0

UNESP – UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA

Faculdade de Engenharia

Departamento de engenharia mecânica

Campus de Bauru

Disciplina: Manutenção Industrial e de

Frotas

Grupo 11: Análises de óleos lubrificantes

Alunos:

Alyne Domingues do Nascimento 511536

Luis Felipe de Napoli 512052

Pedro Isaac Garcia Ribeiro 511714

Professor:

Prof. Dr. João Candido Fernandes

1

1. Introdução

A principal função de um lubrificante é a formação de uma película que impede o contato

direto entre as duas superfícies que se movem relativamente entre si. Com isso, o atrito entre

as partes é reduzido a níveis mínimos quando comparado ao contato direto, exigindo uma

menor força e evitando o desgaste dos corpos.

Com a evolução dos lubrificantes, estes passaram a acumular novas funções como proteção

contra a corrosão, auxilio à vedação, transferência de calor e retirada de produtos indesejáveis

do sistema, entre outras.

Com isso, o óleo lubrificante passou de um mero redutor de atrito para um produto decisivo

na competitividade das industrias manufatureiras, proporcionando melhorias no desempenho

dos equipamentos e redução de custos referente às manutenções.

2. Histórico

Por volta de 2500 a.C., os egípcios utilizavam trocos de arvores para reduzir o atrito entre os

trenós e o solo, estes trenós eram responsáveis pelo carregamento de grandes pedras

utilizadas na construção das monumentais pirâmides. Há indícios comprovados através de

análises que nesta mesma época surgiram os primeiros vestígios dos lubrificantes, onde era

constituído de sebo de boi e carneiro, e tinha o intuito de substituir os troncos de arvores.

Alguns anos depois, os gregos começaram a usar o mesmo produto derivado de gordura

animal para lubrificar as rodas das Bigas que eram usadas como transporte.

2

Por volta do século VIII os noruegueses, mais propriamente os vikings, começaram a utilizar

óleo derivado de baleia para lubrificar os eixos dos lemes e as articulações das velas.

Somente no século XVII surgiram os primeiros lubrificantes derivados do petróleo,

decorrentes das necessidades de ter um lubrificante melhor que os derivados de gordura

animal, para lubrificação de novos maquinários que surgiram com o desenvolvimento da

civilização. Porém, somente com a revolução industrial por volta do século XVIII, que o

lubrificante mineral derivado do petróleo começou a ser utilizado numa escala maior.

Com o passar dos anos, as tecnologias e novos maquinários, forçaram os cientistas e

engenheiros químicos a desenvolverem lubrificantes que atendessem de forma mais eficaz os

processos industriais garantindo um melhor desempenho dos maquinários.

Desta forma, o lubrificante se dividiu tendo diversas bases e aditivações diferenciadas com

diversas especificações, assim, o lubrificante passou a ser um produto mais nobre, tendo

formas de aplicações corretas. Nos últimos anos foram criados lubrificantes sintéticos e semi-

sintéticos (Compostos por óleos minerais e sintéticos), com uma resistência maior que os

óleos minerais, podendo ficar mais tempo nos motores ou maquinários reduzindo assim o

tempo de troca de lubrificantes.

3. Desgaste

Danos causados a uma superfície sólida ou perda progressiva de material devido ao

movimento relativo entre a superfície e substancia ou substancias com a qual entra em

contato.Entre os tipos mais comuns de desgaste, podemos citar:

• Abrasão: gerada por partículas de material abrasivo, como por exemplo areia ou pó,

contidos no óleo lubrificante.

• Corrosão: gerada por contaminantes ácidos.

• Erosão: gerada pela repetição de choques com pesadas sobrecargas.

3

4. Tipos de óleos

Os óleos lubrificantes podem ser de origem animal ou vegetal (óleos graxos), derivados de

petróleo (óleos minerais) ou produzidos em laboratório (óleos sintéticos), podendo ainda ser

constituído pela mistura de dois ou mais tipos (óleos compostos). Descrevemos aqui

brevemente os tipos de óleos:

Minerais – obtidos a partir da destilação do petróleo. São os mais utilizados e os mais

importantes na lubrificação.

