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FACULDADE DO CENTRO LESTE
2Prof. Julio Rezende [email protected]/10/2015
UNIDADE 3.1
LUBRIFICAÇÃO
INDUSTRIAL
FACULDADE DO CENTRO LESTE
3Prof. Julio Rezende [email protected]/10/2015
Sumário
Noções sobre Tribologia
Conceitos Básicos
Teorias do Atrito
Desgaste
Introdução à Lubrificação
Conceitos
Classificação da Lubrificação
Tipos de Lubrificantes
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4Prof. Julio Rezende [email protected]/10/2015
Manutenção IndustrialLUBRIFICAÇÃO INDUSTRIAL
A palavra Tribologia é derivada das palavras gregas “Tribos”, que significa atrito,e
“Logos” que significa estudo.
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Manutenção Industrial
LUBRIFICAÇÃO INDUSTRIAL
TRIBOLOGIA - CONCEITOS:É a ciência que estuda o movimento relativo entre superfícies, levando em
consideração o atrito, o desgaste e a lubrificação.
A lubrificação surgiu como forma de minimizar o atrito e reduzir o desgaste.
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Manutenção Industrial
LUBRIFICAÇÃO INDUSTRIAL - TRIBOLOGIA - CONCEITOS:
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Manutenção IndustrialLUBRIFICAÇÃO INDUSTRIAL - TRIBOLOGIA - CONCEITOS:
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Manutenção Industrial
TRIBOLOGIA – TEORIA DO ATRITO:
Quando um corpo qualquer, sólido, líquido ou
gasoso, move-se sobre a superfície de um
outro corpo origina-se uma resistência a este
movimento;
O atrito é a força que se opõe ao movimento,
ou à tendência de movimento, de um corpo,
oferecendo uma resistência ao seu
deslocamento;
O atrito é interação mecânica entre asperezas
rígidas ou que deformam-se, no máximo,
elasticamente;
O atrito dos fluidos < o atrito dos sólidos
Por isso se introduz fluido entre dois sólidos
para evitar que entrem em contato direto.
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Manutenção Industrial
TRIBOLOGIA – TEORIA DO ATRITO
MODELO DE COULOMB
O atrito seco, também chamado de atrito de
Coulomb, ocorre quando superfícies não
lubrificadas de dois corpos sólidos estão em
contato sob uma condição de deslizamento
relativo ou com tendência de deslizamento.
Uma força de atrito ocorre tanto durante o
intervalo de tempo que precede o
deslizamento iminente, quanto durante o
deslizamento.
A direção desta força de atrito será sempre
oposta ao movimento.
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Manutenção Industrial
TRIBOLOGIA – TEORIA DO ATRITO
MODELO DE COULOMB
hPxW NF ss
ss
s tgN
Ftg 11
NF kk
kk
k tgN
Ftg 11
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Manutenção Industrial
TRIBOLOGIA – TEORIA DO ATRITO
O valor do coeficiente de atrito independe da força que mantém os corpos em
contato;
A força de atrito não depende, sensivelmente, da velocidade relativa entre as
superfícies;
O atrito diminui com a lubrificação e o polimento das superfícies, pois reduzem o
coeficiente de atrito;
O coeficiente de atrito é depende das propriedades das superfícies como o
material e a rugosidade.
Metal x Metal 0,15 / 0,30
Metal x Madeira 0,20 / 0,60
Madeira x Madeira 0,25 / 0,50
Metal x Couro 0,30 / 0,60
Pedra x Pedra 0,40 / 0,65
Borracha x Cimento 1,00 / 1,50
Alguns valores de coeficiente de atrito
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Manutenção Industrial
TRIBOLOGIA – TEORIA DO ATRITO
Atrito Estático:
Formação de soldas microscópicas.
Atrito de Deslizamento:
Pontos fixos de uma superfície em contato
com pontos sucessivos de outra superfície.
Atrito Rolante:
Pontos sucessivos de uma superfície em
contato com pontos sucessivos de outra
superfície.
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Manutenção Industrial
TRIBOLOGIA – TEORIA DO ATRITO
Deslizamento
Rolamento
Rolamento e deslizamento
Perfuração
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Manutenção IndustrialTRIBOLOGIA – TEORIA DO ATRITO
ATRITO DE ROLAMENTO
No atrito de rolamento, a resistência é devida sobretudo às
deformações. As superfícies elásticas (que sofrem
deformações temporárias) oferecem menor resistência ao
rolamento do que as superfícies plásticas (que sofrem
deformações permanentes). A distância a é chamada de
coeficiente de resistência ao rolamento.
