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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RECÔNCAVO DA BAHIA CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS BACHARELADO EM CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS ANÁLISE TRIBOLOGICA DE FLUIDOS DE CORTE ELABORADOS APARTIR DE OLÉOS SAE 20W 50 UTILIZANDO O ENSAIO DE PINO DISCO BRENO BITENCOURT ALVES CRUZ DAS ALMAS 1˚ semestre/2019

ANÁLISE TRIBOLOGICA DE FLUIDOS DE CORTE ELABORADOS …

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Page 1: ANÁLISE TRIBOLOGICA DE FLUIDOS DE CORTE ELABORADOS …

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RECÔNCAVO DA BAHIA

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

BACHARELADO EM CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

ANÁLISE TRIBOLOGICA DE FLUIDOS DE CORTE ELABORADOS

APARTIR DE OLÉOS SAE 20W 50 UTILIZANDO O ENSAIO DE PINO

DISCO

BRENO BITENCOURT ALVES

CRUZ DAS ALMAS

1˚ semestre/2019

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BRENO BITENCOURT ALVES

ANÁLISE TRIBOLOGICA DE FLUIDOS DE CORTE ELABORADOS

APARTIR DE OLÉOS SAE 20W 50 UTILIZANDO O ENSAIO DE PINO

DISCO

Trabalho de Conclusão de Curso apresentada à Universidade Federal do Recôncavo da Bahia, como requisito parcial para obtenção do grau de Bacharel em Ciências Exatas e Tecnológicas.

Orientador: Prof. M.Sc. Adelson Ribeiro de Almeida Junior

CRUZ DAS ALMAS

1˚ semestre/2019

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BRENO BITENCOURT ALVES

ANÁLISE TRIBOLOGICA DE FLUIDOS DE CORTE ELABORADOS

APARTIR DE OLÉOS SAE 20W 50 UTILIZANDO O ENSAIO DE PINO

DISCO

Trabalho de Conclusão de Curso apresentada para obtenção do grau de Bacharel em Ciências Exatas e Tecnológicas pela Universidade Federal do Recôncavo da Bahia. Submetido à banca examinadora constituída pelos membros:

Prof. M.Sc. Adelson Ribeiro de Almeida Junior (Orientador)

Prof. Cliver da Rocha Silva (Membro)

Prof. M.Sc. Leonardo Rafael Teixeira Cotrim Gomes (Membro)

Julgado em: / /

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AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente a Deus, que me deu forças para nunca desistir dos

meus objetivos.

Agradeço à minha mãe por tudo que ela representa na minha vida, por ser essa

mulher guerreira e humilde, que sempre me motivou e acreditou nos meus sonhos; e

por ser tão presente apesar da distância, me aconselhando e motivando; sem ela não

teria conseguido chegar até aqui. Sem o seu apoio dele nada disso seria possível.

Agradeço a minha madrinha Claudia por todo o apoio e carinho.

Agradeço as amizades que fiz na universidade, foram de suma importância tê-

los comigo nessa jornada! Agradeço a Marcos, Mauricio, Claudius, Jaqueline,

Mhadyore, Iure, Carol, Leandro, Yure, Nilton, Wesley, Caique, Raydan, Jaidam.

Agradeço a Dona Zelia e a seu Mauricio, por me acolherem no início do curso.

Agradeço ao meu orientador, Profº Me. Adelson Ribeiro, pela dedicação,

paciência e contribuição para o meu crescimento acadêmico e pessoal.

Agradeço aos servidores Jaime e Marcio, por darem todo o suporte necessário

durante a realização dos experimentos.

A Universidade Federal do Recôncavo da Bahia que me proporcionou

crescimento acadêmico e pessoal imensurável.

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RESUMO

O Brasil é um dos maiores consumidores de óleo lubrificante do mundo, sendo que

os óleos minerais são um dos mais utilizados. Com todo esse consumo, é

descartado uma grande quantidade de óleo, que de forma recorrente são liberados

no meio ambiente poluindo rios e mares. Recentemente, surgiram vários estudos

buscando formas de reutilizar esse óleo, que mostraram resultados promissores.

Esse trabalho buscou verificar a viabilidade do uso de óleo 20W 50 usado como

base para novos fluidos de corte e os comparou com a viabilidade do óleo 20W 50

novo para a mesma aplicação, através do ensaio de pino sobre disco. Onde foram

estabelecidas três soluções a base de óleo novo e três soluções a base de óleo

usado, afim de analisar através do parâmetro de diferença de massa qual

composição apresenta o melhor desempenho. Ou seja, a menor diferença de massa.

Os estudos mostraram que a emulsão composta por 7% de óleo queimado e 93% de

água apresentou os melhores resultados. E comparando as emulsões a base de

óleo usado com as que são a base óleo novo, o segundo grupo apresentou

resultados melhores com uma média de 40% menos material removido.

Palavras Chave: PINO-SOBRE-DISCO, TRIBOLOGIA , FLUIDO DE

CORTE.

Page 6: ANÁLISE TRIBOLOGICA DE FLUIDOS DE CORTE ELABORADOS …

ABSTRACT ‘

Brazil is one of the largest consumers of lubricating oil in the world, with mineral oils being one

of the most used. With all this consumption, a large amount of oil is discarded, which are

recurrently released into the environment by polluting rivers and seas. Recently, several studies

have appeared to find ways to reuse this oil, which showed promising results. This work sought

to verify the viability of the 20W 50 oil used as a basis for new cutting fluids and compared them

with the viability of the new 20W 50 oil for the same application through the pin to disc test.

Where three solutions were established based on new oil and three solutions based on used

oil, in order to analyze through the parameter of mass difference which composition presents

the best performance. That is, the smallest difference in mass. The studies showed that the

emulsion composed of 7% of burned oil and 93% of water presented the best results. And by

comparing the used oil based emulsions with those being the new oil base, the second group

presented better results with an average of 40% less material removed.

Keywords: PINE-ON-DISC, TRIBOLOGY, CUTTING FLUID..

Page 7: ANÁLISE TRIBOLOGICA DE FLUIDOS DE CORTE ELABORADOS …

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ................................................................................................... 12

1.1. Objetivos .............................................................................................. 13

1.1.1. Objetivo Geral ................................................................................ 13

1.1.2. Objetivos Específicos .................................................................... 13

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................................. 14

2.1. Tribologia ............................................................................................. 14

2.1.1. Histórico ......................................................................................... 15

2.1.2. Fenômenos tribologicos ................................................................. 18

2.2. Desgaste .............................................................................................. 21

2.2.1 Desgaste Abrasivo em usinagem ....................................................... 22

2.3. Fluidos lubrificantes para usinagem ..................................................... 23

2.3.1. Lubrificantes líquidos ......................................................................... 25

2.3.2. Lubrificantes minerais ....................................................................... 25

2.4. Regimes de lubrificação ....................................................................... 26

2.5. Ensaios Tribologicos ............................................................................ 27

2.5.1. Ensaio de Pino-Disco..................................................................... 28

3. MATERIAL E MÉTODOS ....................................................................................... 29

..................................................................................................................................29

3.1. Preparação do emulgador e das concentrações de óleo ..................... 30

3.2. Arruela-Esfera (Pino-Disco)................................................................. 30

3.2.1. Ensaio com fluido lubrificante a base de óleo mineral 20W 50 Havoline

...............................................................................................................................35

4. RESULTADOS ....................................................................................................... 37

4.1. Análise da perda de massa nos corpos de prova (Arruelas) ................ 37

5. CONCLUSÃO ........................................................................................................ 42

Page 8: ANÁLISE TRIBOLOGICA DE FLUIDOS DE CORTE ELABORADOS …

5.1. Sugestões para trabalhos futuros ......................................................... 42

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 43

Page 9: ANÁLISE TRIBOLOGICA DE FLUIDOS DE CORTE ELABORADOS …

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Objetivos práticos da tribologia em função das condições desejadas

e exemplos de cada condição (STACHOWIAK, 2001) ........................................... 13

Figura 2 - Pintura rupestre que demonstra o uso de fluidos pelos egípcios para

a redução de atrito no transporte de uma imagem 1.800 anos a.C. (LAYARD,

1853) ......................................................................................................................... 15

Figura 3 - Tribômetros desenvolvidos por Da Vinci para determinar a força de

atrito: (a) em superfícies horizontais e inclinadas, (b) efeito da área aparente, (c)

efeito do uso de uma polia, e (d) o torque num cilindro (SINATORA, 2005)