Graxos – De origem vegetal ou animal. Foram os primeiros a serem utilizados. Pouco

recomendados atualmente por não suportarem temperaturas elevadas, oxidando-se

facilmente, tornando-se rançosos e formando ácidos.

Compostos – misturas de óleos minerais e graxos. Para aplicações que requeiram maior

oleosidade e maior facilidade de emulsão em presença de vapor.

Sintéticos – criados pelo processo de polimerização, para oferecer características especiais de

viscosidade e resistência a temperaturas elevadas ou muito baixas. São de custo muito alto,

devendo ser empregados apenas em casos específicos que não possam ser atendidos pelos

lubrificantes minerais.

4

5. Aditivos

Para conferir, retirar ou melhorar certas propriedades especiais dos lubrificantes, que não

condizem com o desejado, especialmente quando o lubrificante é submetido a condições

severas de trabalho, são adicionados produtos químicos aos óleos lubrificantes, que são

chamados aditivos.

Os principais tipos de aditivos são: anti-corrosivos, anti-espumantes, detergente-dispersante,

melhoradores do Índice de Viscosidade, agentes de extrema pressão.

6. Funções Essenciais do Óleo Lubrificante em automóveis

1. Lubrificar os componentes do motor e prevenir o desgaste

2. Reduzir o atrito

3. Proteger peças do motor contra ferrugem e corrosão

4. Manter limpas as peças do motor

5. Resfriar os depósitos na câmara de combustão

6. Resfriar as peças do motor

7. Proporcionar vedação contra pressões da combustão

8. Ser antiespumante

9. Contribuir para a economia de combustível

10. Permitir uma partida fácil

5

7. Análise de óleos lubrificantes

Principais tipos e seus objetivos:

7.1. Teor de água

A determinação da presença e teor de água em óleos lubrificantes pode se dar por

diferentes métodos, como verificação de turbidez em óleos claros, crepitação em chapa

aquecida, destilação por arraste, presença de espuma pelo aquecimento acima de 100º C e

determinação quantitativa pelo método Karl Fischer.

Observe-se que apenas métodos quantitativos podem oferecer resultado definitivo no

que diz respeito ao comprometimento das funções do óleo, pela água.

A contaminação por água é indesejável na maioria dos sistemas de lubrificação; a

presença dessa substância pode resultar em formação de emulsões, falha ou ineficiência de

lubrificação em pontos críticos, precipitação dos aditivos – por hidrólise, formação de borras

(em óleos “sujos”), o quer pode provocar entupimento em telas, filtros ou tubulações ou

aceleração de processo de corrosão das superfícies metálicas.

7.2. Corrosão em lâmina de cobre

Alguns óleos têm incorporados em sua formulação certos aditivos contendo cloro,

enxofre ou sais inorgânicos, que, sob condições específicas de serviço, podem contribuir no

caso dos óleos lubrificantes, para corrosão em partes dos equipamentos ou, no caso de óleos

de corte,nas peças a serem usinadas.

Existem vários tipos de testes de corrosão para produtos derivados do petróleo,

6

dependendo da aplicação a que esses produtos se destinam. Como os metais mais sujeitos a

esse tipo de ataque corrosivo são o cobre e suas ligas, materiais amplamente empregados em

mancais, o teste mais utilizado é o que avalia o ataque corrosivo a uma lâmina de cobre sob

condições padronizadas.

O ensaio consiste em se emergir uma lâmina de cobre, previamente polida, numa

amostra de óleo, em condições padronizadas em laboratório. Ao final do teste, a lâmina é

lavada com solvente e comparada a um padrão; verifica-se, assim, o grau de corrosão desse

material.

7.3. Demulsibilidade

A determinação da demulsibilidade é de suma importância para óleos lubrificantes

que tenham contato regular com água, devido à natureza do serviço que desempenham, como,

por exemplo, óleos para turbinas a vapor, para máquina de papel, para sistemas hidráulicos,

em que o óleo não deve formar emulsão com água.

Em outras aplicações, tais como determinados compressores de ar, marteletes de

perfuração de rochas, estimula-se a formação de emulsões.

7.4. Densidade

É a relação entre massa de um determinado volume de produto, à temperatura "t" pela

massa de igual volume de água destilada, a uma dada temperatura. Com base no princípio de

que todo corpo mergulhado em um líquido desloca um volume igual ao do líquido deslocado,

mede-se a densidade de um aparelho chamado densímetro, este tem haste graduada, dando

leitura direta.

