuma Diminuição da espuma Anti-desgaste Diminuição do desgaste nas bombas Sabões de sódio e lítio Agente espessador para dar consistência e elevada temperatura de gotejamento Inibidor de oxidação Resistência à oxidação e alteração da estrutura Inibidor de ferrugem Evitar a ferrugem em condições de humidade Desactivadores de metais Evitar o efeito catalítico dos metais Sabões de cálcio, lítio e sódio Agente espessador Cloro, enxofre, fósforo, chumbo, zinco ou bisulfureto de molibdénio Suporte de pressões extremas e cargas de choque Compostos polares Usados em presença de água para melhorar a lubrificação Inibidor de oxidação Resistência à oxidação Sabão de cálcio Agente espessador M.T1.07 Ut.01 Quadro I.2 - Tipos de Lubrificantes e aditivos e respectivas funções Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação I . 13 IEFP · ISQ Lubrificantes RESUMO Nesta unidade temática foram abordadas as noções de “Lubrificação” e “Aditivos”, os diferentes tipos existentes e respectivas funções. A lubrificação separa, através de um lubrificante, as superfícies com movimento relativo de uma máquina, permitindo desta maneira um bom funcionamento da máquina. Os vários tipos de lubrificantes existentes são: a) Óleos minerais. Obtidos por destilação fraccionada do crude e que devido à presença de hidrocarbonetos podem ser classificados em vários grupos. As suas propriedades principais são: • • • • • • • • A densidade, Ponto de inflamação e ignição, Ponto de escorregamento ou de congelação, Viscosidade, Aspecto, Cheiro, Cor, Estabilidade á oxidação, b) Lubrificantes sintéticos; c) Lubrificantes sólidos; d) Massas lubrificantes; I . 14 M.T1.07 Ut.01 e) Aditivos. Os aditivos têm como objectivo alterar ou reforçar algumas das propriedades dos óleos base, que podem ser divididos em dois grupos. Os que modificam características físicas e os que modificam características químicas. Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando IEFP · ISQ Lubrificantes ACTIVIDADES / AVALIAÇÃO 1. Qual a finalidade dos aditivos e quais as principais modificações que originam? M.T1.07 Ut.01 2. Quais os objectivos da lubrificação? Componente Prática Guia do Formando Lubrificação I . 15 IEFP · ISQ Sistemas de Lubrificação M.T.09 UT.02 Sistemas de Lubrificação Lubrificação Guia do Formando IEFP · ISQ Sistemas de Lubrificação OBJECTIVOS No final desta Unidade Temática, o formando deverá estar apto a: • Classificar os vários tipos de Sistemas de lubrificação e Sistemas de aplicação de lubrificantes; • Identificar e classificar os diferentes elementos de cada tipo de sistema de lubrificação. TEMAS • • • • Introdução Lubrificação fluida Lubrificação por película fina Sistemas de aplicação • • • • • • • • • Sistemas de circulação Filtros Processos de filtragem Especificação de filtros de óleo Bombas Depósitos Sistemas hidráulicos Sistema centralizado Aplicações M.T1.07 Ut.02 • Chumaceiras de rolamentos • Engrenagens • Cilindros • • Resumo Actividades / Avaliação Lubrificação Guia do Formando II . 1 IEFP · ISQ Sistemas de Lubrificação INTRODUÇÃO De uma maneira geral, a lubrificação dos órgãos de máquinas divide-se fundamentalmente em duas classes, cada uma delas dependente do tipo da respectiva película lubrificante. São elas: Tipos de lubrificação • Lubrificação fluida ou por películas fluidas: são as que se formam com uma alimentação de lubrificante suficiente para manter as superfícies separadas umas das outras, evitando o contacto metálico directo. • Lubrificação por película fina: trata-se de películas muito delgadas que se formam sobre as superfícies que se lubrificam. Estas podem ser constituídas por óleos, massas ou por um lubrificante sólido, como seja a grafite ou o bisulfureto de molibdénio. LUBRIFICAÇÃO FLUIDA A lubrificação fluida exige um fluxo de óleo constante, o qual mantém as superfícies separadas. Isto consegue-se, conforme o caso, em qualquer das seguintes situações: a) Cunha de óleo ou lubrificação hidrodinâmica. Figura II.1 - Formação de película espessa numa chumaceira de impulso de almofadas inclinadas (A, B e C formação da película) II . 2 Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando M.T1.07 Ut.02 Nalguns casos, quando a velocidade relativa das duas superfícies é considerável, produz-se uma acção, a que se dá o nome de formação da película por efeito de cunha (ou hidrodinâmica), que evita o contacto metálico entre elas. Para ilustrar esta acção, imaginaremos o dispositivo que mostra a figura II.1 e que é constituído por uma chumaceira para cargas axiais. A película fluida de lubrificante formase por efeito do próprio movimento da superfície superior ao procurar imprimir às camadas de óleo que estão em contacto com ela uma velocidade igual à sua. Simultaneamente, as camadas de lubrificante que se encontram em contacto com a superfície fixa inferior tendem a manter-se estacionárias, do que resulta as camadas intermédias adquirirem maior velocidade à medida que se aproximam da superfície em movimento. IEFP · ISQ Sistemas de Lubrificação Devido à configuração convergente da almofada fixa, as camadas comprimemse no final do plano inclinado originando uma força que se opõe a que as superfícies se toquem e que haja contacto metálico. Evidentemente, isto só é possível quando o mecanismo se encontra em movimento, e a separação é tanto maior quanto mais elevada for a velocidade operacional. O mesmo se verifica com chumaceiras lisas que recebem uma quantidade suficiente de lubrificante, como mostra a figura II.2. É o caso das chumaceiras lubrificadas por anel, circulação, banho de óleo, etc. Figura II.2 - Formação de película espessa numa chumaceira radial b) Óleo sob pressão ou escorregamento. Existem casos em que o movimento entre as superfícies é tão lento que não é possível manter uma película entre o moente e o casquilho (figura II.3), sendo então necessário injectar lubrificante para manter uma película fluida e evitar assim contacto metálico directo, entre as superfícies. M.T1.07 Ut.02 Figura II.3 - Princípio de lubrificação por esmagamento de película Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação II . 3 IEFP · ISQ Sistemas de Lubrificação Uma situação muito vulgar é a que se verifica na lubrificação dos cavilhões que unem as bielas aos êmbolos em todas as máquinas com movimento alternativo e em que este é reversível em carga e em direcção giratória (figura II.4). Figura II.4 - Esmagamento de película num casquilho de cavilhão Nestes casos, é necessário aplicar o lubrificante por meio de pressão no ponto onde é mínima a compressão entre o moente e o casquilho, porque mudando instantaneamente o ponto onde a carga incide, esta não consegue expelir a película que suporta. Ao deslocar-se noutra direcção, encontra cheio o espaço onde actuará a compressão e que foi entretanto alimentado com óleo sob pressão. A reversão do movimento auxilia a formação de películas por esmagamento. Para lubrificar eixos muito pesados utilizam-se elevadores para introduzir o lubrificante, imediatamente antes e depois de funcionarem, evitando desgastes que de outro modo ocorreriam, pelas razões já referidas (lubrificação hidrostática). LUBRIFICAÇÃO POR PELÍCULA FINA II . 4 Este tipo de lubrificação, Lubrificação Limite, envolve uma película muito fina que pode ter entre 0,0002 e 0,0005 mm de espessura, e que é suficiente para proteger as superfícies em que é aplicada (figura II.5). Normalmente, com este tipo de lubrificação não se pode evitar um certo contacto metálico, e portanto desgaste, embora o seu uso seja corrente e prático por motivos da concepção de máquinas, carga, velocidade, etc. É de baixo custo operacional e de instalação. Entre os sistemas utilizados contam-se os copos de lubrificação por óleo e massa, por torcida, lubrificadores mecânicos, etc. É também conhecido pelo nome de lubrificação perdida, dado que o lubrificante utilizado não é recuperado. M.T1.07 Ut.02 Lubrificação limite Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando IEFP · ISQ Sistemas de Lubrificação Figura II.5 - Movimento relativo entre as superfícies do moente da chumaceira SISTEMAS DE APLICAÇÃO Os vários sistemas existentes para aplicar lubrificantes são utilizados conforme a concepção das máquinas ou órgãos a lubrificar, cargas em causa, condições operacionais, eficiência, etc. Assim temos, por exemplo, sistemas de circulação por banho ou salpico, à mão ou por meio de dispositivos especiais. Sistemas de circulação Muito utilizados, identificam-se por um abundante fluxo de óleo sobre os órgãos a lubrificar. Consistem geralmente de uma bomba que injecta o lubrificante a uma determinada pressão e velocidade, através de encanamentos que conduzem até aos pontos das máquinas onde é necessário. Dali é recolhido num tanque de decantação e regressa para um depósito a partir do qual é aspirado por uma bomba, para iniciar novo ciclo no sistema. M.T1.07 Ut.02 Figura II.6 - Sistema de lubrificação, por pressão Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação II . 5 IEFP · ISQ Sistemas de Lubrificação Nestas circunstâncias, o óleo tem de servir durante longos períodos sem perder as suas propriedades. Se o lubrificante escolhido for adequado para o sistema, isto é, se se tratar de um produto de alta qualidade, com grande resistência à oxidação, inibidores contra a formação de ferrugem, etc., poder-se-à garantir que durará muito tempo. No entanto, por muito bom que seja o lubrificante, se ele tiver de suportar um serviço contínuo e temperaturas operacionais um tanto elevadas, chegará um momento em que se oxidará, se tornará mais viscoso, formará lamas e lacas que prejudicam o sistema, e em que terá, portanto, de ser substituído. Assim, há que fixar períodos adequados para renovar as cargas de óleo e para as manter a nível constante, de forma a assegurar um fluxo correcto do lubrificante. Estes sistemas podem funcionar por gravidade ou pressão. No caso do sistema funcionar por gravidade, o óleo contido no referido tanque é elevado por meio da bomba para um depósito aéreo do qual desce por gravidade até aos pontos a lubrificar. Figura II.7 - Elementos principais de um sistema de circulação No segundo caso, o tanque de decantação pode fazer parte do próprio depósito, ou estar em comunicação com outro independente, do qual é bombado directamente às peças que carecem de lubrificante. Estes sistemas são frequentemente equipados com refrigeradores e filtros montados em série ou em derivação, além do depósito, tanque de decantação, tubagem e bomba. Filtros Os filtros representados na figura II.7 têm diversas funções. Assim: Funções • Filtro de ar: geralmente de papel, retém impurezas do ar. • Filtro do depósito: rede em tela metálica, retém as impurezas. • Filtro de sucção: rede metálica, situado na zona de sucção da bomba faz a protecção da mesma. • Filtro de pressão: Situado do lado de pressão faz a protecção do resto do II . 6 Lubrificação M.T1.07 Ut.02 sistema e das chumaceiras. Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando IEFP · ISQ Sistemas de Lubrificação • Filtro de retorno: retém os produtos resultantes do desgaste. • Filtro de limpeza: separado do resto, faz a limpeza geral do volume total do sistema. Na figura II.8, está representado um Filtro de Pressão mostrando os seus elementos constitutivos. Figura II.8 - Filtro de Pressão Processos de filtragem Na maior parte dos sistemas o fluido lubrificante é obrigado a passar continuamente durante períodos apreciáveis podendo a filtragem ser efectuada por um ou dois processos: a) Caudal total – neste caso, passa pelo filtro todo o volume de lubrificante e encontra-se colocado depois da bomba. Todo o óleo é filtrado durante um período de funcionamento. Filtragem de caudal total b) “By Pass” – só parte do óleo passa através do filtro sendo, por exemplo 90% passado em paralelo; é um processo que não dá total garantia de impedir a passagem de partículas do reservatório para as chumaceiras. Filtragem por “By pass” M.T1.07 Ut.02 Algumas vantagens são, contudo, inerentes a este processo. Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação II . 7 IEFP · ISQ Sistemas de Lubrificação Pode ser usado um filtro de menores dimensões e em condições de baixa temperatura, com viscosidade elevada, evitando a restrição no escoamento que se verifica no outro caso. Uma importante vantagem é a inexistência de risco de interrupção de lubrificante quando o filtro está completamente entupido. Especificação de filtros de óleo Alguns pontos que devem ser especificados na escolha de um filtro, são: a) dimensão máxima das partículas depois da passagem no filtro; b) perda de pressão permitida no filtro; c) valores de caudal esperados; d) gama de temperaturas esperadas; e) viscosidade do fluido lubrificante; f) temperatura máxima de trabalho; g) compatibilidade entre o fluido e elementos filtrantes. Bombas As bombas podem ser construtivamente divididas em: Bombas de engrenagens a) De engrenagens – são relativamente compactas e simples. No caso de se pretender um funcionamento silencioso, é necessário usar dentes helicoidais. Capacidade em caudal até cerca de 0,02 m3/s (ver figura II.9). II . 8 M.T1.07 Ut.02 Figura II.9 - Bombas de engrenagens Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando IEFP · ISQ Sistemas de Lubrificação b) De lobos – apresentam capacidade de deslocar líquidos voláteis de baixa viscosidade a temperaturas e pressões relativamente elevadas. Bombas de lobos c) De parafuso – São adaptáveis à transmissão de turbinas. Têm características de baixo ruído com grande capacidade de sucção e podem funcionar continuamente a grandes velocidades com baixo consumo. Bombas de parafuso d) De pás ou palhetas – Compactas e simples, com grande capacidade no aspecto de pressão. Especialmente utilizadas em sistemas de responsabilidade. Bombas de pás Figura II.10 - Bomba de palhetas e) Centrífuga – São especialmente indicadas para deslocar óleo sujo e apresentam boa capacidade a pressão moderada. Bombas centrífugas De entre todas as bombas, são as centrifugas que apresentam a maior capacidade (até 0,15 m3/s). As de menor capacidade são as de pás. No aspecto caudal as de engrenagens e lobos são equivalentes, mas as de engrenagens permitem obter pressões mais elevadas que as de lobos. Depósitos No que diz respeito ao tipo de material constituinte dos depósitos de lubrificantes existem duas possibilidades: • Aço inoxidável (ou alumínio anodizado). É um material relativamente mais caro, mas sem necessidade de um tratamento posterior de protecção. Os custos de manutenção são baixos. Tipo de material dos depósitos • Aço macio. Mais vulgarmente utilizado, mas necessita de tratamento M.T1.07 Ut.02 contra a corrosão. Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação II . 9 IEFP · ISQ Sistemas de Lubrificação Distribuição de Volumes nos depósitos de lubrificante Na figura II.11 estão representados esquematicamente os diversos volumes relativos num depósito de lubrificante. = Figura II.11 - Distribuição de volumes relativos num depósito de lubrificante V0 – é o volume previsto para a ventilação, restrição de espuma e expansão térmica (cerca de 10 a 20 % do volume total). V1 – é o volume do óleo de retorno durante a passagem. V2 – capacidade de funcionamento; V2 = caudal * tempo de passagem. V3 – volume não operacional, definido pelos elementos interiores de depósito / / separador, filtros, radiadores, etc. Ss – é o sistema dito estacionário. Constituição do depósito St – é o nível de funcionamento. Elementos Constituintes Linha de retorno – é localizada ao nível de funcionamento ou acima e deve funcionar a meio caudal para permitir à espuma assentar. A utilização de uma grade contribui para evitar a formação de espuma. Linha de sucção – deve estar o mais afastada possível da linha de retorno e, geralmente, a cerca de 2/3 da profundidade do nível de funcionamento. A utilização de uma bóia permite obter uma profundidade constante. Ventiladores – permitem a variação de volume no depósito e o seu número pode ser calculado tomando como referência um ventilador por cada área de 5 metros quadrados da superfície do depósito (figura II.12). II . 10 Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando M.T1.07 Ut.02 Painéis e Separadores – evita o escoamento directo do retorno para a sucção e também confere rigidez ao depósito. IEFP · ISQ Sistemas de Lubrificação Figura II.12 - Tipos de Ventiladores Bojões de drenagem – devem ser localizados na superfície mais baixa do depósito, que deve apresentar uma inclinação de 1:10 a 1:30. A utilização de uma plaqueta sobre o bojão permite obter primeiro o escoamento da camada inferior (figura II.13). Figura II.13 - Bojões de drenagem Indicadores de nível – os mais utilizados são os visores de vidro por serem simples e funcionais. Painéis de desgasificação – devem ser constituídos por rede extremamente fina e completamente imersa para evitar que os gases (essencialmente o ar) sejam recirculados (figura II.14). M.T1.07 Ut.02 Figura II.14 - Painéis de desgasificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação II . 11 IEFP · ISQ Sistemas de Lubrificação Aquecedores e Radiadores – os primeiros têm a função de facilitar a circulação no arranque a temperatura baixa e promover a separação da água. Os segundos permitem reduzir a temperatura do óleo durante a circulação. Reforçadores – para evitar a deformação do depósito. De preferência são exteriores. Aparelhagem de controlo – são essencialmente termómetros no caso de se utilizarem aquecedores, e recipientes de montagem para análise do óleo. Sistemas hidráulicos Os órgãos mais importantes de muitas máquinas industriais são accionados por meio de óleo sob pressão. Para conseguir este objectivo pode constituir-se um sistema simples com os seguintes elementos: um depósito, um grupo moto-bomba, válvula de comando, motor hidráulico e tubagem destinada a ligar estas unidades entre si. O conjunto designa-se pelo nome de sistema hidráulico, o que pressupõe a ideia de ser a água o elemento activo, o que algumas vezes acontece. No entanto, na maior parte destes sistemas são conhecidos pelo nome de fluidos hidráulicos. Um sistema hidráulico é um sistema de circulação por pressão, tal como os que se descreveu atrás como “Sistema de circulação”. A figura II.15 apresenta um tipo de sistema hidráulico bastante simples, que pode ser empregue para alternar o movimento da mesa de uma máquina-ferramenta, por exemplo uma rectificadora ou uma fresa. Este sistema tem a designação de volume constante, porque a respectiva bomba é do tipo de débito constante, de engrenagens ou palhetas (figura II.9 e figura II.10). A pressão é comandada por uma válvula de descarga que desvia o excesso do óleo para o depósito. Evitando demasiada pressão, esta válvula funciona também como dispositivo de segurança. A direcção do caudal de entrada e saída no cilindro é comandada por meio de uma válvula de gaveta, de quatro vias. II . 12 M.T1.07 Ut.02 Figura II.15 - Sistema hidráulico de volume constante Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando IEFP · ISQ Sistemas de Lubrificação Figura II.16 - Depósito de óleo de um sistema hidráulico Aplicação manual de lubrificante Tratando-se de lubrificação manual consegue-se uma película limite que, como já vimos, não é muito eficiente uma vez que, com este tipo de lubrificação, não é possível assegurar uma alimentação regular, contínua e controlada. Por exemplo, logo após ter sido aplicado, o lubrificante assegura uma boa protecção, mas principia a escapar-se pelas extremidades da peça, o que favorece o atrito. Portanto, se a quantidade de lubrificante ou a frequência com que é aplicado não forem adequadas, podem registar-se desgastes graves, consumo excessivo de energia, sobreaquecimento nas chumaceiras e avarias por carência de lubrificante, obstrução, etc. Aplicação manual No gráfico apresentado na figura II.17 faz-se a comparação entre um sistema de lubrificação manual, cuja situação permanente é de «ou demasiado óleo ou óleo a menos», com um sistema mecânico que assegura uma lubrificação, em quantidade própria, graças a aparelhos que fornecem o lubrificante frequentemente e em pequenas quantidades. M.T1.07 Ut.02 Figura II.17 - Lubrificação manual Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação II . 13 IEFP · ISQ Sistemas de Lubrificação Para proteger devidamente os órgãos com este tipo de lubrificação, torna-se, portanto, necessário aplicar o produto com frequência, a intervalos regulares e em pequena quantidade de cada vez. A lubrificação manual é um sistema muito usado devido à sua simplicidade e baixo custo inicial. Dispositivos de aplicação do lubrificante Os copos com torcida ou com mola, os sistemas de lubrificação por gota, lubrificadores automáticos, etc., são alguns dos métodos de lubrificação por película fina, porém bastante melhores que o sistema de lubrificação manual, uma vez que, com eles, a alimentação é constante, em pequenas quantidades, e o lubrificante que escorre depois de actuar pode ser retirado. No entanto, se o dispositivo em uso não for o adequado, a lubrificação pode ser deficiente. Por exemplo, se uma chumaceira carecer de um óleo espesso e viscoso e este for aplicado por gotejamento, o seu fluxo será tão escasso que irá provocar avarias por falta de lubrificante. Assim, para abastecer as chumaceiras com as quantidades necessárias de lubrificante, a intervalos regulares e com um mínimo de trabalho manual podem-se utilizar os seguintes dispositivos: • Copos com torcida (figura II.18) Figura II.18 - Copo com torcida II . 14 M.T1.07 Ut.02 Conforme se mostra na figura II.18 a torcida é constituída por um ou mais fios de lã não tratada. As fibras daquele material fortemente comprimidas, por torção, umas sobre as outras elevam o óleo no ramo ascendente, opondo-se à acção da gravidade, e conduzem-no para baixo no ramo descendente, que é o de abastecimento. O lubrificante é fornecido gota a gota, da extremidade deste último, que deve situar-se a um nível inferior e adequado em relação à extremidade a partir da qual o óleo se eleva. Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando IEFP · ISQ Sistemas de Lubrificação • Copos conta-gotas (figura II.19) Figura II.19 - Copo conta-gotas No copo conta-gotas, o copo permite regular a quantidade de lubrificante fornecido, por um reservatório de capacidade adequada, à chumaceira a lubrificar. Dispõe sempre de um visor, destinado a controlar a quantidade de lubrificante que dele se desprende para a chumaceira, e o conteúdo é sempre visível. • Copos de óleo (figura II.20) e os sistemas de lubrificação centralizada. M.T1.07 Ut.02 Figura II.20 - Copo de óleo No copo de óleo, a agulha do copo assenta no moente e vibra ligeiramente enquanto este gira. Deste movimento resulta uma bombagem que origina a entrada de pequeníssimas quantidades de ar na garrafa e a descida, pela agulha, do lubrificante. A alimentação não é efectuada gota a gota como nos copos conta-gotas, mas de maneira mais contínua e em quantidades pequeníssimas. Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação II . 15 IEFP · ISQ Sistemas de Lubrificação • Copo de Mecha - Estes dispositivos utilizam mechas absorventes (figura II.21), ou almofadas de feltro que permanecem em contacto com as chumaceiras. Figura II.21 - Copo de mecha No dispositivo com copo de mecha, o copo dispõe de uma mecha de feltro que é mantida em íntimo contacto com o moente por meio de uma mola em espiral, elevando-se o lubrificante por capilaridade. Ao girar, o moente arrasta o lubrificante que a mecha lhe fornece e, embora aquela continue saturada, não há desprendimento de óleo quando o moente se encontra imóvel. O lubrificante que se escapa da chumaceira é recuperado no depósito do copo. Estes dispositivos devem ser objecto de uma cuidadosa manutenção (incluindo inspecção, limpeza e reparação) para que, juntamente com um bom lubrificante, possam proporcionar um serviço eficiente. Sistema centralizado Existem hoje sistemas centrais aperfeiçoados para a lubrificação de todo um conjunto de chumaceiras, de todos os apoios de uma máquina, ou grupo de máquinas, a partir de um ponto único. Estas centrais são presentemente muito empregues e a sua utilização aumenta cada vez mais. O tipo destas instalações vai desde o rudimentar dispositivo que funciona por gravidade, como sejam copos de alimentação por gota ou torcida, até aos complicados sistemas, completamente automáticos, de lubrificação regulada. II . 16 O termo lubrificação centralizada refere-se geralmente a qualquer dispositivo que disponha de um depósito de lubrificante e de uma bomba. M.T1.07 Ut.02 Lubrificação centralizada Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando IEFP · ISQ Sistemas de Lubrificação A bomba pode funcionar periódica ou continuamente. As bombas de funcionamento periódico poderão ser accionadas manual (figura II.22) ou automaticamente. Figura II.22 - Dispositivo de lubrificação centralizada, com bomba manual No último caso, poderá ser movida pela própria máquina que lubrifica, por meio de um motor eléctrico ou dum cilindro pneumático. Tanto o reservatório como a bomba podem estar montados sobre a máquina, encontrarem-se fixos junto dela, ou serem do tipo portátil. O lubrificante que existe no reservatório é impelido pela bomba, sob pressão, através das tubagens, até aos medidores, montados sobre a chumaceiras ou próximos delas. Cada unidade medidora assegura a quantidade exacta de lubrificantes a seguir para a chumaceira. No dispositivo de lubrificação por nevoeiro de óleo (figura II.23) o lubrificante é fraccionado pelo ar comprimido que o reduz à condição de nevoeiro tão fino que fica praticamente seco. Este é conduzido, juntamente com ar, a distâncias consideráveis, por meio de tubagens de secção reduzida, até aos órgãos a lubrificar. M.T1.07 Ut.02 Figura II.23 - Dispositivo de lubrificação por nevoeiro de óleo Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação II . 17 IEFP · ISQ Sistemas de Lubrificação APLICAÇÕES Chumaceiras de rolamentos No caso de lubrificação perdida, o lubrificante pode ser aplicado por meio de copos conta-gotas, de torcida ou mecha. Também se utilizam sistemas centralizados de lubrificação tal como se mostra nas figuras II.22 e II.23, sendo esta última relativa a um sistema de lubrificação por pulverização. Engrenagens Para a lubrificação de engrenagens podem utilizar-se copos de alimentação por gota ou torcida, quando os óleos não tenham uma viscosidade excessivamente elevada. No caso das condições de velocidade-carga permitirem uma alimentação escassa, recorre-se ainda aos sistemas ilustrados nas figuras II.22 e II.23. Entre os meios de aplicar, manualmente, lubrificantes com elevada viscosidade em engrenagens abertas, contam-se a espátula, a pistola manual, ou a brocha. Alguns lubrificantes para engrenagens abertas, cujos constituintes são asfálticos, altamente viscosos, são previamente diluídos em solventes de evaporação rápida que tornam fácil a sua aplicação. Dos vários meios que se utilizam para aplicar lubrificantes nestas condições o mais eficiente é o de pulverização por ar comprimido, no qual se emprega uma pistola com bico de mistura. Cilindros Os cilindros de motores e compressores são frequentemente lubrificados por salpico proveniente da chapinhagem do óleo do cárter, ou dos apoios da cambota, ou da cavilha do êmbolo. Figura II.24 - Dispositivo mecânico de lubrificação forçada II . 18 Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando M.T1.07 Ut.02 Quando assim não acontece, o lubrificante é geralmente levado até as paredes dos cilindros ou dos retentores dos tirantes (quando existem), por meio de um dispositivo de lubrificação forçada (figura II.24). IEFP · ISQ Sistemas de Lubrificação Nos dispositivos mecânicos de lubrificação forçada o óleo é elevado do reservatório, por meio de uma bomba de um só êmbolo (no curso descendente) que se comprime (no curso ascendente) e se injecta, através de um visor com líquido, directamente no ponto a lubrificar. Os cilindros pneumáticos, usados para accionar, por exemplo, órgãos de máquinas-ferramentas, são muitas vezes lubrificados a partir do óleo introduzido no ar comprimido que acciona os cilindros. Na aparelhagem da figura II.25, o fluxo de ar passa através de um lubrificador especial e produz uma neblina constituída por óleo e ar. Figura II.25 - Lubrificação de nevoeiro para cilindros pneumáticos O sistema utilizado para lubrificar os cilindros de ferramentas pneumáticas, como sejam brocas para perfurar rocha, pavimentos, etc., é idêntico, visto o lubrificante ser introduzido na corrente de ar comprimido que os move por meio de um lubrificador existente na tubagem, como o que ilustra a figura II.26. M.T1.07 Ut.02 Figura II.26 - Lubrificador de linha para ferramentas pneumáticas No lubrificador de linha, para ferramentas pneumáticas, (figura II.26), seja qual for a direcção do fluxo de ar, a pressão no ponto A é transmitida ao espaço, que fica para cima do nível de óleo no depósito, de que resulta um decréscimo de pressão no ponto B. Por efeito desta diferença de pressão o óleo é impelido de encontro à corrente de ar no ponto B onde se atomiza e é arrastado em direcção do cilindro da ferramenta pneumática. Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação II . 19 IEFP · ISQ Sistemas de Lubrificação RESUMO Nesta Unidade Temática foi referida a divisão da lubrificação dos órgãos de máquinas em duas classes: • Lubrificação fluida – que exige um fluxo de óleo; • Lubrificação por película fina – que envolve a formação de uma película muito fina sobre a superfície que se lubrifica. Existem vários sistemas para aplicar os lubrificantes que são utilizados conforme a concepção das máquinas ou órgãos a lubrificar, e que são os seguintes: • Sistema de circulação – Consiste numa bomba que injecta o lubrificante para vários pontos da máquina onde é necessário. Daí é recolhido num tanque de decantação e regressa para um depósito a partir do qual é aspirado por uma bomba, para iniciar novo ciclo no sistema. • Sistema hidráulico – este sistema destina-se a fazer accionar os órgãos mais importantes das máquinas por meio de óleo sob pressão. É constituído por um depósito, um grupo moto-bomba, válvula do comando, motor hidráulico e tubagem destinada a ligar estas unidades entre si. • Aplicação manual – é o sistema mais antigo e ainda hoje largamente II . 20 M.T1.07 Ut.02 empregue, apresentando diversas desvantagens. Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando IEFP · ISQ Sistemas de Lubrificação ACTIVIDADES / AVALIAÇÃO 1. Esclareça o que significa lubrificação por película fina. 2. Explique como funciona o sistema de circulação de lubrificantes. 3. Imagine que vai ter de projectar um sistema de circulação de um óleo lubrificante para uns equipamentos industriais que funcionam com óleo sob pressão. Faça um pequeno esquema desse sistema de circulação em que entrem os principais elementos. 4. De entre os elementos de um sistema de circulação, o depósito é um dos mais importantes. Represente esquematicamente os diversos volumes relativos e que material utilizaria para sua construção. 5. O que entende por lubrificação centralizada? M.T1.07 Ut.02 6. Quais as vantagens e desvantagens da lubrificação manual? Componente Prática Guia do Formando Lubrificação II . 21 IEFP · ISQ Sistemas de Vedação M.T.09 UT.03 Sistemas de Vedação Lubrificação Guia do Formando IEFP · ISQ Sistemas de Vedação OBJECTIVOS No final desta Unidade Temática, o formando deverá estar apto a: • Definir os vários tipos de vedantes e as suas características; • Caracterizar a interface - sólido / vedante; • Descrever o que são vedantes dinâmicos e sua função. TEMAS • • • • Introdução Tipos de vedantes e as suas características Características da interface - sólido / vedante Tipos de vedantes dinâmicos M.T1.07 Ut.03 • • • • • • • Vedantes com rebordo Vedantes faciais Vedantes mecânicos Vedantes com folga pré-determinada Vedantes em anel “O” Resumo Actividades / Avaliação Lubrificação Guia do Formando III . 1 IEFP · ISQ Sistemas de Vedação INTRODUÇÃO Os vedantes permitem a separação de fluidos contidos em recipientes distintos. Existem vários tipos de vedantes, consoante a superfície a vedar. TIPOS DE VEDANTES E AS SUAS CARACTERÍSTICAS Tipo dinâmico Neste tipo de vedante procura-se a vedação entre superfícies com contacto de escorregamento ou com espaço reduzido entre elas. Tipo estático Procura-se que o vedante assegure a vedação entre superfícies imóveis. Tipo pseudo-estático Neste caso, o movimento relativo permitido é reduzido ou é o próprio vedante que regula o limite do movimento (por exemplo, diafragmas flexíveis, uniões oscilantes para tubos). Tipo restritivo O objectivo é impedir a entrada da sujidade num sistema, e é geralmente usado simultaneamente com um vedante do tipo dinâmico. CARACTERÍSTICAS DA INTERFACE - SÓLIDO / VEDANTE III . 2 M.T1.07 Ut.03 No quadro seguinte estão representadas as principais características da interface entre o corpo sólido e o vedante. Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando IEFP · ISQ Sistemas de Vedação Tipo de Espessura da interface película Superfícies sob carga Cerca de 2,5 µm Atrito Perda de Fiabilidade lubrificante Médio Muito pequena, praticamente nula a) Regime hidrodinâmico Média a boa Média a boa Pequena b) Regime limite Superfícies com folga predeterminada Duração Elevado Cerca de 25 µm Pequeno Má Grande (em geral) Praticamente ilimitada Boa Quadro III.1 - Características da interface TIPOS DE VEDANTES DINÂMICOS Estes vedantes podem tomar formas construtivas complexas, conforme se descreve seguidamente. Vedantes com rebordo Este tipo de vedante é constituído por um anel de elastómero e tem um inserto metálico para conferir rigidez às faces superior e frontal. É utilizada uma mola para aplicar pressão ao lábio depois de posicionado. O rebordo vedante é bastante fino e procura-se que a linha de vedação fique o mais possível sobre a posição da mola. A montagem é feita com o lado aberto, o da mola, voltado para o espaço a ser vedado. A pressão de abertura do rebordo é dependente da força produzida pela mola e pela carga devido ao forçamento na montagem e provocado pela interferência na ocasião da referida montagem. Existe um certo desgaste da linha de vedação durante o período inicial de rotação do veio até que a referida linha se acondiciona ao mesmo. Este período é curto e o atrito inicial desce rapidamente até cerca de 50%. Simultaneamente forma-se uma película hidrodinâmica. M.T1.07 Ut.03 O acabamento superficial do veio nesta zona de contacto deve ser de boa qualidade para evitar o rompimento desta película de óleo. Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação III . 3 IEFP · ISQ Sistemas de Vedação A existência da película é importante na medida em que reduz o desgaste e o calor gerado por atrito. A sua eficiência depende da manutenção integral desta película. Qualquer imperfeição que conduza ao espessamento local da película pode produzir o seu rompimento e consequente perda de vedação. É importante que o acabamento do veio se mantenha durante a montagem final, pelo que sendo esta condição função da dureza, é recomendado que o veio tenha uma dureza de cerca de 20 Rockwell C. No caso de ambientes desfavoráveis onde há grande quantidade de partículas abrasivas no ar são aconselháveis valores de dureza de 40 Rockwell C. Uma solução alternativa é a cromagem, embora com certas reservas, na medida em que a sua qualidade deve ser muito boa. De facto, se houver descamação da película a destruição do lábio vedante será muito rápida. Um factor importante na vida do vedante é a temperatura de trabalho. Para temperaturas acima dos 120º C o material escolhido para a mola é em geral o aço inoxidável e o material do vedante é borracha com silicone. Igualmente bom, embora não com tão boas características, é o Viton que pode ser utilizado até a 260ºC. Os vedantes com rebordo utilizam-se para baixa pressão (cerca de 3,5 Kg/cm2). Vedantes faciais Constituição dos vedantes Outra possibilidade é a aplicação de vedantes faciais, que, na sua forma mais simples, são constituídos por um diafragma de material elastómero ligado a uma capa metálica e que desliza sobre um ressalto do eixo. Este tipo de vedantes resiste melhor à entrada de contaminantes dado que apresenta uma área substancialmente maior na zona de contacto que a de um vedante labial. Além disso, a superfície de vedação não pode levantar-se. Por outro lado, há uma compensação automática do desgaste devido à carga facial. A utilização mais frequente deste tipo de vedantes é nas bombas de água com uma pressão de cerca de 2 Kg/cm2. O modo de funcionamento destes vedantes é semelhante ao dos vedantes faciais. Com dois anéis rígidos associados, um estacionário e outro rotativo, mantidos em contacto por uma mola. Os dois anéis são constituídos por materiais de baixo atrito. A vantagem principal destes vedantes é que todo o desgaste é concentrado nos anéis, poupando assim o veio. Os anéis têm em geral possibilidade de compensação automática do desgaste. Como é necessário permitir algum desalinhamento, um dos anéis é montado numa secção flexível ou apoiando-se num calço semi-flexível. Outra hipótese é a montagem com dois vedantes elásticos como é o caso dos anéis “O” (figura III.1), cuja descrição veremos mais à frente. III . 4 Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando M.T1.07 Ut.03 Vedantes mecânicos IEFP · ISQ Sistemas de Vedação Figura III.1 - Vedante em anel “O” As características de funcionamento destes vedantes são expressas em termos de produto PV em que P é a força por unidade de superfície dos anéis em contacto, e V a velocidade de escorregamento. Normalmente considera-se a pressão P como a pressão de fluido, desprezando portanto, a pressão da mola. Características de funcionamento dos vedantes Como os vedantes faciais exigem para o seu correcto funcionamento um valor adequado de pressão de contacto entre as superfícies em escorregamento, é conveniente, por vezes, reduzir a pressão criada pelo fluido, garantindo ao mesmo tempo, a vedação conveniente. Assim temos várias hipóteses. No primeiro caso a área A, sujeita à pressão estática é superior à área B de vedação. Existe um desequilíbrio dado pelo valor de A/B. Equilibragem dos vedantes mecânicos No segundo caso as áreas são iguais (A = B) e o desequilíbrio será menor com valor igual a 1. Para o terceiro caso o grau de desequilíbrio será dado por (ver figura III.1): B1 B1 + B2 A = (grau de desequilíbrio) Grau de desequilíbrio B É esta condição que se deve procurar estabelecer num vedante, para que apenas parte da pressão do fluido esteja a actuar na superfície em contacto, diminuindo portanto a força de atrito nesta. Vedantes com folga pré-determinada M.T1.07 Ut.03 Neste caso provoca-se intencionalmente uma perda de pressão, ao longo do percurso entre o veio e a caixa, com uma ou mais restrições. O efeito de vedação, depende da folga entre as duas superfícies e o comprimento da zona de restrições. A grande vantagem reside nos aspectos de atrito e desgaste. Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação III . 5 IEFP · ISQ Sistemas de Vedação Quando o percurso é relativamente tortuoso temos o que se designa por labirinto. Alguns casos deste tipo, aplicados à vedação do lubrificante (e do exterior) para rolamentos, são exemplificados nas figuras III.2 a III.14. Figura III.2 - Tampa com sulcos. Casos normais em atmosferas fechadas. Figura III.3 - Labirinto simples. Atmosferas poeirentas. Figura III.4 - Labirinto duplo. Atmosferas muito poeirentas. Fig. III.5 - Labirinto do tipo regular. Atmosferas poeirentas e muito húmidas (água na forma de pequenas gotas). III . 6 Figura III.7 - Labirinto de tipo repulsor com tampa em metal prensado e desviador. Para atmosferas poeirentas e com água em jactos. M.T1.07 Ut.03 Figura III.6 - Labirinto do tipo repulsor. Aplicação em atmosferas poeirentas e com água na forma de salpicos. Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando IEFP · ISQ Figura III.8 - Labirinto com repulsor interior. Aplicação em atmosferas fechadas normais, mas em que se requer a retenção do óleo lubrificante. Sistemas de Vedação Figura III.9 - Escudo interior. Para protecção contra partículas soltas por engrenagens vizinhas. Permite contudo a entrada de óleo. Figura III.10 - Tampa. Aplicação na maior parte das atmosferas, mas onde se pretende fazer a vedação também da caixa. Figura III.11 - Labirinto de tipo repulsor. Aplicação à parte superior do veio. Figura III.14 - Labirinto de metal prensado. Para chumaceira axial de rolos. M.T1.07 Ut.03 Figura III.13 - Tampa com Recesso. Para retenção de massa na parte inferior do veio. Figura III.12 - Labirinto e tampa. Para retenção de lubrificante na parte inferior do veio. Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação III . 7 IEFP · ISQ Sistemas de Vedação Vedantes em anel “o” O anel de selecção circular (também designado por “O ring” ) serve tanto para uma vedação estática como dinâmica. O seu uso difundiu-se após a segunda Guerra Mundial e é muito utilizado pelo seu baixo custo e por suportar com boa estanquicidade pressões até 350 Kg/cm2. Os materiais normalmente aplicados neste tipo de vedantes são: • A borracha nitrílica, resistente a óleos minerais, fluidos hidráulicos, água, combustíveis, gasolina, óleos lubrificantes e baixas temperaturas. • O neoprene, resistente à agua salgada e ao fréon. • O etileno-propileno, resistente à água e ácidos diluídos. III . 8 M.T1.07 Ut.03 No sentido de procurar obviar ao problema que se verifica com a tendência para se produzir a expansão do anel, no vão da folga entre as duas superfícies, devido à pressão estática, utilizam-se, por vezes, os chamados anéis de apoio, destinados a fechar o vão da folga. Os materiais usuais para estes anéis são o couro ou borracha muito dura. Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando IEFP · ISQ Sistemas de Vedação RESUMO Nesta Unidade Temática verificámos que os vedantes permitem a separação de fluidos contidos em recipientes distintos, podendo agrupar-se em: • • • • Tipo dinâmico, Tipo Estático, Tipo Pseudo-Estático, Tipo restritivo. Foram também descritos os seguintes tipos de vedantes dinâmicos: • • • • Vedantes faciais, Vedantes mecânicos, Vedantes com folga predeterminada, Vedantes em anel “O”. M.T1.07 Ut.03 Para cada um dos tipos de vedantes dinâmicos foram descritas as suas características e forma de funcionamento. Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação III . 9 IEFP · ISQ Sistemas de Vedação ACTIVIDADES / AVALIAÇÃO 1. Quais os tipos de vedantes que conhece, que possam ser aplicados numa bomba de água? III . 10 M.T1.07 Ut.03 2. Qual a principal vantagem dos vedantes mecânicos relativamente a outros tipos de vedantes? Lubrificação Componente Prática Guia do Formando IEFP · ISQ Equipamentos e Procedimentos M.T.09 UT.04 Equipamentos e Procedimentos Lubrificação Guia do Formando IEFP · ISQ Equipamentos e Procedimentos OBJECTIVOS No final desta Unidade Temática, o formando deverá estar apto a: • Identificar quais os principais órgãos a lubrificar numa máquina; • Caracterizar a necessidade dos órgãos serem lubrificados; • Identificar os procedimentos de lubrificação. TEMAS • • • Introdução Necessidade de lubrificação Chumaceiras de rolamentos • A Necessidade de lubrificação • Factores que afectam a lubrificação • Características operacionais dos lubrificantes • Engrenagens • Tipos de engrenagens • Factores a considerar na escolha de lubrificantes • Características do lubrificante para engrenagens em cárter fechado • Lubrificação de cilindros compressores de ar • Características do óleo Resumo Actividades / Avaliação M.T1.07 Ut.04 • • Lubrificação Guia do Formando IV . 1 IEFP · ISQ Equipamentos e Procedimentos INTRODUÇÃO Por muito complicada que uma máquina pareça, tem apenas três elementos a lubrificar. São eles: 1. Apoios de vários tipos, tais como: chumaceiras lisas ou com rolamentos, guias, ressaltos, corrediças, etc. Figura IV.1 - Apoios - chumaceiras lisas Figura IV.2 - Apoios - chumaceiras de rolamentos IV . 2 M.T1.07 Ut.04 2. Engrenagens de dentes direitos, helicoidais, sem-fim, etc., que podem estar a descoberto ou encerradas em caixas hermeticamente fechadas. Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando IEFP · ISQ Equipamentos e Procedimentos Figura IV.3 - Engrenagens 3. Cilindros, como os que se encontram nos compressores e toda a espécie de motores, bombas ou máquinas em êmbolos. Figura IV.4 - Cilindro NECESSIDADE DE LUBRIFICAÇÃO M.T1.07 Ut.04 A lubrificação é feita tendo em vista evitar o desgaste excessivo, bem como o sobreaquecimento gerado pelo atrito das superfícies metálicas, em contacto entre si e, consequentemente, reduzir ao mínimo as reparações e paragens desnecessárias na laboração fabril o que se reflecte no aumento de produção, ou não, quebra ou redução da mesma. Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação IV . 3 IEFP · ISQ Equipamentos e Procedimentos Por outro lado, a acção de corte ou atrito, que se faz sentir entre as películas do lubrificante, requer um esforço mínimo, o que permite economizar consideravelmente energia. Este facto, demonstra-se facilmente movendo, em primeiro lugar, superfícies secas, uma sobre a outra e, em seguida, com um pouco de óleo. Figura IV.5 - Movimentação de superfícies com e sem lubrificação O lubrificante permite, ainda, que as máquinas trabalhem suave e silenciosamente, evitando movimentos irregulares dos seus elementos e reduzindo consideravelmente o ruído. CHUMACEIRAS DE ROLAMENTOS Estas esferas ou roletes movem-se sobre guias ou pistas que têm a configuração de canais. Um dos anéis, é montado no veio ou eixo, e o outro é fixo numa caixa que encerra todo o conjunto. Os elementos de rolamento ficam geralmente separados entre si, por uma grade, chamada separador ou divisor (figura IV.6), de tal forma , que a sua posição relativa é invariável, assegurando ao veio a centragem desejada. IV . 4 Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando M.T1.07 Ut.04 Os órgãos essenciais numa chumaceira anti-fricção (rolamento) compreendem um anel fixo e um anel giratório separados por elementos rolantes, de tal forma que é permitido o movimento livre do anel giratório que suporta a carga. Os elementos rolantes são constituídos por esferas ou por roletes cilíndricos, cónicos, e outros. IEFP · ISQ Equipamentos e Procedimentos Figura IV.6 - Órgãos de um rolamento de esferas Em alguns rolamentos, os elementos deslizantes enchem completamente o espaço entre os anéis, não utilizando portanto, separadores. Os retentores em torno do eixo ou veio evitam a entrada de matérias estranhas e, ao mesmo tempo, a saída de lubrificante. A necessidade de lubrificação Enquanto trabalham, os rolamentos produzem sempre um pouco de atrito, o qual resulta essencialmente de: Causas do atrito nos rolamentos • Fricção fluida oferecida pelo lubrificante que, dada a sua viscosidade, se opõe à deslocação e batimento impostos pelos elementos rolantes. • Algum escorregamento entre os vários elementos do rolamento. É este atrito de escorregamento que torna necessária a lubrificação. A sua causa principal é a seguinte: • Escorregamento entre os elementos rolantes e os anéis. M.T1.07 Ut.04 Em virtude da deformação plástica, resultante da carga, tanto dos primeiros como dos segundos, não há movimento de rolamento perfeito, verificando-se sempre um pequeníssimo escorregamento. Por efeito dos elevados valores específicos da carga, este, embora muito ligeiro, depressa originaria um considerável desgaste, se o lubrificante a tal não se opusesse. Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação IV . 5 IEFP · ISQ Equipamentos e Procedimentos São os seguintes os diferentes componentes do escorregamento: • Escorregamento entre os elementos rolantes e seus separadores. • Escorregamento entre as extremidades dos roletes e dos ombros das pistas nos rolamentos de roletes e em certos tipos de rolamentos de impulso. • Escorregamento entre veios ou eixos e os retentores do tipo contacto, das caixas que contêm o rolamento. • Escorregamento entre elementos rolantes adjacentes não isolados por divisores. • O lubrificante tem o papel de manter uma película apropriada em todos estes elementos móveis, de modo a reduzir o atrito entre as superfícies metálicas e protegê-las contra o desgaste. Deve igualmente proteger as superfícies extremamente polidas contra a ferrugem e outros efeitos corrosivos. Em alguns casos, o lubrificante actua ainda como refrigerante, dispersando não só o calor gerado pelo atrito, como ainda aquele que se transmite ao rolamento através de elevadas temperaturas ambiente. Factores que afectam a lubrificação O emprego de óleo ou massa depende em grande parte do sistema concebido pelo construtor para aplicar o lubrificante e para o conservar dentro da chumaceira (figuras IV.7 e IV.8). Em qualquer dos casos, as características exigidas a um lubrificante dependem muito das velocidades e das temperaturas operacionais. No caso de chumaceiras de roletes guiados, a carga pode ser também um factor importante. Se for utilizada massa, esta terá ainda que auxiliar os retentores a impedir a entrada de contaminantes nocivos. IV . 6 Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando M.T1.07 Ut.04 Figura IV.7 - Rolamento de roletes lubrificados por óleo (o nível de lubrificante na caixa é mantido por meio de um copo de nível constante) IEFP · ISQ Equipamentos e Procedimentos Figura IV.8 - Rolamentos de esferas lubrificado com massa De realçar que nos rolamentos de esferas lubrificados com massa (figura IV.8), esta é aplicada à pressão através do copo, atravessando o rolamento e empurrando a massa usada em direcção à purga que deve estar aberta durante a lubrificação, a fim de evitar a contra-pressão. Efeitos da velocidade - A selecção da viscosidade de um óleo para rolamentos depende em certa medida das velocidades periféricas a que eles se encontram sujeitos. Por exemplo, num rolamento de alta velocidade, um óleo relativamente pouco espesso ajuda a manter a temperatura operacional a um nível suficientemente baixo, porque faz diminuir a fricção fluida e contribui para um arrefecimento eficiente. Num rolamento de baixa velocidade um óleo um pouco mais espesso evita o contacto entre as superfícies metálicas e o desgaste nos divisores, nas extremidades dos roletes e nos ombros das pistas. Efeitos da velocidade Se for massa, o lubrificante escolhido para rolamentos de baixa, ou mesmo de média velocidade deverá possuir fluidez suficiente para se introduzir lentamente entre os elementos rolantes. A massa não deve contudo, ser de tal forma fluida que tombe toda sobre as esferas ou os rolos, pois nesse caso, o excesso de lubrificante provoca uma fricção plástica desnecessária e um acréscimo de temperatura operacional. M.T1.07 Ut.04 Para altas velocidades, emprega-se massa relativamente rija, mas não tanto que os elementos rolantes, depois de terem aberto nela um canal, a não possam captar e distribuir em pequenas quantidades. Além disso, para manter o grau de fricção plástica tanto quanto possível baixo e ainda evitar a fuga do lubrificante através dos retentores da caixa, a massa deverá possuir uma estrutura que resista à tendência para se tornar fluida (amolecer) durante o constante batimento que lhe é imposto pelos elementos rolantes. Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação IV . 7 IEFP · ISQ Equipamentos e Procedimentos Efeitos da temperatura Efeitos da temperatura - A alta temperatura, o óleo na chumaceira torna-se menos viscoso e a massa mais fluida. Tratando-se de um óleo que não disponha de viscosidade apropriada, esta diminuirá, de tal forma que não conseguirá oferecer a protecção adequada. No caso de massas não apropriadas para resistir ao aquecimento, poderão tornar-se tão fluidas que escorram do rolamento, mesmo que este possua retentores. Além disso, as altas temperaturas fazem aumentar o grau de deterioração, por oxidação, tanto dos óleos como das massas. A oxidação excessiva provoca depósitos nocivos no rolamento. A massa pode tornar-se tão espessa que perde o seu poder lubrificante. No caso de rolamentos expostos a baixas temperaturas, o óleo torna-se mais viscoso e a massa mais dura, o que contribui para aumentar consideravelmente o atrito. Se o óleo ou a massa não forem os adequados o grau de atrito chegará a ser tão elevado que impedirá o arranque da máquina. Mesmo que se consiga pôr a máquina em movimento, o lubrificante terá uma viscosidade tal que não circulará enquanto não receber calor, proveniente do atrito. Entretanto, verificar-se-á um elevado desgaste. Efeitos de carga Efeitos de carga - A carga normal de um rolamento provoca, entre os elementos rolantes e as pistas, pressões unitárias de tal forma elevadas, que chega a parecer impossível que uma partícula de lubrificante resista sem se romper, evitando assim o contacto entre as superfícies metálicas e consequentemente a sua prematura rotura. O fenómeno explica-se por se verificar uma extraordinária subida de viscosidade do lubrificante, pelo que este fica momentaneamente preso, sobre as esferas ou os rolos, fazendo com que estas suportem elevadíssimas pressões. Com efeito, quanto maior for a carga exercida sobre a chumaceira, mais viscoso se torna o lubrificante. Por outro lado exercem-se momentaneamente pressões sobre a película de óleo, não dando tempo ao lubrificante de se escapar. Ao empregar um lubrificante apropriado para as velocidades e temperaturas do sistema consegue-se também protecção adequada contra o desgaste. Contaminação Contaminação – Matérias sólidas, de qualquer espécie, que se introduzam entre as pistas e os elementos rolantes, são a causa mais frequente da inutilização prematura dos rolamentos. Para que tal não aconteça, deverá impedir-se a entrada na chumaceira de todos e quaisquer elementos estranhos bem como problemas que ali se formem depósitos provenientes da oxidação. Estes problemas podem ser evitados empregando lubrificantes de boa qualidade, reenchendo os rolamentos, com lubrificante novo, antes que a oxidação se torne excessiva e se comecem a formar esses resíduos. Características operacionais dos lubrificantes Os óleos para rolamentos devem possuir as seguintes características: característica permite usar o lubrificante durante muito tempo sem o risco de se formarem depósitos que encurtem a duração útil do rolamento. IV . 