Relatório de Conclusão de Estágio Ingra Pinto Martins Leal FINAL
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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO RIO DE
JANEIRO
Campus Duque de Caxias
Relatório Técnico de Estágio
Nome: Ingra Pinto Martins Leal
Curso: Técnico em Petróleo e Gás
Conclusão do curso: 2013/2
Data do Seminário:
Duque de Caxias
2014
ii
Empresa: Ingrax- Indústria e Comércio de Graxas S/A
Endereço: Rodovia Washington Luiz
Nº: 20270
Bairro: Santo Antônio Serra Cidade: Duque de Caxias
CEP: 2525-1745 UF: RJ
Setor da empresa: Lubrificação
Responsável da Empresa pelo estágio: Ely Frabricio Simões
Cargo: Gerente Industrial
Professor Orientador no IFRJ: Sandro José Baptista (D.Sc.)
Matrícula: 1806937
iii
Sumário
1. Petróleo ......................................................................................................................... 1
1.1 Origem do Petróleo ................................................................................................... 1
1.2 Composição Química do Petróleo.........................................................................................1
2. Óleos Básicos.............................................................................................................................2
2.1 Descrição..................................................................................................................................2
2.2 Processo de Produção de Óleos Básicos..................................................................................2
2.3 Propriedades dos Grupos de Básicos........................................................................................3
3. Aditivos......................................................................................................................................4
3.1. Anticorrosivos.........................................................................................................................4
3.2. Antidesgastante........................................................................................................................4
3.3.Antiespessante..........................................................................................................................4
3.4. Detergente................................................................................................................................4
3.5.Antioxidante.............................................................................................................................4
3.6.Dispersante...............................................................................................................................5
3.7.Extrema Pressão.......................................................................................................................5
3.8. Melhoradores de Índice de Viscosidade..................................................................................5
3.9. Rebaixadores do Ponto de Fluidez..........................................................................................5
3.10. Outros Aditivos.....................................................................................................................5
4. Lubrificantes...............................................................................................................................5
4.1. Produção de Lubrificantes.......................................................................................................5
4.2. Propriedades dos Óleos Lubrificantes.....................................................................................6
4.2.1 Viscosidade............................................................................................................................6
4.2.2. Índice de Viscosidade...........................................................................................................7
4.2.3. Ponto de Fluidez...................................................................................................................7
4.2.4. Ponto de Fulgor....................................................................................................................7
4.2.5. Cor........................................................................................................................................7
iv
4.2.6. Densidade.............................................................................................................................8
4.2.7. Análise
Espectrofotométrica........................................................................................................................9
5. Sistemas de Classificação de Viscosidade...............................................................................10
5.1. Sistema de Classificação da Viscosidade SAE J300 para Óleos de Motor...........................10
5.2 Sistema de Classificação de Viscosidade SAE J306 para Óleos de Transmissão Manual e
Diferencial....................................................................................................................................12
5.3. Sistema de Classificação de Viscosidade ISSO para Óleos Industriais................................13
5.4 Sistema de Classificação de Viscosidade AGMA para Óleos Industriais..............................14
6. Classificações de Desempenho.................................................................................................15
6.1. Classificações Americanas....................................................................................................15
6.1.1 Classificação API para Óleos de Motores e Gasolina.........................................................15
6.1.2 Programa de Certificação da API.......................................................................................16
7. Graxas.......................................................................................................................................16
7.1.Definição................................................................................................................................16
7.2.Aplicação de Graxas...............................................................................................................16
7.3 Fabricação...............................................................................................................................17
7.4.Tipos de Graxas......................................................................................................................18
7.4.1 Tabela de Compatibilidade de Graxas.................................................................................20
7.5. Propriedades..........................................................................................................................20
7.5.1 Consistência.........................................................................................................................20
7.5.2 Ponto de Gota......................................................................................................................21
7.6. Classificação das Graxas.......................................................................................................22
7.6.1. Sistema de Classificação de Graxas NLGI.........................................................................22
8. Rotina de Análise.....................................................................................................................23
8.1.Óleos Básicos.........................................................................................................................23
8.1.1.Cor.......................................................................................................................................23
8.1.2. Densidade...........................................................................................................................24
8.1.3. Viscosidade Cinemática.....................................................................................................24
v