....................................................................................................................................16

Figura 4: Desenho esquemático de uma vista da região de interface entre duas

superfícies, demonstrando a área aparente e a área real de contato (modelo de

atrito por crescimento de junção) (MEDEIROS, 2010) ........................................... 18

Figura 5 - Classificação dos modos de desgaste e suas subdivisões (BUDINSKI,

1988) ......................................................................................................................... 21

Figura 6 - Representação de um dispositivo pino-disco (ASTM G99, 2004) 28

Figura 7: Cronograma geral da realização do experimento................................. 29

Figura 8: Balança analítica com resolução de 0,0001g (HEXASYSTEMS GROUP,

2019) ......................................................................................................................... 31

Figura 9: Modelo de arruela utilizada nos experimentos ..................................... 31

Figura 10: configuração do dispositivo pino-sobre-disco utilizado nos

experimentos (CARNEIRO, 2018) ........................................................................... 32

Figura 11: sistema de fixação do corpo de prova (CARNEIRO, 2018) ................ 33

Figura 12: Posição de contato entre o corpo de prova e a esfera (CARNEIRO,

2018) ......................................................................................................................... 33

Figura 13: Localização da carga no dispositivo (CARNEIRO, 2018) ................... 34

Figura 14: Disposição dos reservatórios (CARNEIRO, 2018) .............................. 36

Page 10: ANÁLISE TRIBOLOGICA DE FLUIDOS DE CORTE ELABORADOS …

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Descrição dos ensaios realizados ......................................................... 35

Tabela 2:Dados de massa perdida para C1 e 63 rpm ........................................... 37

Tabela 3: Dados da massa perdida para C1 e 500 rpm ........................................ 38

Tabela 4: Dados da massa perdida para C2 e 63 rpm. ......................................... 39

Tabela 5: Dados de perda de massa para a combinação de C2 e 500 rpm ........ 39

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LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 1: Média de massa perdida por ensaio ...................................................... 40

Gráfico 2: Média de massa perdida por composição. ........................................... 41

Page 12: ANÁLISE TRIBOLOGICA DE FLUIDOS DE CORTE ELABORADOS …

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1. INTRODUÇÃO

A sociedade precisa de maquinas para realizar inúmeras tarefas, e essas

maquinas possuem movimento relativo. Para aumentar durabilidade e a confiabilidade

de forma significativa, as suas superfícies normalmente precisam ser lubrificadas para

reduzir atrito e desgaste entre os seus componentes. A área da ciência que estuda

essas interações entre superfícies é denominada tribologia.

Apesar de o termo “tribologia” ser relativamente novo, datando da década de

60, o interesse por esse tema é mais antigo que os primeiros registros históricos.

Alguns registros mostram o uso de rodas no ano de 3500 a.C. comprovando o

interesse dos nossos ancestrais em reduzir o atrito nos movimentos de translação. Na

época das pirâmides, as civilizações egípcias utilizaram rodas e trenós para o

transporte de blocos pesados, e lubrificantes para diminuir o atrito e o desgaste

(BHUSHAN, 1999).

O tribômetro é um dispositivo para medição de propriedades de atrito e

desgaste de combinações de materiais e lubrificantes em condições específicas de

carga, velocidade, temperatura e atmosfera. O estudo dessas propriedades podem

ser aplicados em diversas áreas tais como automotiva, aeroespacial, eletrônica,

biomédica e ótica(RADI et al., 2007 ).

Os óleos minerais constituem a grande maioria dos fluidos de corte disponíveis

no mercado. São oriundos da destilação do petróleo seguido do seu refino, sendo que

suas propriedades são intrínsecas a natureza do óleo cru (Carreteiro e Moura, 1998).

Segundo Maia et. al (2007), os fluidos de corte são um tipo de lubrificante

derivado do petróleo que é muito utilizado para resfriar e lubrificar a região de contato

entre peça e ferramenta de corte durante operações de corte. Normalmente, são

produzidos a partir de óleos básicos, água, agentes emulsificantes e aditivos para

garantir a eficiência e a qualidade superficial do produto que está sendo usinado.

Diante do exposto decidiu-se, neste trabalho, formular fluidos de corte a base

de óleo mineral (novo e usado), para realizar ensaios de pino sobre disco e utilizando

o parâmetro de perda de massa avaliar as composições.

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1.1. Objetivos

1.1.1. Objetivo Geral

O presente trabalho, tem como objetivo principal viabilizar o aproveitamento

dos óleos 20W 50 descartados, destinando-os as operações de usinagem como

base para fluidos de corte.

1.1.2. Objetivos Específicos

-Elaborar fluidos de corte com base no óleo mineral 20W-50 usado, com diferentes

concentrações;

-Realizar o ensaio de pino sobre disco para analisar o desempenho dos fluidos de

corte;

-Analisar de maneira qualitativa os resultados dos ensaios a partir da comparação dos

resultados dos ensaios realizados.

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2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. Tribologia

Para ter um entendimento sobre mecanismos e fenômenos de desgastes em

superfícies, é necessário o conhecimento de alguns aspectos muitos significativos,

tais como: Lubrificação e atrito. A Tribologia surgiu com o objetivo de suprir essas

necessidades que é definida como a ciência que estuda o comportamento do atrito,

do desgaste e da lubrificação das superfícies em contato e interagindo em movimento

relativo. O significado da palavra “Tribologia” foi derivado originalmente da língua

grega “Tribos” cujo significado é “esfregar, atrito” e “Logos” cujo significado é estudo,

daí a origem do termo ciência que estuda o atrito (MEDEIROS, 2010).

A princípio a tribologia pode parecer objetivar a diminuição da comunicação

entre sólidos que geram o atrito e o desgaste. Porém, há situações em que ambos

são desejáveis. Haverá circunstâncias as quais se deseja a redução do atrito e a

elevação do desgaste, sendo que a situação contrária também poderá ocorrer assim

como em algumas situações almeja-se o aumentar ou diminuir os dois ao mesmo

tempo. Alguns exemplos de cada um desses casos são mostrados na figura

1(STACHOWIAK,2001).

Figura 1: Objetivos práticos da tribologia em função das condições

desejadas e exemplos de cada condição (STACHOWIAK, 2001).

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Nos casos em que se tem contato entre duas superfícies que estão em

movimento relativo, não podemos generalizar que temos como operação satisfatória

e desejável um baixo atrito, ou um alto atrito. Em alguns casos é de suma importância

ter baixo atrito, como no caso das articulações do quadril humano, ou nas articulações

de joelhos e cotovelos. À primeira vista, pode parecer que a tribologia busca reduzir

duas das desvantagens principais do contato entre sólidos, o atrito e o desgaste. Mas

a depender da aplicação, o atrito e/ou o desgaste são desejáveis. Como por exemplo

em sistemas mecânicos, como freios, embreagens, entre a pista de um rolamento e

as suas esferas ou entre o contato dos pneus de um veículo e a superfície do

pavimento (MEDEIROS, 2010).

Em muitos casos, o desgaste é prejudicial, ocasionando um aumento contínuo

da folga entre as partes que se movimentam ou a uma indesejável liberdade de

movimento. A perda de material por desgaste de pequenas quantidades relativas é

capaz de causar a completa falha de máquinas grandes e complexas. Entretanto, altas

taxas de desgaste são desejáveis em muitas aplicações, como em operações de

lixamento e polimento (MEDEIROS, 2010).

Uma forma de reduzir o atrito e o desgaste é a lubrificação das superfícies.

Mesmo que um lubrificante artificial não seja adicionado ao sistema, componentes da

atmosfera como o oxigênio e vapor d’água têm um importante efeito na lubrificação

de superfícies (MEDEIROS, 2010).

2.1.1. Histórico

Apesar de o termo “tribologia” ser relativamente novo, o interesse por esse

tema é mais antigo que os primeiros registros históricos. Durante o período Paleolítico

(idade da pedra lascada) chifres e ossos eram usados para cavar buracos ou para

produzir fogo através do atrito e que rochas eram utilizadas como recipientes onde

colocavam cereais e carnes para moerem. Alguns registros mostram o uso de rodas

no ano de 3500 a.C. comprovando o interesse dos nossos ancestrais em reduzir o

atrito nos movimentos de translação. Já no período Mesolítico (período de transição

entre o Paleolítico e o Neolítico, compreende aproximadamente 10.000 a 3.000 a.C.),

as civilizações egípcias utilizaram rodas e trenós para o transporte de blocos pesados,

e lubrificantes para diminuir o atrito e o desgaste (BHUSHAN, 1999).

