tcc paulo jurandyr aymoré - Departamento de Engenharia Agrícola

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
CAMPUS DO ARENITO
Paulo Jurandyr Aymoré
COMPORTAMENTO DA VISCOSIDADE DO ÓLEO
LUBRIFICANTE EM TRATORES SOB DIFERENTES
REGIMES DE TRABALHO NO CULTIVO DA CANA-DEAÇÚCAR
CIDADE GAÚCHA – PR
SETEMBRO DE 2009
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
CAMPUS DO ARENITO
Paulo Jurandyr Aymoré
COMPORTAMENTO DA VISCOSIDADE DO ÓLEO LUBRIFICANTE EM
TRATORES SOB DIFERENTES REGIMES DE TRABALHO NO CULTIVO DA
CANA-DE-AÇÚCAR
Orientador Prof. Dr. José Gilberto Catunda Sales
Trabalho de conclusão de curso
apresentado à Universidade Estadual de
Maringá, como parte das exigências do
curso de Engenharia Agrícola para
obtenção do título de Engenheiro Agrícola.
CIDADE GAÚCHA – PR
SETEMBRO DE 2009
Paulo Jurandyr Aymoré
COMPORTAMENTO DA VISCOSIDADE DO ÓLEO LUBRIFICANTE EM
TRATORES SOB DIFERENTES REGIMES DE TRABALHO NO CULTIVO DA
CANA-DE-AÇÚCAR
Trabalho de conclusão de curso
apresentado à Universidade Estadual de
Maringá, como parte das exigências do
curso de Engenharia Agrícola para
obtenção do título de Engenheiro Agrícola.
APROVADO:
________________________________
________________________________
Prof. Dr. Reny Adilmar Prestes Lopes
Prof. Dr. Giuliano do Prado
Examinador
_______________________________
Prof. Dr. José Gilberto Catunda Sales
Orientador
ii
DEDICATÓRIA
Dedico...
À minha família...
A minha mãe Eliene e minhas irmãs, que nestes anos de vida sempre estiveram do
meu lado me apoiando e me dando forças para vencer os obstáculos.
A minha esposa Suellen e minha filha Maria Eduarda que estiveram comigo nesta
fase da minha vida, me dando apoio e muitas alegrias nas horas difíceis e não podendo me
esquecer de minha sogra Vilma que também teve sua parcela de contribuição nesta jornada.
Aos meus amigos Sidnei e sua esposa Ivone e Rodrigo e todos os outros que de
uma forma ou outra contribuíram, em todos os momentos para minha formação acadêmica.
iii
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus por me conceder mais esta vitória em minha
vida.
Aos meus professores que me concederam seus conhecimentos em especial
ao professor Dr. José Gilberto Catunda Sales que me orientou neste trabalho,
disponibilizando seu tempo para me orientar, e ao professor Dr. Reny Adilmar
Prestes Lopes, o meu muito obrigado.
À USACIGA – Usina de álcool, açúcar e energia elétrica S/A, em especial ao
Sr. Vilmar Niehues e a todos os diretores desta empresa, por fornecer suporte e
confiança para a realização deste trabalho.
A todos que de uma forma ou de outra estiverem presentes na realização
deste trabalho.
iv
SUMÁRIO
Página
LISTA DE FIGURAS ............................................................................................................... v
LISTA DE TABELAS.............................................................................................................. vi
RESUMO...............................................................................................................................vii
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 1
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................................... 3
2.1
Consumo do óleo lubrificante no Brasil .......................................................................... 3
2.2
Lubrificação ................................................................................................................... 3
2.3
Função do óleo lubrificante ............................................................................................ 4
2.4
Origem dos óloes lubrificantes ....................................................................................... 5
2.4.1 Categoria dos óloes lubrificantes ................................................................................... 5
2.5
Constituintes dos óleos lubrificantes e seus aditivos ...................................................... 6
2.6
Contaminates do óleo lubrificante .................................................................................. 7
2.7
Características dos óleos lubrificantes ........................................................................... 7
2.8
Viscosidade.................................................................................................................... 8
2.8.1 Teste de viscosidade ..................................................................................................... 9
2.9
Classificação dos óleos lubrificantes .............................................................................. 9
2.9.1 Classificação SAE.......................................................................................................... 9
2.9.2 Classificação API ......................................................................................................... 10
2.10 Comportamento reológico ............................................................................................ 10
2.11 Óleos lubrificantes usados ........................................................................................... 10
3
MATERIAL E MÉTODOS............................................................................................. 11
3.1
Tratores agrícolas utilizados ........................................................................................ 11
3.2
Óleo lubrificante utilizado ............................................................................................. 15
3.3
Análise dos óleos lubrificantes utilizados ..................................................................... 16
3.4
