Lubrificantes sólidos e semi-sólidos

(1)

Lauralice de C. F. Canale

Prof. Associada – EESC/USP

SMM 215 – Lubrificação e lubrificantes automotivos- Primeiro semestre 2015 LUBRICANTS IN OPERATION (Verlag)

U J Möller U Boor SLIDES DA

ASM Handbook Volume 18

SLIDES DO Prof. Alcir José Modolo SLIDES DO Prof George Totten

LUBRIFICANTES&LUBRIFICAÇÃO INDUSTRIAL SEMINÁRIO FAG/INA/Grupo Schaffler

(2)

(3)

• Representam cerca de 3% do consumo total de

lubrificantes

• São usadas em todos os ramos da indústria:

siderurgia, cimento, papel, minas, etc…

• Vasta gama de aplicações, tais como a

lubrificação de chumaceiras, rolamentos e

engrenagens

(4)

(5)

GRAXAS

O que é um Lubrificante?

Um lubrificante é uma substância capaz de

reduzir o atrito, o calor e o desgaste quando

colocado entre duas superficíes com movimento

relativo entre si

(6)

Uma graxa lubrificante é um produto intermediário

entre um sólido e um semi-sólido obtido por

dispersão de um agente espessante num líquido

lubrificante

(7)

A graxa lubrificante não é mais do que uma “esponja” cujos

poros estão cheios de óleo.

Se uma esponja for espremida, a água é expelida e a esponja

“sangra”. Assim também o óleo “sangra” de uma graxa.

Todavia, mais do que trabalho mecânico, é a elevação da

temperatura na massa da graxa que causa “sangria” e

suplemento de óleo para as superfícies.

(8)

GRAXAS

Espessante Fase sólida 10%

Óleo base (+aditivos) Fase líquida

(9)



Determina a gama de velocidades de

funcionamento



Determina a temperatura mínima de

aplicação



Determina a resistência à oxidação



Determina a compatibilidade com as

pinturas e os elastômeros

(10)

Qual é a principal diferença entre

um óleo e uma graxa?

Os óleos são fluidos lubrificantes; a fluidez de

um óleo é definida pela sua viscosidade

As graxas são lubrificantes consistentes; a consistência

de uma massa é definida pela sua

(11)

Lubrificação a óleo ou a graxa?

Óleos

 Fluidos  Escapam do local de aplicação  Troca de calor (arrefecimento)  Remoção de partículas  Remoção de resíduos  Classificação

Graxas

 Semifluida/semi-sólida

 Ficam no local de aplicação

 Vedam  Não arrefecem os componentes  Não limpam os componentes  Classificação

Viscosidade (SAE; ISO VG) _{Consistência (NLGI)}

(12)

(13)

(14)

Características das graxas e

ensaios de desempenho

• Penetração • Estabilidade mecânica • Separação do óleo • Ponto de gota • Resistência à água • Pressão de fluxo

• Desempenho anti-ferrugem (Emcor)

• Desempenho de extrema pressão (Timken / ensaio 4 esferas)

(15)

Lubrificação de Rolamentos Temperatura F Ø12 Four-Ball Condições de operação: Carga: 1000 N Rotação: 1420 rpm Velocidade: 0.55 m/s Duração: 1 min. Parâmetros: Carga de Soldagem 12 Ø3 2 F Disco-Esfera Condições de operação: : Carga: 300 N Rotação: 36 rpm Velocidade: 0.06 m/s Duração: 20 h Parâmetros: Desgaste 40° 31 Ø1 3 0 Ø6 0 Ø2 2, 7

Rol. Esf. Cont. Angular

Condições de operação: : Carga: 80 kN Rotação: 7.5 rpm Velocidade: 0.04 m/s Duração: 500 h Parâmetros: Desgaste / Torque

(16)

Lubrificação de Rolamentos

Consistência

PENETRÔMETRO: (ASTM D217 / IP 50)

(17)

