Trabalho de lubrificação PDF

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Trabalho sobre lubrificação de componentes mecânicos...

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Departamento de Engenharia Mecânica - DEM Centro de Ciências Tecnológicas - CCT Universidade do Estado de Santa Catarina - UDESC Engenharia de Superfícies 1 – CM3ESU1

Lubrificantes e Lubrificação

Eduardo Colonetti Baptista Jonathan Oneda da Silva

Joinville 2015

Viscosidade A viscosidade dos fluidos vem do atrito interno. Para entender essa afirmativa, vamos considerar duas placas sólidas, planas, horizontais, uma sobre a outra, com certa quantidade de fluido entre elas (Fig.1). Fixando o referencial numa das placas e aplicando uma força horizontal constante F na outra placa, a experiência mostra que esta última se move, durante certo intervalo de tempo, com aceleração não nula e, depois, com velocidade constante

v t , chamada velocidade limite ou velocidade terminal. O módulo

da velocidade terminal é proporcional ao módulo da força aplicada, isto é, se a intensidade da força aplicada for duplicada, o módulo da velocidade terminal também duplica, se a intensidade da força aplicada for triplicada, o módulo da velocidade terminal também triplica e assim por diante.

Figura 1

Durante o movimento, o fluido entre as placas se separa em lâminas paralelas entre si e paralelas às placas. A primeira lâmina, adjacente à placa móvel, se move solidária a ela e, por isso, tem velocidade

v t . A segunda

lâmina, adjacente à primeira, se move com velocidade de módulo menor. A terceira lâmina, adjacente à segunda, se move com velocidade de módulo ainda menor e assim por diante. A última lâmina, adjacente à placa imóvel, está solidária a ela e, por isso, tem velocidade nula. É fato experimental que os módulos das velocidades das lâminas variam linearmente entre os dois extremos, zero e

v t . Por isso, podemos escrever para o módulo da

velocidade da lâmina a uma distância genérica y da placa em repouso:

v ( y)=

(L) y vt

Como lâminas adjacentes se deslocam com velocidades de módulos diferentes, elas deslizam uma em relação à outra. A viscosidade vem do atrito entre lâminas adjacentes. Além disso, por causa desse atrito, existe transformação de energia mecânica em energia interna. A expressão acima indica que a variação do módulo da velocidade das camadas em que se divide o fluido com a distância à placa em repouso no referencial considerado é:

∆ v = vt ∆y L

Como já dissemos, mantendo A e L constantes,

vt

aumenta com o

aumento de F. Além disso, mantendo F e A constantes,

vt

aumenta com o

aumento de L e mantendo F e L constantes, v t

diminui com o aumento de A.

Desse modo, usando o símbolo ≈ para indicar proporcionalidade, temos:

vt ≈

FL A

e com a introdução da constante de proporcionalidade η, podemos escrever, por conveniência:

F=η A

(vL ) t

Esta expressão define η, o coeficiente de viscosidade do fluido, que depende apenas do fluido e da sua temperatura. Para definir o coeficiente de viscosidade, escolhemos o caso em que o fluido, por efeito do movimento de uma das placas, divide-se em camadas muito estreitas, que se deslocam com velocidades de diferentes módulos. Esse tipo de escoamento é chamado de laminar ou lamelar e é caracterizado pela proporcionalidade entre o módulo da força aplicada à placa móvel e o módulo da sua velocidade terminal, no referencial em que a outra placa está em repouso. Por outro lado, definimos

δ , a tensão de cisalhamento, pelo cociente

do módulo da força aplicada à placa móvel pela sua área:

( FA )=η ( vL ) t

δ=

Esta expressão representa matematicamente a lei de Newton para a viscosidade. Os fluidos para os quais ela é verdadeira são chamados de fluidos newtonianos. Viscosidade nos Líquidos A viscosidade dos fluidos vem do atrito interno. Nos líquidos, isto significa que a viscosidade vem das forças de atração entre moléculas relativamente juntas. Por outro lado, com o aumento da temperatura, maior se torna a energia cinética média das moléculas e em consequência, menores se torna o intervalo de tempo médio durante o qual as moléculas passam umas nas proximidades das outras. Desse modo, as forças intermoleculares se tornam menos efetivas e a viscosidade diminui com o aumento da temperatura.

Viscosidade nos Gases

Em um gás, as moléculas estão, em média, muito longes umas das outras. Desse modo, as forças de atração entre moléculas não são efetivas e, por isso, a viscosidade do gás não pode se originar dessas forças. A viscosidade de um gás vem da transferência de momentum, isto é, da transferência de quantidade de movimento entre camadas adjacentes que se movem com velocidades de módulos diferentes.

