Aula_unid_3_1

FACULDADE DO CENTRO LESTE

1Prof. Julio Rezende [email protected]/10/2015

ENGENHARIA MECÂNICA

2015/2



UNIDADE 3.1

LUBRIFICAÇÃO

INDUSTRIAL



Sumário

Noções sobre Tribologia

Conceitos Básicos

Teorias do Atrito

Desgaste

Introdução à Lubrificação

Conceitos

Classificação da Lubrificação

Tipos de Lubrificantes



Manutenção IndustrialLUBRIFICAÇÃO INDUSTRIAL

A palavra Tribologia é derivada das palavras gregas “Tribos”, que significa atrito,e

“Logos” que significa estudo.



Manutenção Industrial

LUBRIFICAÇÃO INDUSTRIAL

TRIBOLOGIA - CONCEITOS:É a ciência que estuda o movimento relativo entre superfícies, levando em

consideração o atrito, o desgaste e a lubrificação.

A lubrificação surgiu como forma de minimizar o atrito e reduzir o desgaste.




LUBRIFICAÇÃO INDUSTRIAL - TRIBOLOGIA - CONCEITOS:



Manutenção IndustrialLUBRIFICAÇÃO INDUSTRIAL - TRIBOLOGIA - CONCEITOS:




TRIBOLOGIA – TEORIA DO ATRITO:

Quando um corpo qualquer, sólido, líquido ou

gasoso, move-se sobre a superfície de um

outro corpo origina-se uma resistência a este

movimento;

O atrito é a força que se opõe ao movimento,

ou à tendência de movimento, de um corpo,

oferecendo uma resistência ao seu

deslocamento;

O atrito é interação mecânica entre asperezas

rígidas ou que deformam-se, no máximo,

elasticamente;

O atrito dos fluidos < o atrito dos sólidos

Por isso se introduz fluido entre dois sólidos

para evitar que entrem em contato direto.




TRIBOLOGIA – TEORIA DO ATRITO

MODELO DE COULOMB

O atrito seco, também chamado de atrito de

Coulomb, ocorre quando superfícies não

lubrificadas de dois corpos sólidos estão em

contato sob uma condição de deslizamento

relativo ou com tendência de deslizamento.

Uma força de atrito ocorre tanto durante o

intervalo de tempo que precede o

deslizamento iminente, quanto durante o

deslizamento.

A direção desta força de atrito será sempre

oposta ao movimento.





MODELO DE COULOMB

hPxW NF ss

ss

s tgN

Ftg 11

NF kk

kk

k tgN

Ftg 11





O valor do coeficiente de atrito independe da força que mantém os corpos em

contato;

A força de atrito não depende, sensivelmente, da velocidade relativa entre as

superfícies;

O atrito diminui com a lubrificação e o polimento das superfícies, pois reduzem o

coeficiente de atrito;

O coeficiente de atrito é depende das propriedades das superfícies como o

material e a rugosidade.

Metal x Metal 0,15 / 0,30

Metal x Madeira 0,20 / 0,60

Madeira x Madeira 0,25 / 0,50

Metal x Couro 0,30 / 0,60

Pedra x Pedra 0,40 / 0,65

Borracha x Cimento 1,00 / 1,50

Alguns valores de coeficiente de atrito





Atrito Estático:

Formação de soldas microscópicas.

Atrito de Deslizamento:

Pontos fixos de uma superfície em contato

com pontos sucessivos de outra superfície.

Atrito Rolante:

Pontos sucessivos de uma superfície em

contato com pontos sucessivos de outra

superfície.





Deslizamento

Rolamento

Rolamento e deslizamento

Perfuração



Manutenção IndustrialTRIBOLOGIA – TEORIA DO ATRITO

ATRITO DE ROLAMENTO

No atrito de rolamento, a resistência é devida sobretudo às

deformações. As superfícies elásticas (que sofrem

deformações temporárias) oferecem menor resistência ao

rolamento do que as superfícies plásticas (que sofrem

deformações permanentes). A distância a é chamada de

coeficiente de resistência ao rolamento.

r

aWP

rd NNN

)cosr(PaW



Manutenção IndustrialTEORIA DO ATRITO – CONDIÇÕES DE ATRITO

A principal causa do atrito são as irregularidades existentes entre as superfícies. Podendo o mecanismo ser de dois tipos :

Adesão

Cisalhamento










TEORIA DO ATRITO – CONSEQÜÊNCIAS DO ATRITO

O atrito seco (sólido com sólido) provoca:

Aquecimento das partes;

Consumo extra de energia;

Ruído;

Deformação;

Desgaste das partes.



Manutenção IndustrialTRIBOLOGIA - DESGASTE

Leis de Desgaste:

A quantidade de desgaste D é diretamente proporcional à carga P;

A quantidade de desgaste D é diretamente proporcional à distância deslizante d;

A quantidade de desgaste D é inversamente proporcional à dureza da superfície H.