A densidade de um lubrificante, analisada juntamente com outras características, dá

informações significativas acerca do óleo novo.

7.5. Diluição por combustível

Este teste é realizado para se determinar a quantidade de combustível presente em

amostras de óleos lubrificantes em motores de combustão interna a gasolina, a álcool ou

a diesel. Três métodos diferentes são empregados – de acordo com o modo de

7

alimentação do equipamento. Genericamente, pode-se dizer que é usual encontrar-se

contaminação em óleos de motores a gasolina ou a álcool – o mesmo não acontecendo

com motores a diesel. Neste caso, a informação pode ser indicadora de deficiência nos

componentes de alimentação – tubulação de retorno quebrada, gotejamento nos bicos

injetores.

A importância de se monitorar convenientemente o grau de contaminação por

combustível reside no fato de que essa contaminação tem efeitos nefastos nas

características e, em conseqüência, no desempenho do lubrificante: alteração na

viscosidade, oxidação e formação de sedimentos são alguns dos danos possíveis.

7.6. Tendência à formação de espuma

São as medidas dos volumes de espuma formada e remanescente a partir de injeção de

ar no óleo, em condições padronizadas em laboratório. A formação de espuma é geralmente

devida à aeração excessiva do óleo lubrificante. A medida mais importante em relação a essa

característica, não é exatamente no sentido de se impedir a formação – muitas vezes,

inevitável – e sim, interferir no processo de quebra, ou seja, seu tempo de desaparecimento. A

espuma resulta em lubrificação inadequada, cavitação e fluxo deficiente de óleo; pode ser um

problema em sistemas que possuem engrenagens e/ou mancais de alta velocidade e naqueles

que utilizam bombeamento sob alta pressão ou lubrificação por salpico – os quais,

paradoxalmente, tendem a formar espuma.

As causas para esta formação indesejada podem estar no baixo nível de óleo no

reservatório – fazendo com que a bomba aspire ar juntamente com o óleo - nas linhas de

sucção de óleo da bomba, ou ainda no posicionamento da linha de retorno do óleo ao

reservatório: estando muito acima do nível do óleo, pode acontecer elevada turbulência e

aeração. Constatou-se que alguns óleos que exibem elevada tendência à formação de espuma

são também propensos à formação de emulsões quando contaminados por água.

Assim como os óleos lubrificantes, emulsões de óleos em água podem receber

aditivos antiespumantes: diante dos inúmeros recursos disponíveis, o uso do aditivo deve

seguir estritamente a indicação do fabricante, para suficiente adequação.

7.7. Fuligem

8

Produtos da combustão entram no óleo através do sopro normal dos pistões, reduzindo

o desempenho do óleo em proteger e lubrificar os componentes do motor.

Com base na diferente capacidade que óleo e fuligem apresentam de refletir a luz, é lançado

um feixe de luz infravermelha numa película de óleo usado. Pela diferença de reflexão,

obtém-se, a partir daí o percentual de fuligem presente no óleo.

Resíduos insolúveis de combustível parcialmente queimado podem espessar o óleo,

exaurir os aditivos e, eventualmente, entupir os filtros. A fuligem é encontrada normalmente

em amostras de óleo de motor; sua presença em outros compartimentos acontece por

contaminação por aquele produto.

Vários fatores contribuem para o acúmulo de fuligem, como entupimento de

elementos do filtro de ar, excessivo uso de marcha lenta, baixa temperatura de operação,

deficiência na injeção de combustível e outros.

7.8. Insolúveis em pentano

É a medida percentual em peso de material (exceto água e combustível) contido no

lubrificante. Tal material inclui produtos de oxidação (borras, vernizes, resinas, gomas)

fuligem, degradação do óleo, partículas de desgaste.

