ENSAIO CILINDRO-PLANO

ÁNALISE DA LUBRICIDADE DO LÍQUIDO DA

ENSAIO CILINDRO

1 _{Universidade Federal do Rio Grande do Norte; Campus Universitário Lagoa Nova CEP 59072}

Brasil.

Resumo: O problema de se desenvolver um lubrificante biodegradável e não toxico é a alto poder oxidativo dos óleos

vegetais. O Líquido da Castanha do Caju (LCC) antioxidante utilizada na produção de aditivos. Por ensaio dinâmico do tipo cilindro-plano cujos resultad utilizadas no ensaio, sendo a temperatura a principal.

Palavras-chave: Lubrificantes, Ensaio Dinâmico, Cilindro Plano,

1. INTRODUÇÃO

Os primeiros lubrificantes que se tem registro eram à base de óleo vegetal e animal, porém com a evolução dos sistemas mecânicos surgiu à necessidade de óleos com

óleos devido sua alta taxa de decomposição por oxidação, e por consequência melhor desempenho.

Os óleos lubrificantes encontrados atualmente no mercado são extraídos do petróleo ou sintetizados a pa dele que com o auxilio dos aditivos possuem alta performance. Infelizmente o problema são os danos causados ao meio ambiente desde o inicio do processo at

queima indevida. Na usinagem os lubrificantes são chamados de fluido de corte e podem causar danos mais graves, pois há contato direto entre o fluido e o operador. Preocupadas com essas questões, empresas vem procurando desenvolver um lubrificante vegetal de qualidade e resistentes

As fontes de matéria prima são diversas; a extração pode ser de sementes de soja, girassol, milho, algodão, arroz, entre outras. Existem trabalhos, também, em cima de subprodutos como óleos de fritura, mas outra opção é o Líquido da Castanha do Caju (LCC), resíduo gerado no processo

na sua composição cardanol, propriedade antioxidante utilizado na produção de bioaditivos. Portanto o trabalho analisou o LCC

plano como objetivo principal de perceber no fluido que é resistente a oxidação, propriedades lubrificantes.

2. EMBASAMENTO TEÓRICO 2.1. Tribologia

O desgaste é uma função das variáveis do sistema, por isso há dureza o desgaste que ocorre é o adesivo

das superfícies, dois fenômenos diferentes segundo Medeiros (2011). Santana (2009) ressalta essa afirmação diferenciando a interface e interfase que se formam nos processos de adesão e

CIDADE DO LÍQUIDO DA CASTANHA DO CAJU

ENSAIO CILINDRO-PLANO

Luanda Kívia de Oliveira Rodrigues, luandakivia@gmail.com ¹ bruno_yugi@hotmail.com¹ João Telesforo Nóbrega de Medeiros, jtelesforo@yahoo.com José Ubiragi de Lima Mendes, ubiragi@ct.ufrn.br¹

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O problema de se desenvolver um lubrificante biodegradável e não toxico é a alto poder oxidativo dos óleos tanha do Caju (LCC), produto do beneficiamento da castanha, possui cardanol,substância antioxidante utilizada na produção de aditivos. Por isso verificou-se a viabilidade do LCC como lubrificante em um

plano cujos resultados apresentaram boa lubricidade utilizadas no ensaio, sendo a temperatura a principal.

Lubrificantes, Ensaio Dinâmico, Cilindro Plano,Temperatura, Líquido da Castanha do Caju.

Os primeiros lubrificantes que se tem registro eram à base de óleo vegetal e animal, porém com a evolução dos sistemas mecânicos surgiu à necessidade de óleos com maior estabilidade, propriedade o que não se tinha nesses óleos devido sua alta taxa de decomposição por oxidação, e por consequência melhor desempenho.