Manutenção IndustrialTRIBOLOGIA - DESGASTE

O coeficiente k representa o volume removido (mm3) por unidade de deslocamento

(m), por unidade de carregamento normal (N). A tabela abaixo apresenta valores

típicos para o coeficiente de desgaste adimensional K em escorregamento a seco.

Materiais escorregando sem lubrificação.



Manutenção IndustrialTRIBOLOGIA – LUBRIFICAÇÃO - CONCEITOS

Uma vez que o atrito e o desgaste provêm do contato das superfícies, o melhor

método para reduzi-los é manter as superfícies separadas, intercalando-se entre

elas uma camada de lubrificante. Isto, fundamentalmente, constitui a lubrificação.

Lubrificação é a interposição de uma substância (fluida, líquida, pastosa ou

gasosa), de propriedades adequadas, entre duas superfícies que apresentem

movimento relativo entre si, visando a redução de atrito entre estas partes.






Manutenção IndustrialTRIBOLOGIA – LUBRIFICAÇÃO

FUNÇÕES DOS LUBRIFICANTES

Controle do atrito - transformando o atrito sólido em atrito fluido, evitando

assim a perda de energia.

Controle do desgaste - reduzindo ao mínimo o contato entre as superfícies,

origem do desgaste.

Controle da temperatura - absorvendo o calor gerado pelo contato das

superfícies (motores, operações de corte etc.).

Controle da corrosão - evitando que ação de ácidos destrua os metais.

Amortecimento de choques- funcionando como meio hidráulico, transferindo

energia mecânica para energia fluida (como nos amortecedores dos

automóveis) e amortecendo o choque dos dentes de engrenagens.

Redução de ruído.

Vedação - impedindo a saída de lubrificantes e a entrada de partículas

estranhas.

Remoção de contaminantes - evitando a formação de borras, lacas e vernizes.



Manutenção IndustrialTRIBOLOGIA – LUBRIFICAÇÃO

CLASSIFICAÇÃO DA LUBRIFICAÇÃO

A lubrificação pode ser classificada de acordo com a película lubrificante:

Lubrificação Limite ou limítrofe;

Lubrificação Total ou Fluida;

Lubrificação Mista.



TRIBOLOGIA – LUBRIFICAÇÃO


LUBRIFICAÇÃO LIMITE OU LIMÍTROFE

Descreve uma situação na qual, por

razões de geometria, aspereza da

superfície, carga excessiva, lubrificante

insuficiente, baixas velocidades ou

operações intermitentes impedem a

formação de uma película fluida, e as

superfícies dos corpos se contatam

fisicamente e pode ocorrer desgaste.

A altura da película lubrificante é igual

a altura das rugosidades. Existe

contato entre as rugosidades, logo

existe atrito e desgaste.





LUBRIFICAÇÃO TOTAL OU FLUÍDA

As superfícies em movimento são

separadas por uma película contínua de

lubrificante, eliminando qualquer contato;

A película possui espessura superior à

soma das alturas das rugosidades das

superfícies.

Serão resultantes, assim, valores de atrito

baixos e desgaste insignificantes.

A lubrificação Fluida pode ser dividida

em três categorias:

1) Lubrificação hidrodinâmica;

2) Lubrificação hidrostática;

3) Lubrificação elasto-hidrodinâmica






Mancais de Deslizamento

Mancais de deslizamento são constituídos por buchas ou caquilhos fabricados em

bronze ou metal patente (babbitt) e são aplicados em condições de altas cargas ou

velocidades, quando a aplicação de rolamentos é inviável tecnicamente e/ou

economicamente.






Mancais de DeslizamentoBabbitt, Metal Patente ou Metal branco, é uma liga não

ferrosa branca, mole, utilizada para proporcionar uma

superfície de apoio. Ele tem propriedades que ajudam a

reduzir o atrito que o torna um bom material para usar em

um mancais de deslizamento.

O “Babbitt foi criado por Isaac Babbitt. A fórmula original

para o metal Babbitt era 89,3% de estanho, 7,1% de

antimônio,e 3,6% de cobre, fórmula que ainda é

comercializada hoje por alguns fabricantes como ASTM B-

23 Grau 2 Babbitt ou como "Babbitt genuíno".

O princípio de como Babbitt funciona é realmente muito

simples. De modo que qualquer mancal trabalhe bem, ele

deve criar uma situação em que exista um baixo

coeficiente de atrito. No entanto, com a adição de

lubrificação simples, os mancais de deslizamento pode ter

coeficientes de atrito surpreendentemente baixos - ainda

mais baixa do que a dos rolamentos de esferas.