Análise estatística ........................................................................................................ 17
4
RESULTADOS E DiSCUSSÃO.................................................................................... 18
5
CONCLUSÃO .............................................................................................................. 24
6
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................. 25
v
LISTA DE FIGURAS
Página
Figura 1. Partes metálicas em contato sem lubrificação ......................................................... 4
Figura 2. Partes metálicas com separação pelo lubrificante.................................................... 4
Figura 3. Trator utilizado CASE MXM 180 Modelo 2008 ....................................................... 13
Figura 4. Grade aradora civemasa 24 discos 28”.................................................................. 14
Figura 5. Subsolador da civemasa de cinco hastes modelo stac 5b ..................................... 14
Figura 6. Viscosímetro Brokfild modelo DV........................................................................... 16
Figura 7. Valores médios de viscosidade.............................................................................. 18
Figura 8. Variação da viscosidade em percentual................................................................. 20
Figura 9. Valores médios de tensão de cisalhamento ........................................................... 21
Figura 10. Valores de tensão de cisalhamento em percentual .............................................. 22
vi
LISTA DE TABELAS
Página
Tabela 1. Especificação do trator utilizado com transbordo .................................................. 12
Tabela 2. Especificação dos tratores utilizados com grade e subsolador.............................. 12
Tabela 3. Especicações dos tratores e das atividades executadas....................................... 13
Tabela 4. Especificações do óleo lubrificante ....................................................................... 15
Tabela 5. Valores médios de viscosidade do óleo lubrificante (cSt) em regimes de trabalho 18
Tabela 6. Valores médios da tensão de cisalhamento (Pa) do óleo lubrificante em diferentes
regimes de trabalho .............................................................................................................. 21
vii
RESUMO
Máquinas podem ter seu desempenho afetado no decorrer do tempo. No entanto, o
uso adequado dos óleos lubrificantes pode aumentar a vida útil dos tratores agrícolas, por
ser um agente de extrema importância na redução de elementos de desgaste e
contaminação. Uma característica importante dos óleos lubrificantes é a sua viscosidade,
componente indispensável para um bom desempenho do motor e proteção de seus
componentes. Diante disto, o trabalho avaliou o comportamento da viscosidade dinâmica e
tensão de cisalhamento dos óleos lubrificantes em tratores agrícolas trabalhando em
diferentes regimes no cultivo da cana-de-açúcar. Foram utilizados dois tratores Case 180,
operando com transbordo e grade/subsolador, submetido ao período de 300 horas de
trabalho. No desenvolvimento do trabalho foram retiradas amostras de óleo lubrificante a
cada 100 horas de trabalho. As amostras foram avaliadas para mensurar viscosidade e
tensão de cisalhamento nos diferentes tempos de uso. Os testes demonstraram alterações
dos valores de viscosidade e cisalhamento do óleo lubrificante com o tempo de uso e regime
de trabalho. O óleo lubrificante no conjunto trator + grade/subsolador teve uma redução na
sua viscosidade dinâmica de 10,2% em relação ao óleo virgem. O óleo lubrificante no
conjunto trator + transbordo teve uma redução de viscosidade dinâmica 4,5% em relação ao
óleo virgem. O óleo lubrificante no conjunto trator + grade/subsolador teve uma redução na
tensão cisalhamento de 11,0% em relação ao óleo virgem. O óleo lubrificante no conjunto
trator + transbordo teve uma redução na tensão de cisalhamento de 5,4% em relação ao
óleo virgem. Podemos avaliar o que influenciou na diminuição da viscosidade foi o tempo de
paradas dos conjuntos utilizados nos regimes de trabalho.
1
1 INTRODUÇÃO
O uso intensivo de insumos agrícolas modernos na agricultura brasileira tem
propiciado ao país, destaque internacional na produção de commodities agrícola com preços
competitivos. Este cenário tem inferido no setor de máquinas agrícolas uma incorporação de
tecnologia aos tratores, colhedoras e implementos agrícolas tornando-as sofisticadas, de
alto desempenho e exigentes em lubrificantes de alta qualidade que respondam à crescente
severidade dos serviços a que estão sujeitos estas máquinas.
A severidade dos serviços a que são submetidos às máquinas que trabalham no
cultivo da cana-de-açúcar, pode interferir no comportamento da viscosidade do óleo
lubrificante, diminuindo o revestimento das partes móveis que ficam em contato dentro do
motor, como bielas, anéis, cilindros, bronzinas, mancais, comandos, válvulas, dentre outros.
A lubrificação é um dos principais itens de manutenção de máquinas agrícolas, e
deve ser entendida e praticada para conservar e manter o rendimento, aumentando a vida
útil das máquinas. Portanto, o óleo lubrificante está diretamente ligado à vida útil do motor.
Óleos lubrificantes comumente são usados em altas temperaturas, o que leva à sua
degradação e a alterações significativas em suas propriedades e acarreta significativas
perdas econômicas. O cuidado com a manutenção preventiva de tratores que trabalham no
cultivo da cana-de-açúcar inclui a troca de óleo lubrificante, importante elemento para a
longevidade de um bom desempenho do motor.
