Análise Da Contaminação e Degradação Do Óleo Lubrificante e
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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARAN
ROVIAN BERTINATTO
ANLISE DA CONTAMINAO E DEGRADAO DO LEO
LUBRIFICANTE E DESGASTE DE UM MOTOR OTTOLIZADO
ALIMENTADO POR BIOGS
CASCAVEL
PARAN BRASIL FEVEREIRO 2014
-
ROVIAN BERTINATTO
ANLISE DA CONTAMINAO E DEGRADAO DO LEO LUBRIFICANTE E
DESGASTE DE UM MOTOR OTTOLIZADO ALIMENTADO POR BIOGS
.
Dissertao apresentada Universidade Estadual do
Oeste do Paran, como parte das exigncias do
Programa de Ps-Graduao em Energia na
Agricultura, para obteno do ttulo de Mestre.
ORIENTADOR: Prof. Dr. Reinaldo Aparecido
Bariccatti
COORIENTADOR: Prof. Dr. Samuel Nelson
Melegari de Souza
CASCAVEL
PARAN BRASIL FEVEREIRO 2014
-
Dados Internacionais de Catalogao-na-Publicao (CIP)
Ficha catalogrfica elaborada por Jeanine da Silva Barros CRB-9/1362
B438a
Bertinatto, Rovian
Anlise da contaminao e da degradao do leo lubrificante e desgaste de um motor Ottolizado alimentado por biogs. / Rovian Bertinatto Cascavel, PR: UNIOESTE, 2014.
75 p.
Orientador: Prof. Dr. Reinaldo Aparecido Baricatti Co-orientador: Prof. Dr. Samuel Nelson Melegari de Souza Dissertao (Mestrado) Universidade Estadual do Oeste do
Paran. Programa de Ps-Graduao Stricto Sensu em Energia na
Agricultura, Centro de Cincias Exatas e Tecnolgicas. Bibliografia.
1. Biogs. 2. Biometano. 3. Lubrificantes. 4. Anlise de leo. I.
Universidade Estadual do Oeste do Paran. II. Ttulo. CDD 21ed. 628.74
-
ii
-
iii
AGRADECIMENTOS
minha famlia, pelo apoio e incentivo.
Ao meu orientador Prof. Dr. Reinaldo Aparecido Bariccatti, pela agilidade, simplicidade e pelos
importantes conhecimentos repassados.
Ao meu coorientador Prof. Dr. Samuel Nelson Melegari de Souza, pela dedicao e disposio
em orientar-me tanto no perodo da pr-seleo quanto no decorrer desta jornada.
Aos demais professores do programa de mestrado, que direta ou indiretamente contriburam para
a aquisio de novos conhecimentos e desenvolvimento da pesquisa.
Ao Sr. Lauri Rauber e seu filho Sr. Lauri R. Junior, por disponibilizar o motor e os recursos de
sua propriedade para realizao deste experimento.
Ao Grupo Fockink, em especial aos Srs. Everton Waechter e Romulo Wylles Porto Dorneles,
pelo interesse e presteza para o desenvolvimento do presente trabalho.
Ao Prof. Dr. Alcir Jos Modolo pela participao intensa na banca expondo importantes pontos
no trabalho e pelas contribuies para a finalizao desta dissertao.
Vanderlia Luzia Stockmann Schmidt, que no mestrado nos mantm dentro dos prazos e
regulamentos, e nos orienta com amor e dedicao.
UNIOESTE, por oferecer o programa de Mestrado em Energia na Agricultura.
CAPES pelo incentivo atravs da bolsa de pesquisa.
Lana, Thais e Ivan, pela amizade sincera e bons momentos compartilhados.
todos os amigos que fiz nesta Universidade.
-
iv
Conhecimento no tem valor
exceto pelo que pode ser ganho
pela sua aplicao.
(Napoleon Hill)
-
v
SUMRIO
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................................. vii
LISTA DE TABELAS ................................................................................................................................. ix
SIMBOLOS................................................................................................................................................... x
RESUMO .................................................................................................................................................... xii
ABSTRACT ...............................................................................................................................................xiii
1. INTRODUO .................................................................................................................................. 1
2. REVISO DA LITERATURA .......................................................................................................... 3
Biogs e Biometano ............................................................................................................................ 3 2.1
Motores de combusto para utilizao do biogs ............................................................................... 4 2.2
Filtragem do biogs ............................................................................................................................. 5 2.3
Lubrificante ......................................................................................................................................... 6 2.4
Degradao ......................................................................................................................................... 9 2.4.1
Contaminao ................................................................................................................................... 10 2.4.2
Resduos de Desgaste ........................................................................................................................ 10 2.4.3
Propriedades dos lubrificantes .......................................................................................................... 12 2.5
Classificao dos lubrificantes .......................................................................................................... 13 2.6
Classificao API .............................................................................................................................. 15 2.6.1
Classificao SAE ............................................................................................................................. 15 2.6.2
Valores de referncia para troca de leo lubrificante de motor ........................................................ 16 2.7
3. MATERIAL E MTODOS .............................................................................................................. 18
Local do experimento ....................................................................................................................... 18 3.1
Grupo gerador, filtros de biogs e quadro de comando .................................................................... 18 3.2
Lubrificante utilizado ........................................................................................................................ 21 3.3
Procedimento de coleta e anlise do leo lubrificante ...................................................................... 23 3.4
Anlises realizadas no leo lubrificante ............................................................................................ 26 3.4.1
Procedimentos de coleta e anlise do biogs .................................................................................... 26 3.5
Comparao dos resultados com as caractersticas do lubrificante sem uso ..................................... 27 3.6
4. RESULTADOS E DISCUSSES .................................................................................................... 29
Anlises de contaminao e desgaste do leo lubrificante ............................................................... 29 4.1
Viscosidade, TBN e anlises por infravermelho ............................................................................... 32 4.1.1
Anlises por espectrometria de emisso tica a plasma .................................................................... 37 4.1.2
4.1.2.1 Metais indicadores de desgaste ...................................................................................................... 37
4.1.2.2 Metais indicadores de contaminao .............................................................................................. 41
4.1.2.3 Aditivos .......................................................................................................................................... 43
4.1.2.4 Testes Fsicos ................................................................................................................................. 47
-
vi
Anlise do biogs .............................................................................................................................. 47 4.2
Comparao dos resultados do biogs e leo lubrificante ................................................................ 50 4.3
5. CONCLUSES ................................................................................................................................ 53
6. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .............................................................................................. 55
-
vii
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Limalha de ferro antes e depois da oxidao pelo gs sulfdrico. .............................................. 6
Figura 2. Processo de formao de sedimentos e depsitos no motor. ...................................................... 9
Figura 3. Curva da banheira relacionando os nveis de desgaste no motor. ............................................. 11
Figura 4. Distribuio de tarefas de cada unidade. Ilustra a relao entre SAE, API e ASTM, no
desenvolvimento de novos produtos. ........................................................................................ 14
Figura 5. Biodigestores da Granja Juclia So Miguel do Iguau-PR. ................................................. 18
Figura 6. Grupo gerador fabricado pela Fockink. .................................................................................... 19
Figura 7. Filtros para biogs ligados em srie antes da entrada na admisso do grupo gerador. ............. 19
Figura 8. Quadro de comando do grupo gerador. .................................................................................... 20
Figura 9. Tela principal do quadro de comando do grupo gerador. ......................................................... 20
Figura 10. leo Petrobrs Lubrax Extra Turbo utilizado no presente estudo. ........................................... 22
Figura 11. Bomba de coleta de lubrificante a vcuo, inserida na haste da vareta de lubrificante para a
obteno das amostras. ............................................................................................................. 24
Figura 12. Kit de coleta de lubrificante, fornecido pelo laboratrio terceirizado. ..................................... 25
Figura 13. Bolsa amostradora utilizada para a coleta de biogs. ............................................................... 26
Figura 14. Kit de anlise de biogs Alfakit Embrapa utilizado no experimento. .................................... 27
Figura 15. Variao da viscosidade cinemtica a 100C do leo em relao ao perodo de horas
trabalhadas. ............................................................................................................................... 32
Figura 16. Variao do ndice de basicidade total (TBN) do leo lubrificante em relao ao perodo de
horas trabalhadas. ..................................................................................................................... 34
Figura 17. Variao da oxidao do leo lubrificante em relao ao perodo de horas trabalhadas. ......... 35
Figura 18. Variao dos nitratos do leo lubrificante em relao ao perodo de horas trabalhadas. ......... 36
Figura 19. Variao dos sulfatos do leo lubrificante em relao ao perodo de horas trabalhadas. ......... 37
Figura 20. Variao da quantidade de cobre no leo lubrificante em relao ao perodo de horas
trabalhadas. ............................................................................................................................... 39
Figura 21. Variao da quantidade de ferro no leo lubrificante em relao ao perodo de horas
trabalhadas. ............................................................................................................................... 39
Figura 22. Variao da quantidade de chumbo no leo lubrificante em relao ao perodo de horas
trabalhadas. ............................................................................................................................... 40
Figura 23. Variao da quantidade de estanho no leo lubrificante em relao ao perodo de horas
trabalhadas. ............................................................................................................................... 41
Figura 24. Variao da quantidade de alumnio no leo lubrificante em relao ao perodo de horas
trabalhadas. ............................................................................................................................... 42
Figura 25. Variao da quantidade de silcio no leo lubrificante em relao ao perodo de horas
trabalhadas. ............................................................................................................................... 43
-
viii
Figura 26. Variao da quantidade de clcio no leo lubrificante em relao ao perodo de horas
trabalhadas. ............................................................................................................................... 44
Figura 27. Variao da quantidade de magnsio no leo lubrificante em relao ao perodo de horas
trabalhadas. ............................................................................................................................... 45
Figura 28. Variao da quantidade de fsforo no leo lubrificante em relao ao perodo de horas
trabalhadas. ............................................................................................................................... 46
Figura 29. Variao da quantidade de zinco no leo lubrificante em relao ao perodo de horas
trabalhadas. ............................................................................................................................... 47
Figura 30. Concentraes de metano (CH4) no biogs. ............................................................................. 49
Figura 31. Concentraes de gs sulfdrico (H2S) no biogs. .................................................................... 50
-
ix
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Causas possveis de contaminao do leo de motores .............................................................. 8
Tabela 2. Fontes tpicas de elementos metlicos encontradas no leo lubrificante .................................... 8
Tabela 3. Classificao SAE para leos de motor .................................................................................... 16
Tabela 4. Valores limites para elementos de desgaste, contaminao, aditivos e condies do leo
lubrificante de motor................................................................................................................. 17
Tabela 5. Especificaes do quadro de comando do grupo gerador ......................................................... 21
Tabela 6. Anlises tpicas do leo Petrobrs Extra Turbo 15w40 ............................................................ 22
Tabela 7. Resultados das amostras de leo lubrificante analisadas .......................................................... 30
Tabela 8. Resultados das anlises de biogs ............................................................................................. 48
-
x
SIMBOLOS
Ag Prata.
