Lubrificação Industrial
Prof. Matheus Fontanelle Pereira Curso Técnico em Eletromecânica Departamento de Processos Industriais
1. Atrito
Sempre que houver movimento relativo entre duas superfícies, haverá uma força contrária a esse movimento. Essa força chama-se atrito ou resistência ao movimento. O atrito é, em alguns casos, necessário e útil, como nos sistemas de freios. Em outros casos, porém, é indesejável porque dificulta o movimento, gera calor e consome energia motriz, sem produzir o correspondente trabalho.
1.1. Atrito Sólido
Ocorre quando há o contato de duas superfícies sólidas entre si. O atrito sólido é subdividido em: atrito de rolamento e atrito de deslizamento.
Ocorre quando o deslocamento de uma superfície se efetua através da rotação de corpos cilíndricos, cônicos ou esféricos, colocados entre essa superfície e outra. A oposição ao movimento, neste caso, é menor do que no atrito de deslizamento.
1.1.1. Atrito Sólido de Rolamento
Ocorre quando uma superfície se desloca diretamente em contato com a outra.
Quando existe uma camada fluida (líquida ou gasosa) separando as superfícies em movimento, tem-se o atrito fluido.
As superfícies sólidas, mesmo as mais polidas, apresentam asperezas e irregularidades. Tais irregularidades originam dois fenômenos: o cisalhamento e a adesão.
Ocorre quando picos de duas superfícies entram em contato entre si. O atrito é provocado pela resistência à ruptura que possuem os picos.
Existem casos onde a dureza das duas superfícies é a mesma, então ocorre o cisalhamento em ambas as partes.
Mas, quando as durezas das superfícies são diferentes, ocorre o cisalhamento predominantemente na superfície menos dura.
2.2. Causas do Atrito - Adesão
Quando as superfícies em contato apresentam microáreas planas, ocorre uma adesão entre essas microáreas, provocando o atrito.
A adesão é também chamada solda a frio e é a maior responsável pela resistência ao movimento.
3. Atrito de Deslizamento
Atrito Estático e Cinético
Leis gerais de atrito (Coulomb):
● A força limite de atrito é proporcional à resultante das solicitações normais
entre as superfícies de contato (F ~ N);
● A força limite de atrito independe da área de contato;
● A força limite de atrito independe da velocidade relativa das superfícies em
contato.
Coeficiente de Atrito
● O próprio coeficiente de proporcionalidade; ● Ângulo de atrito;
● O atrito estático é normalmente maior que o atrito cinético;
4. Atrito de Rolamento
Devido às deformações, manifesta-se uma força de resistência ao movimento.
● Fa < F;
● Coeficiente mu_r;
O coeficiente mu_r depende de:
● Propriedades elásticas dos elementos rolantes; ● Propriedades elásticas da pista;
● Acabamento superficial; ● Direção da carga;
● Rotação do elemento rolante; ● Temperatura de operação; ● Dimensões .
Muito embora o objetivo da lubrificação seja reduzir o atrito, pode-se considerar que sua finalidade última seja diminuir o desgaste.
O conhecimento dos diversos tipos de desgaste é importante para averiguar suas origens e procurar a melhor forma de evitá-los. A seguir, alguns tipos de desgaste ocorridos, por exemplo, em rolamentos:
● Abrasão (por particulados duros)
● Desalojamento remoção de material e deposição em outro ponto) ● Corrosão (contaminantes ácidos)
● Endentação (penetração de corpo estranho) ● Fricção (endentações de corrosão por vibração) ● Erosão (endentações por choques e sobrecargas) ● Fragmentação (por instalação defeituosa)
● Esfoliação ou Escamação (fadiga, carga acima do limite) ● Estriamento (por fracas correntes elétricas)
● Cavitação (por colapso de bolhas de fluido)
5. Desgaste
O conhecimento das leis do desgaste ajuda-nos a saber como evitá-lo e como fazer uma lubrificação correta; são elas:
• A quantidade de desgaste é diretamente proporcional à carga;
• A quantidade de desgaste é diretamente proporcional à distância deslizante; • A quantidade de desgaste é inversamente proporcional à dureza da superfície.
7. Tipos de Lubrificação
●Hidrodinâmica
●Hidrostática
●Elastoidrodinâmica
●Limite
●Filme Sólido
7.1. Lubrificação Hidrodinâmica
É aquela em que as superfícies que suportam a carga estão separadas por uma película relativamente espessa de lubrificante de modo a prevenir o contato de metal com metal e que o equilíbrio é obtido pelas leis da mecânica dos fluidos.
● Este tipo de lubrificação não requer que o fluido seja introduzido sob pressão. ● Apressão da película é criado pelo movimentos das próprias superfícies.
● Para toda carga existe uma velocidade relativa minima entre as superfícies
7.2. Lubrificação Hidrostática
Este tipo de lubrificação é obtido pela introdução do lubrificante, o qual pode ser, às vezes, ar ou água, na área carregada do mancal,sob alta pressão, o suficiente para separar as superfícies e formar uma película relativamente espessa de fluido.
7.3. Lubrificação Elastoidrodinâmica
É o fenômeno que ocorre quando o lubrificante é introduzido entre superfícies que estão em contato de rolamento, tais como as engrenagens ou mancais de rolamento.
A explicação matemática requer a teoria de Hertz das tensões de contato e a mecânica dos fluídos.
7.4. Lubrificação Limite
Este tipo de lubrificação ocorre quando as maiores asperezas das superfícies podem ser separadas pela película lubrificante com espessura a nível molecular.
Esta situação ocorre quando:
● Há uma queda da velocidade relativa entre as superfícies; ● Redução da quantidade de lubrificante;
● Aumento da carga do mancal;
7.5. Lubrificação Filme Sólido
A lubrificação de filme sólido é aplica quando os mancais devem operar em temperaturas extremas.
9. Lei de Petroff
Considera eixo e mancal concêntricos. Apesar desta situação raramente ocorrer esta forma de análise permite a determinação de parâmetros adimensionais e uma boa estimativa do coeficiente de atrito.
9. Lei de Petroff
10. Lubrificação Estável
O gráfico obtido primeiramente pelos irmãos McKee mostra as regições de operação referentes a lubrificação limite e a hidrodinâmica.
11. Teoria Hidrodinâmica
Primeiro mancal hidrodinâmico estudado por Tower em 1880 na Ingraterra.
Baseado nos resultados de Tower, Osbourne Reynolds concluiu que deveria existir uma Lei que relacionasse o atrito, a pressão e a velocidade.
Mancal parcial
11. Teoria Hidrodinâmica
Reynolds concluiu observou que a película de fluido era arrastada para o mancal e possuia uma espessura tão fina em relação ao diâmetro do mancal que a curvatura poderia ser desprezada.
11. Teoria Hidrodinâmica
11. Teoria Hidrodinâmica
12. Fatores de Projeto
1º grupo
13. Relação de variáveis
14. Escolha do óleo lubrificante pela temperatura de operação
● Uma dada viscosidade é definida em projeto;
● Arbitra-se, então, duas viscosidades, uma mais baixa e outra mais alta do a
especificada;
● Para cada uma dessas viscosidades, calcula-se os acréscimos de temperatura; ● Calcula-se, as temperaturas médias a partir dos acréscimos;
● Com os dois ponto obtidos, traça-se uma reta no gráfico 11-11;
● A linha correspondente ao lubrificante que a reta intersectar definirá o lubrificante a