A escolha correta de um óleo lubrificante pode trazer benefícios em termos da vida
útil do motor, extensão do período de troca e proteção para o meio ambiente, pela redução
de emissões, economia de combustível e redução de descarte de óleos usados.
Segundo Bormio (2002), a importância da substituição do óleo lubrificante de um
motor dentro dos prazos estabelecidos pelo fabricante só pode ser desprezada, quando
houver controle do estado deste óleo lubrificante, através de acompanhamento de suas
características por análises de óleo. Este é um problema que envolve significativas perdas
econômicas e, portanto, conhecer o comportamento de óleos degradados em condições
operacionais reais é um tópico importante e de grande interesse acadêmico e industrial.
Dentro das propriedades inerentes ao óleo lubrificante, a viscosidade é a mais
importante e fundamental para ser investigada no estudo reológico, para se conhecer as
dimensões de suas alterações, proporcionadas pelo regime de trabalho dos motores.
A viscosidade do fluído indica o grau de atrito, isto é, a resistência que o líquido
oferece ao fluir. De modo geral, quanto maior o peso molecular, maior a viscosidade. Isto
2
porque moléculas maiores ocupam um maior volume e interagem mais efetivamente umas
com as outras.
A análise do óleo permite, também, identificar os primeiros sintomas de desgaste de
um componente. A identificação é feita a partir do estudo das partículas sólidas que ficam
misturadas com os óleos. Tais partículas sólidas são geradas pelo atrito dinâmico entre
peças em contato.
A alteração da viscosidade através da degradação do óleo lubrificante pela presença
de contaminantes internos ou externos e pelo teor de metais de desgaste, nos motores das
máquinas que trabalham na cultura da cana-de-açúcar, somente pode ser detectada pela
análise físico-química do óleo lubrificante. A ausência dessa análise possibilita a
oportunidade de prevenir falhas mecânicas, a custos extremamente menores e evitar
paradas de máquina por problemas que não foram detectados com antecedência.
O objetivo deste trabalho foi avaliar o comportamento do óleo lubrificante em tratores
agrícolas sob diferentes regimes de trabalho, no cultivo da cana-de-açúcar.
3
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Consumo de óleos lubrificantes no Brasil
Segundo Ramos (2008), no Brasil consome-se por ano 900 milhões de litros de óleo
lubrificante, isso representa cerca de 2% dos derivados do petróleo. Desse total, 60% são
óleos automotivos e 40% óleos industriais. Em motores do ciclo diesel, tem-se um consumo
da ordem de 700.000 m3 por ano. Este valor representa 70% do óleo lubrificante automotivo
consumido no país.
2.2 Lubrificação
Lubrificar é aplicar uma substância (lubrificante) entre duas superfícies em
movimento relativo, formando uma película, que evita o contato direto entre as superfícies,
promovendo diminuição do atrito, e conseqüentemente do desgaste e da geração de calor
(CASTROL DO BRASIL 1999).
Segundo o Senai (1997), ao se analisar uma placa lisa em um microscópio
eletrônico, podemos observar que, por mais liso que seja a placa ela terá ranhuras como
uma cadeia de montanhas. Suponhamos duas placas aparentemente lisas, uma sobre a
outra, e podemos observar que as placas estarão em contato uma com a outra nos pontos
de saliências, quanto maior for a carga maior será o números de pontos em contato.
Ao movimentarmos estas placas uma sobre a outra desprenderemos um calor
internos nos pontos de contato assim causando micro soldas entre os pontos em contatos,
para que o movimento continue, temos que exercer uma força maior, assim rompendo as
micro soldas causando um desgaste metálico nas superfícies, quando os pontos de contatos
forem soldados mais profundos pode ocorrer a gripagem ou ruptura das peças. (Figura 1).
4
Figura 1. Partes metálicas em contato sem lubrificação
Fonte. Laves retifica de motores
Quando o atrito e o desgaste provêm do contato direto das superfícies das peças
móveis, o melhor método para minimizar este contato é manter as superfícies separadas,
interpondo entre elas uma camada de lubrificante, isto constitui a lubrificação, (SENAI, 1997)
(Figura 2).
Figura 2. Partes metálicas com separação pelo lubrificante
Fonte. Laves retifica de motores
2.3 Função do óleo lubrificante
Durante a vida útil de um motor, o desgaste é a maior causa de perda de material
com as consequentes perdas de desempenho mecânico. O atrito é a principal causa de
desgaste e perda de energia, (Azevedo et al., 2006).
Segundo Souza (2000), a vida útil de todo equipamento pode ser prolongada com o
uso de lubrificantes. A principal função de um lubrificante é a formação de uma película que
impede o contato direto entre duas superfícies que se movem relativamente entre si. Com
isso o atrito é reduzido a níveis mínimos quando comparado ao contato direto, e evitando o
desgaste dos corpos.