Al Alumnio.
API American Petroleum Institute.
ASTM American Society for Testing and Materials.
ACEA - Association des Constructeurs Europens d`Automobile.
B Boro.
Ba Brio.
Ca Clcio.
CH4 Metano.
Cr Cromo.
CO Monxido de carbono.
CO2 Dixido de carbono.
cP Centipoise.
cSt Centistokes (mms-1).
Cu Cobre.
Fe Ferro.
GNV Gs natural veicular.
H Hidrognio.
H2O gua.
H2S cido sulfdrico.
ha Hectare.
hM Horas motor/mquina.
JASO Japanese Automobile Standards Organization.
K Potssio.
MB Mercedes-Benz.
Mg Magnsio.
Mo Molibdnio.
MTU Empresa pertencente a Rolls-Royce e Daimler.
Na Sdio.
NH4 Amnia.
Ni Nquel.
No Monxido de nitrognio.
No2 Dixido de nitrognio.
-
xi
O Oxignio.
P Fsforo.
Pb Chumbo.
S Enxofre.
SAE Society of Automotive Engineers.
Si Silcio.
SO2 Dixido de enxofre.
Sn Estanho.
s.d. Sem data.
TBN Total base number ndice de basicidade total.
Ti Titnio.
UPL Unidade de produo de leites.
Zn- Zinco.
-
xii
RESUMO
BERTINATTO, R., (2014), Anlise da contaminao e degradao do leo lubrificante e
desgaste de um motor Ottolizado alimentado por biogs. Cascavel, 60p. Dissertao de
Mestrado (Mestrado em Energia na Agricultura). Centro de Cincias Exatas e Tecnolgicas.
Universidade Estadual do Oeste do Paran. Orientador: Prof. Dr. Reinaldo Aparecido Bariccatti.
Coorientador: Prof. Dr. Samuel Nelson Melegari de Souza.
A crescente implantao de biodigestores para tratamento de resduos nas propriedades rurais, e
a utilizao do biogs gerado na produo de energia mecnica, trouxe a necessidade de se
conhecer a influncia da utilizao deste combustvel nos motores de combusto interna. Este
trabalho teve como objetivo analisar a influncia da utilizao do biogs filtrado na
contaminao e degradao do leo lubrificante, desgaste e corroso do motor. Amostras de leo
lubrificante foram coletadas a cada 75 horas de funcionamento do motor, e aps correlacionadas
dentre elas e com a amostra de leo novo, determinando os elementos presentes no biogs que
contribuem para a contaminao e degradao do leo lubrificante, como tambm o desempenho
do lubrificante no decorrer das horas trabalhadas e o desgaste do motor. Os resultados
demostram que o gs sulfdrico influencia no desempenho do leo lubrificante e no desgaste do
motor. Dentre os metais foi identificado que a concentrao de cobre excedeu o mximo
recomendado pela literatura, e a elevao da sua concentrao teve relao com a elevao de
chumbo e estanho, principalmente aps as 375 hM. Em relao aos aditivos, foi a variao das
concentraes de magnsio que impactou no desempenho do lubrificante. Atravs do
monitoramento da qualidade do lubrificante possvel estender o intervalo de troca de leo do
motor do presente estudo em 50%, resultando em uma economia de 33,3% no custo do
lubrificante por hora trabalhada.
PALAVRAS-CHAVE: Anlise de leo, Biogs, Biometano, Lubrificantes.
-
xiii
ABSTRACT
BERTINATTO, R., (2014), Analysis of contamination and degradation of the lubricating oil
and wear a adapted Otto engine powered by biogas. Cascavel, 60 p. Dissertation (Master in
Energy in Agriculture). Center for Science and Technology. State University of West Paran.
Adviser: Dr. Reinaldo Aparecido Bariccatti. Co-Adiviser: Dr. Samuel Nelson Melegari de
Souza.
The implementation of digesters for waste material treatment in rural properties, as well as the
use of the biogas that is generated on the making of mechanical energy, has increased and
alongside with it the necessity of understanding the influence of this fuel in internal combustion
engines. This study aims to analyze the filtered biogas influence on contaminating and degrading
the lubricating oil and the engine. Lubricating oil samples were collected on every 75 hours of
engine operation, and, after they had been correlated among themselves and with new oil
samples, it was possible to determine the elements that contaminate and degrade the engine after
hours of engine working. Therefore, it was possible to notice that the hydrogen sulphide
influences the lubricating oil and engine performance. Among the metals it was possible to
identify that the copper concentration exceeded the maximum recommended levels, and the
elevation of its concentration was related to the elevation of lead and tin, mainly after 375 Hm.
As for the additives, the magnesium variation levels affected the lubricant perfomance. By
monitoring the quality of the lubricant is possible to increase the oil change interval in 50%,
which results in a 33.3% save regardomg the lubricant cost every worked hour.
KEY-WORDS: Oil analysis, Biogas, Biomethane, Lubricants.
-
1
1 INTRODUO
O biogs, composto principalmente por metano e dixido de carbono, apresenta
tambm em sua composio impurezas e outros gases, como o gs sulfdrico, dixido de
enxofre e vapor de gua, em quantidades que variam conforme a biomassa empregada, fatores
climticos, dimenses do biodigestor, entre outros (SEIXAS et al., 1980). Estas substncias
adversas causam danos ao motor, resultando em oxidao, desgaste prematuro e
contaminao do leo lubrificante.
Mtodos de filtragem foram desenvolvidos e j so utilizados pelas principais
empresas que comercializam motores alimentados a biogs. A filtragem do biogs resulta no
biometano, sendo que este processo consiste na remoo dos contaminantes e impurezas
presentes no biogs, e no aumento do teor de metano com a diminuio da quantidade de
dixido de carbono presente.
Devido aos mtodos de filtragem existentes e seu baixo custo frente aos benefcios de
sua utilizao, utilizar o biogs in natura em motores de combusto interna torna-se invivel,
devido aos contaminantes presentes e ao menor rendimento consequente da baixa quantidade
de metano. Porm, a filtragem atualmente utilizada comercialmente no torna o biogs
completamente ausente das impurezas e outros gases citados anteriormente, necessitando
verificar e quantificar as substncias contaminantes remanescentes. Este fato foi constatado
por Magalhes (2004), que ao construir e avaliar uma coluna de absoro de dixido de
carbono verificou que a quantidade absorvida pela coluna resultou em um aumento de 67 para
85% do teor de metano, porm, valor insuficiente para ser utilizado nos mesmos usos finais
do GNV (gs natural veicular), pois nos 15% restantes est presente o dixido de carbono e
possveis substancias adversas no removidas nos processos de filtragem.
Segundo Souza e Schaeffer (2010), o biogs filtrado com 90% de metano possui
caractersticas similares ao GNV. A utilizao do GNV em motores adaptados, em relao ao
uso de diesel e da gasolina, resulta na extenso dos intervalos de troca do leo lubrificante e
maior vida til do motor. Portanto, mais pesquisas so necessrias para os motores que
utilizam biogs, pois o conhecimento da durabilidade do motor, perodos de manuteno e
intervalos de troca de leo lubrificante primordial para um correto planejamento da
manuteno, alm do benefcio da racionalizao da utilizao de lubrificantes.
O leo lubrificante carrega informaes importantes sobre as condies do meio em
que circula, e com sua anlise possvel determinar o grau e natureza dos metais de desgaste,
dos contaminantes e das caractersticas bsicas dos lubrificantes, possibilitando a correo de
problemas iminentes e catastrficos. O monitoramento das condies do leo lubrificante
-
2
uma ferramenta preventiva para diminuir o risco de falhas prematuras do funcionamento do
motor (LUBES EM FOCO, 2010).
As anlises de leos lubrificantes para motores de combusto interna so importantes
no s para o controle de sua prpria qualidade, mas tambm, para o aumento da vida til dos
equipamentos em que so usados. Com as anlises obtm-se preciosas informaes acerca do
estado de conservao em que se encontram (ALVES, 2007).
O objetivo geral do trabalho analisar a influncia da utilizao do biogs filtrado na
contaminao e degradao do leo lubrificante, desgaste e corroso do motor.
Os objetivos especficos so:
Verificar a composio, concentraes de contaminantes e partculas de desgaste no
leo lubrificante, correlacionando estes resultados com as anlises de biogs e com a
amostra de leo sem uso (novo). Identificar a necessidade de reduo ou extenso dos
perodos de substituio da carga de lubrificante.
Analisar a viabilidade da utilizao do biogs como combustvel.
-
3
2 REVISO DA LITERATURA
2.1 Biogs e Biometano
No meio rural, o aproveitamento de biomassa para fins energticos pode ser um meio
facilitador para atingir a sustentabilidade da produo, em funo da sua disponibilidade nas
propriedades agrcolas, por apresentar baixo custo dos resduos da produo, grande potencial
de gerao de energia, diminuio no potencial poluidor dos resduos, reduo na presso
sobre os recursos naturais e economia de recursos energticos (ANGONESE et al., 2006). A
produo de resduos agroindustriais, pastoris e de criadouros confere ao Brasil um imenso
potencial de gerao de biogs. A gerao ocorre da degradao dos resduos, produzindo
energia limpa, renovvel e grande quantidade de fertilizante agrcola sem contaminantes
(SOUZA, 2010).
O processo mais utilizado para converso dos resduos em gs a digesto anaerbia,
realizada em biodigestores, onde a carga orgnica dos dejetos reduzida produzindo o
biofertilizante e o biogs. O biogs composto principalmente por metano e gs carbnico.
A composio do biogs pode variar de acordo com o tipo e a quantidade de biomassa
empregada, fatores climticos, dimenses do biodigestor, entre outros. Quando as condies
ambientais (temperatura, umidade, etc.) para o processamento de dejetos pelos
microrganismos so atendidas, o biogs obtido deve ser composto de uma mistura de gases,
com cerca de 60 ou 65% do volume total consistindo em metano, enquanto os 35 a 40%
restantes consistem, principalmente, de gs carbnico e quantidades menores de outros gases
(SEIXAS et al., 1980). As impurezas e outros gases contaminantes geralmente encontrados
so a amnia, dixido de enxofre, o gs sulfdrico e vapor de gua.