Penetração e classificação NLGI

National Lubricating Grease Institute

(18)

(19)

 Comportamento nos rolamentos

(vibrações)

 Eficácia da graxa, em termos de

estanquecidade contra contaminações

 Meios de distribuição possíveis

(20)

graxa nova graxa usada

As solicitações mecâncias sofridas pela graxa levam a alterações na estrutura do lubrificante e consequente perda de consistência

(21)

Sabões metálicos



Lítio



Cálcio



Sódio



Aluminio

Sabões metálicos complexos



Lítio



Cálcio



Aluminio Sem sabão



Argilas

Natureza do Espessante

(22)

• As massas com sabão de lítio são as mais comuns : 70 % do mercado

Ácido graxo + Base

Sabão + Água

Sabões Metálicos

Reação de neutralização de uma solução aquosa alcalina (base), a mais utilizada e um Hidróxido metálico, com um ou mais

ácidos graxos, conhecida como saponificação, dá origem a formação de um sabão metálico ou um sabão complexo.

As graxas de Cálcio são feitas a partir de gordura animal (sebo) ou ácidos graxos vegetais, e as de Lítio utilizam os ácidos graxos derivados do óleo de mamona.

(23)

Graxas lubrificantes

Cada tipo de sabão dá uma característica à

graxa.

(24)

(25)

Espessantes das massas ao

microscópio

Graxa c/ sabão de lítio Graxa c/ sabão de sódio

(26)

Lítio Cálcio Sódio Aluminio Temp. Fusão Ponto de gota 180 - 260 90 - 110 150 - 200 110 - 120 Temp. Máx. aplicação 140-180 70 120 60 Estabilidade mecânica Boa Má a excelente Má a boa Má a boa Resistência

à água Boa Excelente Má Excelente Adesividade Boa Má Excelente Excelente

Natureza de Espessante

Sabões de Lítios são mais equilibrados daí a sua maior

utilização...

(27)



Um sabão complexo é formado a partir de dois ou

mais ácidos.



Permitem obter estruturas muito densas e estáveis.



Utilizáveis com temperaturas elevadas

 150 °C com uma base mineral

 200 °C com uma base sintética (PAO)

(28)

Sabão de Ca Sabão de Complexo de Ca

Sabão de Complexo de Li Sabão de Complexo de Al

H O H H O - _O - _O Ca2 + O O -_O -_O Ca2+ O O O O O H Li+-_O Li+-_O Li+ O O O O Al3+ OH -Lubrificação de Rolamentos Espessantes típicos

(29)

• A ausência de sabão permite altas

temperaturas de utilização (200°C), devido a

uma elevada resistência à oxidação

–argilas, bentonites, ...

(30)

Espessantes

(31)

(32)

vantagens desvantagens

Li resistente a água, estável até 120/140°C, boa estabilidade mecânica

baixa resistência ao vapor Na consistência fibrosa, forma emulsão

com água, baixo custo

não é resistente à água, não

compatível com outros espessantes Ca excelente resistência à água, baixo

custo

usável até 60°C, ponto de gota de até 100°C

Li-complex resistente a água, estável até 120/140°C, boa estabilidade mecânica

produção complexa

Al-complex boa resistência à água, baixa toxicidade estável até 140°C, não compatível com outros espessantes

Ca-complex excelente resistência à água, estável até 140°C/160°C, proteção contra corrosão, suporta pressões

endurecimento, produção

complexa, decompõe-se à T>160°C Ba-complex resistente a água, estável até

150°C/170°C, proteção contra corrosão, suporta pressões

produção crítica, alto teor de sabão, alto custo

Na-complex resistente a água, estável até 160°C/180°C

alto custo

(33)

vantagens desvantagens

Bentonita sem ponto de gota, resistência à água, pouca variação da consistência com a temperatura, produção simples

baixa estabilidade mecânica (tixotrópica), alto teor de

espessante, aditivação é crítica para obtenção de bons resultados Poliuréia resistência à água, estável até

