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Melhoria da eficiência energética no Powertrain através da análise tribológica Eng. Carlos Mussato 1/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

Eficiencia energetica 09_2014_basesae_2012

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Melhoria da eficiência energética no Powertrain através da análise tribológica

Eng. Carlos Mussato

1/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

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Conteúdo

I - Exigência da aplicação, características influentes do powertrain e apelo ecológico

� Motorização, Topografia e Condições de rolagem

� Nível de ruído

II - Principais modos de falhas e o papel da lubrificação neste quesito

Melhoria da eficiência energética no Powertrain através da análise tribológica

2/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

II - Principais modos de falhas e o papel da lubrificação neste quesito

� Combinações de torque e velocidade

� Perfis de temperatura de operação

� Fontes de contaminação

� Modos de falhas de engrenagens

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Conteúdo

III - Características dos lubrificantes e condição tribológica de desgaste

� Proteção à pitting e scoring por película resistente

� Estabilidade térmica e dispersância

� Mecânica de funcionamento, composição e tipos de óleos

Melhoria da eficiência energética no Powertrain através da análise tribológica

3/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

IV - Análises críticas da lubrificação para avaliação de falhas

� Mapeamento das fontes de sujidade e desgaste

� Ppm(s) metais/aditivação, reologia e Infra-Vermelho

� Formação de espuma e nível de oxidação

V – Conclusões e benefícios

� Justificativa das análises tribológicas via monitoramento do lubrificante

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Módulo I – Exigência da aplicaçãoCondição tribológica

4/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

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Módulo I – Exigência da aplicaçãoCondição tribológica

5/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

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Módulo I – Exigência da aplicaçãoPressão de Hertz

6/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

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Módulo I – Exigência da aplicaçãoPressão de Hertz

7/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

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Módulo I – Exigência da aplicaçãoTecnologia embarcada

� Engrenagens planetárias helicoidais

� Lamelas de transmissão de torque

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de torque

� Uso contínuo de freio hidrodinâmico (retarder)

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Módulo I - Apelo ecológicoEx.: Lubrificantes 75W80

Com lubrificantes “full synthetic”,eu faço trocas..

só 2 vezes em 1 Milhão de km !

9/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

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Módulo II – Modos de falhasInfográfico

To

rqu

e [

N.m

]To

rqu

e [

N.m

]

Velocidade [km/h]

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Módulo II – Modos de falhasPitting, Scuffing, Scoring

11/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

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Módulo II - Fontes de contaminaçãoAditivação. O DNA dos lubrificantes

12/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

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Módulo II - Fontes de contaminaçãoAumentam com o tempo

13/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

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Módulo II - Fontes de contaminaçãoAparecem em pequenas quantidades

14/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

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�Poeira e sujeira ambiente

�Partículas de metal de desgaste

�Água é ácidos

� Fuligem e carvão

Módulo II – Fontes de contaminaçãoResumindo, porque os lubrificantes degradam

15/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

� Fuligem e carvão

�Diluição

�Produtos de oxidação do lubrificante(Verniz e resinas e borras)

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Módulo III – Composição dos lubrificantes

MIV

16/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

Composição

TemperaturaÓleo Aditivo

MIV

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Módulo III - Tipos de lubrificantes e normasV

isc

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40

ºC

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00

ºC

17/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

Vis

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0ºC

(c

St)

Vis

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ºC

(cS

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Grau ISO

Grau AGMA

Grau SAE Lubrificantes Transmissões

Grau SAE Lubrificantes

Motores

Grau para Bases

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Módulo III – Fundamentos da análiseMecânica dos fluidos

� Reação com a superfície do metal através da proteção sólida com a camada reativa

� 4 Fases do processo� Remoção - Remoção de gases e água

Gas

es

Wat

er

Gas

es

Wat

er

Gas

es

Wat

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� Remoção - Remoção de gases e água

18/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

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� Reação com a superfície do metal através da proteção sólida com a camada reativa

� 4 Fases do processo� Remoção - Remoção de gases e água

Módulo III – Fundamentos da análiseMecânica dos fluidos

� Remoção - Remoção de gases e água

� Absorção - Absorção física e química

19/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

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� Reação com a superfície do metal através da proteção sólida com a camada reativa