A presena de vapor dgua, gs carbnico e gases corrosivos no biogs in natura,
constituem no principal problema na viabilizao de seu armazenamento e na produo de
energia. Equipamentos mais sofisticados, a exemplo de motores a combusto, geradores,
bombas e compressores tm vida til extremamente reduzida. A remoo de gua, dixido de
carbono, gs sulfdrico, enxofre e outros elementos atravs de filtros e dispositivos de
resfriamento, condensao e lavagem so imprescindveis para a confiabilidade e emprego do
biogs (OLIVEIRA, 2004).
O biometano representa uma melhoria do biogs, pela remoo dos contaminantes
presentes no mesmo, e no aumento do teor de metano com a diminuio da quantidade de
dixido de carbono presente. O processo mais utilizado a filtragem, onde o biometano
resultante, em relao ao biogs, tem a vantagem de maior teor de metano e perca do
-
4
potencial corrosivo. O biometano com 90% de metano possui caractersticas similares ao
GNV, podendo ser utilizado como combustvel alternativo em motores de combusto interna
acoplados a geradores de energia eltrica instalados em reas rurais. Os motores a gs
funcionam segundo os mesmos princpios dos motores a diesel e a gasolina, bastando algumas
modificaes no sistema de alimentao, ignio e tambm na taxa de compresso (SOUZA e
SCHAEFFER, 2010; SOUZA et al., 2004).
2.2 Motores de combusto para utilizao do biogs
Motores de combusto podem ser classificados como do tipo de combusto externa,
no qual o fluido de trabalho est completamente separado da mistura ar/combustvel, sendo o
calor dos produtos da combusto transferido atravs das paredes de um reservatrio ou
caldeira, e do tipo de combusto interna, no qual o fluido de trabalho consiste nos produtos da
combusto da mistura de ar/combustvel propriamente. Uma vantagem fundamental do motor
de combusto interna, sobre as instalaes de potncia de outros tipos, consiste na ausncia de
trocadores de calor no circuito do fluido de trabalho, tal como a caldeira e condensador de
uma instalao a vapor (SUZUKI et al., 2011).
A ausncia destes componentes no apenas conduz simplificao mecnica, mas
tambm elimina a perda inerente ao processo de transmisso de calor atravs de um trocador
de rea finita. O motor de combusto interna possui outra vantagem fundamental importante
sobre a instalao a vapor ou turbina a gs, pois todas as peas podem trabalhar a
temperaturas bem abaixo da mxima temperatura cclica (RAHDE, 2006).
Os principais motores de combusto interna que j operam utilizando biogs com
sucesso so os de ciclo Diesel Ottolizado e de ciclo Otto. Motores de ciclo Diesel so
caracterizados pela combusto da mistura ar-combustvel atravs da compresso, enquanto os
motores de ciclo Otto a combusto acionada atravs de uma centelha, produzida por vela de
ignio.
Segundo Mihic (2004) e Pereira et al. (2005), a utilizao de biogs em motores de
ciclo Diesel obtida mediante duas tecnologias: a Ottolizao e a converso bicombustvel
(diesel/biogs). J os motores de ciclo Otto necessitam de pequenas modificaes para
poderem utilizar o biogs como combustvel, porm, no so os mais indicados para gerao
de eletricidade. O mais apropriado o motor de ciclo Diesel, pela sua maior robustez e menor
custo para uma mesma potncia.
-
5
Quando se trata de ignio comandada por gs puro, considera-se que a maioria dos
motores de ciclo Otto que utilizam gasolina podem ser facilmente modificados para o
funcionamento com gs natural, propano ou metano (EMCON ASSOCIATES, 1980). Para
modificar eficientemente um motor de ciclo Otto para operar a biogs, so necessrias
mudanas na taxa de compresso, avano da ignio e a substituio do carburador/sistema de
injeo por um misturador ar/biogs, sendo o controle da mistura realizado por meio de uma
vlvula borboleta.
Para a operao bicombustvel de motores ciclo Diesel, especificamente diesel e
biogs, o biogs introduzido juntamente com o ar na fase de admisso, e a ignio
efetuada por uma pequena injeo-piloto de diesel para proporcionar a ignio por
compresso, dando incio combusto do gs que admitido no cilindro pelo coletor de
admisso. Esse sistema apresenta a vantagem de no exigir modificaes no motor (OBERT,
1971).
O processo de Ottolizao consiste em retirar todo o sistema de injeo de Diesel, e
em seu lugar, instala-se um sistema de carburao do gs ao ar de admisso, alm de um
sistema eltrico com velas para a ignio, que passa a ocorrer por centelha. Tambm
necessrio modificaes nos cabeotes dos motores para a adequao de sua taxa de
compresso, j que motores do ciclo Otto trabalham com taxas de compresso inferiores aos
motores de ciclo Diesel. No so raras perdas de potncia e desempenho de um motor
Ottolizado (SOUZA et al., 2004). Mesmo que esse seja o caminho mais complicado, esse se
apresenta possivelmente como o motor mais adequado para a utilizao com biogs.
(SUZUKI et al., 2011).
2.3 Filtragem do biogs
O principal prejuzo em motores que no utilizam processos de limpeza de gases sua
rpida degradao, devido presena de vapor de gua, dixido de enxofre e principalmente
pelo o gs sulfdrico, causando corroso em diversas partes do motor, desgaste de partes
mveis e possvel contaminao do leo lubrificante.
Tambm haver um baixo rendimento devido presena de dixido de carbono, que
atua como um antidetonante. A reduo dos teores de dixido de carbono pode ser efetuada
com uma lavagem (em solventes ou simplesmente em gua) do biogs e posterior secagem,
que tambm atuar na diminuio dos teores de vapor de gua.
-
6
importante ressaltar que o poder calorfico do biogs in natura varia de 5.000 a
7.000 Kcal.m-, e o biometano (biogs altamente filtrado) pode alcanar at 12.000 Kcalm
-
(TURDERA e YURA, 2006; VELOSO e SILVA, 2009).
A reduo ou total eliminao dos teores de gs sulfdrico necessria devido a sua
toxidade, e que sua acidez alm de destruir os equipamentos provoca chuva cida pelos gases
de combusto do motor.
Segundo Bui (2008), o processo de remoo do gs sulfdrico pode ocorrer a seco,
atravs da passagem do biogs por uma coluna de limalha de ferro, onde ocorrer a oxidao
do ferro e purificao do gs, conforme a seguinte reao:
Fe2O3 + 3H2S = Fe2S3 + 3H2O
Como a limalha ir saturar, sendo toda a sua superfcie oxidada (Figura 1), devemos
regener-la atravs da passagem de oxignio de forma controlada atravs do filtro. Este
processo deve ser lento devido reao ser exotrmica, evitando assim a queima da limalha e
incndios. A reao de regenerao :
2Fe2S3 + O2 = 2Fe2O3 + 3S2
Figura 1. Limalha de ferro antes e depois da oxidao pelo gs sulfdrico.
Fonte: Bui et al. (2008).
No sistema de limalha de ferro recomendado atuar com dois filtros ligados em
paralelo, com registros de controle para uso individual. Assim, enquanto um filtro utilizado
outro est se regenerando.
2.4 Lubrificante
Lubrificante pode ser definido como um gs, lquido ou slido capaz de reduzir o
atrito, calor e desgaste entre duas superfcies slidas em movimento relativo (SCHILLING e
BRIGHT, 1977 apud SILVA, 2006).
-
7
O leo lubrificante responsvel pela reduo do atrito e consequentemente desgaste
do motor, bem como pela limpeza dos resduos da combusto e dos resduos provocados pelo
desgaste de componentes. A eficincia do lubrificante pode ser diminuda pela utilizao
severa do motor e por contaminantes, tais como, gua, poeira (slica), combustveis e resduos
da combusto. Atravs da anlise peridica do lubrificante, possvel acompanhar a sua
deteriorao normal e aquelas causadas por contaminaes diversas, servindo como indicativo
de manutenes preventivas (CORRA et al., 2011).
Segundo Kimura (2010), as funes bsicas de um lubrificante em um motor a
reduo do atrito entre peas metlicas, refrigerao, limpeza, proteo contra a corroso e
vedao da cmara de combusto.
Stachowiak e Batchelor (1993) relatam as propriedades fsicas e qumicas que
caracterizam leos lubrificantes: viscosidade, densidade, propriedades trmicas (calor
especfico, condutividade e difusividade), temperaturas caractersticas (ponto de fluidez e de
ebulio, ponto de fulgor e de inflamao, volatilidade e evaporao, estabilidade a oxidao,
estabilidade trmica, tenso superficial, n. de neutralizao e resduo de carbono),
propriedades ticas (ndice de refrao), compatibilidade e solubilidade de aditivos,
impurezas e contaminantes (contedo de gua, enxofre, cinzas, cloro), solubilidade de gases
em leo.
Conforme afirma Taylor (2004), dentre as propriedades fsicas de um lubrificante a
viscosidade a mais significante, pois o modo como essa propriedade varia com a
temperatura, a taxa de cisalhamento e a presso determina seu desempenho no motor.
A anlise do lubrificante consiste em coletar amostras de leo em um determinado
perodo de funcionamento do motor e, posteriormente, avali-las para determinar tanto o
estado do motor quanto do lubrificante (FYGUERO e SMON, 1997).
Em um motor se detecta certo grau de contaminao no leo devido presena de
partculas de desgaste ou substncias parecidas. O estado em que o leo sofre determinada
degradao aquele em que ele perde sua capacidade de lubrificar devido a uma variao das
propriedades fsicas e qumicas de seus aditivos (KIMURA, 2010).
Snook (1968) analisando leos usados em motores, identificou a degradao e
contaminao como as principais causas de prejuzo eficincia do leo lubrificante.
Estabeleceu um programa bsico de ensaios de leos de motores e descreveu os
procedimentos em laboratrio, bem como os meios e causas de contaminao e degradao,
correlacionando os contaminantes com os provveis defeitos das mquinas e seus pontos de
origem. Essa correlao de causa e efeito apresentada na Tabela 1.
-
8
Tabela 1. Causas possveis de contaminao do leo de motores
Contaminao por gua 1. Condensao: Operaes a baixa temperatura, ventilao
inadequada do crter, uso excessivo em marcha lenta, perodos
curtos em servios intermitentes;
2. Elevado vazamento de gases: Anis ou camisas gastas, restries
no sistema de escape;
3. Vazamento de refrigerante: juntas do cabeote vazando, cabeote
apertado com torque indevido, bloco ou cabeote rachado;
Reduo da viscosidade 1. Uso de produto menos viscoso;
2. Diluio pelo combustvel: alimentao excessiva de
combustvel, bicos injetores gotejando, alimentao de ar ou
sistema de escape obstrudo;
Aumento da viscosidade 1. Uso de produto mais viscoso;
2. Contaminao por gua e por fuligem do combustvel;
3. Degradao: refrigerao inadequada, operao com mistura
pobre, perodos de drenagem excessivamente prolongados;
Contaminao por insolveis 1. Fuligem do combustvel: operao com mistura rica, bicos
injetores defeituosos, entrada de ar de admisso obstruda;
2. Entrada de poeira: manuteno inadequada do filtro de ar,
vazamento de ar no sistema de admisso;
3. Desgaste metlico: geralmente relacionado com quantidade de
impurezas aspiradas, manuteno inadequada do filtro de ar;
Fonte: Snook (1968).