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16

Existem algumas pinturas rupestres e descobertas arqueológicas que

testemunham a participação da tribologia na história da humanidade, principalmente

para a redução do atrito. A figura 2 mostra como os egípcios, por volta de 1880 a.C.,

movimentavam as enormes e pesadas estátuas usando trenós. Na imagem, 172

escravos arrastam a estátua que tem um peso estimado em torno de 600 kN. Sobre

os pés da estátua pode ser visto um homem derramando um líquido no solo como

intuito de reduzir o atrito (LAYARD, 1853).

Figura 2: Pintura rupestre que demonstra o uso de fluidos pelos egípcios para a redução de

atrito no transporte de uma imagem 1.800 anos a.C. (LAYARD, 1853).

Durante o apogeu do império Romano, os militares alcançaram a superioridade

bélica inventando armas de guerra e métodos de fortificação usando princípios da

tribologia. Mas, foi o Pintor, desenhista, escultor, arquiteto, astrônomo, além de

engenheiro de guerra e engenheiro hidráulico da Renascença, Leonardo da Vinci

(1452 –1519), o primeiro a apresentar uma aproximação científica do atrito.

Considerado o pai da tribologia moderna, ele deu importantes contribuições para o

entendimento dos fenômenos de atrito e desgaste. Como em outras áreas do

conhecimento, Da Vinci antecipou em séculos algumas descobertas que não foram

aproveitadas por seus contemporâneos. Em seus trabalhos ele mediu forças de atrito

em planos horizontais e inclinados; demonstrou que as forças de atrito são

dependentes da força normal ao deslizamento dos corpos e independentes da área

de contanto aparente; propôs uma distinção entre atrito de escorregamento e de

rolamento; investigou a influência do lubrificante na redução do atrito (SUSKI, 2004).

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17

Na figura 4 podem ser observados os desenhos de alguns equipamentos

desenvolvidos por Da Vinci para a determinação da força de atrito. Estes, sem dúvida,

constituem-se nos primeiros tribômetros documentados na história da civilização

(SINATORA, 2005).

Figura 3: Tribômetros desenvolvidos por Da Vinci para determinar a força de atrito: (a) em

superfícies horizontais e inclinadas, (b) efeito da área aparente, (c) efeito do uso de uma polia,

e (d) o torque num cilindro (SINATORA, 2005).

No século XX, o grande crescimento da indústria acarretou em uma demanda

por maiores conhecimentos em tribologia, o que fez com que o entendimento de todas

as áreas relacionadas a ela se expandisse (BHUSHAN, 1999).

Em 1960, na Grã-Bretanha, um aumento considerável do número de falhas

mecânicas atribuídas a problemas de desgaste, pois com a chegada de novas

tecnologias na indústria, o uso de processos de fabricação cada vez mais contínuos,

fez com que as paradas não programadas por defeito tornassem-se cada vez mais

inconvenientes do ponto de vista competitivo. Assim em 1964 foi realizada uma

conferência sobre lubrificação em usinas siderúrgicas e metalúrgicas, organizada pelo

“Iron and Steel Institute” e pelo “Institution of Mechanical Engineers”. Como

consequência desse evento, o Lord Bowden, Ministro da Educação e Ciência do

governo britânico, fundou um grupo de trabalho para investigar o estado da educação

e pesquisa em lubrificação e para opinar sobre as principais necessidades da indústria

no país. Em 1966 este grupo de trabalho publicou um relatório no qual estimaram que,

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18

utilizando os conhecimentos existentes para evitar o desperdício e os danos causados

por lubrificação inadequada, desgaste desnecessário e atrito elevado, a indústria

britânica economizaria por volta de 500 milhões de libras esterlinas ao ano (MOURA,

1987). Este estudo pode ser considerado como o símbolo da criação da tribologia

como ela é conhecida atualmente (Radi, 2008).

2.1.2. Fenômenos tribologicos

As soluções para os problemas tribologicos são obtidas para sólidos que tem

uma geometria conhecida e propriedades mecânicas conhecidas, enquanto as

irregularidades reais da superfície nas partes de uma máquina são muito variadas e

suas propriedades estão longe de ser ideais. Portanto, só é possível obter soluções

próximas da realidade, mas que graças as ferramentas estatísticas que temos

disponíveis é possível calcular uma média para toda a superfície em estudo e essa

aproximação é suficiente para a resolução dos problemas de engenharia em estudo

(KRAGELSKY, 1981).

Quando duas superfícies são colocadas em contato uma contra a outra, é

estabelecido entre elas uma ligação, conhecida como área aparente de contato. No

entanto toda e qualquer superfície possui as “áreas altas” da superfície, também

conhecidas como asperezas. No caso em que duas superfícies estão em contato, o

contato real deve ser relacionado ao contato microscópico, pois por melhor que seja

o acabamento superficial do corpo, dificilmente a superfície será perfeitamente lisa.

Este contato promove a formação de “junções” de asperezas, que determinam a

intensidade da força de atrito produzida, figura 4 (MEDEIROS, 2010).

Quando duas superfícies ásperas influenciadas por uma força normal entram

em contato, os picos da superfície oposta para fazer o contato primeiro são aqueles

para os quais a soma das alturas é a maior. À medida que a carga é aumentada,

novos pares de picos opostos com uma soma cada vez menor de alturas entrarão em

contato. Uma vez em contato, os picos da superfície ficam deformados. Esta

deformação em a principio é elástica. Quando a carga excede uma certa magnitude

crítica, no entanto, a deformação se transformará em deformação plástica ou, melhor,

elástico-plástica, porque o material sob um Pico permanentemente deformado irá

deflexionar elasticamente (KRAGELSKY, 1981).

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19

Figura 4: Desenho esquemático de uma vista da região de interface entre duas superfícies,

demonstrando a área aparente e a área real de contato (modelo de atrito por crescimento de

junção) (MEDEIROS, 2010).

Quando as superfícies em contato diferem em dureza, os picos da superfície

mais dura penetram os da superfície mais macia. Os picos do último são esmagados

e sua forma muda. Neste caso, as propriedades do contato serão influenciadas pelos

erros de forma superficial do corpo mais duro e pelas propriedades mecânicas do

corpo mais macio (KRAGELSKY, 1981).

A pressão real no contato é muito alta; Ela dá origem a deformação plástica

dos picos de superfície e, em alguns casos, faz com que o material no contato se

desloque. Como resultado, as características do contato mudam conforme o tempo

de aplicação da carga aumenta. A relação entre a deformação do contato e o tempo

é determinada pelas propriedades do material, sua temperatura homológica,

rugosidade superficial e carga aplicada (KRAGELSKY, 1981).

Como a área de contato real é muito menor que a área de contato aparente,

pode haver aumento proporcional da área se for aplicado de uma força externa no

sentido normal à superfície, e como consequência há deformação dos picos das

heterogeneidades superficiais ou asperezas e um dos corpos que entra em

movimento em relação ao outro. E como consequência disso vai encontrar uma

resistência ao seu movimento, esta força pode ser definida como força de atrito, e sua

magnitude depende das junções de asperezas em contato entre as duas superfícies

(MEDEIROS, 2010).

Segundo a norma ASTM G40, a força de atrito (F) é uma força de resistência

tangencial a região em contato de duas superfícies quando, sob a ação de uma força

externa, há uma tendência de uma superfície se mover em relação à outra. O

Page 20: ANÁLISE TRIBOLOGICA DE FLUIDOS DE CORTE ELABORADOS …

20

coeficiente de atrito (μ) é a razão adimensional entre a força de atrito (F) e a força

normal aplicada (C), assim (ASTM G40-99, 1999):

𝐹 𝐹 =

𝐹

Equação 1: Coeficiente de atrito em função da força de atrito e da força normal aplicada

A partir do século XVII surgiram várias tentativas de determinar o valor exato

de µ, essas tentativas resultaram em um senso comum que prevalece até os dias

atuais, de o atrito faz parte da essência de cada material. Por esse motivo, tem-se a

ideia de que através de experimentos realizados em laboratório ou consultando

tabelas de atrito é possível solucionar todos os problemas relacionados a atrito. Na

verdade, o atrito o atrito não é exclusivamente uma propriedade do material, é a

propriedade do material unida a sua reação as condições existentes durante o

movimento (Blau, 2001).

