Lubrificar máquinas é preciso, mas é melhor usar graxa ou óleo?

Na indústria é fato sabido que a melhor forma de reduzir desgastes e impactos entre duas superfícies é através da lubrificação. Mas, quais as propriedades físico-químicas e funções dos vários produtos existentes?
Elementos mecânicos como engrenagens, mancais, cilindros, superfícies planas deslizantes, e outros, são passíveis de lubrificação (figura 1).

 

Como alguns elementos não fazem parte de uma mesma família, com características comuns, estas questões devem ser consideradas quando é realizado um Plano de Lubrificação. Na criação de um plano de lubrificação, o primeiro passo é distinguir onde serão usados a graxa e o óleo lubrificante, pois, há uma grande diferença nos dois processos, a começar pela composição de ambos. Existem lubrificantes gasosos como o ar, e sólidos como a grafita e a mica. Entretanto, na indústria são usados em maior escala os líquidos (óleos) e semi-sólidos (graxas).

ÓLEOS LUBRIFICANTES

Lubrificantes líquidos são os mais empregados na lubrificação. Podem ser subdivididos em: minerais puros, graxos, compostos, aditivados e sintéticos. Os óleos minerais puros são obtidos da destilação e refinação do petróleo, têm como base substâncias como crus de petróleo, através da sua parte mais viscosa. Óleos de origem mineral são os mais utilizados em plantas industriais. Já os óleos graxos podem ser de origem animal ou vegetal. Foram os primeiros lubrificantes a serem empregados, sendo mais tarde substituídos pelos óleos minerais. É raro encontrar aplicação em máquinas modernas devido à sua instabilidade química, principalmente em altas temperaturas. Nessa condição, o óleo pode transformar-se em ácidos e vernizes. Os óleos compostos são constituídos de misturas de óleos minerais e graxos. A percentagem de óleo graxo é pequena, variando de acordo com a finalidade do óleo. Os óleos graxos conferem aos óleos minerais propriedades de emulsão, oleosidade e extrema pressão. Os óleos aditivados são óleos minerais puros que podem reforçar ou acrescentar determinadas propriedades específicas.
No leque de aditivos encontramos detergentes, dispersantes, antioxidantes, anticorrosivos, passivadores, desmulsificadores, etc... Os óleos sintéticos são provenientes da indústria petroquímica. São os melhores lubrificantes, mas são também os mais caros. Os mais utilizados são os polímeros, os diésteres, etc. Devido ao seu custo, o emprego é limitado aos locais onde os óleos convencionais não podem ser usados. Exemplo: locais sujeitos a alta temperatura como monovias que passam por dentro de estufas ou próximas a fornos, onde se exige um ponto de fulgor ou lampejo diferenciado.

 

GRAXA LUBRIFICANTE

Os pastosos, comumente designados graxas, são usados onde os lubrificantes não executam suas funções de forma satisfatória. Alguns técnicos classificam a graxa lubrificante como sendo “agente de dispersão de um produto espessante num lubrificante líquido, com uma consistência entre sólida e semifluida, podendo conter outros ingredientes com o fim de conferir-lhe propriedades especiais”.
As graxas são empregadas, por exemplo, em locais onde existe riscos de contaminação em sistemas mecânicos. Elas são empregadas porque possuem propriedades vedantes, além disso, há locais onde peças mecânicas não são acessíveis. As graxas são subdivididas em: sabão metálico, sintéticas, a base de argila, betuminosas e para processo. As graxas de sabão metálico são as mais utilizadas. São constituídas de óleos minerais puros e sabões metálicos que são a mistura de um óleo graxo e um metal (cálcio, sódio, lítio, etc.).
Como os óleos, estas graxas podem ser aditivadas para alcançarem determinadas características. As graxas sintéticas são as mais modernas. Tanto o óleo mineral como o sabão podem ser substituídos por óleos e sabões sintéticos. Como os óleos sintéticos, devido ao seu elevado custo, estas graxas têm sua aplicação limitada aos locais onde os tipos convencionais não podem ser utilizados. Exemplo: Graxas à base de poliuréia que são utilizadas em rolamentos de motores elétricos convencionais. As graxas a base de argila são constituídas de óleos minerais puros e argilas especiais de granulação finíssima. São graxas especiais, de elevado custo, que resistem a temperaturas elevadíssimas. As graxas betuminosas, formuladas à base de asfalto e óleos minerais puros são lubrificantes de grande poder adesivo. Algumas, devido à sua alta viscosidade, devem ser aquecidas para serem aplicadas. Outras são diluídas em solventes que se evaporam após sua aplicação.
As graxas para processo são graxas especiais, fabricadas para atenderem a processos industriais como a estampagem, a moldagem etc. Algumas contêm materiais sólidos como aditivos.