180°C/200°C, resistência à vibração, baixo ruído

aditivação complicada, tendência de endurecimento, produtos perigosos necessários para a produção

PTFE estabilidade depende do óleo base (PFPE), boas propriedades de lubrificação "seca"

teor de espessante muito alto,

somente utilizável à baixas rotação, alta separação de óleo

(34)

Compatibilidade

Importante :

NUNCA misturar graxas com

(35)

• São produtos que permitem melhorar as

qualidades básicas de uma graxa lubrificante

• Os aditivos podem ser:

–

Sólidos

–

Líquidos

(36)

Aditivos Sólidos

Grafite, Bissulfeto de Molibdênio, Mica, Talco

• Melhoram as características de fricção entre as

superfícies metálicas, especialmente em situações de

cargas elevadas e de choque

• Após o desaparecimento da película de óleo,

(37)

• São da mesma natureza que os utilizados nos óleos

lubrificantes.

– Anti-oxidantes – Inibidores de corrosão – Extrema-pressão – Anti-desgaste – Anti-ferrugem – ...

Aditivos Solúveis

(38)

Lubrificação deficiente

•

Graxa lubrificante não adequada

•

Insuficiência de graxa nas zonas de contacto

•

Excesso de graxa lubrificante

(39)

Suas consequências ...

Inadequada Insuficiente Excesso Contaminada Corrosão Desgaste Fissuras a altas temp. Escorregam. Fadiga Altas temperaturas Ruído Alteração da temp. de oper. Funcionam. irregular Graxa lubrificante Ap ar ênc ia do r o la me n to qu and o d esm o n ta do C om po rt. a nóm a lo dur a n te func ion.

(40)

Alguns cuidados a ter na lubrificação

com graxa

•

_{Bombas de lubrificação próprias para cada tipo}

de graxa.

•

Embalagens sempre fechadas

•

_{Antes de lubrificar, limpar bem com pano (sem}

fio), o copo de lubrificação.

•

Seguir sempre as recomendações dos

fabricantes relativamente à quantidade de

massa a aplicar.

(41)

Limite de trabalho para as graxas

Cálcio Lítio

Argila e todas as massas

complexas _{Argila e Li complexo}

Te mp er atu ra (o C ) 10 30 50 70 90 110 130 150 0 200000 400000 600000 800000 1000000

dmN= dm(=diâmetro principal do rolamento em mm)* N(=rpm)

Argila Lítio

Li

(42)

Aplicação

Rápida Fluido Rígida

Lenta _Viscoso _Macia _Baixa

Alta

Viscosidade Consistência Libertação de óleo

(43)

Numa aplicação rápida, devemos utilizar ?



1. uma massa lubrificante com um óleo base muito

viscoso ou



2. com um óleo base mais “fino”

 E numa aplicação com cargas elevadas ?

 E para uma aplicação sujeita a altas temperaturas ?

(44)

 Em que situações se utilizam Aditivos Sólidos ?

 Quais as 3 características mais importantes relacionadas

com o espessante de uma massa lubrificante ?

(45)

 Em que situações se utilizam Aditivos Sólidos ?

 _{Quais as 3 características mais importantes relacionadas}

com o espessante de uma massa lubrificante ?



_{Consistência}



Natureza do Espessante



Ponto de Gota

(46)

SEXTA AULA

Lauralice de C. F. Canale

Prof. Associada – EESC/USP

SMM 215 – Lubrificação e lubrificantes automotivos- Primeiro semestre 2015 LUBRIFICANTES&LUBRIFICAÇÃO INDUSTRIAL

R. Carreteiro P.N. Belmiro

LUBRICANTS IN OPERATION (Verlag) U J Möller U Boor

ASM Handbook Volume 18 SLIDES DO Prof George Totten Trabalhos de:

Enrico Giorge Grando Lukas Gonçalves Sobral Pierre Neves Camargo

(47)