8.1.4. Presença de Água...............................................................................................................25
8.2. Lubrificantes..........................................................................................................................25
8.2.1. Cor......................................................................................................................................25
8.2.2. Densidade ..........................................................................................................................25
8.2.3. Viscosidade.........................................................................................................................26
8.2.4. Índice de Viscosidade.........................................................................................................26
8.2.5. Absorção Atômica..............................................................................................................26
8.3. Graxas Lubrificantes.............................................................................................................27
8.3.1. Consistência........................................................................................................................27
Conclusão........................................................................................................................28
Referências Bibliográficas...............................................................................................29
vi
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Classificação dos derivados do petróleo quanto ao número de carbonos
...........................................................................................................................................1
Figura 2: Óleos básicos obtidos após o processamento e tratamento do petróleo...........2
Figura 3: Processos de obtenção dos diferentes grupos de básicos..................................3
Figura 4: Esquema simplificado da produção de óleos lubrificantes ..............................6
Figura 5: Tubo de viscosidade cinemática.......................................................................7
Figura 6: Padrão de cores.................................................................................................8
Figura 7: Espectrofotômetro de absorção atômica.........................................................10
Figura 8: Gráfico comparativo entre óleos monograus e multigraus.............................12
Figura 9: Classificação API para óleos de motores e gasolina......................................15
Figura 10: Certificação da API.......................................................................................16
Figura 11: Fluxograma de fabricação de uma graxa......................................................17
Figura 12: Compatibilidade de graxas...........................................................................20
Figura 13: Penetrômetro.................................................................................................20
Figura 14: Ponto de gota................................................................................................21
vii
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Classificação dos básicos quanto ao teor de enxofre , percentual de saturados
e índice de viscosidade .....................................................................................................4
Tabela 2: Classificação de viscosidade para óleos de motor..........................................11
Tabela 3: Classificação de viscosidade para óleos de caixa de mudanças e
diferenciais.......................................................................................................................13
Tabela 4: Sistema de classificação ISO para óleos industriais.....................................14
Tabela 5: Graxas à base de sabão metálico simples.......................................................19
Tabela 6: Graxas à base de sabão metálico complexo...................................................19
Tabela 7: Graxas sem sabão metálico............................................................................19
Tabela 8: Classificação NLGI -27..................................................................................21
Tabela 9: Classificação das graxas conforme a norma ASTM-4950.............................22
viii
RESUMO
O presente relatório visa a descrição das atividades realizadas durante 7 meses de
Estágio Curricular Supervisionado do Curso Técnico em Petróleo e Gás, ministrado
pelo Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do rio de Janeiro (IFRJ –
Campus Duque de Caxias), na empresa Indústria Nacional de Graxas S/A, no setor de
controle de qualidade. O trabalho se inicia com uma fundamentação teórica sobre a
origem do petróleo, e segue com a descrição das etapas de produção do lubrificante e as
analises realizadas no mesmo para a atestação de qualidade do produto final. Esse
documento tem como escopo expor como as noções de processamento de petróleo
adquiridas no curso foram consolidadas e aprofundadas durante o período de estágio,
bem como todo o conhecimento químico do curso.
1
1. Petróleo
1.1 Origem do Petróleo
Pela origem orgânica, o petróleo, tal como é encontrado hoje na natureza,
resultou da matéria orgânica depositada em conjunto com partículas rochosas durante a
formação das rochas sedimentares milhões de anos atrás.
1.2 Composição Química do Petróleo
O petróleo é constituído quase inteiramente por carbono e hidrogênio em várias
combinações químicas (hidrocarbonetos). Dependendo dos tipos de hidrocarbonetos
predominantes em sua composição, o petróleo pode ser classificado em base parafínica
e base naftênica. No caso de não haver predominância de um tipo de composto sobre o
outro, o petróleo é classificado como base mista.
Certas características físico-químicas do petróleo, tais como, fluidez, cor e odor,
podem variar em função de sua composição e do local extraído.
A Figura 1 classifica os derivados de petróleo, de acordo com o número de
carbonos.
Figura 1: Classificação dos derivados do petróleo quanto ao número de carbonos.
Fonte: Apostila de treinamento da Ingrax- Indústria e Comércio de Graxas S/A
2
2. ÓLEOS BÁSICOS
2.1. Descrição
Nas refinarias, o petróleo é processado e uma grande quantidade de subproduto é
obtida. Algumas refinarias possuem unidades especiais para tratamento e processamento
destes subprodutos que depois de tratados serão denominados “óleos básicos”.
Os óleos básicos são matéria-prima principal para a produção dos diversos tipos
de lubrificantes.
Os básicos obtidos são classificados conforme a Tabela 1:
Tabela 1: Óleos básicos obtidos após o processamento e tratamento do petróleo
Fonte: Apostila de treinamento da Ingrax- Indústria e Comércio de Graxas S/A
3
2.2.Processo de produção de óleos básicos
O tratamento dos básicos esta em constante evolução, com o objetivo de melhorar
suas propriedades e diferenciar os mesmos comercialmente.
Na Figura 2, uma visão simplificada de como os diferentes grupos de básicos são
obtidos e quais são os processos que afetam diretamente as suas propriedades físico-
químicas finais.
Figura 2: Processos de obtenção dos diferentes grupos de básicos
Fonte: Apostila de treinamento da Ingrax- Indústria e Comércio de Graxas S/A
2.3.Propriedades dos grupos de básicos
Para permitir que os diferentes grupos de básicos possam ser comparáveis
comercialmente e substituíveis no processo de produção de lubrificantes, os óleos
básicos foram classificados em grupos que levam em consideração as propriedades
abaixo:
Índice de Viscosidade (I.V.)
Percentual de Saturados
Teor de Enxofre
4
Os básicos de melhor qualidade também possuem melhores características de
Ponto de Fluidez, Resistência à Oxidação e Volatilidade.
Na Tabela 2 é apresentada a classificação dos básicos quanto ao teor de enxofre,
ao percentual de saturados e ao índice de viscosidade.
Tabela 2: Classificação dos básicos quanto ao teor de enxofre, ao percentual de
saturados e ao índice de viscosidade.
