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- 1 - SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO TRIBOLOGIA MANUAL DE INSTRUÇÕES

SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO TRIBOLOGIA - …dropsa.com.br/pdf/apotribo.pdf · Graxas de alumínio com graxas de bentonita. ... A tabela a seguir mostra essa classificação. ISO std

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SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO TRIBOLOGIA

MANUAL DE INSTRUÇÕES

RUA SOBRÁLIA, 175 – CEP 04691-020 SANTO AMARO – SÃO PAULO – BRASIL Tel.: (011) 5631-0007 Fax.: (011) 5631-9408 E-mail: [email protected]

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Tribologia. • Definição: Introduzido na Inglaterra por volta da década de 60, significando o estudo do atrito, foi rapidamente adotado pelas universidades e escolas técnicas da Europa, tendo como objetivo, a solução dos problemas ligados ao atrito. Áreas envolvidas: No projeto de lubrificação de uma máquina ou equipamento, se faz necessário os conhecimentos das áreas de: física, química, mecânica, além dos materiais envolvidos, seu grau de acabamento e do tipo de lubrificante a ser adotado. A figura 1 mostra o relacionamento das áreas básicas envolvidas na lubrificação de uma máquina, onde: a física (fabricante da máquina) é responsável pela análise dos atritos, a química (fabricante dos lubrificantes) é responsável pelo meio lubrificante e a mecânica (Dropsa) é responsável pela técnica de lubrificação, utilizando-se de aparelhos adequados. Sempre que realizamos um projeto de lubrificação, é necessário que os requisitos das três áreas sejam atendidos, pois caso contrário, certamente haverá problemas de lubrificação na máquina. Atrito. A norma DIN 50281 define o atrito como: “Atrito é a força que se origina da união das superfícies de dois corpos, limitando ou impossibilitando um movimento em sentido oposto por deslizamento, rolamento ou rotação”. Os conceitos de atritos são ilustrados na figura 2 , onde os atritos de repouso e de arranque não serão abordados. O atrito de movimento divide-se em dois, dependendo do tipo de movimento entre as duas superfícies, podendo ser de deslizamento ou de rolamento. O atrito seco é isento de lubrificação, sendo totalmente sujeito ao desgaste. No atrito misto é aplicado uma lubrificação parcial, onde o desgaste é menor que no atrito seco. O atrito fluído é o ideal, pois proporciona uma lubrificação total, com o desgaste quase nulo.

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Mancais de deslize: Um cuidado especial deverá ser tomando, quando do projeto dos canais de lubrificação destes mancais. Como regra, devemos evitar que os canais de lubrificação estejam na região de pressão, afim de não comprometermos o efeito da lubrificação hidrodinâmica. Nas figuras 3 e 4 podemos observar a distribuição das cargas de acordo com a localização do canal de lubrificação. Na figura 3 verificamos que a carga é melhor distribuída pelo mancal, através do efeito hidrodinâmico do lubrificante, evitando o desgaste por concentração de carga. Já na figura 4, podemos verificar que, devido a má localização do canal de entrada do lubrificante, o efeito hidrodinâmico não foi corretamente estabelecido, permitindo altas concentrações de carga em áreas reduzidas, aumentando assim, o desgaste do mancal. Esta forma de construção não deve ser assumida. Guias deslizantes: Também para as guias deslizantes, devemos observar certos procedimentos no projeto dos canais de lubrificação. O que normalmente é encontrado são canais inadequados, e que acabam provocando, muitas vezes, o efeito “stick-slip” (deslize por solavancos), além de promover o levantamento das

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mesas (efeito macaco hidráulico, por não possuírem áreas de escape do lubrificante excedente), contribuindo assim, para o surgimento de defeitos na usinagem. Na figura 5, apresentamos uma sugestão, desenvolvida há décadas na Europa, na construção dos canais de lubrificação, tanto para guias verticais, como também para as horizontais. O traçado das guias verticais permite que o lubrificante seja represado, evitando desta forma, que escorra para fora das guias. As distâncias entre os canais deverá ser igual ao menor movimento da mesa, e não necessariamente inferior as dimensões mostradas na figura 5. Atualmente, cresce o número de máquinas equipadas com guias lineares, onde temos um atrito por rolamento, permitindo um menor desgaste, além do aumento na precisão de usinagem. Inicialmente eram lubrificadas com óleo, mas devido ao controle do meio ambiente, tem-se dado preferência na utilização de graxa. Lubrificantes: Vários são os fatores que interferem na escolha do lubrificante a ser utilizado. As empresas de lubrificante, através dos seus departamentos técnicos, são capazes em determinar um lubrificante correto para cada necessidade. Devemos sempre verificar, se o lubrificante escolhido é compatível com o sistema de lubrificação a ser adotado, principalmente no que se refere a vedações. Basicamente, podemos optar entre óleo ou graxa através da velocidade periférica. Por experiência, adotamos os seguintes valores:

Velocidade periférica [m/s] Lubrificante 0 ���� 0,7 sólido 0,4 ���� 2 graxa

1 ���� 5 {10} óleo • Sólido: Normalmente aplicados em mancais de baixa rotação, ou de movimentos oscilatórios, utiliza-se lubrificantes à base de “molibdênio” ou “grafite”.

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A presença de bissulfeto de molibdênio na graxa ou óleo, estabelece uma proteção extra nas situações de cargas elevadas, e em ambientes muito agressivos. Nessas situações, o filme de lubrificante torna-se extremamente fino, podendo romper com facilidade. A adoção do aditivo sólido, à base de bissulfeto de molibdênio, reduz o contato metal-metal que poderia gerar danos ao equipamento. Uma parte do bissulfeto de molibdênio, tende a ficar depositado nas reentrâncias do mancal, protegendo as superfícies metálicas, mesmo quando não houver quantidade suficiente de lubrificante. O uso indiscriminado deste aditivo, como regra básica para as situações onde a graxa e o óleo convencionais não foram suficientes, pode gerar danos substânciais, se aplicado em local errado. • Graxa: A graxa amplamente empregada nas indústrias é do tipo sabão de lítio, pois proporciona: boa resistência a lavagem por água, boa estabilidade ao cisalhamento e proteção contra oxidação e corrosão (desde que aditivadas com os respectivos inibidores). Afim de evitar o ressecamento da graxa, quando utilizada em sistemas de lubrificação centralizada, recomendamos a utilização do aditivo “EP” (extrema pressão), normalmente fósforo e enxofre. As graxas são normalmente formadas com ±8% de sabão, que podem ser: cálcio, alumínio, lítio, etc., e cerca de 90% de óleo lubrificante, além dos aditivos. Classificamos os lubrificantes em “Newton” e “Não Newton”, podemos verificar que o óleo, pertencente ao grupo “Newton”, mostra uma dependência linear e começa a fluir já a partir do esforço de cisalhamento igual a 0 (zero). As graxas por sua vez, são classificadas como “Não Newton”, e não mostram uma dependência linear, pois não há escoamento com pequenos esforços de cisalhamento. Ocorrendo inicialmente uma deformação plástica, e somente após o esforço de cisalhamento ter atingindo valores mais altos, é que haverá uma fluidez. Em outras palavras, a graxa sofre uma compressibilidade ao ser bombeada, impedindo que fórmulas simples sejam utilizadas no dimensionamento da tubulação (perda de carga x do tubo), devendo esses valores serem obtidos por experiência. Dependendo do tipo de sabão e do seu processo de fabricação, as graxas apresentam uma compressibilidade média de 0,2 a 1%. No projeto de sistemas de lubrificação de linha dupla, normalmente utilizados em grandes instalações, é muito importante a consideração do volume comprimido na tubulação, que por segurança adotamos 2%. As graxas são classificadas, segundo a NLGI (National Lubricating Grease Institute) de acordo com a penetração de um cone padrão em uma amostra trabalhada, medida em décimos de milímetro a 25ºC. Um alto valor de penetração determina uma graxa macia, enquanto que um baixo valor de penetração indica uma graxa mais dura.