Portanto, há um nível diferente de atrito para cada condição de deslizamento.

Isso ocorre devido ao fato de as superfícies dos materiais mudarem continuamente

com o tempo. Durante o movimento das superfícies pode ocorrer mudanças na

rugosidade das mesmas, possibilidade de haver oxidação, pode haver penetração de

gases presentes na atmosfera no sólido e reações triboquímicas entre os materiais

removidos das superfícies (Ludema, 2001).

Em suma, um número incontável de variações pode se manifestar durante o

contato em movimento de dois materiais. Conclui-se que os resultados obtidos em

laboratório não podem ser considerados como sendo exatamente o comportamento

do material quando este for utilizado como produto final (Radi, 2008).

Page 21: ANÁLISE TRIBOLOGICA DE FLUIDOS DE CORTE ELABORADOS …

21

2.2. Desgaste

Desgaste, é caracterizado como a redução progressiva do material de um corpo

sólido em consequência a ação mecânica, sendo que este pode ser gerado através

do contato e atrito entre um corpo sólido contra um corpo sólido, líquido ou gasoso

(SUSKI, 2004).

O desgaste pode ser definido também como a ação mecânica de um sólido,

líquido ou gás, que em contato com outro sólido remove ou altera o seu material

causando danos à superfície (BOTH, 2011).

Existem várias classificações diferentes para os modos de desgaste. Uma

classificação se difere da outra por cada uma ter sido apresentada por um autor

diferente com diferentes experiências e abordagens do desgaste dos demais. No

entanto, uma das classificações mais utilizadas e difundidas é a de Budinski. De

acordo com ele, o desgaste pode ser dividido em quatro tipos: abrasão, adesão,

erosão e fadiga superficial. A figura 5 mostra as subclassificações desses modos de

desgaste (BOTH, 2011).

Nos parágrafos a seguir será dado uma perspectiva dos tipos de desgaste

propostos por Budinski.

Figura 5: Classificação dos modos de desgaste e suas subdivisões (Budinski, 1988)

Page 22: ANÁLISE TRIBOLOGICA DE FLUIDOS DE CORTE ELABORADOS …

22

Como já foram apresentados os conceitos de desgaste e as suas

classificações, a seguir será apresentado de maneira mais profundada o mecanismo

de desgaste envolvido no ensaio realizado no presente trabalho.

O desgaste erosivo e o abrasivo compõem as duas formais mais comuns de

desgaste, sendo que em ambas o processo se inicia a partir do contato das partículas

com o material sólido e consequentemente trazem como consequência a remoção de

material quando em contato com uma partícula mais resistente que a da superfície

(Stachowiak, 2001).

2.2.1 Desgaste Abrasivo em usinagem

A situação na qual partículas ou protuberâncias duras se movimentam

enquanto são forçadas contra uma superfície resulta em um desgaste abrasivo (ASM

International, 1992).

A velocidade de contato, a pressão exercida, a característica de cada superfície

e a presença de abrasivos entre elas é fundamental para determinar a taxa com que

as superfícies em contato sofrem abrasão (Hutchings, 1992). Por conta disso, deve-

se ressaltar que as taxas de desgaste não são intrínsecas ao material (ASM

International, 2001).

Como mostra a figura 5, o desgaste por abrasão possui 4 tipos distintos que

são: Baixa tensão, Alta tensão, Goivadura e Polimento.

A definição de abrasão em baixa tensão consiste nas baixas cargas atuando.

E para que ela seja caracterizada, utiliza-se o critério de não ter ocorrido a trituração

do abrasivo. Caracteriza-se por apresentar marcas de desgaste com a forma de

ranhuras superficiais, deformação subsuperficial muito baixa ou inexistente, não

havendo encruamento de material. Esse tipo de desgaste abrasivo encontra-se em

buchas, selos mecânicos e em diversos sistemas de deslizamento que atuam na

presença de abrasivos (BOTH, 2011).

Nos casos em que há tensões elevadas presentes, chegando a triturar o

abrasivo, ocorre o desgaste abrasivo a alta tensão. Como consequência, também

ocorre uma deformação subsuperficial maior, ranhuras mais profundas, deformação

Page 23: ANÁLISE TRIBOLOGICA DE FLUIDOS DE CORTE ELABORADOS …

23

plástica e o surgimento de crateras pela impressão de partículas duras. Esse tipo de

desgaste abrasivo ocorre em rolamentos, engrenagens e eixos (BOTH, 2011).

O desgaste abrasivo do tipo gouging ou gouivadura pode ser caracterizado

como um desgaste que surge em alta tensão, mas com deformação e formação de

ranhuras e marcas mais acentuada. Apresenta características de fadiga, pois a

remoção de cavacos ocorre a partir de carregamentos cíclicos. Ocorre em

componentes com forte solicitação mecânica e impactos, como martelos de

pulverizadores e moinhos de rolos (BOTH, 2011).

O polimento é uma forma bem suave de desgaste, que possui características

abrasivas e também de corrosão normalmente. A olho nu não é possível visualizar

ranhuras, fratura ou deformação plástica (BOTH, 2011).

Segundo Amorim (2002), pode ocorrer desgaste abrasivo na usinagem de

metais com dureza relativa baixa, por conta de inclusões endurecidas ou precipitados

provenientes da produção ou do trata mento térmico do material. Os materiais que

possuem inclusões duras e afiadas prejudicam mais do que os que contem inclusões

endurecidas e esféricas, que possuem uma tendência de deformar plasticamente a

superfície da ferramenta de corte.

2.3. Fluidos lubrificantes para usinagem

A utilização dos lubrificantes é essencial em praticamente todos os processos

produtivos por conta de serem altamente eficientes para reduzir atrito entre as peças,

prolongar da vida útil dos equipamentos pois atuam retirando calor das interfaces que

percorrem, protegendo os seus mecanismos de impurezas externas e evitando

corrosão dos equipamentos. O que os tornam conhecido em todo o mundo (Martins,

2006).

Os óleos lubrificantes têm como objetivo criar uma fina película (filme de óleo)

para não permitir que sólidos em movimento relativo não entrem em contato entre si.

Quando há o contato, tem-se como consequência um aumento local de temperatura

que fundiria o material dos sólidos (Martins, 2006)

Há diversos efeitos benéficos no coeficiente de atrito com a introdução de um

lubrificante em uma interface. Os lubrificantes podem ser gasosos, líquidos ou sólidos.

Page 24: ANÁLISE TRIBOLOGICA DE FLUIDOS DE CORTE ELABORADOS …

24

Os lubrificantes líquidos ou sólidos têm em comum as propriedades de baixa

resistência a cisalhamento e alta resistência a compressão. E como consequência,

ele se torna o material mais fraco na interface, e sua baixa resistência ao cisalhamento

reduz o coeficiente de atrito. As superfícies metálicas podem ser revestidas com

monocamadas de moléculas que inibem a adesão até mesmo entre metais

compatíveis utilizando lubrificantes. (NORTON, 2013).

Os lubrificantes líquidos são os mais comuns. Em casos onde os lubrificantes

líquidos não podem ser mantidos nas superfícies ou carecem de alguma propriedade

requerida, como resistência a altas temperaturas é usado lubrificantes sólidos. Em

situações especiais, como bolsas de ar, para obter atrito excepcionalmente baixo e

também para conseguir remover calor da interface é mais adequado usar lubrificantes

gasosos (NORTON, 2013).

Para Stemmer (1993), a partir do processo de usinagem, material da peça,

material da ferramenta e tipo de máquina é possível realizar a seleção do fluido de

corte a ser utilizado. Tem-se como objetivo ao selecionar um fluido de corte:

- Lubrificação mais eficiente;

-Facilitar a remoção dos cavacos;

-Aumento da transferência de calor;

-Inibir corrosão.

Na usinagem com baixas velocidades de corte, para usinar materiais de baixa

usinabilidade e quando é requerida uma melhor qualidade superficial, é desejável um

fluido com melhor capacidade lubrificante. Mas se tratando da usinagem de materiais

de alta usinabilidade, operações simples e quando há probabilidade de surgir gume

postiço, costuma-se utilizar fluidos com boa capacidade refrigerante (CASTRO, 2001).