5
Segundo o Senai (1997), as principais funções dos lubrificantes, nas suas diversas
aplicações, são as seguintes:
i)
Controle do atrito, transformando o atrito sólido em atrito fluido, evitando
assim a perda de energia;
ii)
Controle do desgaste, reduzindo ao mínimo o contato entre as superfícies,
origem do desgaste;
iii)
Controle da temperatura, absorvendo o calor gerado pelo contato das
superfícies;
iv)
Controle da corrosão, evitando que ação de ácidos destrua os metais;
v)
Transmissão de força, funcionando como meio hidráulico, transmitindo força
com um mínimo de perda (sistemas hidráulicos);
vi)
Amortecimento de choques, transferindo energia mecânica para energia fluida
(como nos amortecedores dos automóveis) e amortecendo o choque dos dentes de
engrenagens;
vii)
Remoção de contaminantes, evitando a formação de borras, lacas e vernizes;
viii)
Vedação, impedindo a saída de lubrificantes e a entrada de partículas
estranhas, e impedindo a entrada de outros fluidos ou gases (função dos óleos nos cilindros
de motores ou compressores).
2.4 Origem dos óleos lubrificantes
Os primeiros lubrificantes eram de origem animal, mas com o passar do tempo, os
lubrificantes foram evoluindo também, passando a ter bases de origem vegetal, mineral e
sintética (AZEVEDO et al., 2006).
2.4.1 Categorias óleos lubrificantes
De um modo geral, considerando o tipo de base utilizada na produção, os
lubrificantes podem ser divididos em três categorias: minerais, sintéticos e semi-sintéticos.
Os óleos lubrificantes mais utilizados são os de origem mineral (SHELL, 2004).
Para Mialhe (1983), os óleos lubrificantes, além de serem formulados com bases
minerais, bases sintéticas ou 100% sintéticas são aditivados com produtos químicos
sintéticos para melhorar, ainda mais, o seu desempenho.
6
2.5 Constituintes dos óleos lubrificantes e seus aditivos
Para Souza (2003), os óleos lubrificantes constituem-se um derivado importante do
petróleo, empregados para lubrificar superfícies metálicas em contato de sistemas
mecânicos. Esses óleos devem conter alguns aditivos a base de compostos de um ou mais
dos elementos tais como, fósforo, bário, cálcio, magnésio, zinco, antimônio, níquel, boro,
cádmio, mercúrio, molibdênio, selênio, estanho e cromo, para terem suas propriedades
realçadas, e atender aos requisitos para aplicações especiais.
Segundo Souza (2003), mais importante do que a quantificação de metais no produto
a ser utilizado, é o monitoramento da variação da quantidade de alguns elementos chave no
óleo lubrificante usado. Em geral, a presença de certos elementos metálicos no óleo
lubrificante pode ser associada com o desgaste de partes específicas dos dispositivos
mecânicos.
Para Mialhe (1983), os óleos lubrificantes, além de serem formulados com bases
minerais, bases sintéticas ou 100% sintéticas são aditivados com produtos químicos
sintéticos para melhorar, ainda mais, o seu desempenho.
Segundo Paula (2006), os óleos lubrificantes também possuem aditivos que são
produtos químicos que, adicionados aos óleos, aumentam a eficiência dos mesmos,
reforçando-lhes ou mesmo conferindo-lhes características necessárias às exigências das
máquinas mais modernas.
De acordo com a Shell (2004), entre os aditivos mais empregados, destacam-se:
a)
Dispersantes/detergentes: estes aditivos são utilizados em óleos de
combustão interna, onde há queima de combustível e, conseqüentemente, formação de
carbono (carvão). Estes aditivos têm a finalidade de manter esse carbono em suspensão e
finamente disperso, a fim de evitar que causem dano ao motor.
b)
Antioxidantes: são agentes químicos que retardam a oxidação do óleo. Um
óleo exposto ao ar tende a se oxidar devido à presença do oxigênio. Esta oxidação se
processa lenta ou rapidamente, conforme a natureza do óleo.
c)
Anti-ferrugem: é agentes químicos que impedem a ação da umidade e do
oxigênio sobre metais a formação de ferrugem.
d)
Anti-espumantes: são agentes químicos que promovem a aglutinação de
bolhas de ar que se encontra na massa do óleo. Com a conseqüência formação de bolhas
maiores, ocorre seu deslocamento para a superfície livre do óleo, onde em contato com o ar
ambiente, as bolhas se desfazem.
7
e)
Anti-desgastantes: são substancias químicas adicionadas ao óleo lubrificante
com a finalidade de reduzir o desgaste. O uso do aditivo anti-desgastante e importante nos
casos de lubrificações limites, isto é, quando em virtude de cargas e velocidades elevadas
não se consegue uma lubrificação fluida, em conseqüência, há contato das superfícies
metálicas em movimento relativo, aumentando o desgaste dessas superfícies.
f)
Aumentadores do índice de viscosidade: estes aditivos reduzem a variação
de viscosidade em função da temperatura. Graças a eles, o óleo do motor mantém a
viscosidade adequada ao dar partida quando ainda está frio e horas após estar funcionando
a elevadas temperaturas.
g)
Abaixadores do ponto de fluidez: agentes químicos que baixam o ponto de
fluidez do lubrificante pela modificação da estrutura dos cristais de parafina que vão se
formando, no seio do óleo, em conseqüência do abaixamento da temperatura.