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SISTEMAS DE LUBRIFICAÇÃO GRAU NLGI PENETRAÇÃO

SIM

Gra

xa

fluí

da 000 445 a 475

00 400 a 430 0 355 a 385

Gra

xa

mac

ia 1 310 a 340

2 265 a 295 3 220 a 250

O

Gra

xa

dura

4 175 a 205 5 130 a 160 6 85 a 115

PROPRIEDADES BÁSICAS DAS GRAXAS

Espessante Óleo básico

Faixa de tempera-tura ºC

Ponto de gota ºC

Resis-tência a água

Proteção contra corrosão

Resis-tência a pressão

Relação de preço*

Apropi-ado para rolamen-tos

Observações

Tipo Sabão

Normal

Alumínio

Óleo mineral

-20...70 120 + + + + 2,5...3 + Dilata-se com água

Cálcio -30...50 80...100 + + + + + + 0,8 + Boa proteção contra água

Lítio -35...130 170...200 + + + + + + 1 + + + Graxa múltipla

Sódio -30...100 150...190 - + + + + 0,9 + + Emulsifica com água Eventualmente endurece

Complexo

Alumínio

Óleo mineral

-30...160 >200 + + + + + + + 2,5...4 + + + Graxa múltipla

Bário -30...140 >220 + + + + + + + 4...5 + + + Graxa múltipla, resistente a vapor

Cálcio -30...140 >240 + + + + + + 0,9...1,2 + + + Graxa múltipla, tende a endurecer

Sódio -30...130 >220 + + + + + 3,5 + + + Graxa múltipla

Lítio -30...150 >240 + + + + + 2 + + Graxa múltipla, para altas temperaturas

Normal Lítio Ester -60...130 >190 + + + 5...6 + + +

Baixas temperaturas, rotações elevadas

Silicone -60...130 >190 + + + - - 20 + + � P/C < 0,03; C/P > 40

Complexo Bário Ester -60...130 >200 + + + + + + + 7 + + +

Baixas temperaturas, rotações elevadas a cargas moderadas

Lítio Poli-ester

-40...180 >240 + + + + 10 + + + Para zonas de temperaturas muito amplas

Bentonita Óleo mineral

-20...150 >300 + + + - + 6...10 + + Temperaturas elevadas, baixas velocidades

Poliuréia Óleo mineral

-25...160 >250 + + + + + + 3 + + + Temperaturas elevadas, médias velocidades

Poliuréia Silicone -40...200 >250 + + + + - 35...40 + +

Altas e baixas temperaturas com baixas solicitações de carga

Fluo-silicone

-40...200 >250 + + + + + 100 + + + Altas e baixas temperaturas com médias solicitações de carga

PTFE ou FEP

Alkoxy-fluoro

-50...250 >300 + + + + + + 150a400 + + + Altas e baixas temperaturas com boa resistência a produtos químicos e solventes Fluo-

silicone -40...230 >300 + + + + + + 120 + + +

+ + + + + + -

Muito bom Bom Regular Ruim

* Com relação a uma graxa de lítio com óleo básico mineral (=1)

C= capacidade dinâmica de carga P= carga dinâmica equivalente do rolamento

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Deve-se, sempre que possível, evitar a mistura dos diferentes tipos de graxa. Porém, muitas vezes torna-se necessário, e nestes casos é recomendado primeiramente, a substituição de toda a graxa contida no sistema, bombeando-se a nova graxa em grande quantidade, e em seguida, deve-se ajustar os próximos ciclos de lubrificação, para um período de tempo mais curto. Misturas de graxas relativamente sem inconvenientes são:

� Graxas de mesma base de sabão. � Graxas de lítio com graxas a base de cálcio. � Graxas de cálcio com graxas de bentonita.

Misturas de graxas que devem ser evitadas são:

� Graxas de sódio com graxas de lítio. � Graxas de sódio com graxas de cálcio. � Graxas de sódio com graxas de alumínio. � Graxas de sódio com graxas de bentonita. � Graxas de alumínio com graxas de bentonita.

• Óleo: A lubrificação de guias e barramentos de máquinas operatrizes, onde a precisão ou as baixas velocidades de trabalho, exige um óleo com alta resistência de película (filme) e que elimine o efeito “stick-slip” (deslize por solavancos). O óleo ainda deverá possuir:

• Extraordinária capacidade de adesividade. • Grande capacidade de lubrificação. • Proteção contra desgaste das superfícies em movimento. • Proteção contra a corrosão e a ferrugem. • Boa estabilidade química contra a oxidação.