 

 

 

Funções dos Lubrificantes

– Converter o atrito sólido em atrito fluido para reduzir a perda de energia.

– Reduzir ao mínimo o contato entre as superfícies, que é a origem de desgaste.

– Absorver o calor gerado pelo contato das superfícies (motores, operações de corte, etc...).

– Evitar que a ação de ácidos destrua os metais.

– Transmitir força com um mínimo de perda (sistemas hidráulicos, por exemplo).

– Transferir energia mecânica para energia fluida (como nos amortecedores dos automóveis) e amortecer o choque dos dentes de engrenagens.

– Evitar a formação de borras, lacas e vernizes.

– Impedir a saída de lubrificantes e a entrada de partículas estranhas (função das graxas), e impedindo a entrada de outros fluidos ou gases (função dos óleos nos cilindros de motores ou compressores).

A falta de lubrificação pode provocar:

– aumento do atrito

– aumento do desgaste

– aquecimento

– dilatação das peças

– desalinhamento

– ruídos

– grimpagem

– ruptura das peças.

COMPARATIVO ENTRE LUBRIFICANTES

A estrutura das graxas, observadas ao microscópio, mostra-se como uma rede de fibras, formada pelo sabão, onde é retido o óleo. As graxas apresentam várias vantagens e desvantagens em relação aos óleos lubrificantes.

Entre as vantagens podemos citar:

- melhor vedação contra a água e impurezas;

- permanecem no ponto de aplicação;

- maior economia em locais onde os óleos escorrem;

- maior poder adesivo que os óleos.

Entre as vantagens dos óleos destacam-se:

- dissipam melhor o calor do que as graxas;

- lubrificam melhor em altas rotações;

- maior resistência à oxidação.

 

RESISTÊNCIA À TEMPERATURA

Um dos fatores mais importantes na escolha de um lubrificante é sua resistência à temperatura. O ponto de gota de uma graxa é a temperatura em que se inicia a mudança do estado pastoso para o estado líquido (1ª gota). Esta característica limita a aplicação de uma graxa. Na prática é limitada

a temperatura máxima de trabalho em 30° C, abaixo de seu ponto de gota. Em geral, as graxas possuem seu ponto de gota nas seguintes faixas:

- graxas de cálcio ............65 a 105° C

- graxas de sódio ...........150 a 260° C

- graxas de lítio .............175 a 220° C

- graxas de complexo de cálcio ........................200 a 290° C

As graxas de argila não possuem ponto de gota, podendo assim ser usadas em elevadas temperaturas. Nos óleos lubrificantes, o item a ser observado em relação à temperatura consiste no Ponto de Fulgor ou Lampejo dos mesmos. Ponto de fulgor ou lampejo: é a temperatura em que o óleo, quando aquecido em aparelho adequado, desprende os primeiros vapores que se inflamam de repente (lampejo) ao contato de uma chama.

IMPORTÂNCIA DA VISCOSIDADE EM ÓLEOS LUBRIFICANTES

A viscosidade é, indubitavelmente, a propriedade física principal de um óleo lubrificante. É considerada como um dos principais fatores na seleção de um óleo lubrificante, sendo sua determinação influenciada por várias condições. As mais comuns são as seguintes:

- Velocidade – Maior a velocidade (rotação), menor deve ser a viscosidade, pois a formação da película lubrificante é mais fácil. Os óleos de maior viscosidade possuem maiores coeficientes de atrito interno, aumentando a perda de potência, ou seja, a quantidade de força motriz absorvida

pelo atrito interno do fluído.

- Pressão – Quanto maior for a carga, maior deve ser a viscosidade para suportá-la e evitar o rompimento da película.

- Temperatura – Para conservar uma película lubrificante, quanto maior for a temperatura, maior deve ser a viscosidade.

- Folgas – Quanto menores forem as folgas, menor deve ser a viscosidade para melhor penetração do óleo.

- Acabamento – Quanto melhor o grau de acabamento das peças, menor deve ser a viscosidade.