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aWP
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Manutenção IndustrialTEORIA DO ATRITO – CONDIÇÕES DE ATRITO
A principal causa do atrito são as irregularidades existentes entre as superfícies. Podendo o mecanismo ser de dois tipos :
Adesão
Cisalhamento
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Manutenção IndustrialTEORIA DO ATRITO – CONDIÇÕES DE ATRITO
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Manutenção IndustrialTEORIA DO ATRITO – CONDIÇÕES DE ATRITO
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Manutenção Industrial
TEORIA DO ATRITO – CONSEQÜÊNCIAS DO ATRITO
O atrito seco (sólido com sólido) provoca:
Aquecimento das partes;
Consumo extra de energia;
Ruído;
Deformação;
Desgaste das partes.
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Manutenção IndustrialTRIBOLOGIA - DESGASTE
Leis de Desgaste:
A quantidade de desgaste D é diretamente proporcional à carga P;
A quantidade de desgaste D é diretamente proporcional à distância deslizante d;
A quantidade de desgaste D é inversamente proporcional à dureza da superfície H.
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Manutenção IndustrialTRIBOLOGIA - DESGASTE
O coeficiente k representa o volume removido (mm3) por unidade de deslocamento
(m), por unidade de carregamento normal (N). A tabela abaixo apresenta valores
típicos para o coeficiente de desgaste adimensional K em escorregamento a seco.
Materiais escorregando sem lubrificação.
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Manutenção IndustrialTRIBOLOGIA – LUBRIFICAÇÃO - CONCEITOS
Uma vez que o atrito e o desgaste provêm do contato das superfícies, o melhor
método para reduzi-los é manter as superfícies separadas, intercalando-se entre
elas uma camada de lubrificante. Isto, fundamentalmente, constitui a lubrificação.
Lubrificação é a interposição de uma substância (fluida, líquida, pastosa ou
gasosa), de propriedades adequadas, entre duas superfícies que apresentem
movimento relativo entre si, visando a redução de atrito entre estas partes.
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Manutenção IndustrialTEORIA DO ATRITO – CONDIÇÕES DE ATRITO
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Manutenção IndustrialTRIBOLOGIA – LUBRIFICAÇÃO
FUNÇÕES DOS LUBRIFICANTES
Controle do atrito - transformando o atrito sólido em atrito fluido, evitando
assim a perda de energia.
Controle do desgaste - reduzindo ao mínimo o contato entre as superfícies,
origem do desgaste.
Controle da temperatura - absorvendo o calor gerado pelo contato das
superfícies (motores, operações de corte etc.).
Controle da corrosão - evitando que ação de ácidos destrua os metais.
Amortecimento de choques- funcionando como meio hidráulico, transferindo
energia mecânica para energia fluida (como nos amortecedores dos
automóveis) e amortecendo o choque dos dentes de engrenagens.
Redução de ruído.
Vedação - impedindo a saída de lubrificantes e a entrada de partículas
estranhas.
Remoção de contaminantes - evitando a formação de borras, lacas e vernizes.
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Manutenção IndustrialTRIBOLOGIA – LUBRIFICAÇÃO
CLASSIFICAÇÃO DA LUBRIFICAÇÃO
A lubrificação pode ser classificada de acordo com a película lubrificante:
Lubrificação Limite ou limítrofe;
Lubrificação Total ou Fluida;
Lubrificação Mista.
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TRIBOLOGIA – LUBRIFICAÇÃO
CLASSIFICAÇÃO DA LUBRIFICAÇÃO
LUBRIFICAÇÃO LIMITE OU LIMÍTROFE
Descreve uma situação na qual, por
razões de geometria, aspereza da
superfície, carga excessiva, lubrificante
insuficiente, baixas velocidades ou
operações intermitentes impedem a
formação de uma película fluida, e as
superfícies dos corpos se contatam
fisicamente e pode ocorrer desgaste.
A altura da película lubrificante é igual
a altura das rugosidades. Existe
contato entre as rugosidades, logo
existe atrito e desgaste.
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TRIBOLOGIA – LUBRIFICAÇÃO
CLASSIFICAÇÃO DA LUBRIFICAÇÃO
LUBRIFICAÇÃO TOTAL OU FLUÍDA
As superfícies em movimento são
separadas por uma película contínua de
lubrificante, eliminando qualquer contato;
A película possui espessura superior à
soma das alturas das rugosidades das
superfícies.
Serão resultantes, assim, valores de atrito
baixos e desgaste insignificantes.
