Lubrificacao

13. Lubrificação

Prof. Celso Argachoy

13.1. Aspectos básicos:

A lubrificação nos motores de combustão interna é um problema complexo, tendo em vista ascondições de temperatura e velocidade angular às quais os sistemas estão submetidos. Os principaisobjetivos do sistema de lubrificação do motor são:

• Reduzir o desgaste das peças móveis (anéis, camisas, mancais, etc.), pela redução do atrito.• Refrigeração dos componentes do motor• Limpeza dos elementos internos do motor• Participação no processo de vedação entre a câmara de combustão e o cárter, através do preenchimento da folga entre anéis e camisa.• Proteção dos componentes do motor contra a corrosão

Principais Fontes de Atrito:

• Contato entre pistão e camisa• Mancais da árvore de manivelas e árvore comando de válvulas• Sistema de acionamento de válvulas

⇒ VISCOSIDADE de um fluido

13. Lubrificação

Prof. Celso ArgachoyViscosidade

Define-se uma força (F) por unidade de área (A), necessária para produzir um gradiente de velocidade(V) unitário no fluido. Observou-se, em avaliações experimentais com duas superfícies paralelasseparadas por uma camada de fluido, que esta força F necessária para manter uma delas à umavelocidade V, será diretamente proporcional a velocidade e a área, e inversamente proporcional àespessura da película (h). O quociente V/h é o gradiente de velocidade. Desta forma:

O coeficiente de proporcionalidade µ da expressão anterior é denominado Viscosidade Dinâmica (µ )ou ainda Viscosidade Absoluta do lubrificante. Qualitativamente, é a menor ou maior facilidade dofluido escoar. É uma característica inerente a cada lubrificante, que varia de forma inversamenteproporcional a sua temperatura. A viscosidade dinâmica é medida em Poise (P). Onde 1 P = 0,1 Pa . s(Pascal-segundo) ou 1 cP (centipoise) = 1 mPa.s

É definida também a Viscosidade Cinemática (v) que é a relação entre a viscosidade dinâmica e amassa específica do lubrificante. A viscosidade cinemática é medida Stokes (St). Onde 1 St = 1E-04m²/s = 1 cm²/s ou 1 cSt (centistokes) = 1 mm²/s. Desta forma:

hVAF ..µ=

ρµ

=v

13. Lubrificação


• Contato entre Pistão e Camisa

Para o caso prático no qual a espessura dofilme de óleo (h) é muito menor que aespessura do anel, a equação de Navier-Stokespara o movimento do filme de óleo ficareduzida a equação de Reynolds da forma:

th

xhU

xph

x ∂∂

+∂∂

=

∂∂

∂∂ ..12...63 µµ

Onde: h = Espessura do filme de óleo µ = Viscosidade do óleo U = Velocidade relativa entre as superfícies t = Tempo

A figura mostra um esquema da distribuição dapressão no contato de um anel de compressão duranteo ciclo de trabalho (ou expansão). O perfil de pressãono filme de óleo é mostrado pela área hachurada.

13. Lubrificação


• Mancais da árvore de manivelas e árvore comando de válvulas

Petroff abordou o estudo do atrito desenvolvido em um mancal lubrificado, supondo que os eixosgeométricos do munhão e do mancal se confundem para qualquer rotação. Na verdade, isto só ocorreem uma velocidade infinita.

⇒

Desta forma, fazendo C = h, podemos escrever:

2intDDhC ext −==

13. Lubrificação


A velocidade periférica de uma árvore de diâmetro D é dada por:

nDV ..π=

A área da superfície lateral da árvore de comprimento L é:

LDA ..π=

Desta forma, lembrando a expressão já definida para a força de cisalhamento (F):

O torque exercido sobre o lubrificante pelo eixo é:

CDnLTDFRFT

22..