2.6 Contaminantes do óleo lubrificante
Segundo Bouman (1950), citado por Souza (2000), no motor o óleo lubrificante
atende a uma quantidade de horas de funcionamento, durante as quais recebe
continuamente contaminantes formados da própria deterioração pela ação do calor do motor
e de produtos da atmosfera, gases da combustão e frações de combustível não queimado.
Segundo Canies e Haycock, (1996), citado por Silva et al., (2006), uma possível diluição por
combustível causaria a diminuição da viscosidade do óleo no cárter. Em contrapartida, a
contaminação por água, resulta em maior viscosidade
Segundo a Texaco (2005), a diminuição no valor de viscosidade pode ser devida à
reposição feita com óleo de menor viscosidade ou contaminação por combustível, solventes
ou óleo de lavagem. Já o aumento da viscosidade geralmente indica reposição feita com
óleo de maior viscosidade, presença de contaminantes insolúveis, oxidação pronunciada,
contaminação com água, inadequação ou ineficiência dos sistemas de filtração ou
quantidade de óleo insuficiente em circulação, favorecendo o processo de oxidação.
2.7 Características dos óleos lubrificantes
Segundo Azevedo et al., (2005), uma das características importantes dos óleos
lubrificantes automotivos é, seu comportamento com o aumento da temperatura, uma vez
8
que eles não são usados na temperatura ambiente, na junção de contato lubrificada, a
temperatura e a pressão são freqüentemente altas. O aumento da temperatura induz nos
óleos lubrificantes sua degradação, que sob condições de operação pode promover
significativas perdas econômicas.
De acordo com Santos et al. (2004) citados por Santos et al, (2005), os óleos
lubrificantes, são misturas de multicomponentes, por isso, a complexidade de sua
degradação tem frustrado alguns dos estudos experimentais, não sendo observadas
maiores modificações na estrutura destes óleos, por serem óleos multiviscosos que
apresentam viscosidades múltiplas, como é o caso do óleo SAE 15W40. Isto significa que,
em temperaturas baixas o óleo se mantém fino para melhor fluidez, mas com o mesmo
poder lubrificante, e em altas temperaturas ele se mantém robusto e o mesmo poder
lubrificante.
Para Azevedo et al. (2005), atualmente os lubrificantes modernos, de alto
desempenho têm uma atuação muito mais importante do que simplesmente reduzir o atrito e
desgaste. Os lubrificantes podem também controlar a formação de depósitos, contaminantes
suspensos, protegerem contra a corrosão, limpam componentes e manter a temperatura de
operação correta. São capazes de proporcionar economia de combustível e maior
durabilidade do óleo em serviço.
2.8 Viscosidade
Segundo Rein (1978), citado por Azevedo et al. (2005), a viscosidade é essencial em
todos os aspectos da lubrificação, a partir deste parâmetro, obtém-se bom funcionamento de
todos os sistemas que sofrem lubrificação.
A viscosidade está relacionada com o atrito entre as moléculas do fluido, podendo
ser definida como a resistência ao escoamento que os fluidos apresentam. Viscosidade é
medida da resistência oferecida por qualquer fluido (líquido ou gás) ao movimento ou ao
escoamento. Um dos métodos utilizados para determinar a viscosidade é verificar o tempo
gasto para escoar determinada quantidade de óleo, a uma temperatura estabelecida,
através de orifício de dimensões especificas (SENAI, 1997).
9
2.8.1 Teste de viscosidade.
A viscosidade dos óleos lubrificantes tem seus valores obtidos experimentalmente
em laboratório, utilizando-se um aparelho conhecido como viscosímetro. Este teste é
padronizado, onde é medido o tempo em que certa quantidade de fluido leva para escoar
através de um pequeno tubo a uma temperatura constante. Esta temperatura tem que ser
controla, pois a viscosidade é uma propriedade que se altera em diferentes novéis de
temperatura (CASTROL DO BRASIL, 1999).
Segundo a ISEP (2007), para medir as viscosidades temos diversos aparelhos de
medição. O coeficiente de viscosidade dinâmico h, é o parâmetro que produz a existência de
esforços tangenciais nos líquidos em movimento. Depende do atrito interno do fluído (isto é,
da força de atrito entre camadas diferentes do fluído que se move com velocidades
diferentes. As dimensões são M/LT. No sistema S.I. h exprime-se em poiseulle (PL), tal que
1 PL = 1 kg / m-1 No sistema C.G.S. a unidade é o poise (g / cm-1). Geralmente utiliza-se o
centipoise que vale a centésima parte do poise. 1 Centipoise (cP), onde 1 centipoise é igual
a 1 mPa.s.