Lubrificação Hidrodinâmica Definição

Condição de lubrificação plena. A película ou cunha de óleo separa completamente as superfícies em movimento relativo. A lubrificação hidrodinâmica dá-se após o arranque e durante a continuidade do movimento. Ela terá de garantir que não ocorra contacto metalmetal. O afastamento das superfícies é conseguido pelo chamado “efeito de cunha” em que o lubrificante, pressionando a interface, provoca a separação pretendida.

Nos mecanismos hidrodinâmicos, a pressão que suporta a carga exercida pelas superfícies é gerada pelo movimento relativo dessas mesmas superfícies.

Figura 2

A lubrificação hidrodinâmica poderá ser utilizada em diversas aplicações, tais como: • Motores de automóvel, como por exemplo, nos apoios da cambota; • Rodas de carruagens e locomotivas; • Motores de aeronáutica; • Bombas submersíveis, estas têm de estar muito bem isoladas devido à umidade; • Guias de deslizamento; • Caixas de velocidades e redutores; • Chumaceiras.

Características da lubrificação Hidrodinâmica:

Figura 3

A lubrificação

hidrodinâmica

é

principalmente

caracterizada

por

contactos conformes, tendo filmes espessos de lubrificante (5-500μm). Esta película lubrificante apresenta resistência suficiente para suportar a carga sem necessidade de bombagem ou pressurização externa, como é o caso da lubrificação hidrostática. Este tipo de lubrificação tem uma elevada capacidade de carga em apoios que operem a elevadas velocidades, com fluídos de alta viscosidade, apresentando um coeficiente de atrito inferior a 0.001. A capacidade de transmissão de cargas elevadas advém do fato de um filme viscoso não poder ser escoado instantaneamente numa interface constituída por duas superfícies conformes. O afastamento das superfícies dáse porque o filme é ‘sugado’ por cada uma delas, sendo reposta a espessura original. O filme pode atingir espessura superior ao maior desnível encontrado na superfície, sendo assim, evitando o contacto sólido-sólido nos apoios.

Lubrificação limite ou limítrofe É observada quando existe a formação de uma película protetora de espessura mínima, do ponto de vista prático, entre as superfícies. Esta película pode chegar a ser “monomolecular”, sendo desenvolvida graças a essas

moléculas depositadas nas superfícies de contato. Ocorre quando não há possibilidade de manter uma película contínua de espessura adequada entre as superfícies. Este tipo de regime de lubrificação acontece devido a dois motivos: Carga excessiva ou uma baixa velocidade relativa entre as superfícies. Geralmente causa danos às superfícies e falha prematura da peça em questão. Neste caso não há pressão hidrodinâmica, mas sim pressão devido ao contato entre as asperezas das duas superfícies. As moléculas do lubrificante sofrem uma

adsorção, aderindo fortemente à camada de oxido presente na interface entre os metais formando uma camada de sacrifício de produtos químicos. Nesse tipo de lubrificação, não há nenhum método bem indicado para prever o desgaste.

Os lubrificantes limites mais utilizados são: óleo de baleia sulfurado, naftenato de chumbo, ceras cloradas, tetracloreto de carbono, fosfato tricresílico e até produtos sólidos como grafite, sulfato de tungstênio e dissulfeto de molibdênio. Lubrificação sólida Materiais sólidos com baixos coeficientes de atrito podem ser usados como lubrificantes. A lubrificação sólida é muito utilizada em aplicações a temperaturas extremas e cargas elevadas, quando é inviável o uso de lubrificantes fluidos.

A lubrificação sólida é realizada por sólidos autolubrificantes, ou pela adição de material sólido com baixo coeficiente de atrito, baixa resistência ao cisalhamento e alta resistência ao desgaste entre as superfícies em contanto. Muitos lubrificantes sólidos são mais estáveis quimicamente do que os lubrificantes líquidos e eles podem ser usados em ambientes em contato com ácidos fortes, solventes e etc. É comum pensar que lubrificantes sólidos são materiais relativamente recentes, mas o uso deles em lubrificação pesada, maquinários de baixo movimento foi bem estabelecido durante a Revolução Industrial. Alguns exemplos de materiais que podem ser usados como lubrificantes sólidos são: grafite, nitreto de boro hexagonal, MoS2.

Referências

KLAAS, L. Estudo da viabilidade de obtenção do metal patente por metalurgia do pó e comparação do desgaste com liga fundida e bronze sinterizado. 2012. 102 f.. Dissertação (Mestrado em Ciências e Engenharia de Materiais) Universidade do Estado de Santa Catarina, Centro de Ciências Tecnológicas, Joinville.

JUSTE, K. R.. Caracterização tribológica da Lubrificação Sólida. 2012. 16 f.. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) Universidade Federal de Uberlândia, Faculdade de Engenharia Mecânica, Uberlândia.

Lubrificação Limite, Limítrofe ou Restrita. Disponível em:< https://portogente.com.br/portopedia/lubrificacao-limite-limitrofe-ou-restrita84412>. Acesso em: 5 maio de 2015....