Normalmente são fornecidos na viscosidade ISO VG 68, para aplicações diversas, sendo que, para máquinas que trabalham com as guias sob altas pressões é utilizado óleo na viscosidade ISO VG 220. Desde 01/01/78, os lubrificantes industriais passaram a ser designados em função da viscosidade cinemática a 40ºC {mm2/s ou centistokes (cSt)}, conforme estabelece o sistema ISO (Internacional Standards Organization).

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A tabela a seguir mostra essa classificação.

ISO std. 348 Ponto médio viscosidade cSt

Viscosidade cinemática cSt Equivalência aprox. SUS* mínimo máximo

ISO VG 2 2,2 1,98 2,42 32 ISO VG 3 3,3 2,88 3,52 36 ISO VG 5 4,6 4,14 5,06 40 ISO VG 7 6,8 6,12 7,48 50 ISO VG 10 10 9 11 60 ISO VG 15 15 13,5 16,5 75 ISO VG 22 22 19,8 24,2 105 ISO VG 32 32 28,8 35,2 150 ISO VG 46 46 41,4 50,6 215 ISO VG 68 68 61,2 74,8 315 ISO VG 100 100 90 110 465 ISO VG 150 150 135 165 700 ISO VG 220 220 198 242 1000 ISO VG 320 320 288 352 1500 ISO VG 460 460 414 506 2150 ISO VG 680 680 612 748 3150 ISO VG 1000 1000 900 1100 4650 ISO VG 1500 1500 1350 1650 7000 Todas as viscosidades a 40ºC * SUS ou SSU (Saybolt Universal Seconds)

A viscosidade de um óleo é diretamente afetada pela temperatura, na razão inversa, ou seja, quanto maior for a temperatura menor será a sua viscosidade, e vice e versa. Esta é uma característica muito importante e deverá ser considerada no projeto de um sistema de lubrificação centralizada, pois em alguns sistemas, existem limitações de viscosidade máxima e mínima, na temperatura de trabalho. País como o Brasil, cujas dimensões equivalem a um continente, devemos sempre ter em mente a região em que o sistema irá operar. Por exemplo: Uma determinada máquina foi montada numa região, cuja a temperatura média é 30ºC, sendo equipada com um sistema que possua uma restrição quanto a viscosidade do lubrificante de 1000 cSt na temperatura de trabalho, e está sendo utilizado um óleo ISO VG 460. A máquina foi testada e dada como satisfatória, sendo comercializada para uma região cuja a temperatura média seja 15ºC, onde começou apresentar problemas no funcionamento do sistema de lubrificação. O motivo é claro, está na variação da viscosidade do óleo utilizado, vejamos: quando a máquina foi testada na origem a viscosidade do óleo na temperatura de trabalho era 900 cSt (dentro da capacidade do sistema), porém no local de operação, esse mesmo óleo teve sua viscosidade alterada para acima de 3500 cSt na temperatura de trabalho, três vezes e meia a mais que o limite do sistema. Nesse caso, deveríamos substituir o óleo por outro de viscosidade mais baixa, por exemplo: ISO VG 150, ou promover o seu aquecimento.

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A tabela da figura 6 mostra a relação entre a viscosidade e a temperatura, para os óleos mais comuns.

Esta tabela é somente orientativa, e não deverá ser utilizada como documento técnico oficial. Os sistemas por névoa de óleo, exigem um óleo especialmente formulado para permitir uma fácil nebulização. As partículas de óleo, geradas no processo de névoa, são normalmente inferiores a 2 micra, sendo que o óleo deverá possuir uma baixa tensão superficial, para permitir um rápido reagrupamento dessas partículas sobre a superfície metálica, formando um filme protetor. Óleos com aditivos sólidos não são indicados para os sistemas de névoa.

FIGURA 6

temperatura ºC

visc

osid

ade

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Sistema de lubrificação: A norma DIN 24721 define como: “Sistemas de lubrificação centralizada servem para transportar lubrificante retirado de uma fonte central a pontos de atrito numa máquina ou conjunto de máquinas, respeitando o meio ambiente ainda, reduzindo o desgaste e dissipando ocasionalmente uma parte do calor produzido pelo atrito com auxílio do lubrificante” Os sistemas de lubrificação centralizada, como mostrado na figura 7, dividem-se em dois grandes grupos: sistemas por circulação, conhecidos por circulatórios, onde é utilizado óleo, e sistemas de consumo, ou perda total, que opera tanto com óleo como graxa, com exceção do sistema de névoa e ar – óleo, que utilizam somente óleo. Os sistemas de: estrangulamento, linha simples, progressivo, linha dupla e linhas múltiplas podem ser aplicados tanto em circulatórios como em sistemas de consumo.

