Nomes: Bruno de Barcellos

Paula de Almeida Pinto

Jeferson de Souza Chicharo

Kleber Lessa Disciplina: MEC229

Érika Ferreira dos Santos Turma: 403

Viscosidade, viscosímetro e óleos

lubrificantes.

17

17

Índice

Introdução --------------------------------------------------------------------- 02Capítulo 1 Viscosidade ------------------------------------------------------------------- 03

1.1. O que é viscosidade ------------------------------------------------------ 031.2. Relação entre viscosidade e temperatura em gases e

líquidos ------------------------------------------------------------------------- 041.3. Tensão de cisalhamento ------------------------------------------------- 05

Capítulo 2 Viscosímetro ----------------------------------------------------------------- 062.1. Tipos ---------------------------------------------------------------------------- 062.2. Esquema de funcionamento -------------------------------------------- 082.3. Exemplos de utilização --------------------------------------------------- 08

Capítulo 3 Óleos lubrificantes --------------------------------------------------------- 093.1. Tipos e composição ------------------------------------------------------- 093.2. Sistema de classificação ------------------------------------------------- 093.3. Funções no motor ---------------------------------------------------------- 103.4. Índice de viscosidade, ponto de fluidez e ponto de fulgor --- 11

Capítulo 4 Descrição sumária de experiência laboratorial ------------------- 124.1. Óleo testado ------------------------------------------------------------------ 124.2. Equipamento utilizado ---------------------------------------------------- 124.3. Principais passos para a realização da experiência ------------ 12

Capítulo 5 Gráfico VxT (Viscosidade por temperatura) ----------------------- 13Conclusões pessoais ------------------------------------------------------ 14Referências bibliográficas ----------------------------------------------- 15

17

Introdução

No trabalho a seguir, abordaremos de assuntos relacionados a viscosidade de gases e líquidos; falaremos dos conceitos, das unidade e da relação entre os mesmo. Em seguida abordaremos o conceito da tensão de cisalhamento, mostrando sua formula geral, e suas proporcionalidades.

Mostraremos também, os instrumentos utilizados para a medição da viscosidade; Apresentando os cinco tipo de viscosímetros e o esquema de funcionamento de um deles, assim como sua utilização;

Em seguida, falaremos sobre os óleos lubrificantes, seus tipos e composição, sistema de classificação, das funções no motor assim como seu índice de viscosidade, ponto de fluides e ponto de fulgor.

E por fim, mostraremos o conceito e cálculos relacionados ao experimento realizado no laboratório Tunel de vendo, na Universidade Gama filho, com o auxilio do Professor Marcos.

17

Capítulo 1

Viscosidade

1.1. O que é viscosidade:

1.1.1. Conceito:

A viscosidade é uma propriedade característica dos líquidos e gases reais e newtonianos que se caracteriza pela medida da resistência ao escoamento que um fluído oferece quando se encontra sujeito a um esforço tangencial.

Sendo a viscosidade uma consequência do atrito interno que se produz no seio de um fluído, um dos problemas práticos que se levanta é o de saber qual a viscosidade que deve possuir um lubrificante. Por um lado deve ser baixa para que deste modo as forças de atrito também o sejam, mas, por outro lado, deve ser elevada para permitir que o lubrificante escoe com grande rapidez.

1.1.2. Unidades:

A unidade física de viscosidade no Sistema Internacional de Unidades é o pascal-segundo (Pa·s), que corresponde exatamente a 1 N·s/m² ou 1 kg/(m·s).

A unidade no Sistema CGS de unidades para a viscosidade dinâmica é o poise (p), cujo nome homenageia a Jean Louis Marie Poiseuille. Sói ser mais usado o seu submúltiplo: o centipoise(cp). O centipoise é mais usado devido a que a água tem uma viscosidade de 1,0020 cp a 20 °C

1 poise = 100 centipoise = 1 g/(cm·s) = 0,1 Pa·s.

1 centipoise = 1 mPa·s.

1.1.3. Viscosidade absoluta ou dinâmica:

A lei de Newton da viscosidade impõe uma proporcionalidade entre a tensão de cisalhamento e o gradiente da velocidade. Tal fato leva a introdução de um coeficiente de proporcionalidade da equação: τ α dv/ dy. Tal coeficiente será indicado por μ e denomina-se viscosidade dinâmica ou absoluta.

A viscosidade, portanto, não é uma propriedade observável em um fluido em repouso, pois, qualquer que seja a forca tangencial, ele se deforma. Com o movimento do fluido, porem, ela faz sentir seu efeito, criando as condições para equilibrar a forca Ft externa.