32 µπ=⇒==

CDnL

CnDLDF

hVAF

22

...... µππµπµ ==⇒=

13. Lubrificação


A potência consumida pelo atrito lubrificado em uma árvore de manivelas de K mancais de biela e(K + 1) mancais de apoio (identificados pelo índice 1), será:

Se a carga normal sobre o mancal de área projetada A1 for Fn , a pressão exercida será:

( ) nTTN ..2.1 π+=

nKCDnLK

CDnLN π

µπµπ 2.)1(.2

.2 1

311

232

++=

( )

++=

1

131

323 1

CKLD

CKLDnN µπ

DLF

AFp nn

.1

==

Pela definição de força de atrito, pode-se definir o coeficiente de atrito f:

CDnLfFFfF

FFf nnn

22 µπ=⇒=⇒=

13. Lubrificação

Prof. Celso ArgachoyFazendo as substituições temos:

Multiplicando ambos os termos por D/C, fica:

Ou, em função do raio da árvore:

CpDnf

DLpCDnLf µπµπ 222 1. =⇒=

=

22 .

CD

pn

CDf µ

π

=

22 .2

CR

pn

CRf µ

π

Nesta expressão pode-se destacar o adimensional denominado de número de Sommerfeld (S):

2

.

=CR

pnS µ

13. Lubrificação


Pode-se traçar um diagramacom o número deSommerfeld:

• O comportamento linear adireita do ponto St, indica quea película de lubrificação estáformada, e assim não hácontato entre os elementoscom movimentos relativos. Aesquerda deste ponto, apelícula é parcial e indica oinício do contato metálico.Este ponto pode ser chamadode ponto de transição.

13. Lubrificação


• Sistema de acionamento de válvulas

As cargas que agem no sistema de acionamento de válvulas, em baixas rotações, são provenientesprincipalmente das forças das molas. Por outro lado, em elevadas rotações, os esforços sãodominados pelas forças inerciais devido a massa dos componentes.

Os esforços de atrito do sistema deacionamento de válvulas podem ser divididosem algumas regiões críticas de contato:

• Mancais da árvore comando de válvula• Sistema de articulação dos balancins• Interface do sistema came-seguidor

Na figura são indicados as principais soluçõesconstrutivas para redução do atrito no sistemade acionamento de válvulas, com destaquepara o sistema de seguidores com roletes, quepode conferir reduções da ordem de 50%.

13. Lubrificação


a) Índice de Viscosidade para óleos de motores (IV):

É um valor empírico, apresentado pelaSAE, que estabelece uma relação entre avariação da viscosidade do óleo com atemperatura e as variações deviscosidade de 2 óleos de referência: Umrelativamente sensível a mudança detemperatura (IV = 0), e outrorelativamente insensível (IV = 100).O índice de viscosidade pode serdeterminado a partir de tabelasnormalizadas (ASTM DS 39 B).

O IV de um óleo é melhorado através daadição de polímeros de elevado pesomolecular, como os polímeros de butanoe os ésteres de ácido metanílico.

13.2. Propriedades dos óleos lubrificantes:

−−

=HLHUIV .100

13. Lubrificação


• Os graus SAE que apresentam o sufixo W (“Winter”) são especificados para o uso em baixastemperaturas tem viscosidade mais baixa em baixas temperaturas, o que facilita a partida e acirculação durante o período de aquecimento.

• Os óleos multiviscosos (ou “multigrade”), como por exemplo o 10W40, tem o comportamento deum óleo 10W em baixas temperaturas e em altas temperaturas o comportamento de um óleo 40, commaior viscosidade e menos sensibilidade a temperatura.

