4.6 Discussões
4.6.3 Correlação Entre o Coeficiente de Atrito e o Desgaste
Nas análises apresentadas nos itens anteriores foram verificadas as correlações dos aditivos do pacote de ZDDP de acordo com as análises de atrito e desgaste. Uma vez mostrada essas correlações existentes, este item mostra o comportamento dos
resultados de coeficiente de atrito, conforme apresentados na seção 4.2 com os resultados de análise de desgaste apresentados na seção 4.3.
Na Figura 65 são apresentados resultados dos coeficientes de atrito com relação ao desgaste das superfícies das camisas ensaiadas.
Figura 65 – Correlação dos resultados do COF após o ensaio de desgaste com relação variação topográfica (S3k).
Na Figura 65 observa-se que a amostra da camisa que apresentou maior desgaste, neste caso a amostra de camisa nova com óleo usado, apresentou o menor coeficiente de atrito após os ensaios de desgaste. Nas imagens de MEV das superfícies desgastadas, apresentada na Seção 4.4, esta amostra apresentou um maior desgaste na superfície, apresentando um polimento acentuado. Conforme apresentado nas correlações anteriores, verificou-se que essa amostra não mostrou formação de tribofilme na sua superfície, sendo esse um dos possíveis fatores pelo alto resultado de desgaste encontrado.
Em contra partida, a amostra que apresentou menor desgaste, ou seja, a amostra da camisa nova com óleo novo apresentou o maior coeficiente de atrito. Nas análises de MEV é possível verificar que essa amostra ainda apresenta as marcas do processo de
brunimento, indicando que houve baixo desgaste quando comparada com as outras amostras. Nas análises de EDS, apresentada na Seção 4.5, a mesma indica a presença de tribofilme na sua superfície, sendo esse aqui também um dos possíveis fatores pelo baixo desgaste encontrado.
Um ponto importante a ser verificado nos resultados apresentado é que a maior formação de tribofilme ocorreu no ensaio com óleo novo, enquanto que o óleo usado apresentou menor formação, mostrando assim o impacto negativo da degradação dos óleos lubrificantes e indicando a necessidade de intervalos de troca de óleos lubrificantes em diversas aplicações com objetivo de diminuir o desgaste de componentes e aumentar a sua durabilidade.
No geral, a Figura 65 apresenta a correlação existente entre os resultados de atrito e desgaste e as análises de resultados apresentadas mostram que os resultados encontrados vão de encontro com outros resultados de análises encontradas na literatura, no qual os aditivos do pacote ZDDP influenciam positivamente protegendo o desgaste das superfícies (WANG et al., 1995), enquanto que esses mesmos aditivos criam condições para o aumento do coeficiente de atrito no contato das superfícies (Taylor et al., 2008). Um ponto a ser observado aqui é que alguns trabalhos encontrados na literatura, como Taylor et al., (2008) e TRIPALD (2008), indicam que o coeficiente de atrito tem menor impacto quando o contato das superfícies ocorre no regime limítrofe, porém alguns pontos devem ser levados em consideração: os resultados dessas análises estão em diferentes condições das apresentadas nesse trabalho, sendo isso um ponto a ser evidenciado aqui; sabe-se que a velocidade e o coeficiente de atrito variam durante todo o movimento do ensaio, conforme apresentado por VALE (2016), sendo que em determinados pontos do movimentos pode ser que o contato ocorra no regime misto, porém, a verificação do regime de lubrificação nos ensaios deste trabalho utilizou os valores médios.
5 CONCLUSÕES
O presente trabalho avaliou o comportamento tribológico do sistema anel-camisa variando a condição de uso dos componentes, sendo estes novos e usados, com relação ao coeficiente de atrito e desgaste, resultando das seguintes conclusões das análises realizadas:
O projeto desenvolvido de suportes para fixação das amostras de camisas e anéis apresentou boas condições para realização dos ensaios, podendo ser utilizados em trabalhos futuros;
De acordo com as análises foi possível concluir que todos os ensaios foram conduzidos sob regime de lubrificação limítrofe.