Gasparini (1983) efetuou anlises de leo lubrificante com a finalidade de aperfeioar
a sua utilizao. Os resultados foram comparados com anlises de leo novo e
correlacionados com causas mecnicas de contaminao, como indicado na Tabela 2.
Tabela 2. Fontes tpicas de elementos metlicos encontradas no leo lubrificante
Elemento Fontes tpicas
Alumnio Pistes, mancais e poeiras
Antimnio Mancais
Cromo Cilindros, anis, refrigerante, virabrequim e engrenagens
Cobre Mancais, buchas e peas de bronze
Ferro Cilindros, camisas, ferrugem e virabrequim
Chumbo Mancais, gasolina, graxas e tinta
Nquel Eixos, anis e vlvulas
Silcio Poeira e anti-espumantes
Estanho Solda e mancais
Titnio Molas, vlvulas e componentes de turbinas
Zinco Aditivo, mancais e chapas galvanizadas
Fonte: Gasparini (1983).
Uma proporo significante dos gases produzidos na combusto vaza atravs dos anis
do pisto, contaminando o leo do crter e causando outros efeitos adversos. Esse vazamento
-
9
dos produtos da combusto conhecido como blowby. So eles o dixido de carbono, os
xidos de nitrognio, a gua, componentes cidos e resduos de hidrocarbonetos (CAINES e
HAYCOCK, 1996).
Particularmente, no caso do leo diesel, o enxofre residual queima na cmara de
combusto para produzir cidos sulfuroso e sulfrico. Esses cidos podem causar corroso e
desgaste corrosivo no motor, e atuar como catalisador tanto na degradao do leo quanto na
formao de gomas e vernizes (CAINES e HAYCOCK, 1996). No biogs o enxofre tambm
presente, porm necessrio mais pesquisas para avaliar seu comportamento no motor.
A seguir ser demonstrado um diagrama do mecanismo de formao de sedimentos e
depsitos de carbono em motores diesel (Figura 2).
Figura 2. Processo de formao de sedimentos e depsitos no motor.
Fonte: Carreteiro e Moura (1988).
2.4.1 Degradao
Degradao o processo que reduz a capacidade do leo de cumprir as funes para
que foi dimensionado, isto , lubrificar, proteger, limpar, refrigerar e vedar, originada pela
alterao de suas propriedades fsicas e qumicas, devido as diferentes condies que
submetido o leo dentro do motor, como altas temperaturas, grandes velocidades de
cisalhamento, materiais corrosivos, contaminaes, envelhecimento, etc.
Para determinar a degradao do leo lubrificante devem ser analisados parmetros
como: aparncia (fuligem), viscosidade, ndice de basicidade total (TBN), ndice de acidez
(TAN), oxidao (infravermelho), composio e aditivos, ponto de fulgor, densidade relativa
e corroso em lmina de cobre.
Cmara de
combusto Combustvel Ar Enxofre
Crter
cidos xidos de
Fuligem nitrognio cido sulfrico
CO e CO2 (NO e NO2)
Partes metlicas Verniz
Resduo de Desgaste Desgaste
carbono Verniz
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10
2.4.2 Contaminao
Entende-se por contaminao do leo a presena de matrias estranhas, onde temos as
partculas metlicas e xidos metlicos, p advindo da admisso (filtro obstrudo),
combustvel, gua e cidos provenientes dos gases de combusto e da prpria oxidao do
leo lubrificante.
A contaminao pode ser determinada analisando o TBN, efetuando a contagem de
partculas, anlise de umidade, teste de glicol, diluio de combustvel, nitratos, oxidao,
sulfatos, fuligens e pela presena de alumnio, potssio, sdio, silcio, alm de outros metais.
2.4.3 Resduos de Desgaste
Desgaste o dano de uma superfcie slida, envolvendo geralmente perda progressiva
de material a partir da superfcie, por contato ou movimento relativo de um slido, em relao
a outro slido, lquido ou gs. Esta definio no exclui os fenmenos de dano de superfcie
sem remoo de massa como, por exemplo, os fenmenos de desgaste acompanhados de
oxidao ou aqueles nos quais as partculas de desgaste ficam aderidas superfcie slida ou
ainda aqueles nos quais h apenas deformao da superfcie (POSSAMAI, 2011).
Zum Ghar (1987) afirma que existem somente dois modos de remover material de
uma superfcie: o material pode ser dissolvido da superfcie como em uma reao qumica ou
o material pode ser fraturado da superfcie. As peas de mquinas e equipamentos no se
desgastam simplesmente. Elas se desgastam em vrios modos que so diferentes em
aparncia, mecanismo e soluo.
Segundo Lafraia (2001), a vida do motor est separada em trs fases distintas:
Falhas Prematuras: falhas decorrentes devido a problemas de projetos e start-up
da mquina. Nesta fase, a taxa de falhas do equipamento decrescente;
Perodo de Vida til: apresenta taxa de falhas constante, e corresponde ao
perodo em que o equipamento apresenta apenas falhas aleatrias devido a
problemas operacionais, falha humana, entre outras;
Perodo de Final de Vida til: ltimo estgio de comportamento da vida til do
equipamento, o qual apresenta taxa de falhas crescente, indicando o perodo de
obsolescncia do mesmo, sendo necessria interveno para recuperao e
aumento de sua confiabilidade.
Complementando as trs fases, Possamai (2011) expe que no incio do
funcionamento de um motor, no que chamamos de amaciamento (running-in), as asperezas
presentes nas superfcies dos componentes produzem uma quantidade significativa de
partculas decorrentes do desgaste inicial normal. Depois de um perodo curto de
amaciamento do motor, no entanto, as superfcies de atrito esto emparelhadas e com maior
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11
rea real de contato alcanada, reduzindo o desgaste ou a mudana do mecanismo de
desgaste, como, por exemplo, um desgaste oxidativo leve, que a formao de xidos nas
reas reais de contato (ZHANG et al.,1995). Aps o perodo de amaciamento a tendncia de
que haja uma estabilizao do nvel de desgaste (incio do perodo de vida til), at que volte
a apresentar nveis mais elevados de deteriorao em funo da utilizao dos componentes e
degradao natural. Estas trs fases conhecida como curva da banheira, e est representada
na Figura 3.
Figura 3. Curva da banheira relacionando os nveis de desgaste no motor.
Fonte: Malpica (2007).
O leo lubrificante, por trabalhar em contato direto com superfcies mveis do motor,
arrasta consigo as partculas geradas pela frico das superfcies metlicas e tem a misso de
carreg-las at o filtro de leo. pelo estudo detalhado das partculas presentes no leo que
podemos constatar anomalias no motor, seja por anlise quantitativa, onde conhecemos a
quantidade de partculas, quanto qualitativamente, sabendo de que material se trata.
O desgaste pode ser identificado no leo lubrificante atravs do aumento da
quantidade dos metais de composio das peas do motor. Com maior frequncia so
identificados os seguintes componentes: alumnio, chumbo, cobre, cromo, estanho, ferro,
molibdnio, nquel, prata e titnio.
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12
2.5 Propriedades dos lubrificantes
Os leos lubrificantes possuem como principais caractersticas a viscosidade, o ndice
de viscosidade e a densidade. De acordo com Possamai (2011), viscosidade aferida atravs
da dificuldade de escoamento de um leo, ou seja, quanto mais viscoso for um lubrificante,
mais difcil ser de escorrer, portanto ser maior a sua capacidade de manter-se entre duas
peas mveis fazendo a lubrificao das mesmas. J a densidade indica o peso de certa
quantidade de leo a certa temperatura, sendo um fator indicativo da contaminao ou
deteriorao de um lubrificante.
Os aditivos esto presentes no leo lubrificante para conferir propriedades especiais ou
melhorar as j existentes Para isto so adicionados compostos qumicos especiais, que
protegem as superfcies metlicas lubrificadas do ataque qumico pela gua ou outros
contaminantes. Segundo Texaco (2005), os aditivos se enquadram nas categorias a seguir:
Anticorrosivos: Estes aditivos protegem as superfcies metlicas lubrificadas do ataque
qumico pela gua ou outros contaminantes.
Antidesgaste: So compostos que formam um filme protetor nas superfcies metlicas,
evitando o rompimento da pelcula de lubrificante, quando submetido a cargas elevadas. A
formao deste filme ocorre a temperaturas pontuais de at 300C.
Antiespumantes: Tm a propriedade de fazer com que a espuma formada na circulao
normal do leo se desfaa o mais rpido possvel.
Antioxidantes: Tm a propriedade de aumentar a resistncia oxidao do leo. Retardam a
reao com o oxignio presente no ar, evitando a formao de cidos e borras e,
consequentemente, prolongando a vida til do leo. Evitando a oxidao, minimizam o
aumento da viscosidade e o espessamento do leo.
Detergentes: Tm a propriedade de manter limpas as partes do motor. Tambm tm
basicidade para neutralizar os cidos formados durante a combusto.
Dispersantes: Tm a propriedade de impedir a formao de depsitos de produtos de
combusto (fuligem) e oxidao (borra) nas superfcies metlicas de um motor, mantendo
estes produtos indesejveis em suspenso de modo que sejam facilmente retidos nos filtros ou
removidos quando da troca do leo.
Extrema Presso: Estes aditivos reagem com o metal das superfcies sob presso superficial
muito elevada, formando um composto qumico que reduz o atrito entre as peas. Minimizam
o contato direto entre as partes, evitando o rompimento da pelcula lubrificante, quando o leo
submetido a cargas elevadas. Esta reao se d a temperaturas pontuais elevadas (cerca de
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13
500C). Estes aditivos so comumente utilizados em lubrificantes de engrenagens
automotivas e industriais, e tambm em graxas.
Melhoradores do ndice de Viscosidade: Tm a funo de reduzir a tendncia dos leos
lubrificantes variarem a sua viscosidade com a variao da temperatura.
Rebaixadores do Ponto de Fluidez: Melhoram a fluidez dos leos quando submetidos a
baixas temperaturas, evitando a formao de cristais que restringem o fluxo dos mesmos.