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• Estrangulamento: O sistema de estrangulamento, tem como princípio de funcionamento, como o nome sugere, o controle da vazão através de mecanismos que restringem a passagem do óleo, podendo ser: placa de orifício calibrado ou espiral (utilizados em lubrificação contínua), pistão restritor, agulha, etc. Inicialmente, estes sistemas utilizavam controles fixos ou ajustáveis, porém a vazão era afetada pela variação da pressão de trabalho do sistema, quanto maior a pressão, maior era a vazão, ou pela variação da temperatura do óleo, que diminui a sua viscosidade a medida que a temperatura for aumentando. A válvula controladora de fluxo, compensada por pressão e temperatura, muito empregada em circuitos hidráulicos, não tem a mesma eficiência em sistemas de lubrificação, devido a viscosidade do óleo ser maior. Uma forma eficiente do controle da vazão é obtida através do “Flow Master”, onde as variações de temperatura e pressão são totalmente compensadas. A figura 8, mostra os diversos tipos de controladores empregados no sistema de restrição. A linha tracejada representa o circuito por circulação, enquanto que a linha cheia, refere-se ao sistema de consumo (perda total).

• Flow master (Figura 9):

Seu projeto revolucionário, permite o controle preciso da vazão, independente da variação de temperatura e pressão. Através do módulo de medição, que mede 5, 10 ou 20 cc por rotação, um sensor de aproximação capta o seu movimento informando o número de rotações por minuto, e consequentemente a vazão. Se o número de rotações estiver abaixo do previsto, o controlador emite um sinal para o

FIGURA 9

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motor de passo aumentar a vazão. Da mesma forma, se o número de rotações estiver acima do previsto, o motor irá girar em sentido contrário diminuindo a vazão.

• Linha simples: Como pode ser verificado na figura 10, ao ser acionada a bomba, permite que a pressão seja aplicada no piloto da válvula de despressurização, deslocando-a de forma a permitir que o fluxo da bomba seja agora direcionado para a linha. A medida que a pressão do sistema for aumentando os distribuidores começam o seu funcionamento, dosando e injetando o lubrificante para os pontos de consumo. Ao ser atingido a pressão máxima de funcionamento do sistema, o pressostato envia um sinal ao painel de comando, que para a bomba e informa que o sistema operou normalmente. Com a parada da bomba, o fluxo de lubrificante é direcionado para o reservatório, através da válvula de despressurização, mantendo a pressão da linha de distribuição entre 0,5 a 1 Bar. Esta pressão residual é importante para assegurar a recarga dos distribuidores.

• Progressivo: O lubrificante deslocado pela bomba é enviado para um distribuidor, que divide o lubrificante recebido proporcionalmente para suas saídas, de acordo com as vazões previamente definidas. Deste distribuidor, que chamaremos como mestre ou primário, o lubrificante poderá ser direcionado para os pontos a serem lubrificados e/ou para outros distribuidores secundários, repetindo o processo de dosagem e injeção para os pontos a serem alimentados. Devido ao seu funcionamento ser de forma progressiva e seriada, basta o bloqueio de um único ponto para o bloqueio de todo o sistema. É essa característica que torna o sistema progressivo como o mais seguro, pois basta controlar o movimento de um único pistão, para assegurar que todos os pontos receberam lubrificante.

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Na figura 11, é mostrado o esquema típico da instalação, onde a tubulação em tracejado representa o circuito por circulação de óleo, sem o qual o sistema tona-se perda total (Consumo).