8 Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando M.T1.07 Ut.04 • Máxima resistência à oxidação às temperaturas a que trabalham. Esta IEFP · ISQ Equipamentos e Procedimentos • Viscosidade adequada, às temperaturas e velocidades operacionais, com o fim de evitar o atrito e o desgaste. • Propriedades anti-ferrugem para evitar que esta se forme sempre que haja contaminação pela humidade. • Grande poder anti-desgaste. Necessário para rolamentos sujeitos a cargas elevadas, já que terão de resistir à acção severa de expulsão, existente entre as extremidades dos roletes e os ombros das pistas. As massas destinadas a lubrificar os rolamentos deverão também ser de elevada qualidade e deverão poder-se conservar em serviço efectivo durante longos períodos. Tais lubrificantes deverão ter as seguintes características: • Resistência excepcional à oxidação. As massas empregues nos rolamentos lubrificados permanentemente têm de impedir a formação de depósitos, a temperaturas normais, durante toda a vida útil do rolamento. • Estabilidade estrutural para resistir ao amolecimento e ao endurecimento devido à vibração. • Consistência adequada ao sistema onde são utilizadas, bem como a fluidez adequada às temperaturas de trabalho, para penetrarem devidamente nas pequenas folgas existentes entre os divisores e as suas pistas. • Grande poder anti-desgaste, para resistir à expulsão entre as extremidades dos roletes e os ombros das pistas no caso de rolamentos sujeitos a pesadas cargas radiais e impulsos axiais. • Terem as características adequadas para protegerem da ferrugem as superfícies metálicas. Quando penetra água no rolamento, em pequena quantidade a massa deverá poder absorvê-la sem sofrer amolecimento apreciável. Se a quantidade de água for em grande a massa deverá resistir ao seu efeito de lavagem. ENGRENAGENS Tipos de engrenagens No que se refere à lubrificação, isto é, à formação e manutenção de películas lubrificantes espessas, as engrenagens podem-se dividir em 3 classes distintas: • Cilíndricas, Helicoidais, simples ou em espinha, e cónicas com dente direito e helicoidal; M.T1.07 Ut.04 • De parafuso sem fim; • Hipóides. Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação IV . 9 Equipamentos e Procedimentos IEFP · ISQ As diferenças entre o engrenamento dos dentes destes três tipos de engrenagens, têm uma influência considerável na facilidade com que se formam e mantêm as películas lubrificantes, bem como nas propriedades dos produtos necessários para que nelas se obtenha uma lubrificação eficiente. Figura IV.9 - Engrenagens de dentes direitos ou engrenagens cilíndricas (esquerda). Carreto e sem-fim usados para a transmissão de movimento entre veios em ângulo recto (direita). Figura IV.10 - Conjunto redutor duplo, com engrenagens helicoidais, cónicas e em espinha (esquerda), e Engrenagens Hipóides (direita). Factores a considerar na escolha de lubrificantes IV . 10 M.T1.07 Ut.04 Ao seleccionar um óleo para a lubrificação de uma engrenagem, existem muitos factores concepcionais e operacionais a considerar. Os primeiros dizem respeito ao sistema de aplicação, conforme as engrenagens sejam fechadas em caixa, com lubrificação abundante, ou abertas e escassamente lubrificadas. Na escolha da viscosidade e da resistência da película de lubrificante a empregar deve tomar-se em conta em seguinte: Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando IEFP · ISQ • • • • • • Equipamentos e Procedimentos Tipo de engrenagem; Velocidade do carreto; Relação de transmissão; Temperatura operacional; Potência que transmite; Grau e natureza da carga. Características do lubrificante para engrenagens em cárter fechado O sucesso ou fracasso da lubrificação depende duma finíssima película de lubrificante, o que impõe a necessidade de escolher com maior cuidado um óleo que corresponda às exigências operacionais em causa. Só é possível obter uma lubrificação económica e de confiança empregando óleos com características adequadas, nomeadamente: • Viscosidade correcta (propriedade que o lubrificante deve possuir para se Características distribuir sobre todas as superfícies sujeitas a atrito, formando películas protectoras às velocidades, pressões e temperaturas de funcionamento). • Elevada estabilidade química (propriedade que permite aos óleos resistir à influência da oxidação gerada pela circulação contínua e agitação do lubrificante em presença do ar. Esta característica é, em grande parte, responsável pela duração útil do óleo, só prolongável utilizando produtos especialmente refinados para o efeito). • Fácil separação da água (característica devida à qual o óleo se separa rapidamente da água, por oposição à formação de emulsões que podem bloquear os canais e interromper assim, o abastecimento do lubrificante). • Elevada resistência da película e untuosidade (característica necessária quando se trata de satisfazer as exigências de lubrificação limite, com o fim de reduzir o atrito e combater o desgaste). • Propriedades anti-ferrugem (indispensáveis para impedir a formação de ferrugem que contribui para o desgaste e oxidação). Para além das características indicadas e para o caso de óleos utilizados na lubrificação de grupos sem fim ou hipóides, sujeitas a elevadas pressões, exige-se: • Alto poder anti-gripante (propriedade dos óleos especiais E.P. - extrema M.T1.07 Ut.04 pressão - e destinada a evitar a gripagem e a destruição de superfícies móveis em contacto). Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação IV . 11 IEFP · ISQ Equipamentos e Procedimentos LUBRIFICAÇÃO DE CILINDROS COMPRESSORES DE AR Os cilindros e êmbolos constituem elementos essenciais de muitas máquinas, como sejam os compressores, máquinas a vapor, motores de combustão interna, dispositivos hidráulicos, motores a ar, ferramentas pneumáticas, etc. Quando trabalham com gases, a quantidade de óleo requerida para a lubrificação dos cilindros, é geralmente muito pequena. Apesar disso o desgaste mecânico originado por uma lubrificação tão pouco abundante, raras vezes é problema. O desgaste que ali se regista é normalmente originado por contaminantes abrasivos ou, em casos especiais por corrosão. Lubrificação de cilindros de ar O problema que de facto existe no que se refere à lubrificação de cilindros é, em regra, resultante de condições impostas ao lubrificante fora deles ou, no caso de motores de combustão interna, devido a outros fenómenos que ocorrem dentro do próprio cilindro. Nos compressores alternativos, a lubrificação de cilindros e êmbolos, processase em condições completamente diferentes das que se registam nos apoios dos veios de manivelas. Tratando-se de pequenos compressores, os cilindros são lubrificados por chapinhagem da cambota. Neste caso, o óleo chega à cabeça dos cilindros arrastado pelos segmentos. Nos compressores de grandes dimensões, os cilindros recebem-no directamente por meio de lubrificadores existentes na sua parede e alimentados mecanicamente. Em qualquer dos casos, parte do óleo que chega à cabeça dos cilindros, acaba por sair pelo tubo de escape. Ao considerar a questão da lubrificação nos compressores deverá ter-se em mente que a compressão do ar, ou de qualquer outro gás origina o seu aquecimento. Por consequência, quanto mais elevado for o grau de compressão, maior será o aquecimento do ar. Características do óleo Quando os cilindros dos compressores são lubrificados por chapinhagem proveniente do cárter, tem-se normalmente em consideração que o óleo deve ter as propriedades necessárias, não só para a lubrificação do cilindro, mas também para a das chumaceiras. Baseados nos factos expostos, podem-se resumir as seguintes características exigidas aos óleos destinados à lubrificação de compressores de ar: Características • Viscosidade adequada às temperaturas de funcionamento, de forma a IV . 12 M.T1.07 Ut.04 assegurar uma eficiente distribuição de lubrificante e a formação de películas sobre todos os órgãos a proteger. Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando IEFP · ISQ Equipamentos e Procedimentos • Elevada estabilidade química, que lhe permita resistir ao efeito oxidante destruidor, derivado de um prolongado contacto com o ar quente, opondo-se por consequência à formação de depósitos. Desta característica depende em grande parte a duração do lubrificante. Quando sujeito a elevadas temperaturas de descarga, quaisquer depósitos que se formem devem ser leves e soltos, não se agarrar aos contaminantes, nem formar com eles depósitos duros. • Resistência da película adequada, para reduzir o desgaste e o atrito, em condições que se opõem à formação e manutenção de películas espessas, permitindo assim utilizar uma pequena quantidade de lubrificante e assegurar desta forma uma protecção eficaz contra o desgaste. • Grande polaridade das superfícies metálicas, para permitir aderência ao M.T1.07 Ut.04 óleo e assim resistir à acção de lavagem da água. Tal característica é particularmente importante nos óleos destinados à lubrificação de cilindros de compressores de vários andares, com serpentinas de refrigeração. Em compressores de um só andar com cilindros lubrificados por chapinhagem no cárter, o óleo deve, pelo contrário, possuir capacidade adequada para se separar da água e resistir à formação de emulsões, no caso do contaminante líquido se introduzir no dispositivo de lubrificação. Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação IV . 13 Equipamentos e Procedimentos IEFP · ISQ RESUMO Esta unidade temática foi apresentada com o intuito de identificar os diversos órgãos dos equipamentos que necessitam de ser lubrificados e quais os seus procedimentos de lubrificação. IV . 14 M.T1.07 Ut.04 Os órgãos mecânicos que necessitam de lubrificação são as chumaceiras, as engrenagens, as superfícies planas deslizantes e os cilindros. Possuem superfícies, ajustadas entre si, que se movem umas em relação às outras, deslizando, girando, aproximando-se ou retrocedendo, em movimentos simples ou complicados. Ora, o contacto directo entre superfícies originaria uma elevada força de atrito e grande desgaste. Por esta razão, aqueles órgãos são lubrificados, com fim de evitar ou reduzir ao mínimo o referido atrito e desgaste. Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando IEFP · ISQ Equipamentos e Procedimentos ACTIVIDADES / AVALIAÇÃO 1. Quais os elementos a lubrificar numa máquina? M.T1.07 Ut.04 2. Nas chumaceiras de rolamentos quais os factores que afectam a lubrificação? Componente Prática Guia do Formando Lubrificação IV . 15 IEFP · ISQ Ar maz enamento mazenamento M.T.09 UT.05 Armazenamento Lubrificação Guia do Formando IEFP · ISQ Armazenamento OBJECTIVOS No final desta Unidade Temática, o formando deverá estar apto a: • Identificar os diversos tipos de contaminação dos óleos e sua acção preventiva; • Descrever como armazenar um lubrificante em boas condições.; • Caracterizar um Armazém de Lubrificantes. TEMAS • • Introdução Contaminação com água • Prevenção • • • Armazenagem de massas lubrificantes Temperaturas de armazenamento Armazém de lubrificantes • Componentes voláteis dos produtos • Segurança na armazenagem e manuseamento Resumo Actividades / Avaliação M.T1.07 Ut.05 • • Lubrificação Guia do Formando V . 