Modificadores de Atrito: Os aditivos modificadores de atrito reduzem a energia necessria
para deslizar partes mveis entre si, formando uma pelcula que se rompe com o movimento,
mas que se recompe automaticamente. So empregados em leos de motores (para aumento
de eficincia), em sistemas de freio mido, direes hidrulicas e diferenciais autoblocantes
(para diminuio de rudos), em transmisses automticas (para melhorar o acionamento das
embreagens e engrenagens) e tambm em graxas para juntas homocinticas (para o aumento
de eficincia). Podem ser substncias orgnicas (teflon), inorgnicas (grafite, bissulfeto de
molibdnio) ou organometlicas (a base de molibdnio ou boro).
Alm destes tipos de aditivos, existem vrios outros de uso corrente como corantes,
agentes de adesividade, etc.
2.6 Classificao dos lubrificantes
De acordo com Kimura (2010), a classificao dos lubrificantes surgiu de uma
necessidade que os engenheiros das fbricas de automveis e os petroleiros tinham em
padronizar seus produtos para serem melhores identificados pelo consumidor. As siglas que
formam essa classificao atualmente so baseadas em normas de acordo com seu uso,
qualidade e destinao. O produto classificado aps testes especficos que determinam as
funes, composies, caractersticas fsicas, entre outros requisitos. Atualmente existem
diversos rgos reguladores que classificam leos lubrificantes, dentre eles:
SAE - Society of Automotive Engineers: a classificao mais antiga para
lubrificantes automotivos para motor e transmisso, definindo faixas de viscosidade e no
levando em conta os requisitos de desempenho. Sua criao comeou no incio de 1900
quando os grandes produtores de carros comearam a surgir nos EUA e Europa e foi
oficializada em 1905, tendo como 1 presidente Andrew Riker e como o 1 vice presidente,
Henry Ford, quem se tornaria mais tarde um marco na histria.
API - American Petroleum Institute: Seu comeo pode ser rastreado a partir da 1
Guerra Mundial, quando o Congresso e indstrias de petrleo e gs natural americanas
-
14
trabalharam juntas para se fortalecerem. A API foi oficialmente estabelecida em 20 de maro
de 1919 e elaborou, em conjunto com a ASTM (American Society for Testing and Materials),
especificaes que definem nveis de desempenho que os leos lubrificantes devem atender.
ACEA - Association des Constructeurs Europens dAutomobile: Associa alguns
testes da classificao API, ensaios de motores europeus (Volkswagen, Peugeot, Mercedes
Benz, etc.) e ensaios de laboratrio.
JASO - Japanese Automobile Standards Organization: Define especificao para a
classificao de lubrificantes para motores dois tempos (FA, FB e FC, em ordem crescente de
desempenho).
No Brasil as normas mais utilizadas so API para desempenho e SAE para
viscosidade.
Segundo Runge et al (1994), nos Estados Unidos, trs entidades, SAE (Society of
Automotive Engineers), API (American Petroleum Institute) e ASTM (American Society for
Testing and Materials), constituram um grupo de trabalho para desenvolverem em conjunto,
em funo das necessidades da indstria automobilstica, novas especificaes,
acompanhamento do desempenho, atualizao e criao de novos mtodos de anlises (Figura
4). Se o grupo concorda com que uma nova categoria seja necessria, faz uma solicitao
oficial a ASTM para desenvolver ou selecionar as tcnicas de ensaio necessrias. A tarefa do
API a de desenvolver a linguagem usada para comunicar ao usurio a nova categoria.
Atingindo-se um consenso, o padro final de desempenho publicado pela SAE em seu
manual anual.
Figura 4. Distribuio de tarefas de cada unidade. Ilustra a relao entre SAE, API e ASTM, no
desenvolvimento de novos produtos.
Fonte: Runge et al. (1994).
-
15
2.6.1 Classificao API
Desenvolvida pelo Instituto Americano do Petrleo dos Estados Unidos, baseia-se em
nveis de desempenho dos leos lubrificantes, isto , no tipo de servio a que a mquina estar
sujeita. So classificados por duas letras, a primeira indica basicamente o tipo de
combustvel do motor e a segunda o tipo de servio. Para motores de veculos leves (Ciclo
Otto) o S de Service Station (Postos de Servio, Garagem) ou Spark (Fasca / Centelha), e a
outra letra define o desempenho (POSSAMAI, 2011).
A letra C seguida de outra letra (por exemplo CF) refere-se a leo adequado para
motores diesel. Segundo a API, C uma categoria para uso comercial (commercial). Por
coincidncia, a letra C representa Compression Ignition (ignio por compresso), que a
forma de ignio dos motores diesel (TEXACO, 2005). A segunda letra tambm atribuda
alfabeticamente na ordem de desenvolvimento (desempenho), sendo assim um leo API de
classificao CC oferece menos proteo ao motor do que um de classificao API CF
(LUBRIFICANTES, 2007).
importante ressaltar que a resoluo da ANP n 10/2007 estabelece que o nvel de
desempenho mnimo a ser comercializado no Brasil o CF, e tambm, que a API j considera
como obsoletos os nveis de CA a CG.
2.6.2 Classificao SAE
Conforme Paulino (2009), a classificao SAE foi estabelecida pela Sociedade dos
Engenheiros Automotivos dos Estados Unidos, onde classifica os leos lubrificantes pela
sua viscosidade, que indicada por um nmero. Quanto maior este nmero, mais viscosos so
os lubrificantes, que so divididos em trs categorias:
leos de Vero: SAE 20, 30, 40, 50, 60
leos de Inverno: SAE 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W
leos multiviscosos (inverno e vero): SAE 20W-40, 20W-50, 15W-50
Obs.: a letra W vem do ingls winter que significa inverno.
A atual classificao SAE pode ser visualizada na Tabela 3.
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Tabela 3. Classificao SAE para leos de motor
Grau SAE
Partida a
baixa
Temperatura
Viscosidade,
cP Mx. (2)
Temperatura Limite de
Bombeio
Viscosidade, cP Mx. (sem
tenso de escoamento) (3)
Viscosidade cSt a
100C (4)
Viscosidade
HTHS cP, a
150C e 106 S
-1 (5)
Mn. Mx. Mn.
0W 6200 a -35 60.000 a -40 3,8 - -
5W 6600 a -30 60.000 a -35 3,8 - -
10W 7000 a -25 60.000 a -30 4,1 - -
15W 7000 a -20 60.000 a -25 5,6 - -
20W 9500 a -15 60.000 a -20 5,6 - -
25W 13000 a -10 60.000 a -15 9,3 - -
20 - -
5,6 < 9,3 2,6
30 - -
9,3 < 12,5 2,9
40 - -
12,5 < 16,3 2,9 (0W/40,
5W/40, 10W/40)
40 - -
12,5 < 16,3 3,7 (15W/40,
20W/40, 25W/40)
50 - -
16,3 < 21,9 3,7
60 - -
21,9 < 26,1 3,7
Notas:
(1) W = Winter (Inverno);
(2) Medida no simulador de partida a frio (ASTM D5293);
(3) Medida no viscosmetro rotativo (ASTM D 4684);
(4) ASTM D445;
(5) ASTM D 4683, CEC L-36-A-90 (ASTM D4741);
HTHS = Alta temperatura/Alta taxa de cisalhamento;
Fonte: ANP (2013).
2.7 Valores de referncia para troca de leo lubrificante de motor
A Tabela 4 mostra os valores limites para os elementos de desgaste, contaminao,
aditivos e das condies do leo. Alguns fabricantes de motores fazem recomendaes
especficas quanto aos valores mximos tolerveis. A identificao de contaminantes
metlicos frequentemente fornece indcios para a correo de condies prejudiciais a uma
mquina. Ao se interpretar resultados de anlises destes metais, deve-se subtrair do resultado
o teor de metal originalmente presente no lubrificante novo.
-
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Tabela 4. Valores limites para elementos de desgaste, contaminao, aditivos e condies do leo lubrificante de motor
Parmetro Unidade Valores limites por tipo de motor
Ciclo Diesel1
Ciclo Otto1 Ciclo Otto
2 Ciclo Otto
3 Ciclo Diesel
4 Ciclo Diesel
5 Gs Otto
6 Gs Otto
7
Desgaste
Prata ppm 06 - - 1 - 1-3 1 -
Cromo ppm 40 40 - 3-16 - 4-28 2-8 5
Cobre ppm 40 40 - 15-45 50 25-60 6-20 15
Ferro ppm 100 100 - 90-200 100 80-180 10-40 21
Molibdnio ppm - - - +4 ou -16 leo novo - 4-20 3-8 5
Nquel ppm - - - 1-4 - 1-3 2 3
Chumbo ppm - 100 - 15-500 - 10-30 3-9 20
Estanho ppm - - - 8-15 - 12-24 2-10 -
Titnio ppm - - - 1 - 1-3 1 -
Contaminao
Alumnio ppm 40 40 - 10-120 - 12-55 8-28 10
Potssio ppm 50 50 - - - 2-30 25 25
Sdio ppm - - - - - 5-30 leo novo +25 leo novo +25
Silcio ppm 20 20 - - - 15-30 4-7 4-7
gua % m 0,2 - 0,3 - 0,2 - 0,2 0,2
Glicol ppm - - - - - - 500 500
Aditivao
Boro ppm 20 20 - - - 10-500 20% leo novo 20% leo novo
Brio ppm - - - - - 2-20 20% leo novo 20% leo novo
Clcio ppm - - - - - 600-5000 20% leo novo 20% leo novo
Magnsio ppm - - - - - 100-1500 20% leo novo 20% leo novo
Fsforo ppm - - - - - 600-2000 20% leo novo 20% leo novo
Zinco ppm - - - +25 a-90 leo novo - 2000 20% leo novo 20% leo novo
Condio do leo
Oxidao A/cm - - - - - - 20 20
Nitratos A/cm - - - - - - 20 20
Sulfatos A/cm - - - - - - 36 25
Viscosidade a 100C cSt >12,5 e 12,5 e 50% leo
novo e >2
>50% leo
novo e >2
>50% leo
novo
- >50% leo novo -
>50% leo novo e
>2
>50% leo novo e
>2
FONTE: 1[Marshall E. R. (1993) e Runge et al. (1994) apud Guimares (2006)];
2[Kimura (2010)];
3[Oelcheck (2001)];
4[Ndic et al. (2009)];
5 [Oelcheck (2010)];
6[Oelcheck (1999)];
7[Naegele et al. (2013)]. 1
7
-
18
3 MATERIAL E MTODOS
3.1 Local do experimento
O experimento foi realizado na Granja Juclia, localizada na linha Navegantes, no
municpio de So Miguel do Iguau, estado do Paran, a 113,0 Km de Cascavel. A Granja
possui rea de 10,9 ha, sendo destes apenas 30% utilizados para a agricultura e unidade de
produo de leites (UPL), estando o restante em rea de preservao permanente. O biogs
utilizado no experimento proveniente de uma mdia de 950 matrizes e 6600 leites, onde o
dejeto transportado para 2 biodigestores (Figura 5) para o tratamento e produo do biogs.