• Linha Dupla: O Lubrificante bombeado pela bomba é enviado alternadamente, através de uma válvula direcional de 4 vias (inversor), para as duas linhas principais, até os distribuidores. Destes, o lubrificante devidamente dosado, segue para os seus respectivos pontos de consumo através de uma única tubulação (Figura 12). Pelo princípio de funcionamento o lubrificante bombeado pela unidade de bombeamento é direcionado através da válvula direcional (inversor) para uma das duas linhas principais do sistema. A medida que a pressão do lubrificante for aumentando os distribuidores iniciam a movimentação dos pistões internos, promovendo a dosagem e a injeção do lubrificante para os pontos de consumo. A partir deste ponto a pressão do sistema aumenta até atingir a pressão de inversão, fazendo com que o inversor promova a inversão das linhas permitindo que o lubrificante bombeado seja agora dirigido para a outra linha, encerrando desta forma o primeiro ½ ciclo de funcionamento do sistema. Este procedimento se repete na outra linha, encerrando o ciclo de funcionamento do sistema. O acionamento do inversor pode ser: manual, mecânico, hidráulico, pneumático e elétrico, devendo a escolha ser baseada nas vantagens e nos recursos disponíveis. Devido ao seu projeto, este sistema pode cobrir grandes distâncias sem dificuldade, sendo indicado para grandes instalações como: Siderurgia, Mineração, Usinas de Açúcar e Álcool, etc.

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• Linhas Múltiplas (Fig. 13): Um sistema de acionamento comum aciona uma ou mais bombas, chamadas de elementos bombeadores, que bombeiam o lubrificante diretamente ao ponto de consumo. Estes elementos bombeadores, dependendo do seu projeto, podem permitir a regulagem individual da vazão.

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• Névoa: Utilizando o princípio de “venturi“, o gerador de névoa quebra as moléculas de óleo em partículas menores a 2 micras, formando uma névoa de óleo.

• Óleo-ar: Através de um sistema de dosagem qualquer, o óleo é introduzido, periodicamente, no interior da tubulação, por onde passa continuamente o ar comprimido, sob pressão. No início da tubulação, dependendo da freqüência de injeção do óleo, pode-se observar a movimentação do óleo e o ar (Fig. 01), originando, daí, o nome do sistema.

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O ar comprimido, por ser um gás, tende a se expandir em direção ao ponto a ser lubrificado, o qual deverá possuir escape de ar, distribuindo, desta forma, o lubrificante ao longo da tubulação (Fig. 02).

Com o aumento da velocidade do ar comprimido, micro-partículas de óleo começam a ser arrastadas da superfície do óleo (Fig. 03), criando o efeito de micro-pulverização, isenta da formação de névoa.

• Campo de aplicação do sistema “óleo ar”:

• Lubrificação do componente submetido a alta velocidade de rotação, que necessita de uma constante aplicação de uma pequena quantidade de óleo no elemento rodante, afim de evitar que seja expulso pela alta força centrífuga.

• Lubrificação da parte da máquina que trabalha em alta temperatura, onde o lubrificante tende a ser evaporado ou queimado.

• Lubrificação por micro pulverização de correntes e engrenagens. • Lubrificação de guias ou barramentos que requeiram uma camada fina de óleo em toda a

sua superfície. • Lubrificação de rolamentos que necessitam de proteção contra a infiltração de pó, água

ou de substancias nocivas, pois o fluxo contínuo e pressurizado do ar impede a entrada de agentes contaminantes.

• Lubrificação de pontos que não podem ser atingidos pelos sistemas de lubrificação tradicionais.

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• Vantagens da lubrificação Dropsa “óleo-ar”:

� Notável redução do custo lubrificante.

� É possível utilizar qualquer tipo de óleo com viscosidade absoluta entre 15 a 1000 cSt a

uma temperatura de trabalho entre 0ºC a 80ºC. As melhores condições são obtidas com a

viscosidade entre 32 a 100 cSt a 40ºC.

� Custo de venda muito baixo.

� Inócuo para a condição ambiental, não produz névoa de óleo, que é altamente prejudicial

à saúde.

� Aumento da vida útil dos rolamentos e da máquina.

� Melhora do rendimento e do tempo de produção da máquina.

� Redução no custo de energia.

� Redução no custo de operação.

� Redução no custo de manutenção.

� Previne a contaminação dos rolamentos.

� Refrigeração da parte lubrificada.

� Precisão na dosagem do óleo.

� Completa capacidade de monitoramento do sistema.

� A possibilidade de aplicação por pulverização, “óleo-ar”, ou apenas óleo, em um único

distribuidor, facilita a sua instalação.

� O sistema pode ter de poucos ou muitos pontos a serem lubrificados.

� O conceito modular reduz a quantidade em estoque para reposição.

� Seu projeto é patenteado e homologado a nível mundial.