Uma das características exigidas num lubrificante é sua capacidade de dispersar os

sedimentos, mantendo-os em suspensão e impedindo a deposição em partes críticas do

sistema lubrificado. Esse ensaio possibilita a determinação da quantidade de sedimentos em

suspensão no óleo e, mais uma vez, fica patente aqui a necessidade de interpretação de

resultados levando-se em conta o histórico do equipamento: um baixo índice de insolúveis

pode representar uma boa condição do óleo, mas pode, também, significar o resultado de

supersaturação do dispersante. Nesse caso, o óleo é exposto a um volume tão dramático de

contaminantes, que ocorre um fenômeno de sedimentação acelerada com resultante altamente

mórbida para o motor.

7.9. Ponto de Fulgor

É a menor temperatura na qual o óleo desprende vapores que, em presença de ar,

provocam um lampejo ao aproximar-se da superfície do óleo uma pequena chama piloto – em

condições de laboratório.

9

A determinação dessa característica tem importância sob o ponto de vista da

segurança, uma vez que temperaturas acima do Ponto de Fulgor podem representar condição

favorável à ocorrência de incêndios e explosões. É também um teste indicativo de

contaminação por combustível em óleos de motores de combustão interna.

Não se pode confundir essa medida com o ponto de combustão ou inflamação, que é a

menor temperatura na qual o óleo entra em combustão, isto é, queima de forma contínua.

7.10. Índice de viscosidade

É um número empírico, não dimensional, que indica o efeito da variação da

temperatura sobre a viscosidade do óleo. É determinado baseado sempre na medição da

viscosidade cinemática a duas temperaturas diferentes. Um elevado IV significa que o óleo

terá uma variação relativamente pequena de viscosidade em função de variações de

temperatura.

O IV indica, principalmente, a natureza (tipo) do óleo básico empregado no

lubrificante. Os óleos parafínicos têm, usualmente, um IV próximo ou acima de 100; os óleos

seminaftênicos tem IV por volta de 30 e os produtos naftênicos (que normalmente contém um

elevado teor de aromáticos) tem IV próximo de 0. A mistura de óleos de diferentes tipos

produz índices de viscosidade intermediários.

7.11. Rigidez dielétrica

A rigidez dielétrica de um óleo isolante expressa sua resistência à passagem da

corrente elétrica. É definida como a voltagem na qual ocorre a passagem de corrente elétrica

entre dois eletrodos sob condições pré-estabelecidas em laboratório.

No estado puro, livre de qualquer elemento estranho, o óleo é um condutor de

eletricidade extremamente pobre, ou seja, é um bom isolante. Por isso, a queda da rigidez

dielétrica é indicador da presença de agentes contaminantes como água, impurezas ou

partículas condutoras. O acompanhamento do comportamento do óleo com relação à rigidez

dielétrica é importante na orientação sobre o correto momento de troca do óleo ou de

necessidade de regeneração do volume instalado.

7.12. TAN (Total Acid Number)

10

Representa a massa (em mg de Hidróxido de Potássio – KOH) necessária para

neutralizar um grama de óleo; é a medida de todas as substâncias contidas no óleo, capazes

de reagir com o KOH. Também é denominado Número de Neutralização (NN),

particularmente quando obtido por método colorimétrico em óleos minerais puros. Os

constituintes mais comuns dessas substâncias são ácidos orgânicos, sabões de metais,

produtos de oxidação, nitritos e nitrocompostos e ainda outros, que podem estar presentes

como aditivos.

Ácidos minerais (ácidos orgânicos fortes) presentes numa amostra de óleo são

originados, basicamente, dos compostos de enxofre presentes nos combustíveis. Nitratos

orgânicos e nitrocompostos, também originados dos combustíveis, contribuem para aumentar

a acidez.

O principal valor do teste de acidez em óleos usados é o de, por comparação com

resultados de ensaios anteriores no mesmo óleo, permitir avaliar as transformações que o

produto está sofrendo em serviço.

11 – TBN (Total Basic Number)

É a massa em miligramas de ácido clorídrico ou perclórico, expressa em termos de

quantidade equivalente de hidróxido de potássio, necessária para neutralizar todas as

substâncias presentes em um grama de óleo que reage com esses ácidos. Este teste é

normalmente feito em óleos de motores que contêm aditivos alcalinos (reserva alcalina do

produto). Em óleos usados, é uma indicação da reserva alcalina remanescente, que, enquanto

existir, não permitirá a presença de ácidos fortes. A natureza dos aditivos torna possível a

determinação tanto do TAN como do TBN do produto, quer seja em óleos novos ou usados.