Figura 5. Biodigestores da Granja Juclia So Miguel do Iguau-PR.
3.2 Grupo gerador, filtros de biogs e quadro de comando
O grupo gerador (Figura 6) fabricado pelo Grupo Fockink, sendo composto por um
motor Ottolizado fabricado pela MTU do Brasil Ltda. (Mercedes-Benz), Modelo OM447, 6
cilindros, com potncia de 160 cv, e gerador fabricado pela WEG, modelo GTA251ALHD
com potncia de 139 kVA a 1800 RPM, tenso 220 V, Corrente 292 A, frequncia 60 Hz e
cos 0,8. O consumo mdio do motor de 60mh-1 de biogs a plena carga. O volume de
lubrificante no crter mais filtro de 28,5 L.
-
19
Figura 6. Grupo gerador fabricado pela Fockink.
O biogs utilizado previamente filtrado para reduzir as concentraes de gs
carbnico, o gs sulfdrico, dixido de enxofre, vapores de gua e remoo de impurezas. Os
filtros (Figura 7) tambm so fabricados pelo Grupo Fockink, e so preenchidos por limalha.
A passagem do biogs pelos filtros continua, no ocorrendo regenerao da limalha de ferro.
H drenos de gua na parte inferior destes filtros, que devem ser drenados diariamente.
Figura 7. Filtros para biogs ligados em srie antes da entrada na admisso do grupo gerador.
-
20
O quadro de comando (Figura 8) composto de 01 (um) mdulo disposto ao lado
do grupo gerador, e tem a funo de supervisionar a tenso, corrente e frequncia (Figura 9),
conexo da carga ao grupo gerador, contadores e servio (hormetro) e alarmes para
manuteno. A finalidade do quadro de comando supervisionar o sistema de corrente
alternada composto pela fonte principal (rede) e uma fonte de emergncia (grupo
gerador), que alimentam cargas consideradas essenciais e que no podem sofrer
interrupes do seu funcionamento por intervalos de tempo prolongados. As especificaes
do quadro de comando esto descritas na Tabela 5.
Figura 8. Quadro de comando do grupo gerador.
Figura 9. Tela principal do quadro de comando do grupo gerador.
-
21
Tabela 5. Especificaes do quadro de comando do grupo gerador
Quadro de comando
Fabricante Fockink Industrias Eltricas LTDA.
Nmero de srie GNF 56992/ OS 1243477
Nmero do projeto PE-B56992QC1.1
Data de fabricao 08/2012
Norma de referncia IEC 60439-1
Frequncia nominal 60 Hz
Tenso nominal de operao (Ue) 3 ~ 220V
Tenso nominal dos circuitos de controle
Tenso nominal dos circuitos auxiliares
Tenso nominal de isolamento (Ui)
Corrente nominal de operao (In)
Corrente suportvel de curto-circuito (1s) (Icw)
Corrente suportvel nominal de crista (Ipk)
Esquema de aterramento
Grau de proteo
Forma de separao interna
220Vca
220Vca
0,6kV
400A
6kA
9kA
TN-C-S
IP 42
FORMA 1
Fonte: plaqueta afixada no quadro de comando.
O grupo gerador foi instalado inicialmente com o intuito de atender a demanda de
energia emergencial da propriedade, devido a interrupes da rede da concessionria por
longos perodos, que afeta intensamente as atividades desenvolvidas, principalmente
fornecimento de gua e a produo de rao. No entanto, como a produo de biogs
elevada, o grupo gerador utilizado no fornecimento de energia, reduzindo os gastos com
energia eltrica e auxiliando na breve amortizao do investimento. O tempo de utilizao
diria de aproximadamente 10 horas, perfazendo uma mdia de 300 horas de funcionamento
mensal.
3.3 Lubrificante utilizado
O lubrificante utilizado no experimento fabricado pela Petrobrs, modelo Extra
Turbo 15w40 (Figura 10), que atende aos nveis de desempenho API CG-4/SJ, ACEA E2-
96/B2-98/B3-98/B4-02, VOLVO VDS e MACK EO-K/2 e MB 228.1. A recomendao tanto
do Grupo Fockink, quanto da MTU para a troca do filtro e do leo lubrificante para este
motor de 250 hM, para leo multiviscoso SAE 15W40, que atenda no mnimo
especificao MB 228.1 ou preferencialmente MB 228.3 - classificao API CH-4 ou
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superior. Apesar do perodo de troca da carga de lubrificante recomendado ser de 250 hM, foi
obtido autorizao para prolongar este perodo, caso seja constatado nas anlises o bom
estado do lubrificante, assim verificando o nmero mximo de hM que o lubrificante ainda
cumpre com segurana suas funes.
Figura 10. leo Petrobrs Lubrax Extra Turbo utilizado no presente estudo.
As anlises tpicas de sua composio, informada pela Petrobrs, est indicada na
Tabela 6. Tambm informado pela fabricante que estas anlises tpicas representam os
valores modais da produo, no constituindo especificaes.
Tabela 6. Anlises tpicas do leo Petrobrs Extra Turbo 15w40
GRAU SAE 15W/40
Densidade a 20/4C 0,8800
Ponto de Fulgor (VA) (C) 230
Ponto de Fluidez (C) -27
Viscosidade a 40C (cSt) 111,9
Viscosidade a 100C (cSt) 15,1
ndice de Viscosidade 141
Cinzas Sulfatadas (%peso) 1,05
ndice de Basicidade Total (TBN) (mgKOH/g) 9,0
Fonte: Embalagem do lubrificante.
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23
3.4 Procedimento de coleta e anlise do leo lubrificante
A anlise do teor de contaminao do leo lubrificante, segundo Peterson et al. (1999),
fornece uma excelente indicao das condies internas do motor. As anlises de leo
lubrificante foram realizadas para verificar a composio, as propriedades fludas
(degradao), as concentraes de contaminantes e os resduos de desgaste do motor.
A recomendao do fabricante (MTU) para troca da carga de lubrificante do motor do
presente estudo de 250 hM, valor tambm recomendado para a operao do mesmo motor
com leo diesel. Segundo Mannarino (2005), o gs natural, quando utilizado em automveis,
nibus e caminhes recebe o nome de gs natural veicular (GNV) e oferece vantagem no
custo por quilmetro rodado. Como seco, no provoca resduos de carbono nas partes
internas do motor, aumentando sua vida til e o intervalo de troca de leo, reduzindo
significativamente os custos de manuteno. Devido aos benefcios j constatados da
utilizao do GNV, como tambm que o biogs um combustvel praticamente seco, foi
proposto verificar a possibilidade de extenso do perodo de troca da carga de lubrificante
quando da utilizao do biogs, estabelecendo coletas a cada 75hM at 375 hM para a 1
repetio.
A escolha por perodos de 75 hM entre coletas foi motivada devido a necessidade de
identificar qualquer deteriorao apresentada pelo lubrificante, que poderia ser prejudicada
com maiores intervalos de amostragem. Este perodo estabelece uma tendncia de vrios
parmetros importantes do desempenho do leo, principalmente viscosidade, TBN, oxidao,
nitratos e sulfatos.
O resultado da primeira anlise indicou que o leo, apesar das elevadas concentraes
de Fe e Cu, ainda poderia ser utilizado. O aumento da concentrao de Fe juntamente com a
elevao da concentrao de Pb deve ser rigorosamente analisada, pois significa o desgaste de
ligas metlicas, sinal de desgaste severo no motor. No entanto a elevao da quantidade de Pb
no ocorreu na mesma proporo, sendo assim definido como perodo limite para troca do
lubrificante 525 hM, para a 2 repetio, valor este 40% maior que da 1 repetio, escolhido
com o intuito de traar grficos com o comportamento e valores limites dos itens presentes
nas anlises de lubrificante quando da utilizao do biogs.
A segunda repetio ocorreu at as 300 hM, pois logo aps esta coleta o motor teve
um grande vazamento, sendo que grande parte do leo foi perdida. Tambm devido a algumas
anomalias no motor, foi realizada uma manuteno profunda e limpeza interna, sendo
carregado o crter com lubrificante novo, iniciando na sequencia a 3 repetio. Os resultados
da anlise da 2 repetio demonstraram que o TBN j nas 225 hM estava abaixo da
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24
especificao recomendada, como tambm a quantidade de Magnsio que estava com
percentual de variao acima do preconizado pela bibliografia. Mesmo assim manteve-se a
condio de 525 hM pois o motor estava defeituoso e sofreu uma grande interveno, fatores
estes que podem ter contribudo para os valores da 2 repetio mas podem no inferir nos da
3 repetio.
A coleta dos dados da 3 repetio ocorreu at as 525 hM, e quando da anlise destes
dados se constatou uma boa condio do leo e menores concentraes de Cu e Fe. No
entanto, a taxa de crescimento do Cu e Mg aps as 375 hM mais elevada que nas hM
inferiores, significando em um desgaste mais acentuado do motor aps este perodo de
utilizao. Os valores limites especificados pela bibliografia so atingidos pelo Cu nas 375
hM e 450 hM para o Mg. Mesmo o leo j ter atingido sua recomendao de troca nas 375
hM,, definiu-se para a 4 repetio o perodo de mximo de 600 hM, devido ao mesmo intuito
de conhecer e validar os valores limites expostos na 2 repetio
Para efetuar uma coleta segura e sem riscos de contaminao, adquiriu-se uma bomba
de coleta de lubrificante a vcuo (Figura 11). Sua funo gerar vcuo manualmente na parte
interna do frasco, fazendo com que o leo saia do compartimento do motor atravs de uma
mangueira e v direto para o frasco de coleta, diminuindo assim os riscos de contaminao
externa da amostra.
Figura 11. Bomba de coleta de lubrificante a vcuo, inserida na haste da vareta de lubrificante para a obteno
das amostras.
As anlises foram realizadas por um laboratrio terceirizado. Como parte integrante de
cada anlise, foram recebidos kits (Figura 12) para a extrao das amostras, contendo um
recipiente com cdigo numrico para a coleta de 100 ml de lubrificante, 1,5 m de tubo de
PVC e uma ficha de identificao. Os materiais eram esterilizados, isentos de poeiras e
umidade, garantindo a confiabilidade das amostras coletadas. Tanto o tubo quanto o frasco
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plstico eram utilizados uma nica vez, ou seja, em somente um equipamento. Usar o mesmo
tubo em diversos equipamentos pode acarretar em impreciso nos resultados, pois partculas
acumuladas de um equipamento podem interferir na medio de outro.
