ANALISE DE OLEOS, ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS E CUIDADOS COM MEIO AMBIENTE

Prof. Miguel Afonso Flach

Nesta unidade temática, você vai aprender

Definir e utilizar corretamente óleos lubrificantes;
Classificar os óleos automotivos;
Compreender os aditivos e características dos óleos;
Analisar os óleos lubrificantes;
Respeitar o meio ambiente.

Introdução

Dados históricos confirmam que há mais de mil anos a.C. o homem já utilizava processos de diminuição de atrito, sem conhecer estes princípios, como hoje, são conhecidos por lubrificação. Embora não muito à vista, pois sua região de trabalho geralmente é escondida entre as engrenagens de um equipamento, a lubrificação desenvolve uma importante função de qualquer máquina.

É difícil deixar de relacionar a ideia de lubrificação ao petróleo, isto porque substâncias derivadas do mesmo são mais frequentemente empregadas na formulação de óleos lubrificantes.

A origem da palavra petróleo vem do latim petra (pedra) + oleum (óleo). O petróleo já era conhecido antes mesmo do seu real descobrimento, pois inúmeras referências são encontradas, inclusive em textos bíblicos em que os povos antigos como os egípcios, gregos, fenícios, e astecas o utilizavam em diferentes aplicações.

DE QUE MANEIRA SURGIU A NECESSIDADE DE LUBRIFICAÇÃO?

Era necessário descobrir um meio de minimizar o atrito. O meio ambiente preferido da lubrificação geralmente é a área de atrito. Da mesma maneira que existem diferentes tipos de atrito, existem diferentes tipos de lubrificantes (óleo lubrificante, graxa, etc.). Os diferentes tipos de atrito são encontrados em qualquer tipo de movimento entre sólidos, líquidos ou gases.

O atrito pode ser definido como a resistência que se manifesta ao se movimentar um corpo sobre uma superfície. Como o atrito é sempre menor que o atrito sólido, a lubrificação consiste na interposição de uma substância fluida entre duas superfícies, evitando-se assim, o contato sólido com sólido, produzindo-se o atrito fluido.

Lubrificação em si, quer dizer menos esforço, menor atrito, menor desgaste, enfim, diminuição no consumo de energia. Entre os diferentes tipos de produtos usados na lubrificação, a partir de agora, vamos concentrar nossas atenções nos óleos lubrificantes.

Vamos lá?

Análise de Óleos e Cuidados com o Meio Ambiente

ÓLEOS BÁSICOS LUBRIFICANTES

Definição

Conforme (FARAH 2013), os óleos básicos minerais são constituídos de hidrocarbonetos parafínicos e naftênicos, com menor proporção de aromáticos, produzidos a partir de gasóleos da destilação a vácuo ou de óleos desasfaltados, originários de lubrificantes, em mistura com diversos aditivos, dentre os quais se destacam: detergentes, dispersantes, ini- bidores de corrosão, melhoradores do índice de viscosidade, abaixadores do ponto de fluidez, antioxidantes, antiespumantes e antidesgaste. Os lubrificantes acabados são substâncias destinadas, principalmente, a reduzir o atrito e, consequentemente, o desgaste de peças metálicas pela formação de uma película sobre as superfícies metálicas em contato. Essa película auxilia, ainda, no controle da temperatura e na vedação dos componentes dos mais diversos tipos de máquinas. O lubrificante proporciona também a limpeza das peças, as protege contra a corrosão decorrente de processos de oxidação, e evita a entrada de impurezas. Os requisitos de qualidade de um óleo lubrificante correspondem às necessidades do motor e do equipamento que o utiliza e a aspectos econômicos ou ligados ao meio ambiente. Esses requisitos levam a um conjunto de especificações para os óleos lubrificantes formulados, que são supridas, em parte, pelos óleos básicos lubrificantes. A qualidade final do óleo lubrificante será complementada pelos aditivos, que possuem, por vezes, mais de uma função. A formulação de um óleo lubrificante, para ser bem-sucedida, depende de grande número de testes em bancadas e de análises em laboratórios.

Utilização

Os óleos básicos lubrificantes são utilizados na formulação dos diversos tipos de produtos, com aplicações tais como óleos automotivos, óleos para sistemas hidráulicos, óleos para turbinas, mancais e compressores, além de usos em que a função do produto não é lubrificar, como os óleos isolantes para transformadores elétricos. Como já colocado anteriormente, as características necessárias em um óleo lubrificante dependem da tecnologia do equipamento que o utiliza, das exigências ambientais e de limitações econômicas e práticas.

No caso de um motor automotivo, são listados os seguintes fatores como influenciadores nas características de qualidade dos óleos, conforme (FARAH 2013):

Temperatura:

Em um motor, a temperatura do óleo na partida é baixa, e ele deve escoar perfeitamente para lubrificar todas as partes do motor. Já em pleno funcionamento, a temperatura do óleo alcança valores elevados, com redução da viscosidade e com riscos de romper a película de óleo. Para garantir a lubrificação nessas duas condições extremas, deve haver uma mínima variação da viscosidade do óleo com a temperatura. Os valores usuais de temperaturas que ocorrem nas diferentes partes de um motor automotivo, variam de 110 C a 300 C em regime de operação normal do motor.