Pode-se dizer, então, que a viscosidade dinâmica é a propriedade dos fluidos que permite equilibrar dinamicamente, forças tangenciais externas quando os

17

fluidos estão em movimento. Matematicamente, μ é a constante de proporcionalidade da lei de Newton da viscosidade. De uma forma mais pratica: viscosidade é a propriedade que indica a maior ou menos dificuldade de um fluido escoar (escorrer). Contudo, se dois fluidos foram submetidos a mesma força e possuírem a mesma área, e obtendo velocidade de escoamento diferente, conclui-se que os mesmos possuem viscosidades diferentes.

1.2. Relação entre viscosidade e temperatura em gases e líquidos:

Nas substâncias no estado líquido, as moléculas encontram-se relativamente próximas, e existe uma força de coesão entre elas. Assim, quando o fluido se movimenta, esta força de coesão dificulta a movimentação. Macroscopicamente, isto pode ser interpretado como se existisse um atrito interno. Quando a temperatura do líquido aumenta, as moléculas aumentam seu grau de agitação e, desta forma, a distância entre as moléculas aumenta, diminuindo a força de coesão. Então, em líquidos, o aumento de temperatura provoca uma redução da viscosidade. Já no estado gasoso, as moléculas possuem elevado grau de agitação, e por isso encontram-se “livres”, não existindo uma força de coesão entre elas. Entretanto, as moléculas chocam-se continuamente. Já nos gases, a viscosidade é originada pelo choque entre as moléculas. Desta maneira, enquanto que nos gases a viscosidade cresce com o aumento da temperatura, nos líquidos ocorre o oposto. Com o aumento da temperatura, aumenta a energia cinética média das moléculas, aumenta a distância média entre elas, e menos efetiva se tornam as forças intermoleculares, diminuindo assim a viscosidade.

Fluido Comportamento Fenômeno

Líquidos A viscosidade diminui com a temperatura

Observa-se um pequeno espaçamento entre as moléculas e ocorre a redução da atração molecular com o aumento da temperatura.

Gases A viscosidade aumenta com a temperatura

Observa-se um grande espaçamento entre moléculas e ocorre o aumento do choque entre moléculas com o aumento da temperatura.

17

1.3. Tensão de cisalhamento:

Tensão de cisalhamento é um tipo de tensão gerada por forças aplicadas em sentidos iguais ou opostos, em direções semelhantes, mas com intensidades diferentes no material utilizado. Um fluido é uma substancia que se deforma continuamente quando submetida a uma tensão de cisalhamento, não importa o quão pequena pode ser essa tensão.

Para o cálculo de da tensão cisalhamento usa-se a razão entre o módulo da componente tangencial da força e a área sobre a qual a força está sendo aplicada:

τ= Ft / A

Pode-se dizer que a tensão de cisalhamento é diretamente proporcional à variação da velocidade ao longo da direção normal às placas.

τ α dv/ dy.

A relação de proporcionalidade pode ser transformada em igualdade mediante uma constante, dando origem:

τ = μ. dv/ dy

A viscosidade dinâmica (μ) é coeficiente de proporcionalidade de proporcionalidade entre a tensão de cisalhamento e o gradiente de velocidade.

17

Capítulo 2

Viscosímetro

Viscosímetros são instrumentos para a medição da viscosidade.

2.1. Tipos:

Existem quatro tipos básicos de viscosímetros:

2.1.1. Viscosímetro capilar:

A viscosidade é medida pela velocidade de escoamento do líquido através de um capilar de vidro. É medido o tempo de escoamento do líquido entre duas marcas feitas no viscosímetro.

2.1.2. Viscosímetro de orifício:

A viscosidade é medida pelo tempo que um volume fixo de líquido gasta para escoar através de um orifício existente no fundo de um recipiente.

2.1.3. Viscosímetro rotacional:

17

A viscosidade é medida pela velocidade angular de uma parte móvel separada de uma parte fixa pelo líquido. Nos viscosímetros de cilindros concêntricos, a parte fixa é, em geral, a parede do próprio recipiente cilíndrico onde está o líquido. A parte móvel pode ser no formato de palhetas ou um cilindro. Nos viscosímetros de cone-placa, um cone é girado sobre o líquido colocado entre o cone e uma placa fixa

2.1.4. Viscosímetro de esfera:

A viscosidade é medida pela velocidade de queda de uma esfera dentro de um líquido colocado em um tubo vertical de vidro. É medido o tempo que uma esfera gasta para percorrer o espaço entre duas marcas feitas no viscosímetro.