A lubrificação Fluida pode ser dividida
em três categorias:
1) Lubrificação hidrodinâmica;
2) Lubrificação hidrostática;
3) Lubrificação elasto-hidrodinâmica
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TRIBOLOGIA – LUBRIFICAÇÃO
CLASSIFICAÇÃO DA LUBRIFICAÇÃO
LUBRIFICAÇÃO TOTAL OU FLUÍDA
Mancais de Deslizamento
Mancais de deslizamento são constituídos por buchas ou caquilhos fabricados em
bronze ou metal patente (babbitt) e são aplicados em condições de altas cargas ou
velocidades, quando a aplicação de rolamentos é inviável tecnicamente e/ou
economicamente.
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TRIBOLOGIA – LUBRIFICAÇÃO
CLASSIFICAÇÃO DA LUBRIFICAÇÃO
LUBRIFICAÇÃO TOTAL OU FLUÍDA
Mancais de DeslizamentoBabbitt, Metal Patente ou Metal branco, é uma liga não
ferrosa branca, mole, utilizada para proporcionar uma
superfície de apoio. Ele tem propriedades que ajudam a
reduzir o atrito que o torna um bom material para usar em
um mancais de deslizamento.
O “Babbitt foi criado por Isaac Babbitt. A fórmula original
para o metal Babbitt era 89,3% de estanho, 7,1% de
antimônio,e 3,6% de cobre, fórmula que ainda é
comercializada hoje por alguns fabricantes como ASTM B-
23 Grau 2 Babbitt ou como "Babbitt genuíno".
O princípio de como Babbitt funciona é realmente muito
simples. De modo que qualquer mancal trabalhe bem, ele
deve criar uma situação em que exista um baixo
coeficiente de atrito. No entanto, com a adição de
lubrificação simples, os mancais de deslizamento pode ter
coeficientes de atrito surpreendentemente baixos - ainda
mais baixa do que a dos rolamentos de esferas.
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TRIBOLOGIA – LUBRIFICAÇÃO
LUBRIFICAÇÃO TOTAL OU FLUÍDA
Mancais de DeslizamentoÉ feita através de ranhuras e chanfros nos
mancais de deslizamento. As ranhuras devem
ser longitudinais, cortadas em toda a
extensão do mancal, sem, entretanto, atingir
suas extremidades
A secção das ranhuras deve ser
semicircular com os cantos
arredondados
Eventualmente, pode haver uma
ranhura auxiliar imediatamente antes
da área de pressão para melhor
introdução do óleo na zona de suporte
de carga. No caso de ser usada a
ranhura auxiliar, ela deve ter o lado da
rotação chanfrado.
Os mancais bipartidos devem ter as
arestas chanfradas para impedir
que elas raspem o óleo
Quando o comprimento do
mancal for superior a 200mm,
serão necessários dois ou
mais pontos de alimentação
de óleo. Esses pontos devem
ser interligados por ranhuras
F = 0,001DOnde: F – folga diametral;
D – diâmetro do eixo.
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TRIBOLOGIA – LUBRIFICAÇÃO
CLASSIFICAÇÃO DA LUBRIFICAÇÃO
LUBRIFICAÇÃO TOTAL OU FLUÍDA
Mancais de Deslizamento
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TRIBOLOGIA – LUBRIFICAÇÃO
CLASSIFICAÇÃO DA LUBRIFICAÇÃO
LUBRIFICAÇÃO TOTAL OU FLUÍDA
Lubrificação Hidrodinâmica
A película lubrificante separa inteiramente as duas
superfícies por ação combinada das propriedades
do óleo e da velocidade relativa das superfícies. A
espessura da camada de lubrificante é superior a
soma das alturas das rugosidades.
Refere-se ao suprimento suficiente de lubrificante à interface deslizante para permitir
que a velocidade relativa das superfícies bombeie o lubrificante e separe as
superfícies por um filme dinâmico de líquido.
O filme de fluido se desenvolve entre
as superfícies gerado pelo próprio
movimento relativo entre elas.
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TRIBOLOGIA – LUBRIFICAÇÃO
CLASSIFICAÇÃO DA LUBRIFICAÇÃO
LUBRIFICAÇÃO TOTAL OU FLUÍDA
Lubrificação Hidrodinâmica
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TRIBOLOGIA – LUBRIFICAÇÃO
CLASSIFICAÇÃO DA LUBRIFICAÇÃO
LUBRIFICAÇÃO TOTAL OU FLUÍDA
Lubrificação Hidrodinâmica
PRESSÃO NO FILME DE LUBRIFICANTE:
Ao passar pelo orifício de entrada, o
lubrificante é carregado até a zona de
estreitamento do arraste, onde a pressão
atuante atinge o ponto máximo.