1 IEFP · ISQ Armazenamento INTRODUÇÃO Para o máximo aproveitamento de um lubrificante não basta apenas fazer a sua correcta aplicação. De igual importância se revestem os cuidados a ter durante o manuseamento e armazenagem. Caso contrário, poderá ocorrer a sua deterioração, podendo até o produto tornar-se completamente impróprio para uso. Os lubrificantes produzidos pelos diversos fabricantes são submetidos a diversos controlos de qualidade e as suas embalagens são inspeccionadas, no sentido de garantir que o produto final se apresenta de acordo com as especificações. O objectivo deste módulo é assim o de contribuir para que se consiga assegurar que os lubrificantes chegam aos locais de consumo isentos de contaminantes, garantindo a sua qualidade de fabrico. A deterioração do produto surge principalmente a partir da contaminação com água e/ou outras impurezas, ou então quando fica sujeito a elevadas temperaturas durante o armazenamento. CONTAMINAÇÃO COM ÁGUA A contaminação com água pode ocorrer de duas maneiras distintas: a) Através da respiração do bujão de armazenamento. b) Através da penetração da água pelo bujão existente no topo do tambor. a) Através da respiração do tambor pode ocorrer contaminação com água. Isto acontece principalmente quando um tambor de lubrificante é armazenado a céu aberto. Nesta condições, o tambor fica sujeito a grandes variações de temperatura (por exemplo as variações de temperatura durante o dia e a noite). A altas temperaturas, o conteúdo do tambor expande-se e a camada de ar acima do óleo tentará, através dos vedantes do batoque (orifício na parte superior do tambor) e do bujão (orifício na parte superior do tambor por onde se verte o óleo) encontrar uma saída para o exterior. V . 2 M.T1.07 Ut.05 Quando a temperatura baixa, o conteúdo do tambor contrai-se dando lugar a uma depressão com consequente entrada de ar. A humidade existente no ar que penetra no interior do tambor condensa-se dando lugar à consequente contaminação do produto. Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando IEFP · ISQ Armazenamento Inicialmente serão apenas algumas gotas de água, mas com o tempo essa quantidade aumentará progressivamente e a contaminação tornar-se-á significativa. Figura V.1 - Contaminação com água através da respiração do tambor b) Os tambores são cuidadosa e completamente selados após o enchimento. Contudo, quando armazenados a céu aberto na posição vertical, devido ás variações de temperatura (por exemplo, as variações de temperatura ambiente ao longo do dia ou ainda a diferença de temperatura ambiente entre o local do enchimento e selagem do tambor e local da aplicação do produto), criam-se diferenciais de pressão quer no interior do tambor quer nas juntas de vedação. Nestas condições, a existência de uma pequena abertura será suficiente para tornar igual a pressão interna e externa do tambor. Esta pequeníssima abertura pode ainda ser causada por exemplo, por porosidades, fissuras ou corrosão na chapa do topo. Se a água (normalmente água da chuva) estiver presente na parte superior do tambor ela penetrará no seu interior, de forma natural ou forçada pela depressão criada pela variação de temperatura. M.T1.07 Ut.05 Figura V.2 - Contaminação através da penetração da água, existente no topo do tambor Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação V . 3 IEFP · ISQ Armazenamento Prevenção Quando os recipientes estão expostos às intempéries, as inscrições que identificam o produto podem desaparecer e dar assim lugar a enganos na sua aplicação, com consequências imprevisíveis. Se temporariamente, os tambores tiverem de ser armazenados ao ar livre, devem-se arrumar horizontalmente, sobre estrados com o batoque e o bujão na posição “um quarto para as três” (garantia de que o material dos vedantes se mantêm humedecido) e guardados sob um abrigo, ainda que provisório. Figura V.3 - Posição de armazenagem e abrigo provisório Porém, se ficarem de pé, os recipientes devem ficar ligeiramente inclinados de modo a evitar a acumulação de água sobre qualquer dos bujões. Figura V.4 - Posição vertical com os tambores inclinados V . 4 M.T1.07 Ut.05 Devem-se arrumar os tambores no armazém imediatamente após a recepção. O armazém de lubrificantes deverá estar permanentemente seco, limpo, isento de poeiras e não sujeito a variações de temperaturas elevadas. Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando IEFP · ISQ Armazenamento Os baldes e as caixas de cartão devem ser armazenados de tal modo que não corram o risco de serem danificados por deformação devido a pancadas. Antes da embalagem ser aberta o topo deve estar bem limpo. Se se tratar de tambores, é recomendada uma rigorosa limpeza não só ao topo, mas também a toda a área em volta dos bujões. ARMAZENAGEM DE MASSAS LUBRIFICANTES As massas lubrificantes requerem precauções especiais. Os baldes e os tambores cheios de massa nunca devem ser abertos na presença de uma atmosfera poeirenta.Antes de retirar o produto da embalagem deve-se assegurar de que o equipamento usado para esse efeito está limpo, isento de pó e/ou sujidade. As espátulas ou as raspadeiras de madeira não são recomendadas, isto porque podem deixar na massa pequenas partículas de madeira, as quais podem mais tarde causar danos nos pontos a lubrificar. Para prevenir a separação do óleo no “buraco” do qual a massa foi removida, a superfície do produto deverá ser alisada ou tornada plana. Desta forma, após retirar a massa do balde ou do tambor, deve deixar sempre a superfície plana e fechar de imediato a embalagem. TEMPERATURAS DE ARMAZENAMENTO Os lubrificantes não devem ser armazenados ao ar livre. A armazenagem no interior é sempre o mais recomendável e deve possuir condições ambientais adequadas, isto porque: • A armazenagem de óleos e massas em locais muito quentes pode reduzir a sua eficiência como lubrificantes. • As massas não devem ser armazenadas em locais de temperatura elevada, pois o calor faz com que o óleo se separe do sabão e a massa fique inutilizada. • A armazenagem dos óleos em locais muito frios torna o seu manuseamento M.T1.07 Ut.05 mais difícil podendo, mesmo para certas categorias de lubrificantes, haver degradação das características físico/químicas, inutilizando-os. Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação V . 5 IEFP · ISQ Armazenamento ARMAZÉM DE LUBRIFICANTES Na figura V.5 indicam-se as condições às quais um armazém de lubrificantes deveria obedecer. Figura V.5 - Características de um armazém de lubrificantes Componentes voláteis dos produtos Na generalidade os óleos lubrificantes não possuem um potencial risco de incêndio. As principais excepções vão para os produtos que contêm componentes voláteis (produtos que passam do estado líquido ao estado gasoso com facilidade). Se um produto representa um risco potencial de incêndio este deverá ser armazenado e manuseado em locais bem ventilados, e longe de superfícies aquecidas como por exemplo: • Canalizações de vapor ou de fluidos aquecidos. • Caldeiras e fornalhas V . 6 M.T1.07 Ut.05 Estes produtos não devem ser armazenados mais tempo do que o estritamente necessário para a sua aplicação. Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando IEFP · ISQ Armazenamento Segurança na armazenagem e manuseamento Para garantir a segurança na armazenagem e no manuseamento de lubrificantes dever-se-ão ter em conta os seguintes aspectos: • Garantir que é recepcionado o produto correcto; • Garantir que as indicações referentes ao tipo de produto inscritas nas embalagens permanecem legíveis; • Ter cuidado no manuseamento, adoptando o princípio “o primeiro lote a entrar é o primeiro lote a sair”; • Cuidado com as variações de temperatura; • Evitar o contacto do produto com a água, pó ou impurezas.; • Fazer a manutenção do armazém garantindo que ele permanece limpo, seco, M.T1.07 Ut.05 bem ventilado e iluminado. Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação V . 7 IEFP · ISQ Armazenamento RESUMO Aos custos inerentes ao próprio lubrificante acrescem outros despesas entre as quais se destacam a armazenagem e manuseamento de Lubrificantes. O objectivo essencial de uma correcta armazenagem é o de contribuir o mais possível para que se consiga assegurar que os lubrificantes chegam aos locais de consumo isentos de contaminantes, garantido assim a sua qualidade de fabrico. V . 8 M.T1.07 Ut.05 Assim, esta unidade teve como objectivo apresentar os diversos factores que influenciam a degradação e a contaminação dos lubrificantes e de que forma se pode fazer o seu correcto armazenamento. Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando IEFP · ISQ Armazenamento ACTIVIDADES / AVALIAÇÃO 1. A contaminação com água pode ocorrer de várias maneiras distintas. Quais e que medidas preventivas deve tomar para que isto não aconteça? 2. Quais os efeitos da temperatura de armazenamento nos lubrificantes? M.T1.07 Ut.05 3. Indique as características que os armazéns devem possuir para que os lubrificantes fiquem armazenados em boas condições. Componente Prática Guia do Formando Lubrificação V . 9 IEFP · ISQ Análise de Condição M.T.09 UT.06 Análise de Condição Lubrificação Guia do Formando IEFP · ISQ Análise de Condição OBJECTIVOS No final desta Unidade Temática, o formando deverá estar apto a: • Identificar as vantagens das técnicas de Controlo de Condição e a sua função; • Seleccionar o nível de controlo das máquinas e respectivos componentes; • Classificar os métodos gerais de controlo. TEMAS • • • • • • Introdução Vantagens das técnicas de análise de condição Selecção do nível de análise Selecção de máquinas e componentes Métodos gerais de controlo Análise dos óleos usados M.T1.07 Ut.06 • • • • • • • • • • Viscosidade Número de neutralização Os insolúveis Água e sedimentos Diluição por combustível Cor Aparência Conclusão Resumo Actividades / Avaliação Lubrificação Guia do Formando VI . 1 IEFP · ISQ Análise de Condição INTRODUÇÃO Paralelamente ao conhecimento laboratorial dos fenómenos, desenvolveram-se técnicas de análise de condição das máquinas nas situações reais. Estas técnicas permitem uma previsão de avarias antes da sua fase crítica, através de um controlo periódico de determinados parâmetros. Estes nem sempre são facilmente definíveis, para os diversos tipos de órgãos de máquinas. Em alguns casos, são grandezas importantes na função desses órgãos. Noutros casos, são variáveis associadas aos parâmetros de funcionamento. Por exemplo, a medição do escorregamento em funcionamento de uma embraiagem pode dar-nos informação sobre as superfícies de atrito de contacto, e é também um parâmetro de interesse directo para o utilizador, determinante da vida útil das referidas superfícies. Por outro lado, a variação anormal da temperatura do óleo lubrificante de uma transmissão, pode traduzir um mau funcionamento desta, mas não é, dentro de certos limites, importante para a transmissão de potência pretendida. VANTAGENS DAS TÉCNICAS DE ANÁLISE DE CONDIÇÃO Algumas das vantagens da análise de condição de máquinas são evidentes, como: • • • • Maior operacionalidade devido a um menor número de avarias inesperadas. Maior segurança para o operador da máquina. Menores custos de manutenção. Correcção atempada de defeitos de concepção ou de fabrico das máquinas. SELECÇÃO DO NÍVEL DE ANÁLISE Fazer um controlo exaustivo, no tempo, e no número de objectos de controlo, tornar-se-ia proibitivamente dispendioso, bem como de difícil análise, em tempo útil. Em alguns ramos de produção existe uma considerável experiência no que diz respeito ao nível de análise a fazer, ditado pelo próprio controlo das características do produto. Estão neste caso as indústrias químicas, onde valores de temperatura, pressões e caudais são determinados com certa frequência e em vários equipamentos. VI . 