� 4 Fases do processo� Remoção - Remoção de gases e água

Módulo III – Fundamentos da análiseMecânica dos fluidos

� Remoção - Remoção de gases e água

� Absorção - Absorção física e química

� Aditivação - Aditivação da superfície de reação

20/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

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� Reação com a superfície do metal através da proteção sólida com a camada reativa

� 4 Fases do processo� Remoção - Remoção de gases e água

Módulo III – Fundamentos da análiseMecânica dos fluidos

� Remoção - Remoção de gases e água� Absorção - Absorção física e química� Aditivação - Aditivação da superfície de reação

� Proteção – Camada de proteção desenvolvida

21/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

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Viscosidade

•Oxidação•Contaminação•Água (baixa quantidade)• Contaminação por óleo de maior viscosidade

Módulo III – Fundamentos da análiseReologia

22/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

Viscosidade viscosidade

• Solvente ou água (grande quantidade)• Contaminação por óleo de menor viscosidade• Melhorador do índice de viscosidade• Cisalhamento de molécula (EP)

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Módulo III – Fundamentos da análiseAnti-Espuma

1

2

1 – 2 – Aproximação por ação do anti-espumante3 – Abrangência da bolha de ar com separação4 – Rompimento da bolha de ar

23/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

3

4

Situação inicial

Situação final

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� Lubrificantes minerais convencionais são propensos para a formação de borra a elevadas cargas térmicas

� Utilização de retardadores e

Ex.: SAE 80W

Teste:

Ex.: SAE 75W80

Teste:

Módulo IV – Tipos de análiseNíveis de oxidação

24/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

� Utilização de retardadores e climas tropicais contribuem para a oxidação

� Com o envelhecimento pela oxidação, as propriedades do mesmo já não são suficientes para proteger o powertrain

Procedimento: Teste de oxidação CEC-L-48-A 00

� 150°C� 336 h

Resultado:

ForteFormação

de borra

� 160°C� 384 h

Resultado:

NenhumaFormação

de borra

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Módulo IV – Tipos de análiseEx. Planejamento de amostras

25/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

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� A aditivação anti-espuma é essencial para a reação do fluido ante a agitação

� As relações de transmissão (i) afetam a agitação, bem como

Módulo IV – Tipos de análiseFormação de espuma

26/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

afetam a agitação, bem como a dirigibilidade (RPM e Aceleração)

� O anti-espumante é um material em suspenção na composição do óleo e deve portanto estar homogeneizado

Procedimento: Teste de Espuma ASTM D892

1-Região de espuma

2 - Região de dispersãoar + óleo

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Módulo IV – Tipos de análiseReologia e Oxidação-Métodos

27/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

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Módulo IV – Tipos de análiseFormação de espuma-Métodos

28/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

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Módulo IV – Tipos de análisePpm(s) metais / aditivação-Métodos

29/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

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Módulo IV – Tipos de análisePpm(s) Metais (Fe)

de

Fe

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[p

pm

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err

o [

pp

m]

Distância de rodagem [Km]

30/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

[Para teste de campo com eixo traseiro de ônibus]

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Crítico !Crítico !

Módulo IV – Tipos de análisePpm(s) Metais (Fe)

Normal !Normal !

31/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

Page 32: Eficiencia energetica 09_2014_basesae_2012

Módulo IV – Tipos de análiseNível de sujidade

Ex. Resultados de medições Classificação de sujidade

32/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

Ex.Transmissões manuais

Ex. Sistemas hidráulicos

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Tran

smis

são

de lu

zMódulo IV – Tipos de análise

Infra-Vermelho

33/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

Tran

smis

são

de lu

z

Comprimentos de onda cm-1

EnvelhecimentoOu Oxidação

H2O

Degradação Aditivação

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Módulo IV – Tipos de análiseInfra-Vermelho

34/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

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O estudo das variáveis de influência nos ganhos deeficiência energética aplicados ao Powertrain, conduzemà maximização dos lucros de uma frota, pelos principaispilares abaixo:

Módulo V - Conclusão

35/36 Um enfoque nos materiais, processos de fabricação e condição de trabalho

�Mapeamento do desgaste crítico do equipamento

�Redução dos custos de manutenção/operação de equipamentos

�Aumento da confiança na operação e da frota

�Aumento da vida útil dos equipamentos e manutenção preditiva

�Redução do índice de quebras/paradas de veículos comerciais

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