A técnica proposta para utilização dos 17 pontos de medição das rugosidades das amostras das camisas no interferômetro para realização das análises de desgaste utilizando o método de variação de parâmetros de rugosidades da Curva de Abbot antes e após os ensaios mostraram boas correlações das medições. Alguns parâmetros não mostraram essa correlação, como por exemplo, alguns pontos do parâmetro Svk da amostra usada 1, e neste caso pôde-se concluir que o ponto utilizado na medição antes do ensaio não foi exatamente o mesmo ponto após o ensaio. Mesmo apresentando isso em alguns pontos, observa-se que a maioria dos pontos mostrou essa correlação e os resultados foram satisfatórios, apresentando coerência.
As superfícies desgastadas apresentaram um nível de remoção relativamente alto das marcas originais de brunimento, sendo que a condição que apresentou maior desgaste foi aquela que ficou com aspecto claramente polido e com características de alto grau de deformação das asperezas associado.
As análises de formação de tribofilme mostraram correlação positiva com as análises de desgaste, no qual as amostras que obtiveram
maiores formação de tribofilme apresentaram menor desgaste. Isso devido ao impacto positivo da aplicação do aditivo ZDDP nos óleos lubrificantes quanto ao desgaste, porém, não se deve afirmar que o resultado foi relacionado somente à formação de tribofilme, pois como os ensaios apresentaram regime de lubrificação limítrofe, a deformação plástica não pode ser desprezada, porém, uma análise qualitativa da deformação plástica não fez parte do escopo desse estudo.
O impacto da formação de tribofilme também pôde ser observado nas análises de coeficiente de atrito dos ensaios, porém a mesma mostrou correlação negativa com os resultados, ou seja, as amostras que apresentaram maiores formação de tribofilme mostraram também maiores valores de coeficiente de atrito.
6 SUGESTÃO PARA TRABALHOS FUTUROS
Algumas considerações que surgiram ao longo do desenvolvimento da Dissertação podem ser feitas para trabalhos futuros:
Utilização da técnica de variação de parâmetros de rugosidades da Curva de Abbot pode ser realizada em função da correlação dos resultados;
Uma vez que visto a aplicação da técnica da medição dos 17 pontos, em trabalhos futuros é sugerido avaliar mais pontos nas bordas da zona de desgaste com objetivo de maior verificação em toda a zona de desgaste.
Verificação da possibilidade de utilização da técnica de RAMAN com objetivo de obter análises mais detalhadas dos tribofilmes.
Utilização de óleo básico sem aditivos, mesmo não sendo utilizados em grande parte nas indústrias, auxiliaria nas análises e entendimento do impacto da formação de tribofilmes dos óleos lubrificantes, que não fez parte do escopo deste trabalho.
Avaliar numericamente o papel da deformação plástica e da formação de tribofilmes no atrito e no desgaste de camisas
Avaliar a deformação plástica das camisas utilizando a técnica de nanoindentação instrumentada, medida de forma direta por nanoindentação, tal qual aplicado por Obara (2018).
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ANEXOS
ANEXO A: Detalhes do Projeto Para Realização dos Ensaios Tribológicos
Figura 66 – Projeto de suporte para fixação das amostras de camisas e anéis: a) Vista em corte do projeto; b) Vista de frente do suporte das amostras; c) Vista lateral do
Figura 67 – Suportes para fixação das amostras de camisas e anéis: a) Suporte para fixação das amostras dos anéis; b) Suporte de fixação dos anéis montado na parte superior do tribômetro; c)
Suporte para fixação das amostras das camisas; d) suporte de fixação das camisas montado na parte inferior do tribômetro.
Figura 69 – Fixação do suporte das amostras de camisas antes do inicio dos ensaios; a) Fixação do suporte das amostras de camisas no tribômetro; b) Fixação da amostra de camisa no suporte;
c) Marcação da superfície da amostra de camisa; d) Amostra de camisa após a verificação de centralização do anel com a camisa.