Regime de lubrificação:

O tipo de atrito entre superfícies em movimento relativo pode ser subdividido segundo a condição de lubrificação:

a. Lubrificação hidrodinâmica – as superfícies são separadas por uma película de óleo, situação em que o atrito decorrente é muito baixo, predominando o atrito fluido, que é função da viscosidade do óleo;

b. Lubrificação limítrofe – existe o contato entre as superfícies, pois a película de óleo não é suficiente para impedi-lo, e os aditivos presentes no óleo lubrificante devem atuar no controle do desgaste.

SISTEMA SAE DE CLASSIFICAÇÃO DE VISCOSIDADE PARA ÓLEOS AUTOMOTIVOS

Os graus de viscosidade SAE indicam uma classificação dos óleos lubrificantes para motores somente no que se refere à viscosidade, não sendo levadas em conta outras características químicas e físicas que definiriam o desempenho em uso destes óleos, por exemplo SAE 20, SAE 50, SAE 20W50, conforme vemos na Figura 1.

Figura 1: Viscosidades SAE.

A viscosidade dos óleos está relacionada diretamente ao tamanho das moléculas do óleo, então o óleo SAE 30, tem moléculas menores que o óleo SAE 50. Para uma mesma variação de temperatura, a viscosidade dos óleos para motores SAE 20, 30, 40 e 50 variam muito mais do que a viscosidade do óleo SAE 20W/50. O óleo SAE 20W/50 possui um índice de viscosidade maior que os outros óleos do gráfico, sendo denominado multiviscoso, e seu W se refere a Winter, que é inverno em inglês.

Os óleos multiviscosos possuem um aditivo modificador de viscosidade, que consiste em moléculas pequenas quando frias e que se expandem quando quentes. No gráfico da Figura 1, isso está representado por uma linha com inclinação menor para o multiviscoso 20W50 que os demais ditos monograduados.

Socorro Professor, explica em termos mais simples!

Vamos pensar juntos:
O óleo naturalmente fica mais ‘fino’ quando quente e mais ‘grosso’ quando frio, estes são os monograduados.
Quando o modificador de viscosidade é adicionado em uma determinada quantia, ele diminui essa variação de viscosidade. É claro que adicionando mais desse modificados poderíamos ter uma viscosidade estável, mas geralmente isso não é necessário.

SISTEMA DE CLASSIFICAÇÃO DE SERVIÇO API PARA ÓLEOS AUTOMOTIVOS

O Instituto Americano de Petróleo (API) em conjunto com outras entidades de normalização como a SAE e ASTM, estabeleceu um sistema de classificação para os óleos do motor que é baseado em níveis de desempenho para cada tipo de óleo, sendo complementado com testes de motores e limites pré-estabelecidos de avaliação. Esse sistema foi desenvolvido de tal forma que permite a adição de novos níveis de qualidade à medida que se fizer necessário suprir novas exigências da indústria automobilística, por exemplo, SJ, SL e SM.

ADITIVOS E SUAS FUNÇÕES

Os aditivos para óleos lubrificantes podem ser definidos como tipos especiais de produtos químicos, de composição exata e conhecida, solúveis ou dispersos no óleo, usados em concentrações adequadas, com a finalidade de reforçar algumas das qualidades dos lubrificantes, ceder-lhes novas ou eliminar propriedades indesejáveis.

Os principais aditivos utilizados nos óleos lubrificantes para motor e transmissão são:

Antioxidante;
Detergente Inibidor;
Dispersante;
Inibidor de Ferrugem;
Antidesgaste/Extrema Pressão (EP);
Antiespumante;
Abaixador do Ponto de Fluidez;
Modificador de Viscosidade;
Inibidor de Corrosão;
Desativador de Metais.

A troca do óleo lubrificante do motor ou de outras partes de um veículo torna-se necessária devido à deterioração que pode ocorrer durante o serviço, pelos seguintes mecanismos:

Contaminações;
Degradação térmica ou por oxidação;
Passagem de gases através dos anéis de segmento (Blow By);
Filtragem inadequada do óleo e do ar;
Desgaste mecânico;
Infiltração externa d’água ou pelo sistema de refrigeração;
Esgotamento químico dos aditivos (depleção).

CARACTERÍSTICAS DOS LUBRIFICANTES

Cada tipo de lubrificante tem uma determinada composição química, com um delicado balanço de aditivos que possuem funções específicas para cada aplicação, e a isso chamamos de especificação do lubrificante.

Para sabermos se essas especificações estão dentro das faixas de tolerâncias corretas, fazemos a análise dos lubrificantes por meio de ensaios de laboratório.