3. Aditivos
Os aditivos são compostos químicos que melhoram ou atribuem propriedades aos
óleos básicos que serão usados na fabricação de lubrificantes e graxas.
Esses aditivos químicos têm diferentes funções e normalmente pertencem a uma
das categorias descritas abaixo.
3.1. Anticorrosivos
Estes aditivos protegem as superfícies metálicas lubrificadas do ataque químico
pela água ou outros contaminantes.
3.2. Antidesgaste
Estes aditivos formam um filme protetor nas superfícies metálicas, evitando o
rompimento da película lubrificante, quando o óleo é submetido a cargas elevadas. A
formação deste filme ocorre a temperaturas pontuais de até 300°C.
3.3. Antiespumantes
Tem a propriedade de fazer com que esta espuma formada na circulação normal
do óleo se desfaça o mais rápido possível.
3.4. Antioxidante
Tem a propriedade de aumentar à resistência a oxidação do óleo. Retardam a
reação com o oxigênio presente no ar, evitando a formação de ácidos e borras e,
5
consequentemente, prolongando a vida útil do óleo. Evitando a oxidação, minimizam o
aumento da viscosidade e o espessamento do óleo.
3.5. Detergentes
Tem a propriedade de manter limpas as partes do motor. Também tem basicidade
para neutralizar os ácidos formados durante a combustão.
3.6. Dispersantes
Tem a propriedade de impedir a formação de depósitos de produtos de combustão
(fuligem) e oxidação (borra) nas superfícies metálicas de um motor, mantendo esses
produtos indesejáveis em suspensão de modo que sejam facilmente retidos nos filtros ou
removidos quando houver troca de óleo.
3.7. Extrema Pressão
Esses aditivos reagem com o metal das superfícies sob pressão superficial muito
elevada, formando um comporto químico que reduz o atrito entre as peças. Minimizam
o contato direto entre as partes, evitando o rompimento da película lubrificante, quando
o óleo é submetido a cargas elevadas. Esta reação se da a temperaturas pontuais
elevadas (cerca de 500°C). Estes aditivos são comumente utilizados em lubrificantes de
engrenagens automotivas e indústrias e também em graxas.
3.8. Melhoradores do Índice de Viscosidade
Tem a função de reduzir a tendência dos óleos lubrificantes variarem a sua
viscosidade com a variação da temperatura.
3.9. Rebaixadores do Ponto de Fluidez
Melhoram a fluidez dos óleos quando submetidos a baixas temperaturas, evitando
a formação de cristais que restringem o fluxo dos mesmos.
3.10. Outros Aditivos
Além destes tipos de aditivos, existem vários outros de uso corrente, tais como,
corantes, agentes de adesividade , etc.
6
4. Lubrificantes
4.1. Produção de Lubrificantes
Os óleos lubrificantes apresentam certas características próprias que lhes são
conferidas pela sua composição química (resultante do petróleo bruto), pelo tipo de
refino, pelos tratamentos adicionais realizados e pelos aditivos utilizados.
Na Figura 3 é apresentado um esquema simplificado da produção de óleos
lubrificantes.
Figura 3: Esquema simplificado da produção de óleos lubrificantes
Fonte: Apostila de treinamento da Ingrax- Indústria e Comércio de Graxas S/A
4.2. Propriedades dos óleos lubrificantes
4.2.1. Viscosidade
A viscosidade é a resistência a um movimento (fluxo) que um fluido apresenta a uma
determinada temperatura.
O método de medição mais empregado atualmente é o de viscosidade cinemática. Neste
método, é medido o tempo que um volume de liquido gasta para fluir (sob a ação da
gravidade) entre dois pontos de um tubo de vidro capilar calibrado. A unidade da
viscosidade cinemática é expressa em centistokes (cSt) ou em mm2/s , conforme o
sistema métrico internacional.
7
A viscosidade é uma das propriedades mais importantes a serem consideradas na
seleção de um lubrificante, pois este deve ser suficientemente viscoso para manter uma
película protetora entre as peças em movimento rotativo, e também não ser tão viscoso
que ofereça resistência excessiva ao movimento entre as peças. A Figura 4 apresenta
uma representação da leitura do tubo de viscosidade cinemática.
Figura 4: Tubo de viscosidade cinemática
Fonte: Apostila de treinamento da Ingrax- Indústria e Comércio de Graxas S/A
4.2.2. Índice de Viscosidade
É o numero empírico que expressa a taxa de variação da viscosidade com a
variação da temperatura. Quanto mais alto o IV de um óleo lubrificante, menor é a
variação da sua viscosidade ao se variar a temperatura. De um modo geral, os óleos
parafínicos possuem um IV maior que os óleos naftênicos.
8
4.2.3. Ponto de Fluidez
É a menor temperatura em que um óleo fui livremente, sob condições
preestabelecidas de ensaio. Esta característica é bastante variável, e depende de diversos
fatores como: origem do óleo cru, tipo de óleo e processo de fabricação.
4.2.4. Ponto de Fulgor
É a menor temperatura na qual o óleo desprende vapores que, em presença do ar,
provocam um lampejo ao aproximar-se de uma pequena chama da superfície do óleo.
