Autor: Prof. Eng. Mecânico Pedro Bueno
Conceitos e definições relacionados ao comportamento e características dos fluidos Lubrificantes utilizados em motores dão inicio ao desenvolvimento do conteúdo da primeira parte dessa série sobre Lubrificantes em Motores Automotivos, como forma de assimilar melhor certas características do lubrificante e do sistema de lubrificação.
REOLOGIA
De acordo com Carreteiro e Belmiro (2006, p. 167), a origem da palavra reologia deriva do grego rhe, que significa fluir, sendo a ciência que estuda as deformações e escoamento da matéria.
Os fluidos não-newtonianos, isto é, aqueles que são afetados pela ação de cisalhamento (quando picos das duas superfícies em contato entram em contato lateral entre si, gerando desprendimento de material), podem ser divididos em fluidos independentes do tempo e dependentes do tempo.
Os fluidos do tipo independentes do tempo podem ser plásticos, pseudoplásticos ou dilatadores.
Os plásticos possuem um limite elástico que deverá ser vencido para que o escoamento ocorra, que são principalmente as graxas. Os pseudoplásticos não apresentam limite elástico, porém sua viscosidade aparente decresce com o aumento do grau de cisalhamento. Os dilatadores são aqueles que a viscosidade aparente cresce com o aumento do grau de cisalhamento.
Os fluidos do tipo dependentes do tempo são divididos em tixotrópicos ou reopéticos.
Os tixotrópicos, quando submetidos a um grau de cisalhamento constante, por certo período de tempo, sua viscosidade aparente é reduzida a um valor mínimo. Cessado o efeito do cisalhamento, a viscosidade aparente passa a crescer voltando ao valor original (tixotropia reversível) ou a um valor menor que o original (tixotropia irreversível).
Os fluidos reopéticos, quando submetidos a um grau de cisalhamento constante por certo tempo, aumentam a viscosidade aparente para um valor máximo, retornando ao valor normal quando em repouso (algumas graxas possuem essa característica).
LUBRIFICANTES
Os lubrificantes devem possuir características que atendam às diversas condições que o motor está sujeito, por exemplo, contaminação por combustível, folgas pequenas entre componentes, variação de viscosidade devido às condições térmicas, entre outros aspectos.
Lubrificantes são empregados em componentes que produzem movimento entre si e submetidas a atrito, tendo a função de evitar o contato direto entre ambas. Adicionalmente possui a função de dissipar o calor gerado pelo atrito, vedar o local de atrito, evitar corrosão, diminuir ruído, dispersar partículas de desgaste de locais de atrito.
Lubrificantes desenvolvidos para motores automotivos, de maneira geral, precisam atender solicitações e características especificas, que estão relacionadas principalmente a temperaturas excessivas, fragmentos de combustíveis, ácidos corrosivos e às novas tecnologias usadas na fabricação de motores.
De acordo com Carreteiro e Belmiro (2006, p. 256) os lubrificantes para motores são projetados visando atender as seguintes funções principais:
- Prevenir contra o atrito e desgaste das peças móveis.
- Trabalhar em uma larga faixa de temperatura permitindo uma partida rápida.
- Evitar a formação de depósitos na câmara de combustão.
- Prevenir contra ferrugem e corrosão, neutralizar os ácidos gerados na combustão, resultado do teor de enxofre do combustível.
- Evitar a formação de verniz e borra.
- Limpar e manter o motor limpo, dispersando os produtos da combustão.
- Colaborar com a refrigeração do motor.
- Vedar os anéis de compressão e não atacar os retentores.
- Reduzir choques mecânicos.
- Fornecer informações através de sua análise fisioquímica.
Como maneira de conseguir atingir com mais eficácia os objetivos citados acima, os fabricantes de lubrificantes para motores introduzem produtos químicos, chamados aditivos que compõem cerca de 15% da proporção do óleo. Os aditivos são diluídos juntamente com os óleos base (que compõem a maior parcela do fluido), os óleos base são normalmente derivados de três tipos de processos de produção, mineral (que é constituído basicamente por minerais derivados do refino de petróleo), sintético (também deriva do petróleo ou gases, porém são usados meios químicos para aumentar pureza), semissintético (pode derivar da mistura de mineral com sintético, ou de processos químicos menos intensos).