Os óleos lubrificantes encontrados atualmente no mercado são extraídos do petróleo ou sintetizados a pa dele que com o auxilio dos aditivos possuem alta performance. Infelizmente o problema são os danos causados ao meio ambiente desde o inicio do processo até seu descarte final, principalmente seu descarte indiscriminado e sua em os lubrificantes são chamados de fluido de corte e podem causar danos mais graves, pois há contato direto entre o fluido e o operador. Preocupadas com essas questões, empresas vem procurando desenvolver um lubrificante vegetal de qualidade e resistentes a oxidação.

As fontes de matéria prima são diversas; a extração pode ser de sementes de soja, girassol, milho, algodão, arroz, entre outras. Existem trabalhos, também, em cima de subprodutos como óleos de fritura, mas outra opção é o resíduo gerado no processo de beneficiamento da castanha do caju, por possuir na sua composição cardanol, propriedade antioxidante utilizado na produção de bioaditivos.

ou o LCC na condição in-natura, em um ensaio dinâmico na configuração cilindro plano como objetivo principal de perceber no fluido que é resistente a oxidação, propriedades lubrificantes.

EMBASAMENTO TEÓRICO

O desgaste é uma função das variáveis do sistema, por isso há diferentes configurações. Para materiais de mesma dureza o desgaste que ocorre é o adesivo de acordo com Mang e Lewis (2007) o qual promove a

das superfícies, dois fenômenos diferentes segundo Medeiros (2011). Santana (2009) ressalta essa afirmação diferenciando a interface e interfase que se formam nos processos de adesão e aderência observados na Fig (

CASTANHA DO CAJU EM

Universidade Federal do Rio Grande do Norte; Campus Universitário Lagoa Nova CEP 59072-970 Natal - RN -

O problema de se desenvolver um lubrificante biodegradável e não toxico é a alto poder oxidativo dos óleos possui cardanol,substância viabilidade do LCC como lubrificante em um com relação às váriaveis

Líquido da Castanha do Caju.

Os primeiros lubrificantes que se tem registro eram à base de óleo vegetal e animal, porém com a evolução maior estabilidade, propriedade o que não se tinha nesses óleos devido sua alta taxa de decomposição por oxidação, e por consequência melhor desempenho.

Os óleos lubrificantes encontrados atualmente no mercado são extraídos do petróleo ou sintetizados a partir dele que com o auxilio dos aditivos possuem alta performance. Infelizmente o problema são os danos causados ao seu descarte final, principalmente seu descarte indiscriminado e sua em os lubrificantes são chamados de fluido de corte e podem causar danos mais graves, pois há contato direto entre o fluido e o operador. Preocupadas com essas questões, empresas vem procurando

As fontes de matéria prima são diversas; a extração pode ser de sementes de soja, girassol, milho, algodão, arroz, entre outras. Existem trabalhos, também, em cima de subprodutos como óleos de fritura, mas outra opção é o iciamento da castanha do caju, por possuir

inâmico na configuração cilindro-plano como objetivo principal de perceber no fluido que é resistente a oxidação, propriedades lubrificantes.

diferentes configurações. Para materiais de mesma o qual promove a adesão ou aderência das superfícies, dois fenômenos diferentes segundo Medeiros (2011). Santana (2009) ressalta essa afirmação

(a) (b)

Figura 1 – Esquemas da interfase formada por adesão (a) e interface pela aderência (b).

A Figura (1) esquematiza interfase formada a partir dos materiais do corpo e contra-corpo com propriedades químicas e mecânicas distintas do material A e B. Para corpo e contra-corpo com mesmo material a interfase pode apresentar estrutura distinta já que na adesão ocorre por micro-soldas, ou seja, foram pontos onde a temperatura foi bastante elevada podendo ocorrer um rearranjo cristalino do material modificando assim suas propriedades.