Figura 12. Kit de coleta de lubrificante, fornecido pelo laboratrio terceirizado.
Para a coleta, o motor foi colocado em operao at que fosse atingida a temperatura
de trabalho e o leo lubrificante fosse homogeneizado. Estas amostras foram coletadas com o
lubrificante em temperatura de funcionamento normal do motor, ou no mnimo trinta minutos
de trabalho contnuo. A coleta foi realizada atravs da insero da mangueira na haste de
verificao do nvel de lubrificante, a meia profundidade, evitando sugar as impurezas
presentes na superfcie do lubrificante ou no fundo do crter, contrariando assim o problema
da decantao do lubrificante e da acumulao no fundo, como tambm succionar borras. Foi
inserido o tubo com o comprimento da vareta de leo, aps o leo foi succionado atravs da
bomba manual, e finalmente o recipiente foi lacrado e a ficha de identificao da amostra
preenchida. Aps a realizao de cada repetio as amostras foram enviadas para anlise
laboratorial. A mesma quantidade de leo lubrificante retirado do motor foi reposta com leo
sem uso (novo) aps cada amostragem.
O incio do experimento ocorreu com a substituio do leo e filtro lubrificante.
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3.4.1 Anlises realizadas no leo lubrificante
O escopo das anlises de leo lubrificante foi:
Teor de gua pelo mtodo de Karl Fischer;
Estudo morfolgico de partculas atravs da macroscopia;
Viscosidade Cinemtica a 100C (NBR 10441/ ASTM D445);
Espectrometria por infravermelho (ASTM E 2412-04). Foram identificados a
oxidao, glicol, teor de fuligem, nitratos e sulfatos;
ndice de basicidade total TBN (ASTM D4739);
Espectrometria de emisso tica a plasma (ASTM D5185). Foram
identificados 19 elementos qumicos: Ag, Cr, Cu, Fe, Mo, Ni, Pb, Sn, Ti, Al,
K, Na, Si, B, Ba, Ca, Mg, P, Zn).
3.5 Procedimentos de coleta e anlise do biogs
As amostras do biogs foram coletadas juntamente com as de leo lubrificante. A
coleta era realizada na admisso do motor, antes do mesclador ar/combustvel, com a
utilizao de uma bolsa amostradora (Figura 13).
Figura 13. Bolsa amostradora utilizada para a coleta de biogs.
A anlise com o kit de anlise de biogs (Figura 14), desenvolvido atravs de parceria
da Embrapa Sunos e Aves com a empresa Alfakit, atravs da metodologia de Kunz, Oliveira
e Piccinin (2007), resultou em dados quantitativos e qualitativos da composio do biogs,
tanto para a anlise de amnia quanto para de gs sulfdrico, a tcnica consiste em borbulhar o
biogs em uma soluo, analisando-a colorimetricamente em seguida. J para a anlise de
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metano e gs carbnico, o biogs tambm borbulhado em uma soluo, no entanto a
concentrao dada pela diferena entre o volume de gs inicial e final. Todas as anlises
foram realizadas com 3 repeties.
Figura 14. Kit de anlise de biogs Alfakit Embrapa utilizado no experimento.
Fonte: Alfakit (2011).
As determinaes de gs carbnico e metano foram realizadas por um mini analisador
tipo Orsat. As anlises colorimtricas de amnia e gs sulfdrico utilizam um sistema de
comparao visual com cartela de cores. As metodologias utilizadas no kit foram adaptadas,
sendo a determinao de amnia realizada pelo mtodo Azul de Indofenol, e o gs
sulfdrico pelo mtodo do Azul de Metileno (ALFAKIT, 2011).
Conforme o manual Alfakit (2011), a faixa de anlise dos parmetros so:
- Amnia: Faixa 1: 15 - 525 ppmV / Faixa 2: 45 1310 ppmV.
- Gs Sulfdrico: Faixa 1: 20 610 ppmV / Faixa 2: 30 1020 ppmV.
- Gs Carbnico: 0 100 %, resoluo 2,5%.
3.6 Comparao dos resultados com as caractersticas do lubrificante sem uso
Atravs da anlise exploratria dos dados, foram comparados os resultados das
anlises de biogs e do leo lubrificante, buscando correlao entre a quantidade de
contaminantes presentes no biogs e a absoro pelo leo lubrificante, principalmente o o gs
sulfdrico. Foi avaliada a degradao do leo lubrificante, comparando as amostras das 4
repeties com as amostras de leo sem uso (novo) e com a literatura. Foi analisada a
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necessidade de reduzir o perodo de troca de lubrificante ou a possibilidade de extenso destes
perodos.
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4 RESULTADOS E DISCUSSES
1.1.1. Anlises de contaminao e desgaste do leo lubrificante
Foi constatado que, a partir da anlise dos dados da 3 repetio, os valores de
viscosidade, TBN e aditivos apresentaram diferena, mesmo sendo a mesma marca, modelo e
especificao de leo. Na 4 repetio foi enviada uma amostra de leo sem uso (novo) para
anlise, confirmando a diferena na composio. Assim, nas anlises a seguir, as 1 e 2
repeties fazem parte do mesmo lote de lubrificante, denominado primeiro lote, e as 3 e 4
repeties so de outro, denominado segundo lote. Na embalagem do lubrificante, juntamente
com os dados descritos na Tabela 6, est informado que as anlises tpicas representam os
valores modais da produo, no constituindo especificaes, explicando assim que a
formulao pode alterar de lote para lote, no entanto o leo mantm suas caractersticas de
classificao e desempenho.
Os dados resultantes das anlises de lubrificante realizadas pelo laboratrio
terceirizado podem ser visualizados na Tabela 7. Na sequncia sero apresentados os grficos,
resultados, confrontao com a literatura e comentrios das amostras analisadas.
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30
Tabela 7. Resultados das amostras de leo lubrificante analisadas
hM leo Repetio Coleta Anlise Hormetro Prata Cromo Cobre Ferro Molibdnio Nquel Chumbo Estanho Titnio Alumnio Potssio Sdio Silcio
0 leo Novo 26/04/2013 10/06/2013 - 3 0 0 1 0 0 0 0 0 2 0 0 7
75 1 Repetio 26/04/2013 10/06/2013 1314 2 0 72 17 0 1 3 5 0 4 0 0 4
150 1 Repetio 09/05/2013 10/06/2013 1399 1 0 94 48 1 1 5 7 0 7 0 0 4
225 1 Repetio 16/05/2013 10/06/2013 1450 1 0 100 59 1 1 5 8 0 8 0 0 4
300 1 Repetio 24/05/2013 10/06/2013 1528 0 0 114 67 1 1 6 9 0 8 0 0 4
375 1 Repetio 31/05/2013 10/06/2013 1617 0 0 138 72 1 1 7 10 0 9 0 0 4
75 2 Repetio 18/06/2013 15/07/2013 1710 4 0 99 50 1 1 3 2 0 5 0 0 3
150 2 Repetio 20/06/2013 15/07/2013 1754 1 0 103 50 1 1 3 3 0 5 0 0 3
225 2 Repetio 28/06/2013 15/07/2013 1839 0 0 105 66 1 1 3 3 0 6 0 0 4
300 2 Repetio 05/07/2013 15/07/2013 1903 0 0 107 72 1 1 4 4 0 6 0 0 4
0 leo Novo 28/10/2013 08/11/2013 - 0 0 0 1 1 0 0 0 0 3 0 0 7
75 3 Repetio 18/07/2013 13/09/2013 2054 2 0 22 7 1 0 2 1 0 4 0 0 2
150 3 Repetio 25/07/2013 13/09/2013 2194 2 0 34 10 1 1 2 2 0 4 0 0 2
225 3 Repetio 01/08/2013 13/09/2013 2282 1 0 42 14 1 1 2 3 0 5 0 0 2
300 3 Repetio 08/08/2013 13/09/2013 2387 0 0 47 15 1 1 2 3 0 5 0 0 3
375 3 Repetio 21/08/2013 13/09/2013 2427 0 0 52 20 1 1 2 3 0 6 0 0 3
450 3 Repetio 29/08/2013 13/09/2013 2505 0 0 59 28 1 1 3 3 0 6 0 0 3
525 3 Repetio 05/09/2013 13/09/2013 2592 0 0 76 32 1 1 4 5 0 7 0 0 3
75 4 Repetio 13/09/2013 08/11/2013 2670 0 0 12 6 1 0 1 0 0 3 0 0 2
150 4 Repetio 23/09/2013 08/11/2013 2730 0 0 18 10 1 0 1 0 0 3 0 0 2
225 4 Repetio 02/10/2013 08/11/2013 2825 0 0 23 15 1 0 2 0 0 4 0 0 2
300 4 Repetio 09/10/2013 08/11/2013 2916 2 0 32 20 1 1 2 1 0 4 0 0 2
375 4 Repetio 14/10/2013 08/11/2013 2984 0 0 36 20 1 1 2 2 0 4 0 0 3
450 4 Repetio 18/10/2013 08/11/2013 3051 0 0 53 23 1 1 3 3 0 4 0 0 2
525 4 Repetio 24/10/2013 08/11/2013 3132 0 0 80 27 1 1 5 6 0 5 0 0 3
600 4 Repetio 27/10/2013 08/11/2013 3202 0 0 103 29 1 1 6 8 0 5 0 0 3
AMOSTRAS DESGASTE (ppm) CONTAMINAO (ppm)
30
-
31
Tabela 7. Continuao
TBN V100C
hM leo Repetio Boro Brio Clcio Magnsio Fsforo Zinco Oxidao Glicol Fuligem Nitratos Sulfatos TBN (mgKOH/g) Viscosidade 100C (cSt) gua (% ) Visual
0 leo Novo 1 0 2142 221 862 996 8 1 0,00 4 14 9,759 14,35 0 NORMAL
75 1 Repetio 0 0 2305 241 881 1042 8 1 0,00 5 18 8,299 13,83 0 NORMAL
150 1 Repetio 0 0 2356 244 872 1056 9 0 0,00 6 20 5,786 14,17 0 NORMAL
225 1 Repetio 0 0 2323 241 851 1026 9 0 0,00 6 21 5,966 14,19 0 NORMAL
300 1 Repetio 0 0 2370 251 837 1016 10 0 0,00 6 23 5,788 13,93 0 NORMAL
375 1 Repetio 0 0 2436 257 824 1025 11 0 0,00 6 24 5,964 13,83 0 NORMAL
75 2 Repetio 3 0 1973 352 852 1022 8 0 0,00 5 16 8,579 13,85 0 NORMAL
150 2 Repetio 1 0 1994 387 868 1057 9 0 0,00 5 17 6,538 13,88 0 NORMAL
225 2 Repetio 1 0 2072 382 839 1023 9 0 0,00 6 18 4,662 13,73 0 NORMAL
300 2 Repetio 1 0 2019 372 795 988 10 0 0,00 7 20 4,949 13,70 0 NORMAL
0 leo Novo 1 0 1321 880 1086 1370 6 1 0,00 5 15 7,713 15,53 0 NORMAL
75 3 Repetio 1 0 1347 958 1078 1361 8 1 0,01 8 18 6,573 14,17 0 NORMAL
150 3 Repetio 3 0 1382 1006 1085 1331 9 1 0,01 8 19 5,258 13,80 0 NORMAL
225 3 Repetio 1 0 1397 1014 1067 1327 9 1 0,01 8 20 5,122 13,49 0 NORMAL
300 3 Repetio 1 0 1459 1069 1093 1378 10 1 0,01 8 21 5,366 13,65 0 NORMAL
375 3 Repetio 0 0 1430 1049 1076 1363 10 1 0,01 8 21 5,365 13,61 0 NORMAL
450 3 Repetio 0 0 1488 1095 1078 1399 10 1 0,01 8 23 5,132 13,59 0 NORMAL
525 3 Repetio 0 0 1479 1081 1028 1373 11 1 0,01 8 25 5,201 13,56 0 NORMAL
75 4 Repetio 1 0 1333 917 1054 1336 7 1 0,00 7 17 7,324 13,85 0 NORMAL
150 4 Repetio 2 0 1342 939 1037 1324 8 1 0,00 7 19 6,772 13,30 0 NORMAL
225 4 Repetio 3 0 1353 953 1014 1316 9 0 0,00 8 21 5,415 13,37 0,31 NORMAL
300 4 Repetio 9 0 1380 975 992 1316 10 0 0,00 8 23 5,786 12,98 0 NORMAL
375 4 Repetio 1 0 1370 950 990 1321 10 0 0,00 8 23 4,443 14,06 0 NORMAL
450 4 Repetio 1 0 1446 1017 969 1363 11 0 0,00 8 25 6,697 13,65 0 NORMAL
525 4 Repetio 1 0 1404 989 936 1312 11 0 0,00 8 26 5,106 13,40 0 NORMAL
600 4 Repetio 0 0 1453 1013 931 1340 12 0 0,00 8 28 6,129 13,17 0 NORMAL
TESTES FSICOSINFRAVERMELHOADITIVAO (ppm)
31
-
32
4.1.1 Viscosidade, TBN e anlises por infravermelho
A viscosidade a propriedade mais importante de lubrificao do leo, pois afeta o
atrito e influencia diretamente na taxa de desgaste dos componentes do motor. A variao da
viscosidade em funo das hM do motor est representada na Figura 15. As variaes de
viscosidade nas 1 e 2 repeties, quando comparadas anlise do leo novo do primeiro
lote foram, respectivamente, 3,62 e 4,53%. J para a 3 e 4 repetio, comparadas anlise
do leo novo do segundo lote foram, respectivamente, 12,69 e 16,42%.