Este ensaio permite estabelecer a máxima temperatura de utilização de um produto,
evitando riscos de incêndio e/ou explosão.
4.2.5. Cor
Dentre vários métodos empregados para a determinação de cor, o mais usual é o
AST – 1500. Neste método, uma amostra liquida é coloca no recipiente de teste e,
utilizando uma fonte de luz, esta amostra é comparada com discos de vidro colorido,
que variam em valor de 0,5 a 8,0. Quando não é encontrada uma equivalência exata e a
cor da amostra fica entre duas cores padrão, relata-se a mais alta. Assim, um óleo que
tenha a cor entre 2,5 e 3,0 será reportado L3,0.
A cor dos óleos não tem relação direta com as características lubrificantes nem
com a viscosidade, um óleo mais claro não é necessariamente mais viscoso.
Qual a importância da cor em um lubrificante?
1) Identificação de vazamento. Por essa razão, muitas vezes são adicionados
corantes nos óleos para facilitar a identificação dos mesmos.
2) Atrativo comercial. Óleos mais claros ou coloridos artificialmente podem dar
uma idéia de produtos de maior qualidade.
3) Facilitar a visualização das peças.
4) Não interferir na cor do produto final quando o óleo fizer parte da composição
do mesmo.
A Figura 5 apresenta apenas uma referência para uso didático, não pode ser
utilizada como padrão de cores.
9
Figura 5: Padrão de cores
Fonte: Apostila de treinamento da Ingrax- Indústria e Comércio de Graxas S/A
4.2.6. Densidade
É a relação entre a massa específica do óleo medido a uma determinada
temperatura e a massa específica de água destilada. A maior parte de produtos líquidos
de petróleo são manipulados e vendidos por volume, porém , em alguns casos, é
necessário conhecer o peso do produto. Conhecendo-se a densidade, é possível
converter volume para massa e vice-versa.
4.2.7. Análise Espectrofotomética
A análise espectrográfica dos óleos lubrificantes, realizadas nos aparelhos de
emissão espectrográfica ou no especfotômetro de absorção atômica (Figura 6), fornece
resultados rápidos e precisos dos contaminantes inorgânicos presentes nas amostras
testadas. Além dos elementos contidos nos aditivos do óleo, outros metais como o ferro,
cromo, cobre, chumbo, alumínio e silício, são de especial interesse para se avaliar,
problemas na lubrificação das partes móveis do motor, que ocasionam o desgaste de
determinadas peças, ou problemas provenientes do mau funcionamento do sistema de
filtragem de ar. Os valores obtidos de cada elemento nos testes permitem corrigir
operações inadequadas do equipamento, ou ainda dados significativos para se elaborar
um plano de manutenção preventiva.
10
Figura 6: Espectrofotômetro de Absorção Atômica
Fonte: Apostila de treinamento da Ingrax- Indústria e Comércio de Graxas S/A
A interpretação dos resultados obtidos deve ser feita por técnicos capacitados, que
tenham conhecimento do tipo de óleo analisado e de sua origem, além dos dados de
operação do equipamento, para poderem avaliar corretamente o significado relativo de
cada elemento contido na amostra analisada. A determinação dos metais e outros
elementos produzidos por desgaste e sua concentração, é a consideração principal neste
tipo de análise.
Desses materiais, o ferro e o silício são os que estão mais associados com o
desgaste mecânico. O ferro está relacionado com o desgaste abrasivo e corrosivo sofrido
pelas partes constituídas deste material, como camisas de cilindros, árvore de comando
de válvulas e sedes de válvulas. O silício provém geralmente da sujeira e do pó abrasivo
(poeira) devido à má filtragem ou entrada falsa de ar no sistema de admissão. O cromo
indica desgaste dos anéis de segmento. O alumínio indica desgaste nos pistões e o cobre
está associado com o desgaste ou corrosão dos casquilhos de mancais (bronzinas).
Alguns fabricantes de motores estabelecem limites da presença de partículas de desgaste
metálico, baseados nas experiências em serviço obtidas em muitos anos de observação e
controles. Mesmo assim, a melhor forma de abordar este problema é através da
experiência e análise com cada tipo de veículo, a fim de se determinar os valores
críticos para estes metais de desgaste.
11
5. Sistemas de Classificação de Viscosidade
Existem várias classificações de viscosidade para óleos lubrificantes. Para
escolher o óleo adequado, o usuário deve levar em consideração a viscosidade correta
do óleo para cada aplicação.
5.1. Sistema de Classificação da Viscosidade SAE J300 para Óleos de Motor.
A SAE desenvolveu a Classificação de Viscosidade SAE J300, que tem sido
modificada com o passar dos anos e estabelece 11 diferentes graus de viscosidade do
óleo de motor, conforme a Tabela 3.
Tabela 3: Classificação de Viscosidade para Óleos de Motor
12
O desenvolvimento dos aditivos melhoradores do Índice de Viscosidade
possibilitou a fabricação dos óleos de múltipla graduação. Esses óleos também
chamados de multiviscosos ou multigraus, como o SAE 5W-30 e SAE 15W-40, são
largamente usados porque são fluidos o bastante em baixas temperaturas, para permitir
uma partida mais fácil do motor, e suficientemente espessos a altas temperaturas, para
terem um desempenho satisfatório.