2 M.T1.07 Ut.06 Normalmente, certas características puramente mecânicas, como velocidades, e níveis de vibrações não são objecto de análise tão assídua. O custo destes sistemas é elevado e a técnica de controlo e a sua aplicação devem ser especialmente projectadas, o que só se justifica quando a interrupção de laboração tem consequências muito graves ou o risco de acidente é elevado. Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando IEFP · ISQ Análise de Condição O caso mais normal é aquele em que é seleccionado um certo número de componentes-chave ou máquinas-chave, escolhidos quando é feito o projecto da cadeia de produção. Nestes casos a análise é feita apenas a essas máquinas as quais são controladas em detalhe. Quando a referida selecção é feita ao nível de projecto é ainda possível exigir ao construtor a inclusão de sensores nas próprias máquinas. Assim, poder-se-á fazer o controlo de alguns componentes críticos de máquinas-chave, que pela história passada, são mais susceptíveis de avaria, por exemplo, as chumaceiras de rolamentos. Equipamento ou máquina-chave SELECÇÃO DE MÁQUINAS E COMPONENTES A selecção de quais as máquinas a controlar é mais simples que a dos componentes em si. Podem ser considerados vários critérios, tanto do ponto de vista da segurança como do interesse económico. Quanto aos aspectos de segurança, deverão ser controladas máquinas em que: Critérios de segurança na selecção da máquina-chave • Se verifique perigo de explosão em resultado de uma avaria, como no caso de caldeiras. • Sejam libertados produtos perigosos, caso de circuitos hidráulicos próximos de chamas ou peças a temperaturas muito elevadas. • Seja envolvido o transporte de pessoas. A selecção dos componentes é fácil se existir um historial de avarias anteriores. Como regra geral, deverão ser controlados todos os órgãos ou componentes móveis. MÉTODOS GERAIS DE CONTROLO Hoje em dia, a maior parte das máquinas, sobretudo as que são comandadas directamente pelo operador, dispõem de sistemas de alarme para indicar situações anormais de funcionamento, contudo uma indicação numérica através de termómetros, conta-rotações, medidores de pressão, ou outros instrumentos é desejável de existir, tanto na própria máquina como no painel do operador. M.T1.07 Ut.06 A inspecção visual ou auditiva, tem sido um dos métodos mais comuns de controlo, mas o subjectivismo das informações colhidas nem sempre é aceitável. No entanto, e dentro do método visual, há a considerar processos importantes que resultam da gravação das informações colhidas em forma de fotografia, termografia, radiografia, aplicação de fluidos penetrantes e moldes, este último caso de grande interesse na análise de superfícies de fractura. O ruído anormal produzido pelas máquinas é devido normalmente a avarias associadas a fenómenos de vibração. Tal facto deu origem, nos últimos anos, ao aparecimento do controlo vibracional. Esta técnica é uma das mais utilizadas hoje em dia, com resultados altamente satisfatórios. Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Inspecção visual e auditiva Análise vibracional Lubrificação VI . 3 IEFP · ISQ Análise de Condição Determinação de temperaturas A determinação de temperaturas pode ser considerada como um dos métodos mais utilizáveis, mas com excepção dos termopares, o equipamento que actualmente existe só dá uma resposta relativamente lenta. Além dos termopares podem utilizar-se simples termómetros, fitas bimetálicas, tintas indicadoras, materiais fusíveis. Análise de óleos De entre as técnicas mais vulgarizadas está o controlo dos produtos do desgaste feito através da análise dos óleos lubrificantes. Este ensaio pode fornecer considerável informação sobre a condição do componente ou do equipamento, conforme se vê em seguida. ANÁLISE DOS ÓLEOS USADOS A presença de contaminantes nos lubrificantes, nos depósitos de todos os dispositivos hidráulicos e na maior parte dos sistemas de circulação, pode ser facilmente detectada, por simples exame visual de uma simples amostra retirada do sistema de lubrificação. Se, depois de ter sido decantada durante a noite, esta se apresentar clara e transparente, geralmente não é necessário fazer-se análise. Este facto prova que o lubrificante se encontra em condições de continuar a servir. Qualquer quantidade de água ou sedimento que se tenha depositado, pode ser removido por filtragem ou decantação de toda a amostra. Se, depois de decantada, a amostra apresentar ainda uma cor consideravelmente escura, sem limpidez, será então conveniente remeter o óleo para análise, a fim de se verificar se está em condições de continuar a ser utilizado. Pode ser também aconselhável uma análise laboratorial para determinar a natureza dos resíduos ou de outros contaminantes, ou ainda como elemento auxiliar para resolver qualquer problema de lubrificação. A interpretação dos resultados da análise exige experiência e conhecimentos técnicos por parte de quem a faz. Requer, não somente laboratórios especializados, mas ainda um perfeito conhecimento da máquina de onde a amostra provém, das suas condições operacionais e da maneira como foi colhida. Os resultados de cada um dos ensaios que compõem uma análise devem ser considerados, tomando em linha de conta todos os outros dessa mesma análise, as características da máquina e as condições de funcionamento que lhe dizem respeito, e ainda, os valores das análises anteriores. VI . 4 Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando M.T1.07 Ut.06 A interpretação dos valores analíticos depende, em grande parte, das condições em que foi utilizado o óleo que a amostra representa, tornando-se impossível estabelecer para cada situação, limites claramente definidos em qualquer dos ensaios que constituem a análise. Ou seja, o importante é a variação de cada uma das características no decurso de um período de funcionamento, e não um único valor dessa característica. IEFP · ISQ Análise de Condição De um modo geral, o estado em que se encontra o lubrificante usado pode determinar-se por meio de análises laboratoriais destinadas a verificar nomeadamente as seguintes características: Viscosidade A viscosidade de um óleo usado comparada com a de um óleo novo fornece uma informação significativa sobre o estado do óleo. Um aumento de viscosidade pode indicar: Características determinantes do estado do lubrificante • Oxidação; • Presença de insolúveis; • Contaminação com óleo de viscosidade mais alta durante o enchimento. Uma diminuição da viscosidade pode indicar: • Presença de diluição por combustível; • Atesto com óleo de viscosidade mais baixa; • Contaminação com óleo mais leve, como seja óleo de limpeza. Número de neutralização O número de neutralização (NN) é o peso em gramas de hidróxido de potássio, necessário para neutralizar um grama de óleo sendo a medida de todas as matérias que num óleo sob condições especificas, reagem com o hidróxido de potássio. Normalmente, a maior percentagem de tais matérias são ácidos orgânicos, sabões e metais pesados, produtos intermédios de oxidação e outros componentes que podem estar presentes como aditivos. Os ácidos orgânicos podem formar-se como resultado da oxidação progressiva do óleo dos sabões ou dos metais pesados que resultam da reacção destes ácidos com os metais. Os insolúveis Se se deixar o conteúdo de insolúveis chegar a um valor muito elevado, podem formar-se depósitos prejudiciais que interferem com o funcionamento do sistema. M.T1.07 Ut.06 Água e sedimentos A quantidade de água e sedimentos é medida volumetricamente e, se estiverem presentes sedimentos em quantidade apreciável, devem ser subsequentemente identificados. Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação VI . 5 IEFP · ISQ Análise de Condição Diluição por combustível A diluição por combustível é consequência de defeitos mecânicos na máquina. O seu principal efeito é reduzir a viscosidade do óleo do cárter. Quando a diluição for elevada deve proceder-se à mudança do óleo. Cor Embora a manutenção da cor no óleo seja uma indicação de não haver alteração, uma mudança apreciável na mesma, durante o serviço, “não denota necessariamente” uma diminuição das suas características lubrificantes. Aparência Apesar de uma pequena quantidade de água ou sedimentos poder mudar a aparência de um óleo, de límpido e claro, para turvo e talvez mais escuro, o seu significado depende da quantidade e do tipo dos contaminantes presentes, o que pode ser determinado pela análise da água e, ou sedimentos presentes. CONCLUSÃO VI . 6 M.T1.07 Ut.06 Em termos gerais é possível definir determinadas aplicações e limites para os quais certas técnicas serão mais eficientes que outras. O controlo de vibrações está a ser largamente aplicado na análise da operação de chumaceiras de rolamentos enquanto a ferrografia, método baseado na análise das partículas de desgaste, tem especial interesse no caso de chumaceiras hidrodinâmicas. Certos casos necessitarão de mais de uma técnica simultaneamente, como é o caso das engrenagens onde tanto o desgaste como a variação da temperatura do lubrificante servem como indicadores de um mau funcionamento. Lubrificação Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando IEFP · ISQ Análise de Condição RESUMO As técnicas de controlo de condição de máquinas em funcionamento permitem a detecção de avarias antes da sua ocorrência. Através do controlo dos parâmetros de funcionamento dessas máquinas consegue-se uma maior operacionalidade, maior segurança, menores custos de manutenção e correcção atempada de defeitos de concepção ou de fabrico dessas máquinas. É contudo necessário fazer uma selecção das máquinas e componentes a controlar. Nesta unidade temática apresentaram-se de forma sucinta os diferentes tipos de controlo mais utilizados, já que a sua descrição pormenorizada é objecto de outras unidades de formação: Inspecção visual; Análise de vibrações; Determinação de temperaturas; Controlo dos produtos de desgaste de órgãos de máquinas em movimento relativo. M.T1.07 Ut.06 • • • • Componente Científico-Tecnológica Guia do Formando Lubrificação VI . 7 IEFP · ISQ Análise de Condição ACTIVIDADES / AVALIAÇÃO 1. Quais as principais vantagens da utilização de técnicas de análise de condição? 2. Qual é o objectivo da selecção do nível de análise? 3. Quais são as informações que podem ser fornecidas por um aumento de viscosidade? VI . 8 M.T1.07 Ut.06 2. Indique os vários métodos de controlo que conhece. Lubrificação Componente Prática Guia do Formando IEFP · ISQ Bibliografia BIBLIOGRAFIA Armazenagem e Manuseamento de Lubrificantes, Shell Portuguesa, S.A. Engrenagens, Problemas de Lubrificação, Shell Portuguesa, S.A. Fundamentos da Lubrificação, Colecção Técnica 3, 3.ª edição MOBIL. Informação Geral sobre Lubrificação e Lubrificantes, Shell Portuguesa, S.A.R.L. Lubrificação de Máquinas Ferramentas e Trabalho em Metais, Shell Portuguesa, S.A. Noções Elementares sobre Lubrificantes e Lubrificação, Shell Portuguesa, S.A., 1992. Princípios Básicos da Lubrificação, edição MOBIL, 1975. Produtos Petrolíferos, Saúde e Segurança, Shell Portuguesa, S.A. M.T1.07 An.01 Sistemas Hidráulicos, Shell Portuguesa, S.A. Lubrificação Guia do Formando B . 1