Mancais de DeslizamentoÉ feita através de ranhuras e chanfros nos

mancais de deslizamento. As ranhuras devem

ser longitudinais, cortadas em toda a

extensão do mancal, sem, entretanto, atingir

suas extremidades

A secção das ranhuras deve ser

semicircular com os cantos

arredondados

Eventualmente, pode haver uma

ranhura auxiliar imediatamente antes

da área de pressão para melhor

introdução do óleo na zona de suporte

de carga. No caso de ser usada a

ranhura auxiliar, ela deve ter o lado da

rotação chanfrado.

Os mancais bipartidos devem ter as

arestas chanfradas para impedir

que elas raspem o óleo

Quando o comprimento do

mancal for superior a 200mm,

serão necessários dois ou

mais pontos de alimentação

de óleo. Esses pontos devem

ser interligados por ranhuras

F = 0,001DOnde: F – folga diametral;

D – diâmetro do eixo.






Mancais de Deslizamento






Lubrificação Hidrodinâmica

A película lubrificante separa inteiramente as duas

superfícies por ação combinada das propriedades

do óleo e da velocidade relativa das superfícies. A

espessura da camada de lubrificante é superior a

soma das alturas das rugosidades.

Refere-se ao suprimento suficiente de lubrificante à interface deslizante para permitir

que a velocidade relativa das superfícies bombeie o lubrificante e separe as

superfícies por um filme dinâmico de líquido.

O filme de fluido se desenvolve entre

as superfícies gerado pelo próprio

movimento relativo entre elas.













PRESSÃO NO FILME DE LUBRIFICANTE:

Ao passar pelo orifício de entrada, o

lubrificante é carregado até a zona de

estreitamento do arraste, onde a pressão

atuante atinge o ponto máximo.

Ao ultrapassar o ponto mais estreito (h0), a

pressão do lubrificante volta a ser nula.

Não se recomenda colocar uma ranhura

longitudinal na região de pressão da

superfície do mancal, pois interromperia a

formação da cunha de óleo, diminuindo a

capacidade de carga do mancal.






Lubrificação Hidrostática

O fluido lubrificante é introduzido sob pressão de modo a separar as partes. Não

existe movimento entre as partes até que o fluido seja introduzido.

Refere-se ao suprimento contínuo de um fluxo de lubrificante

para a interface de deslizamento a uma pressão hidrostática

elevada.






Lubrificação Elasto-Hidrodinâmica

Lubrificação ocorre na presença de contato de rolamento entre as partes (atrito de

rolamento). Película de óleo separa as superfícies pela ação da velocidade relativa

e pelas altas pressões de contato (deformação elástica da superfície e aumento da

viscosidade do óleo).

Exemplos típicos deste tipo de lubrificação ocorrem entre os dentes de

engrenagem, um came e seguidor ou em rolamentos sob algumas condições de

carga e rotação .

Pressão de contato de Hertz






Lubrificação Elasto-Hidrodinâmica





LUBRIFICAÇÃO MISTA

Descreve uma combinação de filme lubrificante parcial com

algumas asperezas de contato entre as superfícies.

Quando as pressões entre as duas superfícies moveis são

muito elevadas, há ruptura da película em alguns pontos. Há

nestas condições uma combinação de atritos sólidos e

fluidos. Até que se inicie o movimento a camada

de lubrificante não tem espessura

suficiente para separar totalmente as

superfícies (limítrofe). Quando se inicia o

movimento há formação de cunha de óleo

(hidrodinâmica).








TIPOS DE LUBRIFICANTES

Líquidos:

São os lubrificantes mais usados por seu poder

de penetração e principalmente porque atuam

como agente refrigerante. Compreende os óleos

minerais, óleos graxos e água.

Aproximadamente, 95% dos lubrificantes são

líquidos.

Pastosos:

São as graxas comuns e também as

composições betuminosas. Sua principal

característica é promover vedação e não

escorrer.

Participam com 3 a 5% do mercado.




TIPOS DE LUBRIFICANTES

Gasosos:

São os lubrificantes que são usados onde não se pode usar os lubrificantes

comuns.

Como exemplo de alguns dos mais usados temos o AR, os GASES

HALOGENADOS, o NITROGÊNIO.

Elevadas pressões são requeridas para mantê-los entre as superfícies.

Necessidade de boa vedação.

Sólidos

Geralmente apresentam elevada

resistência à pressão e a temperaturas

elevadas. Os mais utilizados são o grafite,

mica, bissulfeto de molibdênio, talco, óxido

de zinco, teflon, nylon, etc. Também são

utilizados como aditivos



MANUTENÇÃO INDUSTRIAL

Referências Bibliográficas

-CARRETEIRO, Ronald P. e BELMIRO, Pedro N. Lubrificantes & Lubrificação

Industrial. Rio de Janeiro: Editora Interciência: IBP, 2006

-Prof. Rodrigo Lima Stoeterau, Dr. Eng. – APOSTILA DE TRIBOLOGIA (2004 /1)-

UFSC - CT- DEM

- Klüber Brasil –www.klueber.com

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