Dentre os meios lubri-refrigerantes, existe o grupo dos miscíveis com água.

Dentre os mais usados estão as emulsões, que representam cerca de 40% do total

consumido no mercado. São constituídas por gotas de óleo suspensas uniformemente

na água formando uma mistura de grandes volumes de água, óleo e agentes

emulsificantes. Dentre as suas características, a que mais se destaca é o poder

refrigerante da água. Caso seja adicionado aditivos polares e de extrema pressão é

possível melhoras suas características lubrificantes. Fazem parte desse grupo

também, os fluidos sintéticos, porem com consumo pouco expressivo (CASTRO,

2001).

Page 25: ANÁLISE TRIBOLOGICA DE FLUIDOS DE CORTE ELABORADOS …

25

2.3.1. Lubrificantes líquidos

Comumente, os óleos lubrificantes podem ser separados em três grupos:

minerais, semissintéticos e sintéticos. Os de origem mineral são os mais usados. Os

mesmos são compostos por um emaranhado de hidrocarbonetos, oriundos do refino

do petróleo cru e correspondem a cerda de 2% dos derivados de petróleo, tendo a

particularidade de não ser totalmente consumido durante o seu uso (AZEVEDO,2005).

Os óleos são advindos da destilação de petróleo bruto. Em seguida são refinados e

aditivados. Quando o óleo vem diretamente da destilação pronto para ser usado é

chamado de mineral. Enquanto os que são produzidos através de outros

processos químicos, apesar de muitas vezes a base vim do petróleo bruto, são

denominados como sintéticos. Os óleos semissintéticos seriam uma mistura dos dois

anteriores (Martins, 2006).

De acordo com Medeiros (2010), todo tipo de lubrificante deve ter as seguintes propriedades:

1. Capacidade de manter separadas as superfícies

2. Estabilidade de suas propriedades com a mudança de temperatura

3. Não atacar as superfícies metálicas

4. Manter limpas as superfícies lubrificadas

Os lubrificantes minerais multiviscosos são os mais encontrados no mercado.

Adequados para motores a combustão convencionais de qualquer cilindrada,

possuem viscosidade que varia de acordo com a temperatura do motor, que varia de

acordo com o seu uso. Conseguem atingir os principais pontos de lubrificação com

eficiência mesmo no inverno, quando há maior resistência ao escoamento do

lubrificante pelas galerias de óleo. E quando está trabalhando em temperaturas mais

elevadas possuem desempenho satisfatório também.

2.3.2. Lubrificantes minerais

Os óleos básicos minerais, que são derivados do petróleo dependem

essencialmente das características do óleo cru. Os mesmos são compostos em sua

maioria por hidrocarbonetos parafínicos, naftênicos ou aromáticos. Os óleos básicos

Page 26: ANÁLISE TRIBOLOGICA DE FLUIDOS DE CORTE ELABORADOS …

26

com características parafínicas e com cadeias ramificadas, quando refinados com

excelência, são os mais apropriados para produzir lubrificantes utilizados em motores

de combustão interna (GUIMARÃES,2006).

De acordo com Martins(2006), os óleos lubrificantes minerais são concebidos

a partir da refinação de petróleo bruto, e em seguida são adicionados aditivos para

alcançar as propriedades requeridas pelos equipamentos onde serão utilizados.

Contudo, estes aditivos tendem a perder estabilidade com o passar do tempo de uso

e em condições severas de uso (temperaturas muito altas ou muito baixas). Os

aditivos podem mudar tanto características físicas como a viscosidade, quanto

características químicas como inibir a oxidação, promovendo uma melhor atuação do

óleo a vários níveis como a anti-fricção e o anti-desgaste, por exemplo.

Em comparação aos óleos semissintéticos e sintéticos, os óleos minerais não

possuem propriedades tão constantes com a variação da temperatura. Como é o caso

da viscosidade e do ponto de fluidez. Mas os óleos minerais têm como principal

vantagem em relação aos demais tipos, o seu custo final bem menor. E em um uso

em condições normais de operação de um motor a combustão interna, não apresenta

diferença de desempenho significativa se comparado com os óleos semissintéticos e

sintéticos.

2.4. Regimes de lubrificação

A lubrificação pode ser definida como a introdução de uma substância entre de

duas superfícies com o objetivo de reduzir o atrito entre si que é decorrente do

movimento relativo entre elas, proteger as superfícies contra oxidação, trocar calor e

lubrificar. Na maioria dos casos as substancias introduzidas são óleos ou graxas

lubrificantes. Dentre os regimes de lubrificação temos a lubrificação hidrodinâmica,

elastohidrodinâmica, limítrofe e mista (DE SOUZA, Alan Mendes et al., 2018).

De acordo com Norton (2013), existem três categorias de regimes de

lubrificação: filme completo, filme misturado e lubrificação de contorno. Quando duas

superfícies são completamente separadas por um filme lubrificante, estão sujeitas a

lubrificação por filme completo. A lubrificação por filme completo é subdividida em

três tipos: hidrostática, hidrodinâmica ou elasto-hidrodinâmica. Em casos onde por

motivos de geometria, rugosidade elevada da superfície, cargas excessivas ou pouco

lubrificante, duas superfícies se contatam fisicamente, permitindo o surgimento de

desgaste por abrasão ou desgaste abrasivo são denominados com lubrificação de

Page 27: ANÁLISE TRIBOLOGICA DE FLUIDOS DE CORTE ELABORADOS …

27

contorno. Já a lubrificação de filme misto, consiste em uma junção de filme lubrificante

parcial com algumas asperezas de contato entre as superfícies.

A lubrificação hidrodinâmica ocorre em casos onde duas superfícies em

movimento relativo são separadas completamente por um filme de fluido lubrificante.

A consequência disso é um alto desempenho tribológico que faz desse regime de

lubrificação um dos mais importantes. O mesmo ocorre em mancais de deslizamento.

A principal característica do regime de lubrificação elastohidrodinâmica (EHL) é a

transmissão de uma pressão elevada no fluido suficiente para deformar elasticamente

os corpos. Nesse caso, o corpo é pressionado contra o fluido deformação elástica nos

dois corpos envolvidos. Por consta disso, a um aumento na viscosidade do fluido

proporcional ao aumento da carga normal. Cabe destacar que mesmo nas condições

de EHL, pode ocorrer o surgimento de um filme pleno fluido de lubrificante que evita

o contato entre as superfícies opostas (TRAJANO, 2013).

Segundo Norton (2013), no regime de lubrificação elastohidrodinâmica é mais

difícil de se obter uma película de lubrificante completa, por conta da não conformidade

das superfícies e a tendência de expelir o lubrificante, quando deveria permitir sua

entrada, como é o caso do contato entre duas engrenagens.

A lubrificação de contorno ou limítrofe, que também é conhecida como lubrificação

de extrema pressão (EP), estar presente quando a temperatura e a pressão de carga são

muito altas. Na lubrificação de contorno, é formado um filme para reduzir o contato metal-

metal (TRAJANO, 2013).

2.5. Ensaios Tribologicos

A realização de ensaios tribologicos possui muita impotência, visto que

permitem a realização de estudos de degradação acelerada de dispositivos,

simulando grandes períodos de uso em campo em um espaço de tempo pequeno se

comparado com a vida útil do dispositivo (Verdi, 2011).

Os ensaios em laboratórios podem ser classificados em fenomenológicos ou

operacionais. Os fenomenológicos têm o foco em uma situação particular de desgaste

como erosão, abrasão ou oxidação. Já os operacionais têm como objetivo estudar a

aplicação do dispositivo como um todo, como seria o caso do estudo da durabilidade

de uma caixa de câmbio (BAYER, 2004).

Page 28: ANÁLISE TRIBOLOGICA DE FLUIDOS DE CORTE ELABORADOS …

28

2.5.1. Ensaio de Pino-Disco

Esse ensaio tem como objetivo determinar o desgaste proveniente do contato

entre duas superfícies com áreas reduzidas.

O dispositivo de ensaio consiste em rotacionar o disco enquanto o pino está

posicionado perpendicularmente em relação ao disco com uma carga pré-

determinada sobre o pino, promovendo um desgaste entre as superfícies.