Na Figura 7, pode-se observar o comportamento da viscosidade de um óleo
multigrau comparado com óleos monograus.
Figura 7: Gráfico comparativo entre óleos monograus e multigraus
Fonte: Apostila de treinamento da Ingrax- Indústria e Comércio de Graxas S/A
Com a ajuda da Figura 7, torna-se simples concluir porque o motor trabalha
melhor com um óleo multigrau do que um monograu.
A viscosidade em baixa temperatura (por exemplo, 5W ou 10W) indica a
rapidez com que o motor fará a partida no inverno e a facilidade com que o
óleo fluirá para lubrificar as peças criticas do motor em baixa temperatura.
Quanto mais baixo for o número, mais facilmente o motor poderá fazer a
partida no tempo frio.
A viscosidade em alta temperatura (por exemplo, 30 ou 40) proporciona a
formação de película adequada para uma boa lubrificação em temperaturas
operacionais (motor quente).
13
5.2. Sistema de Classificação de Viscosidade SAE J306 para Óleos de Transmissão
Manual e Diferencial.
A SAE também desenvolveu uma Classificação de Viscosidade para Óleos de
Diferencial e de Transmissão Manual SAE J306, que tem sido modificada com o passar
dos anos. Atualmente, estabelece nove diferentes graus de viscosidade do óleo de
diferencial. Na Tabela 4 é apresentada a classificação de viscosidade para óleos de caixa
de mudanças e diferenciais
Tabela 4: Classificação de viscosidade para óleos de caixa de mudanças e diferenciais.
Este sistema tem função análoga ao sistema para óleos de motor. Aqui também o
sufixo “W” indica graus de viscosidade destinados a uso em baixas temperaturas
ambiente (locais de clima muito frio).
14
A medida de viscosidade para baixa temperatura de engrenagens é feita através do
ensaio de viscosidade dinâmica Brookfield porque representa melhor as propriedades de
fluidez dos óleos de engrenagens (do que ensaios de ponto de fluidez, por exemplo).
Estudos comprovam a excelente correlação entre a temperatura em que ocorre a
lubrificação de um eixo automotivo na partida em baixa temperatura e falhas por
lubrificação inadequada em óleos acima de 150.000 cP.
5.3. Sistema de Classificação de Viscosidade ISO para Óleos Industriais.
O sistema de classificação ISO é mais simples e leva em consideração apenas a
viscosidade do produto a 40ºC, como apresentado na Tabela 5.
Tabela 5: Sistema de Classificação ISO para Óleos Industriais.
15
5.4. Sistema de Classificação de Viscosidade AGMA para Óleos Industriais.
O sistema de classificação AGMA classifica os lubrificantes para engrenagens
abertas ou fechadas, levando em consideração não só a viscosidade dos óleos, mas
também a aditivação dos produtos.
A AGMA classifica os óleos como:
R&O (inibidores de ferrugem e corrosão).
EP (Antidesgaste / Extrema Pressão).
CP (Óleos compostos - com 3 a 10% de gordura mineral ou sintética –
frequentemente empregados em engrenagens do tipo coroa / sem-fim).
R (residuais - freqüentemente empregados em engrenagens abertas).
S (sintéticos).
6. Classificações de Desempenho
Os fabricantes de equipamentos e a indústria petrolífera vêm desenvolvendo
várias maneiras de classificar e descrever os lubrificantes, tentando atender as evoluções
dos equipamentos, as condições operacionais, qualidade e tipos de combustíveis
empregados e, mais recentemente, legislações ambientais (atuais e futuras),
principalmente relativas a emissões.
Na área automotiva, as classificações são:
Por tipo de ciclo de motor: Otto (gasolina, álcool, gás natural) e diesel.
Por tipo de veiculo: leve (automóveis, pick-ups e utilitários) e pesados
(caminhões, ônibus e equipamentos pesados).
Por evoluções de funcionamento: 2 tempos e 4 tempos.
Por área geográfica: americanas, europeias e asiáticas.
16
6.1. Classificações Americanas
6.1.1. Classificação API para óleos de motores e gasolina
A letra “S” seguida de outra letra (por exemplo, SL) refere-se para óleo adequado
para motores a gasolina. Segundo a API, “S” é uma categoria para serviço de uso
pessoal (service). A segunda letra é atribuída alfabeticamente na ordem de
desenvolvimento. A Figura 8 apresenta a evolução da classificação API para óleos de
motores e gasolina.
Figura 8: Classificação API para óleos de motores e gasolina
Fonte: Apostila de treinamento da Ingrax- Indústria e Comércio de Graxas S/A
6.1.2. Programa de Certificação da API
O programa de certificação da API define, certifica e monitora o desempenho do
óleo de motor que os fabricantes de veículos e motores consideram necessário para a
vida e desempenho satisfatórios do equipamento. O sistema possui um processo de
auditoria anual para verificar se os produtos licenciados no mercado cumprem os termos
de acordo de licenciamento da API (Figura 9).
17
Figura 9: Certificação da API.