Pode-se, assim, verificar que exis tem condições adversas quanto à viscosidade de um lubrificante. Por esse motivo, a determinação da viscosidade de fluido é um estudo complexo que deverá ser realizado pelos projetistas de máquinas e motores. A modificação da viscosidade determinada pelos fabricantes das máquinas poderá melhorar algum fator (por exemplo, o consumo de óleo), mas poderá prejudicar a máquina em diversos outros fatores e ocasionar sua quebra. Nos elementos mecânicos que utilizam lubrificação à base de óleo, recomenda-se uma análise periódica da qualidade do produto. Assim, pode-se determinar:

- Redução da viscosidade – oca- sionada por contaminação por combustível ou outros produtos menos viscosos.

- Aumento da viscosidade – indicará a oxidação do óleo, presença de água, de sólidos em suspensão ou contaminação com outro óleo mais viscoso.

Índice de Viscosidade

Trata-se de um valor numérico que indica a variação da viscosidade em relação à variação de temperatura (ver Figura 2).

 

 

Alguns líquidos tendem a ter a sua viscosidade diminuída quando aquecidos, e aumentada quando são resfriados. Maior o índice de viscosidade, menor será a variação da viscosidade com a temperatura. Por exemplo, caso dois óleos tenham a mesma viscosidade numa determinada temperatura, quando resfriados, ficará mais espesso aquele que possuir menor índice de viscosidade. O exemplo da figura anterior pode ser demonstrado pela Figura 3.

 

 

OBSERVAÇÕES GERAIS

Nos mancais lubrificados a graxa, a quantidade do produto aplicado nas caixas deve ser em volume, de no máximo 1/3 do volume vazio do mancal de rolamento. Nos mancais a óleo, o nível do produto em repouso deve ser compatível com a metade do diâmetro do elemento rolante que estiver situado na parte mais baixa do rolamento. Lembrando: o excesso significa desperdício.

A lubrificação de rolamentos montados em sua estrutura (eixo de motores elétricos, por exemplo) também merece atenção. A título de explicação: caso seja necessário 10 g de graxa para cobrir totalmente a superfície rolante, o ideal é usar apenas um ¼ , ou seja, 2,5 g.

O excesso de graxa pode levar ao aquecimento no eixo de um motor, levando à deterioração química da graxa e gerando folgas indesejáveis no rolamento, podendo ocasionar a conseqüente falha no equipamento. É preciso evitar a mistura entre as graxas mineral e sintética. O uso dos dois produtos pode provocar a formação de cristais que resultarão em quebra ou falha no rolamento. Daí surge a importância de criar um “Plano de Lubrificação” para evitar mistura entre graxas e administrar corretamente as quantidades necessárias ao uso de cada equipamento. Na figura 4 observe alguns dispositivos utilizados na lubrificação de equipamentos.

Nesse método a graxa é introduzida por intermédio do pino graxeiro de uma bomba manual. A lubrificação feita com o uso de pistola e bomba requer certos cuidados. Primeiro é preciso limpar o pino graxeiro (na figura 4 temos alguns exemplos desses pinos).

 

 

PLANO DE LUBRIFICAÇÃO

Dentro de um plano é preciso considerar itens como: tipo ou modelo da graxa ou óleos, quantidade necessária, periodicidade, bem como o método de aplicação.

Além disso, vale ressaltar que os pontos lubrificados devem ser inspecionados regularmente para identificação de não conformidades (baixo nível de óleo, por exemplo) ou possíveis falhas em potencial.

EXEMPLOS DE CASOS EFETUADO EM UM ESTUDO SOBRE MANCAIS:

Caso 1

Mancal do Sistema de Exaustão Prep. de Areia (EX0067) – 04/07/02:

Na figura abaixo (foto 3), observamos um mancal mostrado pela seta em uma temperatura de 102,3°C. Como a graxa utilizada é uma graxa mineral comum, cujo ponto de gota se situa na faixa dos 110°C, é possível concluir que este lubrificante está se deteriorando quimicamente nesta temperatura. Trata-se de um ambiente agressivo, portanto, é provável que a poeira e a sujeira estejam contaminando o rolamento (vedação comum de plástico ou borracha), nestes ambientes sugere-se a utilização de vedação do tipo labirinto metálico no mancal.

Em locais onde o mancal estiver próximo de estufas ou fornos e receber irradiação de calor recomenda-se a utilização de graxas sintéticas com um ponto de gota mais alto. Exemplo: Circuladores de Ar de Estufas de Macharia.

Obs.: Aparentemente não se observa lubrificação recente ou em excesso.