Segundo Snook (1968), a variao percentual da viscosidade cinemtica no deve
exceder 25%. Os dados apresentados por Oelcheck (1999) e Naegele et al. (2013) (Tabela 4),
indicam que a viscosidade deve permanecer entre 12 e 18 cSt. Marshall (1993) recomenda
que o leo deve ser substitudo quando sair do seu SAE original, ou seja, para o leo SAE
15W40, a viscosidade a 100C deve estar ente 12,5 e 16,3 cSt. Ndic et al. (2009) citam que a
variao de viscosidade mxima de 20% em relao ao leo novo. Assim, todos os
resultados obtidos atendem a estes requisitos, pois a maior variao foi de 16,42%, e a menor
viscosidade apresentada foi de 12,98 cSt. No experimento de Ndic et al. (2009), onde foi
avaliado as condies do leo lubrificante em um motor movido a leo Diesel, marca MTU,
modelo OM 447 HLA, utilizando leo especificao SAE 10W40 e API CF, foi observado
comportamento similar da viscosidade, com decrscimo acentuado nas primeiras horas de
utilizao, e posterior estabilidade.
Figura 15. Variao da viscosidade cinemtica a 100C do leo em relao ao perodo de horas trabalhadas.
-
33
O ndice de basicidade total (TBN), alm dos resduos de desgaste (geralmente Fe e
Cu) e da viscosidade, est entre os principais indicadores de estado/desempenho a serem
verificados nas anlises de leo lubrificante. O TBN a medida da reserva alcalina do
lubrificante, sendo a capacidade do lubrificante na neutralizao de cidos. No biogs temos a
elevada influncia do gs sulfdrico, e como j citado anteriormente Caines e Haycock (1996)
afirmam que uma proporo significativa dos gases produzidos na combusto vazam atravs
dos anis dos pistes, contaminando o leo do crter e causando outros efeitos adversos,
assim existe a necessidade de verificar se o H2S ou os subprodutos de sua queima chegam at
o leo lubrificante, e se atuam como agentes degradadores do TBN.
Crrea et al. (2011) relatam que para motores a leo Diesel o TBN no deve ficar
abaixo de 2,5 mg de KOH g-1
. J a literatura citada na Tabela 4 afirma que o TBN no deve
ficar menor do que 50% do valor do leo novo, com a condio deste valor ser maior que 2,0
mg de KOH g-1
. A maior variao no presente estudo foi de 52,53%, com o valor de 4,662 mg
de KOH g-1
na amostra de 225 hM da 2 repetio com o leo novo do primeiro lote. No
entanto, na coleta de 300 hM da 2 repetio, a amostra apresentou 4,949 mg de KOH g-1
,
valor que corresponde a 49,29% do leo original. Considerando somente as amostras do
segundo lote, aps a manuteno e limpeza do motor e perodos de troca estendidos, o menor
valor na 3 repetio foi nas 225 hM, com valor do TBN 33,59% menor que do leo novo,
embora este valor tenha se mantido estvel at as 525 hM, quando o valor foi de 32,57%. O
menor valor do TBN encontrado em todo o experimento foi 4,443 mg de KOH g-1
nas 375 hM
da 4 repetio, representando uma variao de 42,4% em relao ao leo novo do segundo
lote, embora o valor do TBN tenha aumentado aps esta coleta, apresentando nas 600 hM
uma variao de 20,54% em relao ao leo novo.
Devido a anlise do TBN ser atravs de mtodo titulomtrico, os menores valores
encontrados dentre as repeties podem ser considerados erros devido a preciso do mtodo
ou leitura dos resultados, pois nas amostras subsequentes o TBN apresenta valores maiores
por diversas vezes, principalmente nas 3 e 4 repeties. Este comportamento de variao
(acrscimo e diminuio) do TBN e da Viscosidade a 100C tambm foi verificado no
experimento de Naegele et al. (2013), onde a avaliao ocorreu em um motor MTU modelo
MDE MB 3066 L4 movido a biogs rigorosamente filtrado (aproximadamente 0 ppmV de
H2S), no entanto, neste motor ocorreu aumento da viscosidade. J para o experimento de
Ndic et al. (2009), onde foi utilizado motor similar operando com diesel, o comportamento
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do TBN foi de decrscimo constante, no ocorrendo a diminuio abrupta nas primeiras horas
de utilizao do leo como ocorre no presente estudo.
Levando em considerao o menor valor obtido na 2 repetio, o leo deveria ser
trocado nas 225 hM, no entanto, considerando a pequena diferena que ultrapassou o limite
de 50% do leo original (2,53%), o estado em que o motor se encontrava anteriormente e os
resultados das 3 e 4 repeties, onde nas ltimas coletas os valores foram, respectivamente,
32,57 e 20,54%, possvel afirmar que o leo ainda possui capacidade de neutralizar os
componentes cidos, gerados pela combusto do biogs e resultantes da oxidao do leo
durante o seu envelhecimento, nas 600 hM. Os resultados do TBN esto representados na
Figura 16.
Figura 16. Variao do ndice de basicidade total (TBN) do leo lubrificante em relao ao perodo de horas
trabalhadas.
As anlises de oxidao, glicol, fuligem, nitratos e sulfatos foram realizados pelo
laboratrio terceirizado atravs da espectrometria por infravermelho, que consiste em um teste
onde a absoro de luz infravermelha usada para avaliar os nveis destas substncias.
Nitratos, oxidao e sulfatos so contaminantes do processo de combusto, que atuam como
redutores das propriedades de lubrificao, aumentando a viscosidade, causando a formao
de depsitos e entupimento dos filtros.
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Segundo a Tabela 4, o valor limite para oxidao de 20 A/cm. Na anlise da Figura
17, onde apresentado o grfico com os resultados da oxidao, possvel constatar que o
maior valor ocorreu na 4 repetio, apresentando 12 A/cm, estando abaixo do valor limite.
Figura 17. Variao da oxidao do leo lubrificante em relao ao perodo de horas trabalhadas.
A contaminao por glicol indica a ocorrncia de passagem de lquido arrefecedor
para o sistema de lubrificao, no entanto, considerando que as amostras de leo novo j
apresentavam valor de 1 A/cm, e que no houve incremento neste valor durante todo o
experimento, no houve a passagem de liquido arrefecedor para o sistema de lubrificao.
A fuligem consiste nos produtos de combusto que entram no leo atravs do sopro
normal dos pistes, reduzindo a capacidade do leo de proteger e lubrificar os componentes
do motor. Segundo Marshall (1993), o valor mximo para fuligem 1,5%. J a apostila de
lubrificao automotiva da Ipiranga (s.d.), recomenda o teor mximo de 5% para a presena
de fuligem. Nas amostras analisadas, apenas na 3 repetio foi detectada a presena de
fuligem, com 0,01 A/cm, que corresponde a 2,28%, estando este nvel abaixo do mximo
recomendado pela apostila Ipiranga, e acima do recomendado por Marshall. Uma das
justificativas para este valor constante desde as 75 hM ser pela contaminao durante o
abastecimento do lubrificante ou resduos de combusto gerados no incio do perodo
amostral.
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Os resultados obtidos com as anlises de nitratos esto representados na Figura 18. O
valor mximo apresentado no experimento foi de 8 A/cm, nas 3 e 4 repeties, valor aqum
do limite especificado na Tabela 4, que de 20 A/cm.
Figura 18. Variao dos nitratos do leo lubrificante em relao ao perodo de horas trabalhadas.
Durante a queima do leo diesel so formados vrios compostos qumicos gasosos
corrosivos que passam atravs dos anis, entram no motor e causam a degradao do
lubrificante. Os principais viles so os co