Fonte: Apostila de treinamento da Ingrax- Indústria e Comércio de Graxas S/A
7. Graxas Lubrificantes
7.1. Definição
Uma graxa lubrificante pode ser definida como um material sólido a semissólido,
constituindo de um agente espessante (sabão metálico) disperso num lubrificante
liquido (óleo). O lubrificante líquido, que em geral compõe 70 a 95% em massa da
graxa acabada, proporciona a lubrificação propriamente dita, enquanto o espessante
oferece uma consistência semelhante ao gel para manter o lubrificante liquido no lugar.
Muitas vezes, acrescentam-se aditivos para intensificar certas propriedades da graxa.
Devido a sua consistência semelhante ao gel, preferem-se as graxas em lugar dos óleos
em aplicações onde ocorreria um vazamento de óleo, onde a ação de vedação natural da
graxa é necessária ou onde é requerida a espessura extra da película da graxa. Em geral,
quase todas as graxas amolecem em serviço, porem recuperam sua consistência original
quando deixadas em repouso.
18
7.2. Aplicação de Graxa
As graxas podem ser aplicadas onde:
o óleo não pode ser contido ou vaza com facilidade;
existem dificuldades e condições inseguras para realizar a relubrificação;
o lubrificante deve ter também a função de vedar;
o projeto da maquina especifica a utilização de graxa;
o tempo de relubrificação for reduzido;
se quer reduzir a frequência de lubrificação;
existem equipamentos com lubrificação intermitente;
é importante a redução de ruídos;
existem condições extremas de altas temperaturas, altas pressões, cargas de
choque e baixas velocidades com cargas elevadas.
7.3. Fabricação
A graxa é fabricada formando-se o sabão em presença de óleo. São três os processos
para fabricar graxa (Figura 10):
Processo de Tacho – Por tradição, a fabricação de graxas tem sido feita na
forma de um processo de bateladas realizado em grandes tachos. As capacidades
destes tachos variam de 4500 kg a 22600 kg.
Processo Contactor – Este processo é muito parecido com o de tacho, com a
vantagem de reduzir enormemente o tempo de fabricação de graxas.
Processo Contínuo – Este processo nasceu em meados dos anos 60, é compacto
e versátil, oferecendo vantagens sobre o processo de bateladas, como sua
homogeneidade e estabilidade de cisalhamento (é patente da TEXACO).
19
Figura 10: Fluxograma de fabricação de uma graxa.
Fonte: Apostila de treinamento da Ingrax- Indústria e Comércio de Graxas S/A
7.4. Tipos de Graxas
As graxas são diferenciadas quanto à natureza do espessante. Existe uma grande
variedade de espessantes, dentre os quais, destacam-se sabões metálicos, argilas
tratadas, polímeros de uréia e outros, sendo que cerca de 90% dos casos os espessantes
empregados são sabões metálicos.
Quanto à natureza do sabão metálico, as graxas classificam-se da seguinte forma:
• Graxas à base de sabão de Cálcio – bastante aderentes, são indicadas para uso em
peças que trabalham em contato com água. Não são indicadas para utilização em
temperaturas superiores a 800°C.
• Graxas à base de sabão de Sódio – recomendadas para mancais planos e rolamentos
que trabalham a altas velocidades e temperaturas elevadas (até 1200°C) e,
ocasionalmente, em engrenagens. É desaconselhável o seu uso em presença de umidade,
pois o sabão é solúvel em água.
• Graxas à base de sabão de Alumínio – são indicadas para uso onde o principal
requisito seja a característica de aderência da graxa, proporcionando boa proteção contra
a ferrugem e resistência à lavagem por água. Não resiste a temperaturas elevadas.
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• Graxas a base de sabão de Lítio – são bastante aderentes e relativamente insolúveis
em água, substituindo, em aplicações convencionais, muito bem as graxas de cálcio e
sódio, sendo, portanto, de aplicações múltiplas. Possuem grande estabilidade mecânica
e alto ponto de gota, sendo de fácil aplicação por meio de pistolas e sistemas
centralizados de lubrificação.
Na Tabela 6 são apresentadas as principais aplicações das graxas à base de sabão
metálico simples.
Tabela 6: Graxas à base de sabão metálico simples.
• Graxas a base de sabão complexo – sabão complexo é aquele, em que a fibra de
sabão é formada pela co-cristalização de um sabão normal (cálcio, sódio, alumínio ou
lítio) e um agente complexo, como: ácido acético, lático, etc. esse tipo de graxa
apresenta como característica principal um elevado ponto de gota. Na Tabela 7 são
apresentadas as principais aplicações das graxas à base de sabão metálico complexo.
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Tabela 7: Graxas à base de sabão metálico complexo.
• Graxas espessadas sem sabão – são as que utilizam espessantes químicos
inorgânicos ou orgânicos dispersos no óleo. Esses tipos de espessantes não são feitos
com álcali metálico como os usados nas graxas espessadas com sabão. Exemplos:
poliuréia e argila orgânica. São utilizadas visando o aproveitamento de suas
características especiais como descrito adiante. Na Tabela 8 são apresentadas as
principais aplicações das graxas sem sabão metálico.
Tabela 8: Graxas sem sabão metálico
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Na Tabela 9 é apresentada as possíveis compatibilidades de graxas.