O principal valor do teste de alcalinidade em óleos usados é o de, por comparação

com resultados de ensaios anteriores no mesmo óleo, permitir avaliar as transformações pelas

quais o óleo passa, em serviço.

11

7.13. Espectrofotometria de absorção atômica

A espectrofotometria de absorção atômica representa meio rápido e seguro para a

determinação dos elementos inorgânicos presentes nos óleos lubrificantes usados: metais de

desgaste, partículas de contaminação externa e aditivos.

Vale observar que o espectrofotômetro de absorção atômica identifica partículas menores que

4µ.

A identificação de contaminantes metálicos geralmente fornece fortes indícios das

condições prejudiciais a uma máquina e conseqüentes medidas de correção. Há que se

mencionar a necessidade de critérios na análise dos resultados – como, aliás, em todos os

ensaios - para que não se chegue a conclusões precipitadas e desairosas: tome-se, como

exemplo a detecção de presença de cromo. Isto pode ocorrer devido ao desgaste dos anéis ou

camisas - se o motor estiver equipado com anéis cromados - ou devido ao vazamento de

fluido refrigerante inibido com cromatos para o cárter. A consideração das diversas variáveis

a que o equipamento está sujeito é fundamental para correta interpretação de resultados.

8. O óleo e o meio ambiente

Os óleos minerais usados não são biodegradáveis e,quando não dispostos adequadamente,

proporcionam um grande risco, pois podem causar sérios problemas ambientais.

O CONAMA (2005) considera que o descarte de óleo lubrificante usado no solo ou

curso de água, gera graves danos ambientais, e que a combustão desse produto usado, gera

gases residuais nocivos ao meio ambiente e à saúde humana.

A poluição que pode ser gerada pelo descarte de 1 ton/dia de óleo usado no meio ambiente

é equivalente à poluição gerada pelo esgoto doméstico de uma cidade com população de 40

mil habitantes. Ou ainda, a queima indiscriminada desse produto, sem o adequado tratamento

de desmetalização, gera emissões de poluentes como óxidos metálicos e gases tóxicos. Cada

litro de óleo lubrificante usado pode contaminar 1 milhão de litros de água e demorar até 300

anos para se degradar. Por ser menos denso que a água, um litro de óleo forma em poucos

dias uma fina camada sobre uma superfície de 1.000 m2, o que bloqueia a passagem de ar e

luz, dificultando as trocas de oxigênio com o ambiente, portanto impedindo a respiração e a

fotossíntese, podendo causar mortes na fauna e na flora.

12

Além do mais, o óleo mineral, é um recurso que tem sua origem em fontes escassas e não

renováveis o que alerta para as questões de preservação do meio ambiente.

8.1. A regeneração do óleo lubrificante

Organização das Nações Unidas (ONU) investiu, entre 1991 e 1993, em pesquisas sobre a

disposição de óleos usados. Os resultados dos estudos apontam que a solução para uma

disposição segura de óleos lubrificantes usados é o rerrefino, ou seja, sua regeneração.

O processo de regeneração consiste em dar continuidade de uso a um produto que ainda

não exauriu todo o seu potencial.

A Resolução CONAMA Nº 362, de 23 de junho de 2005, estabelece em seu Art. 3º,

que todo o óleo lubrificante usado ou contaminado, coletado pelo produtor ou revendedor,

deverá ser destinado à reciclagem por meio do processo de rerrefino.

Tendo em vista que a base mineral do produto não é modificada com o seu uso, fazendo a

reposição dos componentes perdidos, o processo de regeneração poderá se repetir inúmeras

vezes. O processo de regeneração de óleos lubrificantes pode ser resumido pelas seguintes

etapas: pré-filtragem; aquecimento; colunas com material adsorvente; filtragem absoluta, e

readitivação da carga.

8.2. Fator econômico

Além do impacto ambiental, um fator motivador para as industrias é o fator econômico. A

utilização do óleo regenerado pode levar a uma economia substancial. A empresa Itaipu

Binacional, fazendo uso do processo de reciclagem do óleo mineral em um período de

aproximadamente sete anos, evitou gastos na ordem de R$ R$ 1.112.245,48.