Lubrificantes Sólidos

Quando usar: em condições ambientais extremas:

• temperaturas acima de 500 C ,

• meios a vácuo,

Nesses casos, os lubrificantes líquidos convencionais se

tornam menos efetivos por causa da sua tendência a se

oxidar ou decompor a elevada temperatura e de sua

tendência a vaporizar ou sair da superfície pelo alto

vácuo

(48)

Lubrificantes Sólidos

Entre as características principais dessas

substâncias, as seguintes são as mais

importantes:

• Baixa resistência ao cisalhamento

• Estabilidade a temperaturas elevadas

• Elevado índice de elasticidade

• Alto índice de adesividade a metais

• Quimicamente inerte

(49)

Lubrificantes Sólidos

Embora tais características não sejam facilmente

encontradas, elas aparecem de maneira

satisfatória nos carbonos cristalinos como a

grafita e no bissulfeto (dissulfeto) de

molibdênio, que são por isso mesmo aqueles

mais comumente usados para tal finalidade.

(50)

Lubrificantes Sólidos

Os mecanismos de operação de lubrificantes sólidos não é totalmente claro.

Há certos materiais cristalinos com estruturas de camadas que possuem planos facilmente cisalháveis, ou seja, eles possuem uma habilidade de escorregamento derivada da sua estrutura cristalina (sólidos laminares).

Outros: dissulfeto de tungstênio, a mica, talco, sulfato de prata e o bórax.

(51)

Lubrificantes Sólidos

A separação de cada superfície de escorregamento produz filmes com: • Espessura de 13.4 nm no caso do grafite • Espessura de 24.6nm no caso de MoS2

(52)

Lubrificantes Sólidos

• Grafita: É satisfatória para uso como lubrificante até a

temperatura de 370 C, acima da qual passa a sofrer

oxidação sendo muito utilizada como carga para graxas

de alta temperatura. (Lubrificação de moldes de vidro).

• Dissulfeto de molibdênio: extraído da molibdenita. Pó

preto brilhante. Pode ser usado até 400C, acima da

qual sofre oxidação.É muito grande a sua capacidade

de aderência às superfícies metálicas sendo usado

como aditivo de extrema pressão.

(53)

Lubrificantes Sólidos

• Nova tecnologia em termos de lubrificação

sólida: PTFE (politetra-fluor-etileno). Máxima

temperatura: 300C. Coeficiente de atrito é

extremamente baixo.

Polímero Nome usual Coefic. atrito

Polivini cloreto PVO 0.4-0.5 Poliestireno Poliestireno 0.4-0.5 Polietileno polietileno 0.6-0.8 Politetra-fluor-etileno PTFE 0.05-0.1

(54)

(55)

Lubrificantes Sólidos

• Películas secas

Novo caminho tecnológico da lubrificação sólida: o

revestimento de superfícies metálicas com

camadas de materiais sólidos de boas

propriedades lubrificantes , como grafita,

dissulfeto de Mo ou PTFE.

Uso de metais porosos que são impregnados com o

lubrificante.

Ex: mancais de metais impregnados de PTFE até

cerca de 1 mm da superfície.

(56)

Lubrificantes Sólidos

Aplicações típicas para lubrificantes sólidos são

para :

• alta pressão de contato a velocidades muito

baixas

(57)

Tratamentos para formação de

camadas redutoras de atrito

• Revestimentos superficiais: metálicos e não

metálicos (resinas)

• Formação de camadas por reação química

(fosfatização)

(58)

Dispositivos de Lubrificação

É importante usar o lubrificante especificado, em quantidades suficientes e nos pontos requeridos para garantir o perfeito desempenho da lubrificação.

• Durante o projeto de uma máquina ou na instalação de um sistema deve-se atentar para os requisitos de lubrificação, permitindo segurança operacional.

• Os sistemas de lubrificação devem ser colocados de maneira a garantir a alimentação e com isso preservar as partes do sistema.