Figura 12: Compatibilidade de graxas.
Fonte: Apostila de treinamento da Ingrax- Indústria e Comércio de Graxas S/A
7.5. Propriedades
As principais propriedades de uma graxa a serem consideradas, são: consistência e
ponto de gota.
7.5.1. Consistência
É a resistência oferecida por uma graxa a sua penetração. É determinada pelo
método que consiste em medir a penetração (em décimos de milímetros) exercida por
um cone sobre uma amostra de graxa, sob a ação de carga padronizada durante 5
segundos e a temperatura de 25ºC. O aparelho utilizado nessa medição é chamado de
penetrômetro (Figura 10).
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Figura 10: Penetrômetro.
Fonte: Apostila de treinamento da Ingrax- Indústria e Comércio de Graxas S/A
Com base nos resultados obtidos no penetrômetro, o National Lubricating Grease
Institute (NLGI) criou um sistema de classificação para a graxas definidos de
consistência trabalhada em 60 ciclos que variam de 000 (muito macia) a 6 (muito dura),
como apresentado na Tabela 10.
Tabela 10: Classificação NLGI.
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7.5.2. Ponto de Gota
Indica a temperatura em que a graxa passa do estado sólido ou semissólido para o
estado líquido. A Figura 11 apresenta uma representação esquemática do ponto de gota.
Figura 14: Ponto de Gota
Fonte: Apostila de treinamento da Ingrax- Indústria e Comércio de Graxas S/A
Na prática, esta medida serve como orientação para a mais alta temperatura a que
certa graxa pode ser submetida durante o trabalho. Deve-se considerar como limite
operacional uma temperatura 20% inferior ao seu ponto de gota.
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7.6. Classificação para Graxas
7.6.1. Sistema de Classificação de Graxas da NLGI
A NLGI desenvolveu um sistema de classificação de graxas para aplicações
automotivas. As graxas são submetidas a testes de estabilidade ao cisalhamento,
resistência à oxidação, resistência à lavagem por água, propriedades de extrema pressão,
resistência à corrosão, bombeabilidade e ponto de gota. De acordo com os resultados
nos testes, descritos na norma ASTM-4950, elas são classificadas como LA, LB, GA,
GB e GC. A Tabela 11 apresenta a classificação das graxas conforme a norma ASTM-
4950.
Tabela 11: Classificação das graxas conforme a norma ASTM-4950.
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8. Rotina de Análise
8.1 Óleos Básicos
Base para a produção dos lubrificantes, os óleos básicos, assim como os produtos
finais, necessitam de uma rotina de análise exigida pela Agência Nacional do Petróleo,
Gás Natural e Biocombustíveis (ANP) para que ocorra a certificação de que o produto
está com as especificações do fabricante, e assim, próprio para o uso da fábrica.
8.1.1. Cor
Ao chegar ao laboratório, e após o caminhão ser pesado por um analista, uma
amostra era retirada do caminhão tanque e levada por um funcionário da fabrica até o
laboratório de controle de qualidade. Este óleo era então submetido a primeira análise
para a verificação da cor do mesmo. O método utilizado era o ASTM – 1500. Nesse
método, uma amostra líquida era colocada no recipiente de teste e, utilizando uma fonte
de luz, esta amostra era comparada com discos de vidro colorido, que variam em valor
de 0,5 a 8,0. Se o óleo estivesse enquadrado na cor que o fabricantes especificava, o
próximo teste era realizado, se não , outra amostra era retirada do tanque do caminhão,
visto que poderia haver vestígios de outro óleo que fora transportado pelo mesmo; se
mesmo assim o óleo não se enquadrasse na cor informada, então caberia ao supervisor
liberar, ou não, o mesmo para as análises posteriores. O laboratório tinha a politica de
aceitar óleos com +/- 0,5 de discrepância da cor padrão.
8.1.2. Densidade
Após ser liberado na análise ASTM – 1500. O óleo era então transferido para uma
proveta de 500 mL, e então era introduzido um termodensimetro no mesmo, esperava-se
então uma estabilização do densímetro e os valores de temperatura e densidade eram
anotados, com o auxilio da equação a seguir , a densidade era então estimada:
D = d + [(T°C – 20°C) x f]
Onde: D= Densidade Absoluta; T = Temperatura Lida; d = Densidade Lida; f= Fator de
Correção.
Subtraia-se 20ºC da temperatura, por ser a temperatura padrão de análise. Após
ser estimada, a densidade era anotada e prosseguia-se com a rotina de analises.
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8.1.3. Viscosidade Cinemática
Paralelamente ao teste de densidade, uma amostra do óleo era condicionada no
banho de viscosidade de 40ºC e outra no banho de viscosidade de 100ºC, e então, a
mesma passava por um período de condicionamento de 5 min para que sua temperatura
fosse igualada a temperatura do banho de viscosidade. Com o auxilio de uma bomba de
vácuo, puxava-se o óleo condicionado até o tarso de indicação do tubo de viscosidade e
com o uso de um cronometro o tempo de escoamento, até atingir o tarso de indicação
inferior, era marcado. Com o uso da equação:
V = t x f
Onde:
V= Viscosidade Cinemática
t = Tempo de Escoamento
f = Fator de Correção do Tubo Capilar
A viscosidade cinemática era calculada e então comparada com a viscosidade
padrão do óleo básico em questão. Para os óleos básicos, a viscosidade era o fator
preponderante para a sua liberação.