2.9 Classificação dos óleos lubrificantes
Para Mialhe (1983), várias são as classificações, dos óleos lubrificantes, sendo as
principais SAE e API.
2.9.1 Classificação SAE.
Segundo a Mialhe (1983), a classificação SAE, foi estabelecida pela Society of
Automotive Engineers Sociedade dos Engenheiros Automotivos dos Estados Unidos, que
classifica os óleos lubrificantes pela sua viscosidade, que é indicada por um número inteiro.
Quanto maior este número, mais viscoso é o lubrificante e são divididos em três categorias.
10
2.9.2 Classificação API.
Segundo a Shell (2004), a classificação API, foi desenvolvida pelo American
Petroleum Institute Instituto Americano do Petróleo, também dos Estados Unidos, baseia-se
em níveis de desempenho dos óleos lubrificantes, isto é, no tipo de serviço que a máquina
estará sujeita. Esta classificada é dada por duas letras, a primeira indica basicamente tipo
de combustível do motor e a segunda o tipo de serviço. No caso de motor diesel, a
classificação é API CI-4, CG-4, CF-4, CF, CE.
2.10 Comportamento reológico
Para Dantas et al.; (2004), o comportamento reológico é um dos fatores importantes
no estudo de produtos acabados. Dentro das propriedades reológicas, Carreteiro (1989),
citado por Azevedo (2005), afirma que a viscosidade é uma das principais características
físicas a ser caracterizada nos óleos lubrificantes, uma vez que ela determina a capacidade
de carregamento de carga, bem como de características como fluidez e fluxo de calor
devendo ser mantida dentro de limites pré-estabelecidos. O parâmetro fundamental a ser
investigado no estudo reológico é a viscosidade.
2.11 Óleos lubrificantes usados
Segundo Cerqueira (2004), têm-se observado que o óleo lubrificante usado tem
causado sérios problemas ambientais, devido ao seu descarte indiscriminado que polui rios
e mananciais aquíferos. Neste sentido, fabricantes de aditivos e formuladores de óleos
lubrificantes vêm trabalhando no desenvolvimento de produtos com maior vida útil, o que
tende a reduzir o descarte de óleos usados.
11
3 MATERIAL E METODOS
O experimento foi conduzido em tratores pertencentes à usina USACIGA - Usina de
Açúcar e Álcool e Energia Elétrica S/A, localizada geograficamente a latitude de 23°25’S e a
longitude de 51°57’W, com altitude média de 404 metros, no município de Cidade Gaúcha –
PR.
3.1 Tratores agrícolas utilizados
Neste trabalho foram utilizados os seguintes tratores e implementos agrícolas:
a)
Dois tratores de marca CASE nos modelo MXM 180 todos de fabricação no
ano de 2008;
b)
Um transbordo marca Usicamp com capacidade para 8,5 tonelas;
c)
Um subsolador da Civemasa de cinco hastes modelo stac 5b;
d)
Uma grade de arado da marca civemasa de vinte e quatro discos de 28
polegadas.
Os tratores foram submetidos a regimes de trabalho diferenciado não havendo
rotação dos equipamentos.
O transbordo trabalhou em regime continuo com pequenas paradas para
abastecimento, reparos quando necessário e períodos chuvosos.
Os subsoladores e grades trabalham em regime continuo com paradas para trocas
de áreas, mudanças de equipamento, reparos quando necessários, e abastecimento.
Nas tabelas 1 e 2 são apresentadas as especificações dos tratores avaliados.
12
Tabela 1. Especificação do trator utilizado com transbordo
Trator utilizado no experimento
Modelo case MXM 180
Numero de identificação da usina
4034
Horímetro na hora do abastecimento (h)
1628
Rotação de trabalho (RPM)
1600 – 1800
Regime de trabalho
Transbordo
Data do abastecimento com óleos lubrificante
16/4/2009
Data da coleta com 100 horas
25/4/2009
Datas da coleta com 200 horas
7/5/2009
Datas da coleta com 300 horas
18/5/2009
Tabela 2. Especificação do trator utilizado com grade e subsolador
Trator utilizado no experimento
Modelo case MXM 180
Numero de identificação da usina
Horímetro na hora do abastecimento (h)
Rotação de trabalho (RPM)
Regime de trabalho
4009
2238 h
2000
Grade/subsolador
Data do abastecimento com óleos lubrificante
16/4/2009
Data da coleta com 100 horas
26/4/2009
Datas da coleta com 200 horas
15/5/2009
Datas da coleta com 300 horas
9/6/2009
Na tabela 3 estão especificadas, as potências e atividades de trabalho desenvolvido
pelos tratores avaliados.
13
Tabela 3. Especificação dos tratores e das atividades executadas.