Como resultado, tem-se uma marca de desgaste circular em volta do centro do

disco. O dispositivo pode atuar na horizontal ou na vertical, a depender da sua

configuração.

Figura 6: Representação de um dispositivo pino-disco (ASTM G99, 2004).

O desgaste ocorrido no ensaio é analisado através da variação de massa do

disco e do pino (antes e depois do ensaio) e da variação do volume.

Entre os fatores que tem influência sobre os resultados, tem-se como mais

influentes: força aplicada, velocidade de deslizamento, distância percorrida, o meio

em que os testes são realizados e as propriedades dos materiais. Em sistemas reais,

outros fatores como, meio corrosivo, temperatura, lubrificação e geometria podem

contribuir para resultados diferentes dos valores reais. Portanto, o melhor é simular o

maior número de variáveis possível (Verdi, 2011).

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29

Seleção do emulgador e das concentrações de óleo utilizadas

Determinar previamente a massa das arruelas que

serão utilizadas

Experimentos no dispositivo pino-sobre-disco

Ensaios com fluido a base de óleo 20W 50 usado.

Ensaios com fluido a base de óleo 20W 50 novo.

3. MATERIAL E MÉTODOS

Neste capítulo serão apresentados os materiais e os métodos utilizados nos

ensaios realizados, explicitando todas as etapas desde a montagem do dispositivo

para o ensaio, preparo dos fluidos, descrição detalhada do ensaio e metodologia

utilizada para a análise dos resultados. O cronograma abaixo faz um resumo das

etapas do experimento.

Figura 7: Fluxograma geral para a realização dos experimentos.

Determinação da massa final das arruelas

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30

3.1. Preparação do emulgador e das concentrações de óleo

Com base no sucesso obtido por Carneiro (2018) em experimentos para testar

o poder antioxidante e anticorrosivo do Renex 95(RN) de Ricinoleato de Sódio. Os

experimentos consistiram em elaborar seis soluções com três concentrações de óleo

e água diferentes, onde três continham com Renex 95 e as outras três contendo

Ricinoleato de Sódio colocadas em seis copos de polipropileno de 250 ml. Nesses

copos foram colocados três pregos de aço e mantidos por catorze dias para a análise

da capacidade antioxidante e anticorrosiva de cada emulsão, de acordo com o estado

visual dos pregos após o período de ensaio. O poder detergente foi analisado a partir

da análise visual da presença ou ausência de óleo sobrenadante não emulgado.

A emulsão que apresentou o melhor resultado, utilizou o emulgador Renex 95

(RN). As concentrações de agua e óleo de cada mistura, foram preparadas tendo

como referência as porcentagens em massa, não em volume. Foram produzidas da

seguinte maneira:

Concentração 1 (OQ7): 93% Água e 7% Óleo usado.

Concentração 2 (OQ20): 80% Água e 20% Óleo usado.

Concentração 3 (OQ35): 65% Água e 35% Óleo usado.

Concentração 4 (ON7): 93% Água e 7% Óleo novo.

Concentração 5 (ON20): 80% Água e 20% Óleo novo.

Concentração 6 (ON35): 65% Água e 35% Óleo novo.

Sendo adicionado a cada concentração acima uma porcentagem em peso de

10% de emulgador em relação a soma da massa de água com a massa de óleo de

cada concentração.

O óleo utilizado foi o Havoline Superior API SL SAE 20W-50 novo e o usado. O

óleo usado foi retirado de um motor Fiasa 1.5 a álcool monoponto após ser utilizado

por 4652 Km.

3.2. Arruela-Esfera (Pino-Disco)

Nessa etapa foi determinada a massa inicial (antes da realização do

experimento) com cada arruela, utilizando uma balança analítica com resolução

0,0001g.

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Figura 8: Balança analítica com resolução de 0,0001g.

Fonte: HEXASYSTEMS GROUP. Disponível em <https://www.hexasystems.com.br/produto/balancaanalitica- 00001-grama-220g-fa2204.aspx> Acesso em 31 de janeiro de 2019.

As arruelas de caldeireiro que foram utilizadas são de aço carbono galvanizado

com 5/8” (cinco oitavos de polegada). Suas medidas em milímetros são 50,60 mm

de externo, 15,875 mm de diâmetro interno, 1,5 mm de espessura (Figura 9).

Figura 9: Modelo de arruela utilizada nos experimentos.

Nesta etapa foram realizados os experimentos de pino-sobre-disco divididos

em dois grupos: fluidos a base de óleo novo (ON) e fluidos a base de óleo usado (OQ).

Além dos fluidos, tem-se como parâmetros de teste duas cargas e duas rotações

Características mais importantes

da balança analítica Bioescale:

Capacidade (g): 220.

Tara (g): 0~220.

Resolução (g): 0,0001.

Linearidade: ≤± 0,2 mg.

Reprodutibilidade (mg): ≤0,1.

Tamanho de bandeja (mm): Φ 90.

Código de referência: FA2204.

Fabricante: Bioescale.

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diferentes. As cargas utilizadas foram chamadas de C1(180,74g) e C2(883,1g). As

rotações foram escolhidas tendo como base a rotação máxima e a mínima sugerida

pela norma ASTM G 99 – 04 que são respectivamente, 60 e 600 rpm. Com base

nesses limites sugeridos pela norma, foi selecionado as duas rotações mais próximas

disponíveis no torno, 63 e 500 rpm.

Figura 10: configuração do dispositivo pino-sobre-disco utilizado nos experimentos.

Fonte: Carneiro, 2018.

A arruela (corpo de prova) foi montada em um suporte de aço produzido a partir de

um processo de torneamento para garantir que o mesmo esteja paralelo a placa do

torno que irá rotacionar ele.

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33

Figura 12: Posição de contato entre o corpo de prova e a esfera.

Autor: Carneiro, 2018.

Figura 11: sistema de fixação do corpo de prova.

Autor: Carneiro, 2018.

Para desempenhar a função de pino, foi usado no dispositivo uma esfera de

aço ao cromo 52100 (aço prata ou aço para rolamento) com 3/16” de diâmetro,

posicionada na parte inferior da haste vertical que promove o contato da esfera com

o corpo de prova. A posição da esfera pode ser observada na figura 12.

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A esfera permaneceu estática em todas as direções com exceção da direção

perpendicular ao corpo de prova, pois há uma força normal promovida pela aplicação

de uma carga de 833,1g (8172,7 N) localizada na extremidade da porção horizontal

da haste que comporta a esfera. A carga aplicada promove uma força de atrito entre

a o Corpo de prova e a esfera produzindo remoção de material. A posição da carga

pode ser observada na figura 13.

Figura 13: Localização da carga no dispositivo.

Autor: Carneiro, 2018.

Após a conclusão de cada ensaio, a esfera utilizada foi substituída por outra

nova para que sua parte que foi desgastada não viesse a interferir nos resultados do

teste seguinte.

O objetivo dos ensaios é fornecer um parâmetro comparativo de desgaste em função

da diferença de massa, antes e depois da realização do ensaio. Onde as únicas coisas

que mudam de um ensaio para o outro são os fluidos ensaiados, as cargas utilizadas

e as rotações usadas. Os fluidos produzidos possuem funções lubrificantes e

refrigerantes.

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35

3.2.1.Ensaio com fluido lubrificante a base de óleo mineral 20W 50 Havoline

Os ensaios realizados utilizam: rotações de 63 e 500 rpm; a duração de cada

ensaio foi de 12 minutos; e as cargas utilizadas para pressionar a esfera contra o

corpo de prova foram de 180,4 e 883,1 g. Foram testadas as 6 composições de fluido

(listadas no início desse capitulo), conforme visto na tabela 1.

Tabela 1: Descrição dos ensaios realizados.

Ensaios com fluido lubrificante

Concentração Carga Rotação (rpm)

63

ON7

C1 500

63 C2

500 63

ON20

C1 500

63 C2

500 63

Ensaios com fluido

lubrificante com

duração de 12

minutos.

ON35

OQ7

C1 500

63 C2

500 63

C1 500

63 C2

500 63

OQ20

C1 500

63 C2

500 63

OQ35

C1 500

63 C2

500

Os fluidos lubrificantes testados nos ensaios diferem entre si pelas

concentrações de óleo 20W 50 Havoline. Sendo que para todos foram produzidos dois

litros de cada um, cada fluido foi utilizado em apenas dois experimentos afim de

diminuir a quantidade de resíduos provenientes da realização dos mesmos.