2.2. Esquema de funcionamento:

17

2.3. Exemplos de utilização:

A escolha do tipo de viscosímetro a ser utilizado depende do proposito da medida e do tipo de liquido a ser investigado. O viscosímetro capilar não é adequado para líquidos não newtonianos, pois não permite variar a tensão de cisalhamento, mas é bom para líquidos newtonianos de baixa viscosidade. O viscosímetro rotacional é o mais indicado para estudar líquidos não-newtonianos. O viscosímetro de orifício é indicado nas situações onde a rapidez, a simplicidade e a robustez do instrumento e a facilidade de operação são mais importantes que a precisão e exatidão na medida, por exemplo, nas fábricas de tinta, adesivos e óleos lubrificantes.

17

Capítulo 3

Óleos lubrificantes

3.1. Tipos e composição:

Os óleos lubrificantes, óleos de motor, ou óleos para motor, são substâncias utilizadas para reduzir o atrito, lubrificando e aumentando a vida útil dos componentes móveis dos motores

Os óleos lubrificantes podem ser de origem animal ou vegetal (óleos graxas), derivados de petróleo (óleos minerais) ou produzidos em laboratório (óleos sintéticos), podendo ainda ser constituído pela mistura de dois ou mais tipos (óleos compostos).

3.2. Sistemas de classificação:

Os óleos lubrificantes são classificados por três normas: SAE, API e ASTM. Contudo, em nosso trabalho estaremos abordando apenas as classificações da SAE e API

3.2.1. SAE – Society of Automotive Engineers (Associação dos Engenheiros Automotivos)- define a classificação do lubrificante conforme a necessidade, normalmente está relacionada a viscosidade do óleo.

3.2.2. API – American Petroleum Institute (Instituto Americano de Petróleo)- desenvolve a linguagem para o consumidor em termos de serviços dos óleos lubrificantes.

A classificação SAE estabelecida pela Sociedade dos Engenheiros Automotivos dos Estados Unidos, classifica os óleos lubrificantes pela sua viscosidade, que é indicada por um n´mero. Quanto maior este número, mais viscoso é os lubrificantes e são divididos em três categorias.

Óleos de verão: SAE 20, 30, 40, 50, 60;

Óleos de inverno: SAE 0W, 5W, 10W, 15W, 25W;

Óleos multiviscosos (inverno e verão): SAE 20W-40, 20W-50, 15W-50;

17

A classificação API foi desenvolvida pelo Instituto Americano do Petróleo, também dos EUA, baseia-se em níveis de desempenho dos óleos lubrificantes, isto é, no tipo de serviço do qual a máquina estará sujeita. São classificados por duas letras, a primeira indica o tipo de combustível do motor e a segunda do tipo de serviço.

Os óleos lubrificantes para motores a gasolina e álcool e GNV de quatro tempos atualmente no mercado são apresentados, a seguir: O óleo SJ é superior ao SH, isto é, o SJ passa em todos os testes que o óleo SH passa, e em outros que o SH não passa. O óleo SH por sua vez é superior ao SG, assim sucessivamente.

Os óleos lubrificantes para motores a gasolina dois tempos, como os usados em motosserras, abrangem 3 níveis de desempenho: API TA, TB e TC.

A classificação API, para motores diesel, é mais complexa que motores a gasolina, álcool e GNV, pois devido às evoluções que sofreu, foram acrescentados números, para indicar o tipo de motor ( 2 ou 4 tempos) a que se destina o lubrificante.

3.3. Funções no motor:

3.3.1. Lubrificar – A função primária do lubrificante é formar uma película delgada entre duas superfícies móveis, reduzindo o atrito e suas consequências, que podem levar à quebra dos componentes.

3.3.2. Refrigerar – O óleo lubrificante representa um meio de transferência de calor, “roubando” calor gerado por contato entre superfícies em movimento relativo. Nos motores de combustão interna, o calor é transferido para o óleo através de contatos com vários componentes, e então, para o sistema de arrefecimento de óleo.

3.3.3. Limpar e manter limpo – Em motores de combustão interna especialmente, uma das principais funções do lubrificante é retirar as partículas resultantes do processo de combustão e manter estas partículas em suspensão no óleo, evitando que se depositem no fundo do cárter e provoquem incrustações.

3.3.4. Proteger contra a corrosão – A corrosão e o desgaste podem resultar na remoção de metais do motor, por isso a importância dos aditivos anticorrosivo e antidesgaste.