Identificação do trator
Potência (kW-CV)
Atividades executadas
Trator 4034
132,3 - 180
Transbordo
Trator 4009
132,3 - 180
Subsolagem/Gradagem
Figura 3. Trator utilizado, CASE MXM 180 modelo 2008.
14
Figura 4. Grade aradora civemasa 24 discos 28”.
Figura 5. Subsolador da civemasa de cinco hastes modelo stac 5b.
15
3.2 Óleo lubrificante utilizado
O óleo lubrificante utilizado nos tratores analisados, foi o brutus AL, sendo este óleo
utilizado pela empresa, em todas as suas máquinas agrícolas, cuja especificação é
apresentada na Tabela 4.
Tabela 4. Especificações do óleo lubrificante segundo o fabricante.
Características técnicas do óleo brutos AL
Grau SAE
Densidade 4 - 20°C
Cor ASTM
Viscosidade cinemática a 100°C (cSt)
15W40
0,885
3,5
15,10
Índice de viscosidade
145
TBN (mgKOH/g)
11
Ponto de fugor (°C)
216
Ponto de fluidez (°C)
-27
Cinzas sulfatadas (p/p%)
1,4
Fabricação
Batelada
Classificação
23/03/2009
159366-N0 0052
API CI-4/SL
Fonte: Ipiranga 2008.
O Óleo lubrificante utilizado é um óleo multiviscoso indicado para motores a diesel de
quatro tempos aspirados ou turbinados.
Pelos tratores agrícolas estarem dentro do prazo de garantia a trocas dos óleos
lubrificantes foram efetuadas quando os mesmos completaram 300 horas de trabalho.
16
3.3 Análises dos óleos lubrificantes utilizados
Para a análise dos óleos lubrificantes, foram coletadas três amostras de dois tratores
50 mL em cada trator, a cada 100 horas de trabalho, até que seja completado o total de 300
horas de trabalho, no total de 6 amostras.
As amostras retiradas foram enviadas para o laboratório de análise da Universidade
Estadual de Maringá – UEM, onde foram analisadas por um viscosímetro Brookfild modelo
DV (Figura 6).
Figura 6. Viscosímetro Brookfild modelo DV.
O princípio de funcionamento do equipamento baseia-se na variação rotacional de
um elemento giratório (spindle) imerso em um fluido (amostra). Uma vantagem na utilização
deste equipamento é que seu sistema de cilindros concêntricos possui geometria bem
definida que permite a utilização de pequenas quantidades da amostra (Figura 6).
17
3.4 Análise estatística
Para análise da viscosidade dinâmica e cisalhamento, utilizou-se o delineamento
estatístico inteiramente casualizado em esquema fatorial 2 x 4 com quatro repetições.
O primeiro fator foi constituído por dois conjuntos mecanizados: Trator + transbordo e
trator + Grade/subsolador.
O segundo fator foi composto por quatro tempos de uso do óleo lubrificante 0 h –
óleo virgem, 100 h – óleo com cem horas de uso - 200 h – óleo com duzentas horas de uso
e 300 h – óleo com trezentas horas de uso.
18
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na Tabela 5 e Figura 7, são apresentados os resultados da viscosidade (cP), obtidos
com a análise das amostras dos óleos retiradas de cada trator, nos intervalos de 0, 100, 200
e 300 horas de uso do óleo, comparadas com a viscosidade do óleo virgem. Observa-se que
os valores de viscosidade apresentaram alterações de comportamento ao longo do tempo
de uso do óleo lubrificante em relação ao óleo virgem, o que pode ser atribuído a
conseqüente alteração das propriedades químicas do óleo lubrificante durante o seu uso.
Tabela 5. Valores médios de viscosidade (cP) do óleo lubrificante em regimes de trabalho
Tempo de uso (h)
Regime de Trabalho
0
100
200
300
Médias (T)
Transbordo
106,8 Aa
105 Ab
101 Ac
102 Ac
103,7 A
Grade/subsolador
106,8 Aa
100,7 Bb
99,9 Bb
95,9 Bc
100,8 B
102,8 b
100,5 c
98,9 d
106,8 a
Médias (RT)
Coeficiente de variação: 1,10%
Viscosidade (cP)
Trator Case 180cv+Transbordo; Trator Case 180cv+ Grade aradora. Médias seguidas pela mesma letra,
minúscula na linha e maiúscula na coluna, não diferem estatisticamente entre si, pelo teste de Scott-Knott e pelo
teste F, respectivamente, a 5% de probabilidade.
108
106
104
102
100
98
96
94
92
90
0
100
200
300
Tempo de Uso (h)
Transbordo
Grade/Subsolador
Figura 7. Valores médios de viscosidade.
Entre as amostras de óleo analisadas estatisticamente do trator submetido ao regime
de transbordo, verificou-se uma diminuição significativa da viscosidade nas primeiras 100
horas comparada com a viscosidade do óleo virgem. Esta mesma diminuição também se
mostrou significativa, quando o tempo de uso passou de 100 para 200 horas. Estas
19
diminuições na viscosidade já eram esperadas, pelo simples fato de que, neste intervalo de
tempo ocorre uma maior degradação dos aditivos presentes no óleo, por uma maior
atividade dos radicais contaminadores originados da própria combustão, do desgaste físico
das peças do motor e do próprio ar aspirado para queima do combustível.