Pelo principio da conservação de massa: “Na natureza nada se cria, nada se perde tudo se transforma.” E a lei da conservação de energia reforça ao afirmar que a energia se transforma. Um exemplo é a energia térmica que se transforma em energia mecânica de movimento em um eixo. Ou a energia de movimento se transforma em energia térmica não aproveitada, devido o atrito, portanto o atrito é responsável pelas perdas em um sistema, sendo de 15% em um Motor de Combustão Interna (MCI) segundo Vicente (2005). O atrito é definido como a resistência ao deslocamento devido às asperezas da superfície conforme a Fig. (2) de acordo com Oliveira (2008).

Figura 2 - Esquema ilustrativo da irregularidade superficial.

Bhushan (2001, apud Silva et al 2010) falou sobre a dificuldade de se modelar atrito e desgaste devido os muitos parâmetros envolvidos nos sistema como rugosidade, geometria das superfícies em contato e a atmosfera. Por isso são parâmetros difíceis de serem modelados e embora seja um assunto discutido há séculos ainda tem muito que se conhecer.

Vários estudos buscam relacionar o atrito a parâmetros como níveis de pressão sonora e vibração como citado por (LEPORE NETO, 2004; MEDEIROS 2002). Portanto baseado no conceito da transformação de energia devido ao atrito citada anteriormente a temperatura foi o parâmetro utilizado para quantificar o atrito

Para reduzir as perdas por atrito e o desgaste os óleos lubrificantes são usados o problema deles é que são formados um ou mais óleo base correnspondente, em média, a 93% e os outros 7% de aditivos, podendo variar essa proporção de acordo com a aplicação (MATOS, 2011). Para fluidos de corte a proporção é de 99% para 1% de aditivos segundo o mesmo autor.

De acordo com o óleo base o lubrificante é classificado como mineral e sintético, sendo os minerais produzidos a partir do petróleo e o sintético em laboratório apresentendo melhor desempenho do que o primeiro citado e são usados inclusive na indústria aeronáutica. O problema dos lubrificantes atuais é a contaminação ambiental provocada desde o ínicio do processo ate seu descarte final poluindo aquíferos. Além disso em aplicações cuja temperatura é bastante elevada e o processo é aberto como fluido de corte, o operador poder contaminado devido a vaporização do lubrificante.

2.2. Óleos vegetais e LCC

No Egito antigo os óleos vegetais eram usados para vencer o atrito (HUTCHINGS, 1992). No entanto com a evolução dos sistemas mecânicos houve a necessidade de lubrificantes com melhor desempenho e com maior resistência a oxidação. No entanto devido os problemas ambientais os óleos vegetais tem sido usado em várias pesquisas para aplicação como biolubrificantes, pois são biodegradáveis e não tóxicos.

Rodrigues (2011) e Cavalcati (2011) fizeram análises físico-químicas e dinâmicas no fluido que chamaram de Óleos da Castanha do Caju (OCC) formado a partir dos dois óleos presentes na castanha do caju. O OCC foi comparado ao SAE 15W40 e os resultados foram satisfatórios, apresentando níveis de temperatura bem menor do que o lubrificante comercial.

Porém o cardanol é presente em maior porcentagem no Líquido da Castanha do Caju (LCC), líquido que é descartado no processo de beneficiamento da castanha do caju.

Para descartar o LCC a indústria deve tratar o óleo antes o que gera custo encarecendo o processo. Para evitar esse gasto o óleo é exportado a preços ínfimos para se retirar o cardanol e assim produzir bioaditivos. Além do cardanol está presente também no LCC o cardol ambos são fenóis como mostrado na Fig 3.

(a) (b)

Figura 3 – Estrutura do Cardol (a) e Cardanol (b).

Mazzetto et al (2009) apresentou as proporções do cardanol e cardol. Eles são classificados de acordo com o método de extração do LCC. No caso de extraído por solventes é chamado de LCC natural se o processo for à quente LCC técnico.