Figura 70 – Visão geral do tribômetro em funcionamento durante os ensaios: a) Visão geral do tribômetro; b) Controlador de temperatura do óleo lubrificante; c- d) Detalhes dos suportes e
Figura 71 – Visão geral do tribômetro e amostras de camisas após os ensaios: a) Visão geral do tribômetro após os ensaios; b) Amostra de camisa com óleo novo após o ensaio; c) Amostra de
ANEXO B: Especificação do Lubrificante SAE 15W 30
ANEXO C: Formulário de Cálculo para Determinação do Parâmetro de Stribeck
Cálculo do Parâmetro de Stribeck:
(3)
Onde;
Parâmetro de filme [-]: Espessura mínima de filme [m]
: Rugosidade Spq da camisa [μm]
:
Rugosidade Sq do anel [μm]Cálculo da Espessura de Filme:
0,975
, , ,(4)
Onde;
: Espessura mínima de filme [m] : Raio equivalente de contato [m] U: Parâmetro de velocidade [-] G: Parâmetro de material [-] W: Parâmetro de carga [-]
Cálculo do Parâmetro de Velocidade: ∗ (5) No qual: ∗ (6) (7) (8)
2
(9) Onde; U: parâmetro de velocidade [m/s]:
Viscosidade cinemática do fluido [cSt] : Parâmetro de contato da superfície 1 [m/s] : Parâmetro de contato da superfície 2 [m/s] : Raio equivalente de contato [m]∗: Módulo de elasticidade equivalente [Pa]
: Coeficiente de Poisson da superfície 1 [-] : Coeficiente de Poisson da superfície 2 [-]
: Módulo de elasticidade da superfície 1 [Pa] : Módulo de elasticidade da superfície 2 [Pa]
:
Velocidade angular [rad/s]Cálculo do Parâmetro de Material:
2
∗ (10) No qual: (11) Onde::
Parâmetro de carga:
coeficiente de Piezzo viscosidade [1/GPa]:
Constante do óleo lubrificante [-]:
Constante exponencial do óleo lubrificante [-]Cálculo do Parâmetro de Carga:
∗
(12)
Onde:
:
Parâmetro de carga:
Força aplicada [N]:
Comprimento de pista [m]Parâmetros Utilizados para Determinar o Parâmetro de Stribeck
Os parâmetros utilizados para o cálculo do parâmetro de Stribeck são apresentados na Tabela 15.
ANEXO D: Análise Topográfica das Amostras
Figura 74 – Medição dos parâmetros 3D da curva de Abbot (Spk, Sk e Svk) das Amostras Novas A1 e A2 antes e após o ensaio.
Figura 75 – Medição dos parâmetros 3D da curva de Abbot (Spk, Sk e Svk) das Amostras Novas B1 e B2 antes e após o ensaio.
Figura 76 – Medição dos parâmetros 3D da curva de Abbot (Spk, Sk e Svk) das Amostras Usadas 1 e 2 antes e após o ensaio.
ANEXO E: Microscopia Eletrônica de Varredura
Figura 77 – Análise de microscopia eletrônica para as amostras de Camisa Nova A1 e Camisa Nova A2 antes e após os ensaios.
Figura 78 – Análise de microscopia eletrônica para as amostras de Camisa Nova B1 e Camisa Nova B2 antes e após os ensaios.
Figura 79 – Análise de microscopia eletrônica para as amostras de Camisa Usada 1 e Camisa Usada 2 antes e após os ensaios.
ANEXO F: Espectroscopia por energia dispersiva de Raio X - EDS
Figura 80 - Análise comparativa de EDS dos ensaios com camisa nova e óleo novo antes e após ensaio de desgaste: a) Amostra Nova A1, b) Amostra Nova A2.
Figura 81 - Análise comparativa de EDS dos ensaios com camisa nova e óleo novo antes e após ensaio de desgaste: a) Amostra Nova B1, b) Amostra Nova B2.
Figura 82 - Análise comparativa de EDS dos ensaios com camisas usadas e óleo usado antes e após ensaio de desgaste: a) Amostra Usada 1, b) Amostra Usada 2.
ANEXO G: Análise Quantitativa da Variação dos Parâmetros de Rugosidade 3D da Curva de Abbot de Todas as Amostras de Camisas
Tabela 14 – Análise de variação dos parâmetros de rugosidade 3D da curva de Abbot de todas as amostras de camisas