ADITIVAÇÃO DOS LUBRIFICANTES
Segundo Robert Bosch (2005, p. 308), Carreteiro e Belmiro (2006, p. 256) os principais aditivos usados na formulação de lubrificantes estão descritos a seguir:
- Detergentes: sua proporção na composição da mistura do lubrificante varia de 2 a 10%, e são geralmente moléculas com uma longa cadeia de hidrocarbonetos, que é um grupo oleofílico com a finalidade de solubilizar o composto na base fluida, e um grupamento polar, que é atraído para as partículas contaminantes no lubrificante. Os aditivos detergentes usados comercialmente são englobados em quatro famílias: sulfanatos (naturais (de petróleo) e sintéticos), fosfanatos e/ou tiofosfanatos, fenatos e silicilatos alcoil-substituidos.
- Detergentes alcalinos: são mesmos compostos químicos dos detergentes citados acima, e são produzidos através de excesso da base metálica sobre quantidades estequiométricas requeridas para a formulação dos produtos. Adicionados ao óleo base possuem grande potencial de neutralização de ácidos formados no processo de uso do lubrificante.
- Detergentes dispersantes: Possuem as seguintes funções: Atuam como dispersantes, evitando que os produtos de oxidação do óleo e outros compostos insolúveis se acumulem nas superfícies metálicas; atua como detergente, removendo depósitos; atua em reação química, visando eliminar a formação de material insolúvel no óleo; atua como neutralizante dos produtos de oxidação ácida.
- Antioxidantes e passivadores de metais: sua dosagem varia de 0,4 a 2% na composição do lubrificante, suas funções na composição do fluido são Interromper as reações de oxidação e evitar a ação catalítica dos metais dispersos responsáveis pela oxidação. O processo de oxidação é provocado pela presença de íons metálicos (cobre, ferro, cromo, titânio, manganês, cobalto e etc.), esses aditivos atuam formando uma película protetora sobre as superfícies metálicas.
- Agentes antidesgaste: tem como objetivo evitar o contato direto entre as partes mecânicas que estão em movimento relativo, esses aditivos atuam na adsorção, preferencialmente de compostos do tipo polar sobre as superfícies metálicas, formando um filme monomolecular fortemente aderido ao metal, que evita o contato entre as partes em movimentos.
- Agentes de extrema pressão: compõem de 5 a 10% na mistura do lubrificante, tem como função evitar o contato direto dos metais em condições de extrema pressão, esses agentes podem ser classificado sem seis tipos: compostos orgânicos contendo oxigênio, que agem por adsorção ou pela formação de película saponácea; Compostos orgânicos contendo enxofre ou combinações de onxofre com oxigênio; Compostos orgânicos contendo cloro; Compostos orgânicos contendo cloro e enxofre ou mistura de compostos de ambos; compostos orgânicos contendo fósforo, estes agentes agem pelo efeito químico de polimento; compostos orgânicos contendo chumbo, estes foram banidos por questões ambientais e de saúde.
- Melhoradores de índice de viscosidade: compõem entre 0,5 a 10% do fluido lubrificante, agem alterando as características dos óleos, ampliando a sua faixa de aplicação (multiviscosos), modificam principalmente as propriedades reológicas do óleo base, melhorando suas características de viscosidade relacionadas à temperatura. Os compostos químicos normalmente usados para conseguir esta ação são: poliisubotenos, polimetacrilatos, copolímeros de vinil-acetato, copolímeros de olefinas (OCP) – etileno-propileno, estireno-butadieno, poliacrilatos, poliestirenos alcoilados. Todos esses são polímeros de estrutura linear, e o efeito dos mesmos dependem principalmente da natureza do óleo base, massa molecular do aditivo, constituição do polímero, cisalhamento no motor e a concentração do aditivo.
- Inibidores de corrosão: compõem de 0,4 a 2% da mistura do óleo, protegem as superfícies não ferrosas dos ataques de ácidos e do oxigênio. A intensidade da corrosão cresce na presença de umidade e outras substâncias encontradas em motores de combustão.
- Abaixadores de ponto de fluidez: compõe de 0,1 a 1% do lubrificante, e tem como função evitar o congelamento do mesmo em baixas temperaturas, faz isso evitando a cristalização das parafinas presentes nas frações de óleo, principalmente no tipo mineral. Bons aditivos desse tipo chegam a baixar o ponto de fluidez em até 40°C.
- Anti espumante: compõe de 0,0002 a 0,6% do lubrificante, evita a formação de bolhas no óleo devido à constante movimentação.
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REFERÊNCIAS
CARRETEIRO, Ronald Pinto; BELMIRO, Pedro Nelson A.. Lubrificantes e lubrificação industrial. Rio de Janeiro: Interciência: IBP, 2006.
BOSCH, Robert. Manual de tecnologia automotiva. São Paulo: Edgard Blücher, 2005.
SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL. Lubrificantes e Lubrificação Automotiva e Industrial. São Paulo, 2007.
SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL. Hidráulica. São Paulo, 2008.