Tabela 1. Composição química do LCC natural e LCC técnico. Fonte: Adaptado de Mazzetto et al (2009)

Componentes Fenólicos* LCC Natural (%) LCC Técnico (%) Cardanol 1,60 – 9,20 67,82 – 94,60 Cardol 13,80 – 20,10 3,80 – 18,86

*Os percentuais descrevem os limites inferior e superior empregando diferentes técnicas analíticas. Foram analisadas amostras novas, destiladas e envelhecidas.

Apesar do cardol já ter sido caracterizado como um componente tóxico Suresh e Kaleysa Raj (1990 apud Mazzetto et al ,2009) comprovaram tolerância de até 5 g/kg em ratos. Ao entrar em contato com pele, dependendo da concentração, não implica em danos, como os fenóis utilizados na produção de peeling químicos. Todavia, o cardol pode ser retirado através de processos existente que são simples e difundidos. Contudo o Líquido da Castanha do Caju apresenta uma longa cadeia carbônicas como os lubrificantes convencionais.

3. METODOLOGIA

O ensaio dinâmico foi realizado em um tribomêtro adaptado a partir de um torno de bancada. A configuração do ensaio foi pico-disco onde uma haste rotacionava em contato com uma superfície plana do corpo-de-prova, ambos do mesmo material SAE1045.

Figura 4 – Esquema do ensaio dinâmico.

A carga normal foi aplicada utilizando um peso morto de carga igual a 2,3 N, porém através da configuração da máquina a carga impressa no contato era de 4,44 N. Ver Fig 5.

Figura 5 – Configuração do suporte da amostra.

A haste rotacionava velocidade de 822 rpm , o corpo possui 12,5mm de diâmetro e a Distância de Deslizamento (DD) foi calculado a partir da Eq 1.

Km

t

RPM

mm

d

DD

3

,

873

1000

7200

*

822

*

5

,

12

*

1000

(min)

*

)

(

*

)

(

₌

Π

₌

Π

=

ω

A temperatura era coletada a cada um minuto e tanto no ensaio lubrificado como a seco. No ensaio lubrificado a vazão do óleo era de uma gota /min.

A rugosidade da superfície dos corpos-de-prova e contracorpos foram avaliadas através de um rugosímetro portátil conforme a Fig. 2, no sentido transversal ao lixamento final. O comprimento de amostragem, ou cutoff (λc), foi de 0,8 mm. Todas as amostras foram submetidas a sete repetições de ensaio para possibilitar uma varredura mais confiável de sua superfície.

As amostras foram higienizadas em banho utrasônico com álcool-isopropilíco e em seguida pesadas, conforme Tab.3, para depois analisar o desgaste e as superfícies observadas em uma lupa, ver Fig. 5 (a) e (b).

(a) (b)

Figura 5 – Imagem das superfícies das amostras antes do ensaio dinâmico. Imagem (a) da amostra que foi lubrificada e (b) amostra a seco.

Figura 6 – Imagem do contra-corpo.

4. RESULTADOS E DISCUSÕES

Conforme os gráficos de rugosidade, na haste, a seção 1 apresentou menor amplitude de rugosidade. Já nos corpos-de-prova a superfície mais uniforme foi da amostra número 2, por isso o par tribológico foi formado pela seção menos rugosa com o corpo-de-prova mais rugoso com a ideia de uniformizar o par.

Figura 7 – Gráfico da ∆T do contato com o ambiente

A temperatura foi o parâmetro, indireto, para medição do atrito uma vez que o mesmo transforma a energia de movimento em energia térmica. Na Fig 7, observa-se que o ensaio realizado com o Líquido da Castanha do Caju (LCC) mostra-se mais uniforme enquanto o a seco apresenta vales e picos com amplitudes maiores. Isso devido à sulcos existentes na superfície de contato, provenientes do desgaste, que acoplava no contra corpo paralisando o ensaio havendo tempo de resfriamento. Ainda no ensaio à seco observa-se que ao final do ensaio a temperatura está estabilizada, não havendo mais variação levando a conclusão que o sistema passou a trabalhar no regime permanente. No entanto mesmo nos ponto de resfriamento e na faixa de estabilização a variação da temperatura para esse ensaio foi superior ao ser comparada com o par lubrificado com o LCC, ou seja, com o LCC o atrito é menor.