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Foram usados três reservatórios para facilitar o manuseio dos fluidos,

intitulados de R1, R2 e R3. Que estão dispostos de acordo com a figura 14. O princípio

de funcionamento do sistema que promove o jorro do fluido a baixa pressão entre o

corpo de prova e a esfera é a ação da gravidade. A emulsão posicionada em R1 vai

através da mangueira para a interface Corpo de prova-esfera chegando em R2 que

está abaixo da interface. R2 possui proteção lateral para evitar desperdício nos

ensaios que utilizam 500 rpm e uma mangueira na qual o lubrificante é escoado para

R3, que é móvel, como mostra a figura 14. Quando R1 chegava a 1/5 da sua

capacidade total, é feito o reabastecimento de R1 a partir do conteúdo de R3, o

colocando manualmente em R1 até o fim do ensaio esse procedimento é repetido

quantas vezes for necessário, afim de impedir a falta de lubrificação.

Figura 14: Disposição dos reservatórios.

Fonte: Carneiro, 2018.

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4. RESULTADOS

Este capitulo é destinado a analisar e tratar os dados obtidos pela realização

dos procedimentos descritos no capítulo anterior, através do parâmetro de massa

perdida.

4.1. Análise da perda de massa nos corpos de prova (Arruelas)

Os resultados aqui analisados para a perda de massa quando o pino entra em

contato com o disco, se deram por meio das comparações entre as composições dos

fluidos (ON, OQ e suas concentrações), e suas utilizações nos experimentos com

variação de carga (C1 e C2) e variação das rotações (63 e 500 rpm). As analises estão

apresentadas abaixo, inicialmente para a carga C1 com rotação de 63 rpm. Na

sequência serão analisadas: carga C1 com 500 rpm, carga C2 com 63 rpm e a carga

C2 com 500 rpm.

Por fim, será analisada a média de material perdido para cada combinação de

rotação e carga, afim de chegar a uma conclusão de qual fluido tem a menor perda

de massa para cada situação.

Os dados referentes a combinação da carga C1 (180,4g) e a rotação de 63 rpm

segue na tabela 2.

Tabela 2:Dados de massa perdida para C1 e 63 rpm

Composição Massa

inicial(g) Massa final (g)

Diferença de

massa(g)

7% OQ 30,5939 30,5926 0,0013

ON 30,6405 30,6394 0,0011

20% OQ 30,6268 30,6260 0,0008

ON 30,6260 30,6254 0,0006

35% OQ 30,7081 30,7080 0,0001

ON 30,7080 30,7075 0,0005

Para as composições com 7% de óleo houve uma perda de massa de cerca de

1,2 mg em cada ensaio. As composições com 20% de óleo apresentaram uma perda

de material de cerca de 0,7 mg. Já para as composições com 35% de óleo foi obtido

0,1 mg para o óleo usado e 0,5 mg para o óleo novo.

Page 38: ANÁLISE TRIBOLOGICA DE FLUIDOS DE CORTE ELABORADOS …

38

A partir dos dados contidos na tabela 2, é possível observar que o resultado

menor perda de massa para a carga mais baixa e a velocidade mais baixa foi a

composição OQ35 que é composta por 35% de óleo queimado, com uma diferença

de 0,0001 g. E o resultado que apresentou maior perda de massa foi a composição

OQ7 que possui 7% de óleo queimado, com uma diferença de massa 0,0013g.

Os dados referentes a combinação da carga C1 (180,4g) e rotação de 500 rpm

segue na tabela 3.

Tabela 3: Dados da massa perdida para C1 e 500 rpm.

Composição

Massa inicial (g)

Massa final (g)

Diferença de

massa(g)

7% OQ 30,6503 30,6496 0,0007

ON 30,6496 30,6490 0,0006

20% OQ 30,7839 30,7819 0,0020

ON 30,6729 30,6717 0,0012

35% OQ 30,5247 30,5240 0,0007

ON 30,5833 30,5827 0,0006

Para as composições com 7% de óleo houve uma perda de massa de cerca de

0,7 mg em cada ensaio. Para as composições com 20% de óleo foi obtido 2 mg para

o óleo usado e 1,2 mg para o óleo novo. Já para as composições com 35% de óleo

houve uma perda de massa igual a das composições com 7% de óleo.

A partir dos dados contidos na tabela 3, pode-se perceber que as composições

ON7 e ON35 obtiveram a menor perda de massa dentre as composições ensaiadas ,

com uma diferença de massa de apenas 0,0007 g. E a composição OQ20 apresenta

a maior perda de massa com 0,0020 g.

Como era esperado, houve uma maior da perda de massa na combinação C1

e 500 rpm comparado a C1 e 63 rpm. Acredita-se que isso ocorre devido a uma maior

distância percorrida em um mesmo espaço de tempo, por conta do número maior de

rotações e consequentemente uma temperatura maior na superfície ensaiada.

Page 39: ANÁLISE TRIBOLOGICA DE FLUIDOS DE CORTE ELABORADOS …

39

Tabela 4: Dados da massa perdida para C2 e 63 rpm.

Composição

Massa inicial (g)

Massa final (g)

Diferença de

massa(g)

7% OQ 30,949 30,9483 0,0007

ON 30,7461 30,7457 0,0004

20% OQ 30,722 30,7207 0,0013

ON 30,5893 30,5887 0,0006

35% OQ 30,6887 30,6875 0,0012

ON 30,6542 30,6473 0,0009

Para as composições com 7% de óleo foi obtido 0,7 mg para OQ e 0,4 mg para

ON. Para as composições com 20% de óleo foi obtido 1,3 mg para o óleo usado e 0,6

mg para o óleo novo. Já para as composições com 35% de óleo houve uma perda de

massa de cerca de 1 mg em cada.

A partir dos dados contidos na tabela 4, pode-se notar que, a composição ON7

obteve a menor perda de massa. Apresentando uma diferença de massa de

0,0004 g. A composição OQ20 apresentou a maior perda de massa com 0,0013g.

Diferente das outras combinações, os melhores resultados apresentados foram por

fluidos a base de óleo novo.

Composição Massa inicial (g) Massa final (g) Diferença de massa(g)

OQ 30,6652 30,6629 0,0023 7%

ON 30,5519 30,5502 0,0017

OQ 30,7442 30,7406 0,0036 20%

ON 30,7406 30,7374 0,0032

OQ 30,6627 30,6595 0,0032 35%

ON 30,6595 30,6562 0,0033

Tabela 5: Dados de perda de massa para a combinação de C2 e 500 rpm.

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40

Para as composições com 7% de óleo foi obtido 2,3 mg para OQ e 1,7 mg para

ON. Para as composições com 20% de óleo foi obtida uma perda de cerca de 3,3

mg em cada composição. Já para as composições com 35% de óleo houve uma

perda de massa de cerca de 3,2 mg.

Como pode ser observado na tabela 5, a combinação de C2 e 500 rpm

apresentou os maiores valores, o que era esperado por apresentar a situação com a

maior carga e a rotação mais alta dentre as utilizadas nos experimentos. A

composição que apresentou a menor diferença de massa foi ON7 que apresentou

uma diferença de massa de 0,0017 g. Que se comparado aos melhores resultados

das outras combinações de carga e rotação pode ser considerado o maior para essa

composição. O resultado apresentado por OQ20 com uma diferença de 0,0036 g foi

a maior valor em perda de massa por material removido.

Gráfico 1: Média de massa perdida por composição.

Através do gráfico 1 é possível fazer uma comparação da média de perda de

massa de cada composição. Percebe-se que as composições com 7% de óleo

apresentaram resultados menores que as demais. E que ON7 obteve a menor perda

de massa.

O gráfico 2 apresenta um gráfico que possibilita comparações do

comportamento dos fluidos a base de óleo queimado com o comportamento dos

fluidos a base de óleo novo através da análise do parâmetro de massa perdida.

Média de massa perdida por composição:

2.5

2

1.5

1

0.5

0

OQ7 (mg) ON7 (mg) OQ20 (mg) ON20 (mg) OQ35 (mg) ON35 (mg)

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41

Gráfico 2: Média de massa perdida por ensaio.

A média de material perdido para as emulsões a base de óleo queimado foi de

1,4916mg e para as composições a base de óleo novo foi de 1,2000mg, o que

representa uma diferença de 19,5% de uma para outra.