8.1.4. Presença de Água
Com o auxílio de uma chapa de metal e um bico de Bunsen, a amostra era
derramada na chapa e verificava-se se havia presença de água na amostra. Se fosse
detectada uma quantidade significante de água, era solicitada outra amostra e o
procedimento era repetido, se não, a amostra era liberada para ser descarregada nos
tanques da fabrica (se fosse aprovada também nas outras análises).
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8.1.5. Índice de Viscosidade
É o número empírico que expressa a taxa de variação da viscosidade com a
variação da temperatura. Com o auxílio de um software de computador, os valores
encontrados na viscosidade cinemática a 40ºC e a 100ºC, foram inseridos no mesmo, e
então o Índice de Viscosidade era então fornecido e comparado com os padrões.
8.1.6. Absorção Atômica
A análise espectrográfica dos óleos lubrificantes, era realizada nos aparelho de
emissão espectrográfica ou no especfotômetro de absorção atômica, fornecia resultados
rápidos e precisos dos contaminantes inorgânicos presentes nas amostras testadas. Além
dos elementos contidos nos aditivos do óleo, outros metais como o ferro, cromo, cobre,
chumbo, alumínio e silício, eram de especial interesse para se avaliar, problemas na
lubrificação das partes móveis do motor, que ocasionam o desgaste de determinadas
peças, ou problemas provenientes do mau funcionamento do sistema de filtragem de ar.
Cada lubrificante tinha uma quantidade tabelada de óleo para ser pesada, uma para
o teor de cálcio e outra para o teor de zinco, que era os elementos analisados no
laboratório. Para a análise do teor de cálcio, uma quantidade de óleo era avolumada, em
um balão volumétrico de 25 mL, com uma solução de querosene e surfactante, e para a
análise do teor de zinco o óleo era avolumado somente com querosene. As soluções
eram então submetidas a análise espectrofotométrica e seus resultados eram comparados
aos valores padrões para seus respectivos lubrificantes. Caso o óleo estivesse dentro dos
valores permitidos, era liberado; se não, com o auxilio de um software, uma correção no
aditivo ou base era encaminhada ao operador, a escolha do elemento de correção
dependia dos valores apontados pelo aparelho. Se os valores lidos estivessem abaixo do
mínimo permitido, então era adicionada uma quantidade maior de aditivo, e se a
quantidade de aditivo estivesse acima do permitido, então uma quantidade maior de
básico era adicionada.
A análise espectrofotométrica era considerada uma das mais importantes dos
óleos básicos (juntamente com a viscosidade cinemática), portanto, tal teste era o
primeiro a ser realizado, pois se os valores estivessem fora do padrão, os demais testes
seriam desnecessários, pois o óleo já estaria fora das especificações.
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8.3 Graxas Lubrificantes
8.3.1 Consistência
Após a graxa ser retirada do tacho de fabricação, media-se a penetração (em
décimos de milímetros) exercida por um cone sobre uma amostra de graxa, sob a ação
de carga padronizada durante 5 segundos e a temperatura de 25ºC. O aparelho utilizado
nessa medição é chamado de penetrômetro.
Com base nos resultados obtidos no penetrômetro, o valor era comparado com o
sistema de classificação do National Lubricating Grease Institute (NLGI) que é
definido por uma consistência trabalhada em 60 ciclos que variam de 000 (muito macia)
a 6 (muito dura). Outros testes eram realizados na amostra para que a mesma fosse
liberada, porém o supervisor em questão não me orientou quanto a estes testes.
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CONCLUSÃO
A realização do estagio curricular em uma empresa como a Indústria Nacional de
Graxas S/A foi uma experiência muito construtiva. Através da participação em uma
linha de produção e controle de qualidade, pude consolidar e aprofundar conceitos
adquiridos em disciplinas relacionadas à Mecânica dos Fluidos, Instrumentação,
Processamento e Análise Quantitativa.
Mais do que isso, pude conhecer verdadeiramente a rotina de uma empresa
relacionada ao setor de óleo e gás e desenvolver noções do mercado de petróleo e gás,
bem como, confirmar meu interesse na área.
Esse interesse foi despertado pelo curso de Petróleo e Gás, no qual tive suporte
para realizar meu estagio. Portanto, considero o curso como de suma importância para a
escolha do meu caminho profissional, que agora esta sendo trilhado na área de
exploração de petróleo.
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REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
BELMIRO, Pedro Nelson; CARRETEIRO, Ronald. Lubrificantes & Lubrificação
Industrial. 2. ed. Rio de Janeiro: Interciência, 2002.
SKOOG, Douglas A.; HOLLER, F. James; NIEMAN, Timothy A.. Princípios de
Analise Instrumental. 6. ed. Estados Unidos: Bookman Companhia Editora Ltda,
2009. 1056 p.
THOMAS, José Eduardo. Fundamentos de Engenharia de Petróleo. Rio de Janeiro:
Interciência, 2001. 271 p.