Ao introduzir um fluido entre duas partes em movimento relativo, esse separa as superfícies e dissipa calor, portanto essa conclusão era esperada, porém não com esses resultados que foi além do esperado. Comparando com os resultados de Cavalcanti (2011), que realizou o mesmo ensaio dinâmico com a mesma configuração diferenciando a haste que era temperada e revenida, o Óleo da Castanha do Caju (OCC) e o lubrificante SAE15W40, apresentaram menor variação de temperatura, ou seja, melhor redutor de atrito do que o Líquido da Castanha do Caju. No entanto os

ensaios físico-químicos realizados paralelo ao ensaio dinâmico mostraram-se melhor para o LCC do que para o OCC e SAE15W40.

Quanto ao desgaste, medido através da perda de massa foi como exposto na Tab.3, no par tribológico lubrificado a variação foi pouco significativa ocorrendo na terceira casa decimal equivalente a uma perda menor que 0,009% diferente do ensaio a seco que foi na pouco menor que 2% mas com um tempo de ensaio 40% menor devido às paradas. O desgaste quantificado por Cavalcanti (2011) foi menor, do que o exposto na Tab. 3 seja para o OCC ou o SAE15W40.

Tabela 3. Peso das amostras antes e depois do ensaio.

Amostra Tipo de Lubrificante Peso (g) Antes do ensaio Peso (g) Após o ensaio Perda (%) 1 LCC 16,0738 16,0724 0,0087 2 Seco 16,1630 15,8893 1,68 5. CONCLUSÕES

Para a condição do óleo analisado, sem nenhum tratamento, ou seja, nas mesmas condições a qual foi extraído da casca da castanha; os resultados do ensaio tribológico foram favoráveis, devido à superfície lubrificante que reduziu o atrito e principalmente o desgaste o qual se acreditava que seria considerável já que em ensaios físico-químicos realizados em paralelo mostrou um alto teor de base.

No entanto ao comprar com outra pesquisa o LCC teve um desempenho a desejar no que se refere ao ensaio dinâmico, porém dos físico-químicos realizados em paralelo conclui-se que o LCC possui propriedades lubrificantes melhores do que o Óleo da Castanha do Caju e do SAE15W40 publicado por Cavalcanti (2011) e Rodrigues (2011).

Apesar do teste piloto ter sido satisfatório o Líquido da Castanha do Caju terá que ser transesterificado para melhor analise e conclusão do seu comportamento físico-químico e dinâmico.

No ensaio dinâmico, o lubrificante já existente no mercado terá que ser submetido aos mesmos testes que o LCC, sob as mesmas condições para confrontar os resultados físico-químicos com o dinâmico.

6. REFERÊNCIAS

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Hutchings, I. M. Friction. In:_______________. Tribology: Friction and wear of engineering of materials. Cambridge: British Library Cataloguing in Publication Data, 1992. p.22-25.

Gagg, C. R.; Lewis, P. R. Wear as a product failure mechanism: Overview and case studies. In: Engineering Failure Analysis, 2007. p.1618-1640

LÉPORE NETO, Francisco Paulo; MELLO, José Daniel Biasoli; SANTOS, Marcelo Braga. Correlação entre a força de atrito obtida através de análise de sinais não linear e o desgaste em um tribômetro do tipo alternativo. In: Simpósio do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, 14, 2004, Uberlândia. Anais eletrônicos. Uberlândia: Universidade Federal de Uberlândia.