Como pode ser observado no gráfico 2, os resultados para testes com óleo

usado apresentaram uma média de material removido de 1,4916mg, enquanto os

testes com óleos novos apresentaram uma média de 1,2000 mg de material perdido,

o que representa uma diferença percentual de 40% menos material removido.

Deve-se lembrar que a arruela e a esfera possuem massas muito pequenas e

com pouco tempo de experimento os dois se aquecem. Desta forma, verificou-se que

para a carga maior e principalmente quando associada a maior rotação o poder

refrigerante do fluido (7%) oferece menor perda de massa das arruelas quando se

comparada aos experimentos realizados com maior quantidade de óleo (exceto no

primeiro caso). Este fato corrobora com a literatura uma vez que os fluidos comerciais

indicam diluições da ordem de 19 partes de água para uma de óleo (Boreal BL YPF

Brasil), por exemplo, a 40 partes de água pra uma de óleo para o rocol ULTRACUT

370. Deve-se considerar ainda que nos experimentos realizados o que se deforma

incialmente são os filmes galvanizados dúcteis de zinco.

Média de massa perdida por ensaio.

1.6

1.4

1.2

1

0.8

0.6

0.4

0.2

0

Óleos queimados (mg) Óleos novos (mg)

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5. CONCLUSÃO

A ideia inicial de testar o óleo havoline 20W 50 usado foi por conta de sua

fuligem que possui efeito lubrificante. Mas pelos resultados obtidos não se verificou

vantagem.

Outro ponto importante é que não se verificou vantagem por conta da presença

de muitas partículas metálicas presentes no óleo queimado, oriundas do motor, estas

certamente contribuíram com um incremento no desgaste das arruelas.

5.1. Sugestões para trabalhos futuros

-Analise da temperatura do fluido na interface arruela-esfera com o uso de

termopar;

-Investigar o comportamento dos materiais com diferentes misturas de óleo

20W 50;

-Analise das marcas de desgaste provocadas pelo ensaio na superfície do

corpo de prova.

Page 43: ANÁLISE TRIBOLOGICA DE FLUIDOS DE CORTE ELABORADOS …

43

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM G40-99:

terminology relating to wear and erosion. Philadelphia, 1999.

AMORIM, Heraldo José de. Estudo da relação entre velocidade de corte,

desgaste de ferramenta, rugosidade e forças de usinagem em torneamento

com ferramenta de metal duro. Dissertação (Mestrado), Universidade Federal

do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2002.

AZEVEDO, Joyce Batista; CARVALHO, L. H.; FONSECA, Viviane Muniz.

Propriedades reológicas de óleos lubrificantes minerais e sintéticos com

degradação em motor automotivo. Trabalho publicado nos Anais do, v. 3, 2005.

BAYER, Raymond G; Mechanical Wear: Fundamentals and Testing. Marcel Dekker: New York, 395 p., 2004.

BHUSHAN, B. Introduction: Measurement Techniques and Applications. In.: BHUSHAN, B. (Ed.). Handbook of micro/nanotribology. Boca Raton: CRC Press, 1999. Cap. 1.

BLAU, P. J. The significance and use of the friction coefficient. Tribology

International, v. 34, p. 585-591. 2001.

BOTH, Guilherme Brandes. Caracterização e avaliação tribológica de superfícies resistentes ao desgaste para aplicação em ferramentas de conformação a frio. 2011. Dissertação (Mestrado), Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2011.

CARNEIRO, L. S.; Análise do Óleo de Palma com Grafite em Pó no Ensaio Pino-sobre-disco. Trabalho de conclusão de Curso (Curso de Bacharelado em Ciências Exatas e Tecnológicas) – Universidade Federal do Recôncavo da Bahia. Cruz das Almas, 2018.

CARRETEIRO, R.P.; MOURA, C.R.S. Lubrificantes e Lubrificação, 2ª ed, Makro Books, São Paulo, 1998.

CASTRO, Pablo Ricardo Amarante de et al. Aspectos tecnológicos da

usinagem a seco e com mínima quantidade de fluido de corte na furação

com broca helicoidal. Dissertação (Mestrado), Universidade Federal de Santa

Catarina, Florianópolis, 2001.

Page 44: ANÁLISE TRIBOLOGICA DE FLUIDOS DE CORTE ELABORADOS …

44

DE SOUZA, Alan Mendes et al. Estudo sobre lubrificação em rolamentos e

desenvolvimento de um tribômetro método reichert. Revista Eniac

Pesquisa, v. 7, n. 1, p. 82-96, 2018.

GÂNDARA, Gustavo Morini Ferreira. Óleos lubrificantes minerais: uma análise

das potencialidades de reutilização. 2000. Dissertação (Mestrado em

Engenharia da Produção) –Universidade Metodista de Piracicaba, Piracicaba.

GUIMARÃES, Jairo. Rerrefino de óleos lubrificantes de motores de

combustão interna pelo processo de ultrafiltração e adsorção. 2006.

Dissertação (Mestrado), Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de

Janeiro, 2006.

Hutchings, I. M. (1992). Tribology - Friction and Wear of Engineering Materials.

Edward Arnold

KRAGELSKY, Igor Viktorovich; ALISIN, Valeriĭ Vasilʹevich (Ed.). Friction

wear lubrication: tribology handbook. 1 ed. Moscou: Elsevier, 1981.

LAYARD, A.G. Discoveries in the Ruins of Nineveh and Babylon. London:

John Murray, 1853

LUDEMA, K. C. Friction. In: Modern Tribology Handbook: Principles of

Tribology. CRC Press LLC, 2001.

MAIA, Débora Aline Soares et al. Fluidos de corte: novas formulações e

recuperabilidade. PDPETRO, v. 4, p. 1-10, Campinas, 2007.

MARTINS, Jorge. Motores de combustão interna. Publindústria, 2006.

MEDEIROS, Suelson Diógenes de França. Análise tribológica de um sistema

de acionamento alternativo de pigs para a indústria do petróleo. 2010.

Dissertação de Mestrado. Universidade Federal do Rio Grande do Norte.

Page 45: ANÁLISE TRIBOLOGICA DE FLUIDOS DE CORTE ELABORADOS …

45

MOURA, C.R.S., CARRETEIRO, R.P. Lubrificantes e lubrificação. 2ed. Rio de

Janeiro: J.R. Editora Técnica, 1987.

NORTON, Robert L. Projeto de máquinas, 4 ed., Porto Alegre, Bookman editora,

2013.

RADI, Polyana Alves. Estudos de Fenômenos Tribológicos em Materiais Carbonosos. 2008. 148f. Tese de mestrado em Física e Química dos Materiais Aeroespaciais – Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos.

RADI, Polyana Alves et al. Tribologia, conceitos e aplicações. Encontro de

Iniciação Científica e Pós-Graduação do ITA–XIII ENCITA/2007, Instituto

Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, SP, Anais do 13º, 2007.

SINATORA, A. Tribologia: um resgate histórico e o estado da arte. Prova e

Erudição. São Paulo, 2005.

STACHOWIAK, Gwidon W.; Batchelor, Andrew W. Engineering Tribology. 2 ed.

Butterworth-Heinemann: Boston, 2001.

STANDARD, A. S. T. M. et al. Standard test method for wear testing with a pin-on-

disk apparatus. Annual Book of ASTM Standards, G99-05, v. 3, 2000.

STEMMER, C. E. Ferramentas de corte I. 3. ed. Florianópolis: Ed. UFSC. 1993,

249 p.

SUSKI, C.A. Estudo do efeito de tratamentos e revestimentos superficiais na

vida de ferramentas de conformação mecânica à frio. 2004. 88f. Dissertação

(Mestrado) - Centro Tecnológico, Universidade Federal de Santa Catarina,

Florianópolis, 2004.

TRAJANO, Marinalva Ferreira. Estudo tribológico de biolubrificantes com

adição de nanopartículas de óxidos (zinco e cobre). 2013. Dissertação de

Mestrado. Universidade Federal do Rio Grande do Norte.

Page 46: ANÁLISE TRIBOLOGICA DE FLUIDOS DE CORTE ELABORADOS …

46

VERDI, Josué. Dispositivo pino-disco para análise de desgaste na presença

de diesel e biodiesel. 2011. Dissertação de Mestrado. Pontifícia Universidade

Católica do Rio Grande do Sul.