ANÁLISES DE ÓLEOS LUBRIFICANTES

São as seguintes as principais análises que definem características e especificações de óleos e graxas lubrificantes:

Viscosidade

É a principal propriedade física de óleos lubrificantes. Ela é proporcional ao tamanho das moléculas de óleo. A viscosidade está relacionada com o atrito entre as moléculas do fluido, podendo ser definida como a resistência ao escoamento que os fluidos apresentam sob influência da gravidade (viscosidade cinemática). Viscosidade absoluta, ou viscosidade dinâmica é o produto da viscosidade cinemática pela densidade. O viscosímetro mais utilizado é o Cinemático e suas temperaturas usuais são 40 e 100°C, e o resultado é em Centistokes (1 Stoke = 1 mm² /segundo).

2. Índice de viscosidade (IV)

É um número empírico que indica o grau de mudança da viscosidade de um óleo a uma dada temperatura. Alto IV significa pequenas mudanças na viscosidade com a temperatura, enquanto baixo IV reflete grande mudança da viscosidade com a temperatura. Ver Figura 1.

3. Ponto de Fulgor

Ponto de fulgor ou lampejo é a temperatura em que o óleo, quando aquecido em aparelho adequado, desprende os primeiros vapores que só inflamam momentaneamente ao contato de uma chama.

4. Ponto de fluidez

Ponto de fluidez é a menor temperatura, na qual a amostra ainda flui, quando resfriada e observada sob condições determinadas.

5. Água por destilação

Determina a porcentagem de água presente em uma amostra de óleo.

6. Água e sedimentos por centrifugação

Por esse método, podemos determinar o teor de partículas insolúveis contidas em uma amostra de óleo, somadas com a quantidade de água presente nesta mesma amostra.

7. Número de neutralização (TAN e TBN)

Este teste determina a quantidade e o caráter ácido ou básico dos óleos lubrificantes. As características ácidas ou básicas dependem da natureza do produto, do conteúdo de aditivos, do processo de refinação e da deterioração do serviço.

8. Demulsibilidade

Demulsibilidade é a capacidade que possuem os óleos de se separarem da água. Os óleos hidráulicos e de turbinas têm a capacidade de separar d’água rapidamente.

9. Diluição

Nos dá a percentagem de combustível que se apresenta como contaminante em uma amostra de óleo lubrificante.

10. Consistência

Consistência de uma graxa é a resistência que esta opõe à deformação sob a aplicação de uma força.

11. Ponto de gota

O ponto de gota de uma graxa é a temperatura em que se inicia a mudança de estado pastoso para o estado líquido (primeira gota).

12. Espectrometria

Trata-se de uma técnica amplamente utilizada na determinação qualitativa e quantitativa de metais em óleos lubrificantes. Os elementos metálicos podem ser provenientes da aditivação e/ou de desgaste.

Atualmente, há equipamentos que podem determinar a concentração em parte por milhão de muitos elementos simultaneamente. Os principais tipos de espectrômetros usados são: absorção atômica, espectrômetro de emissão atômica, plasma, raios-X e fluorescência, todos apresentam vantagens e desvantagens na sua utilização, daí as empresas optarem por aquele que melhor atende às expectativas definidas no atendimento de seus clientes.

13. Infravermelho

A espectroscopia de infravermelho é uma técnica aceita como um método rápido que permite quantificar: oxidação, nitração, fuligem, sulfatação, água, diluição por combustível, contaminação por glicol e depleção de aditivos.

Cuidados com o Meio Ambiente

Atualmente, o respeito e zelo com o meio ambiente tem papel cada vez maior em nossa vida, por isso muitos tipos lubrificantes que antigamente usavam grandes quantidades de componentes tóxicos, como o cloro, chumbo e enxofre, tiveram suas formulações adaptadas aos novos tempos, reduzindo e estabilizando esses componentes.

O controle de emissões atmosféricas resulta em tecnologias de motores que levam a uma maior contaminação do lubrificante por fuligem e produtos de combustão incompleta. Isso resulta em aumento da viscosidade do óleo, além da formação de depósitos por oxidação, o que deve ser controlado pelos aditivos dispersantes usados nas formulações. Também por restrições ambientais, existe a tendência de aumento do intervalo de troca do lubrificante, visando à redução do descarte de óleos usados, o que exige cada vez mais do seu desempenho.

O manuseio dos lubrificantes deve obedecer normas de proteção individual.

Os lubrificantes devem ser armazenados em um local apropriado, seguindo as normas ambientais vigentes, valendo também para seu descarte.

Infográfico

Referências

FARAH, Marco Antônio. Petróleo e seus derivados: definição, constituição, aplicação, especificações, características de qualidade. [Reimpr.]. Rio de Janeiro: LTC, 2013.

Créditos

Coordenação e Revisão Pedagógica: Claudiane Ramos Furtado

Design Instrucional: Gabriela Rossa

Diagramação: Vinicius Ferreira

Ilustrações: Marcelo Germano

Revisão ortográfica: Igor Campos Dutra

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