Ao ultrapassar o ponto mais estreito (h0), a
pressão do lubrificante volta a ser nula.
Não se recomenda colocar uma ranhura
longitudinal na região de pressão da
superfície do mancal, pois interromperia a
formação da cunha de óleo, diminuindo a
capacidade de carga do mancal.
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TRIBOLOGIA – LUBRIFICAÇÃO
CLASSIFICAÇÃO DA LUBRIFICAÇÃO
LUBRIFICAÇÃO TOTAL OU FLUÍDA
Lubrificação Hidrostática
O fluido lubrificante é introduzido sob pressão de modo a separar as partes. Não
existe movimento entre as partes até que o fluido seja introduzido.
Refere-se ao suprimento contínuo de um fluxo de lubrificante
para a interface de deslizamento a uma pressão hidrostática
elevada.
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TRIBOLOGIA – LUBRIFICAÇÃO
CLASSIFICAÇÃO DA LUBRIFICAÇÃO
LUBRIFICAÇÃO TOTAL OU FLUÍDA
Lubrificação Elasto-Hidrodinâmica
Lubrificação ocorre na presença de contato de rolamento entre as partes (atrito de
rolamento). Película de óleo separa as superfícies pela ação da velocidade relativa
e pelas altas pressões de contato (deformação elástica da superfície e aumento da
viscosidade do óleo).
Exemplos típicos deste tipo de lubrificação ocorrem entre os dentes de
engrenagem, um came e seguidor ou em rolamentos sob algumas condições de
carga e rotação .
Pressão de contato de Hertz
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TRIBOLOGIA – LUBRIFICAÇÃO
CLASSIFICAÇÃO DA LUBRIFICAÇÃO
LUBRIFICAÇÃO TOTAL OU FLUÍDA
Lubrificação Elasto-Hidrodinâmica
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TRIBOLOGIA – LUBRIFICAÇÃO
CLASSIFICAÇÃO DA LUBRIFICAÇÃO
LUBRIFICAÇÃO MISTA
Descreve uma combinação de filme lubrificante parcial com
algumas asperezas de contato entre as superfícies.
Quando as pressões entre as duas superfícies moveis são
muito elevadas, há ruptura da película em alguns pontos. Há
nestas condições uma combinação de atritos sólidos e
fluidos. Até que se inicie o movimento a camada
de lubrificante não tem espessura
suficiente para separar totalmente as
superfícies (limítrofe). Quando se inicia o
movimento há formação de cunha de óleo
(hidrodinâmica).
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TRIBOLOGIA – LUBRIFICAÇÃO
CLASSIFICAÇÃO DA LUBRIFICAÇÃO
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TRIBOLOGIA – LUBRIFICAÇÃO
TIPOS DE LUBRIFICANTES
Líquidos:
São os lubrificantes mais usados por seu poder
de penetração e principalmente porque atuam
como agente refrigerante. Compreende os óleos
minerais, óleos graxos e água.
Aproximadamente, 95% dos lubrificantes são
líquidos.
Pastosos:
São as graxas comuns e também as
composições betuminosas. Sua principal
característica é promover vedação e não
escorrer.
Participam com 3 a 5% do mercado.
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TRIBOLOGIA – LUBRIFICAÇÃO
TIPOS DE LUBRIFICANTES
Gasosos:
São os lubrificantes que são usados onde não se pode usar os lubrificantes
comuns.
Como exemplo de alguns dos mais usados temos o AR, os GASES
HALOGENADOS, o NITROGÊNIO.
Elevadas pressões são requeridas para mantê-los entre as superfícies.
Necessidade de boa vedação.
Sólidos
Geralmente apresentam elevada
resistência à pressão e a temperaturas
elevadas. Os mais utilizados são o grafite,
mica, bissulfeto de molibdênio, talco, óxido
de zinco, teflon, nylon, etc. Também são
utilizados como aditivos
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MANUTENÇÃO INDUSTRIAL
Referências Bibliográficas
-CARRETEIRO, Ronald P. e BELMIRO, Pedro N. Lubrificantes & Lubrificação
Industrial. Rio de Janeiro: Editora Interciência: IBP, 2006
-Prof. Rodrigo Lima Stoeterau, Dr. Eng. – APOSTILA DE TRIBOLOGIA (2004 /1)-
UFSC - CT- DEM
- Klüber Brasil –www.klueber.com