Disponível em < http://www.posgrad.mecanica.ufu.br/posmec/14/TRB/TRB1421.pdf >. Acessado dia 22 de abr. 2012

MATOS, P. R. R. Utilização dos óleos vegetais como base lubrificante 2011. 125f. Dissertação (Mestre em Química) – Universidade de Brasília, Brasília, 2011.

Mazzetto, Selma Elain; Lomonaco, Diego; Mele, Giuseppe. Óleo da castanha de caju: oportunidades e desafios no contexto do desenvolvimento e sustentabilidade industrial.Quimica Nova,v.32 , n.3,p.732-741, 2009.

MEDEIROS,J.T.N. Fadiga de Contato de Discos Metálicos não-conformes Submetidos a Ensaios a Seco de

Rolamento.2002. 501 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade de São Paulo, São Carlos, 2009.

OLIVEIRA, A. M. Desenvolvimento e avaliação de um lubrificante, com partículas magnéticas, destinado à

redução de atrito em motores de combustão interna. 2009. 182f. Tese (Doutor em Engenharia Mecânica) –

RODRIGUES, Luanda Kívia de Oliveira; FREITAS NETO, Felipe Rodrigues; MENDES, José Ubiragi de Lima.; Análise do uso do óleo da castanha do caju como biocombustível. In: Congresso Ibero-Americano de Engenharia Mecânica, 10, 2011, Porto. Anais Eletrônicos. Porto: Universidade do Porto, 2011; Disponível em: CD.

SILVA, R. C. L. DESGASTE DE POLÍMEROS ESTRUTURAIS DE ENGENHARIA EM CONTATO DE

DESLIZAMENTO COM CILINDRO METÁLICO. 2010. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) –

Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2010.

7. DIREITOS AUTORAIS

LUBRICITY ANALYSIS CASHEW NUT LIQUID IN TEST CYLINDER

Luanda Kívia de Oliveira Rodrigues, luandakivia@gmail.com ¹ Bruno Daniel Alves do Nascimento, bruno_yugi@hotmail.com João Telesforo Nóbrega de Medeiros, jtelesforo@yahoo.com José Ubiragi de Lima Mendes, ubiragi@ct.ufrn.br¹

1 _{Universidade Federal do Rio Grande do Norte}

Brasil.

Abstract. The problem of developing a non

oils. The CashewNut Liquid (CNSL), product from processing cashew, has cardanol, a substance used in the production of antioxidant additives. it was found the viability of LLC as a lubricant in a dynamic test of the cylinder plane type whose results showed good lubricity with respect t

main.

Keywords: Lubricants, Dynamic Test, Cylinder

RESPONSIBILITY NOTICE

The authors are solely responsible for the content of the printed material included in their work.

BRICITY ANALYSIS CASHEW NUT LIQUID IN TEST CYLINDER

PLANE

bruno_yugi@hotmail.com¹ João Telesforo Nóbrega de Medeiros, jtelesforo@yahoo.com José Ubiragi de Lima Mendes, ubiragi@ct.ufrn.br¹

Universidade Federal do Rio Grande do Norte; Campus Universitário Lagoa Nova CEP 59072

The problem of developing a non-toxic and biodegradable lubricant is a high oxidative power of vegetable L), product from processing cashew, has cardanol, a substance used in the production of antioxidant additives. it was found the viability of LLC as a lubricant in a dynamic test of the cylinder plane type whose results showed good lubricity with respect to the variables used in the test,and the temperature at

Cylinder Plane, Temperature, Cashew Nut Liquid.

The authors are solely responsible for the content of the printed material included in their work.

BRICITY ANALYSIS CASHEW NUT LIQUID IN TEST

CYLINDER-; Campus Universitário Lagoa Nova CEP 59072-970 Natal - RN -

toxic and biodegradable lubricant is a high oxidative power of vegetable L), product from processing cashew, has cardanol, a substance used in the production of antioxidant additives. it was found the viability of LLC as a lubricant in a dynamic test of the

cylinder-o the variables used in the test,and the temperature at