13. Lubrificação


13. Lubrificação


b) Ponto de Fluidez

É a temperatura abaixo da qual o óleo torna-se gelatinoso. Pelo refino é possível diminuir este valor.No processo de refino a temperatura do óleo é reduzida abaixo do ponto de fluidez e é filtrado sobpressão. Também são usados aditivos como os polímeros de metacrilato para melhorar a fluidez. Osóleos parafínicos necessitam de maiores cuidados em baixas temperaturas.

c) Oleosidade

É a capacidade do lubrificante aderir a superfície metálica em um processo de adsorção. Não há umaescala para avaliar esta característica, que está relacionada com moléculas grandes que aderem àssuperfícies metálicas.

d) Corrosão

Além de não ser corrosivo, o lubrificante deve oferecer proteção contra a corrosão. Quando nãocontaminados os lubrificantes minerais não são corrosivos. Entretanto os óleos se oxidam com otempo, formando ácidos orgânicos muito corrosivos para o chumbo e suas ligas, mas poucocorrosivos para ligas de ferro e para o cobre.

13. Lubrificação

Prof. Celso Argachoye) Emulsão

Diz-se que um óleo forma emulsão com um gás ou vapor quando pequenas bolhas de desse gás ficampresas no óleo, formando espuma, o que facilita a oxidação e reduz a quantidade efetiva de óleo nofilme desenvolvido nos mancais.

f) Detergência

Um óleo é detergente quando é capaz de dissolver os depósitos que se formarem. O refino do óleo pormeio de solventes reduz sua detergência, que pode ser reconstituída ou incrementada através deaditivos.

g) Densidade

A massa específica é determinada pelo ensaio padrão da ASTM número D-287-55 na temperatura de15,5 °C. Outra escala de densidade muito utilizada é a API (Americam Petroleum Institute), na qual adensidade é expressa em graus API. Nesta escala, a densidade da água (1 kg/dm³) corresponde a 10°API, e os fluídos menos densos a números maiores. O cálculo é feito a partir da expressão:

[ ] 5,131/5,15

5,1413 −=

dmkgCadensidadeAPIdensidade o

13. Lubrificação


h) Estabilidade

Representa a capacidade do lubrificante de resistir a sua própria oxidação, evitando assim a formaçãode ácidos, vernizes e sedimentos.

i) TBN (Total Base Number ou Reserva Alcalina)

É a quantidade de ácido, expressa em mg de hidróxido de potássio (KOH), necessária para neutralizaros constituintes básicos presentes em um grama de óleo. A representação dimensional é mg KOH/g. Éuma medida do potencial alcalino do lubrificante para neutralizar os ácidos provenientes dacombustão.

j) TAN (Total Acid Number)

É a quantidade de hidróxido de potássio (KOH) necessária para neutralizar os componentes ácidospresentes em um grama de óleo. Um TAN elevado representa uma elevada contaminação do óleopelos produtos da combustão e da oxidação do óleo.

13. Lubrificação


13. Lubrificação


Classificação APIpara motores Otto:

13. Lubrificação


Classificação APIpara motores Diesel:

13. Lubrificação


13.4. Sistemas de Lubrificação

1. Válvula de controle de pressão2. Filtro de óleo3. Bomba de óleo de engrenagens4. Canal entre o mancal da árvore de manivelas e o mancal de biela5. Peneira de sucção6. Linha principal de óleo para os mancais da árvore de manivelas7. Fluxo de retorno do cabeçote para o bloco do motor8. Canais para os mancais da árvore de comando de válvulas

13. Lubrificação

Prof. Celso ArgachoySistemas de Lubrificação:

13. Lubrificação

Prof. Celso Argachoy• Avaliação de durabilidade com isótopos radioativos

13. Lubrificação

Prof. Celso Argachoy• Sistemas Fechados de Ventilação do Bloco do Motor:

Fibras ouPalha de Aço

Separador por Difusão

aaaSeparador Centrífugoou por Placas

aSeparador porLabirinto

Separdor Centrífugo(Cyclone)

Deposição Inercialou

Por chicanas

Precipitação Eletrostátoca

Separador Eletrostático

Métodos para Separação do Vapor de Óleo

Lubrificacao

Documents

Transcript of Lubrificacao