17

3.3.5. Vedação da câmara de combustão – O lubrificante ao mesmo tempo em que lubrifica e refrigera, também age como agente de vedação, impedindo a saída de lubrificante e a entrada de contaminantes externos ao compartimento.

3.4. Índice de viscosidade, Ponto de Fluidez e Ponto de Fulgor:

3.4.1. Índice de viscosidade:

O índice de viscosidade é uma medida da variação da viscosidade de um plastificante com a temperatura. A viscosidade decresce quando a temperatura aumenta. O índice é obtido, medindo a viscosidade cinemática a 40 e a 100ºC. É uma medida arbitrária, definida por Dean e Davis em 1929.

O índice de viscosidade é mais baixo para os plastificantes de natureza aromática e mais alto para os plastificantes de natureza parafínica. Contudo, um índice de viscosidade mais baixo significa uma maior variação da viscosidade nas temperaturas de ensaio e vice-versa.

3.4.2. Ponto de fluidez:

Ponto de fluidez é a menor temperatura em que o combustível ainda escoa. Este ponto é uma medida importante para a determinação das características de armazenagem e de transporte do combustível na instalação. Não há uma relação direta entre o ponto de fluidez e a viscosidade do óleo combustível.

3.4.3. Ponto de fulgor:

O ponto de fulgor (com o seu teste realizado no aparelho de vaso fechado de Pensky-Martens) é a temperatura em que o óleo desprende vapores que, em contato com o oxigênio presente no ar, podem entrar em combustão momentânea, na presença de uma fonte de calor. O ponto de fulgor não tem relação direta no desempenho do combustível, mas um valor mínimo é estabelecido para garantir segurança no armazenamento e manuseio do produto.

17

Capítulo 4

Descrição sumária da experiência laboratorial

4.1. Óleo testado: Lubrax, API SL, SAE 15W-40

4.2. Equipamentos utilizados: Viscosímetro Saubolt universal, ASTM D-88; Cronômetro; Termômetro;

4.3. Principais passos para realização da experiência:

I. Prepare-se o Viscosímetro, para o recebimento de 60 ml de óleo lubrificante a cima descrito;

II. Após colocar o óleo no viscosímetro, o mesmo aquece até dada temperatura;

III. Assim que o óleo atinge a temperatura desejada, o óleo é coletado e o tempo decorrido para a coleta é cronometrado;

IV. Tal passo a passo é repetido três vezes para dadas temperaturas:

Temperatura (em °C)

Tempo (em segundos)

75 9182 7590 63

17

Capítulo 5

Gráfico VxT (Viscosidade por temperatura)

Para elaboração do gráfico, será utilizada a fórmula:

V=AxT – B/T

V- viscosidade cinética, em centistokes (cSt)

T- tempo, em segundos.

A e B – Parâmetros que dependem do tipo de viscosímetro. No viscosímetro de Saybolt Universal quando:

T>100 segundos: A = 0,220 e B = 135

T<100 segundos: A = 0,226 e B = 195

Memória de cálculo:

V(T=91s)=(O,226x91)- (195/91)= 18,42 cSt

V(T=75s)=(O,226x75)- (195/75)= 14,35 cSt

V(T=63s)=(O,226x63)- (195/63)= 11,14 cSt

Temperatura (em °C) Tempo (em segundos) Viscosidade (em cSt)

75 91 18,4282 75 14,3590 63 11,14

17

17

Conclusões pessoais

No desenvolvimento do trabalho, estudado a influencia da temperatura na viscosidade do óleo lubrificante, e sua influencia na sua performance. Mostramos também a principal função do óleo lubrificante; Vimos também que os óleos lubrificantes são classificados de acordo com normas internacionais, onde isso tudo ajuda o consumidor a utilizar um óleo lubrificante específico para o equipamento a ser utilizado, garantido assim o melhor desenvolvimento do mesmo.

Para estudar o “índice” de viscosidade dos óleos, foi mostrado os cinco tipos de viscosímetros, e que cada um pode ser usado de uma maneira especifica.

Por fim, mostramos uma breve descrição do experimento realizado, mostrando o passo a passo realizado assim como os valores de tempo encontrados para dadas temperaturas estabelecidas, e a viscosidade encontrada em cada temperatura. Relacionamos os mesmo, em único gráfico de Viscosidade x Temperatura.

17

Referências bibliográficas

http://r19club.com/catalogos/classificacao-dos-oleos-lubrificantes-parte-1/

http://ambientes.ambientebrasil.com.br/residuos/oleos_lubrificantes/composicao_dos_oleos_usados.html

http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%93leo_lubrificante

http://www.ebah.com.br/search?q=Viscosimetro