Quanto ao valor da viscosidade com 300 horas de trabalho, verifica-se que não
sofreu uma diminuição significativa quando comparada com a viscosidade de 200 horas,
embora tenha tido uma redução significativa comparando a viscosidade do óleo virgem,
neste intervalo de tempo, o comportamento da viscosidade pode ser atribuído ao estado de
cisão de cadeias das moléculas formuladoras das estruturas do óleo, durante o uso.
Resultados semelhantes foram encontrados por Azevedo (2004), quando analisaram a
viscosidade de um óleo lubrificante após 7.500 km de uso.
Das amostras provenientes do trator submetido ao regime de gradagem e
subsolagem, verifica-se que o comportamento da viscosidade, teve uma queda significativa
nas primeiras 100 horas de uso, decorrente dos mesmos fatores que contaminam o óleo
lubrificante citados anteriormente. Contudo, verifica-se que no intervalo de 100 para 200
horas de uso, não ocorreu uma diminuição significativa. Este comportamento difere do
esperado, pois com duzentas horas de uso, se espera uma diminuição maior, visto que, o
óleo continua sua degradação pelos agentes contaminantes e pela cisão das cadeias das
moléculas formuladoras das estruturas do óleo. Uma explicação para este comportamento
da viscosidade neste intervalo de uso pode ser imputada aos intervalos de paradas e ao
ambiente de trabalho, que podem ter contribuído para uma menor geração de
contaminantes, originados da combustão, do desgaste físico do motor e do ar.
O comportamento da redução da viscosidade observado no intervalo de 200 para
300 horas de uso no regime de gradagem e subsolagem mostrou uma diferença
significativa, seja para o óleo virgem como para o óleo usado até 200 horas. Este
comportamento deve ser atribuído ao próprio desgaste do óleo, no consumo de seus
aditivos pelos radicais presentes neste óleo. O intervalo de 300 horas de uso do óleo
lubrificante é o intervalo de segurança máxima, recomendado pelo fabricante, para o
desgaste do óleo, sem comprometer suas especificidades e sem exceder suas
recomendações.
A Tabela 5 e a Figura 7, também mostram o comportamento da diminuição da
viscosidade entre os regimes de trabalho dos tratores analisados. Verifica-se que em todos
os intervalos de tempo, ocorreu uma diminuição significativa da viscosidade entre estes
regimes de trabalho, impostos aos tratores. Uma justificativa para este comportamento,
pode ser dado se considerarmos o trator submetido ao regime de trabalho transbordo,
completou o intervalo de 300 horas com o mesmo óleo lubrificante que o regime de trabalho
de grade subsolador, recomendado pelo fabricante, no tempo de 32 dias, perfazendo uma
20
jornada diária aproximada de nove horas de trabalho. Considerando que se trata de um
regime de trabalho intensivo, com rotação constante e poucas paradas técnicas, nos sugere
que a movimentação constante do óleo lubrificante, e temperaturas de trabalho constantes e
uniformes, fazem com que a viscosidade do óleo tenha uma diminuição menor no óleo que
trabalham em regimes com paradas técnicas de maior intervalo de tempo. Como ocorre no
regime de trabalho do conjunto grade subsolador que completou seu intervalo de 300 horas
num intervalo de tempo 54 dias.
Na Figura 8, são apresentados os valores em percentual de viscosidade em
diferentes regimes de trabalho nesta figura.
Viscosidade (%)
100%
95%
90%
85%
80%
0
100
200
300
Tempo de Uso (h)
Transbordo
Grade/subsolador
Figura 8. Variação da viscosidade em percentual.
Pela figura 8 observa-se que a redução da viscosidade foi maior no regime de
trabalho grade subsolador, na qual verificou-se uma redução de 10,20% na viscosidade em
relação ao óleo virgem, e 4,5% em regime de trabalho de transbordo. Estes resultados
demonstram que o trator submetido a grade/subsolador, exigiu mais potência do motor.
Para Snook (1968) citado por Silva et al. (2006), o percentual limite da redução da
viscosidade não pode ultrapassar os 25% em óleo lubrificante usado, isto era recomendado
quando os óleos lubrificantes não eram multiviscoso.
Segundo Bormio (2002), o óleo lubrificante tem como sua principal característica a
viscosidade, que pode ser modificada com o tempo de uso, sofrendo uma alteração máxima
de mais ou menos 10% da viscosidade, menor que a do óleo lubrificante novo. Esta perda
de viscosidade pode estar relacionada com índice de contaminantes presentes neste óleo.
21
Para mensurar este grau de contaminação seria necessário realizar um trabalho
mais detalhado para identificar a quantidade e qual os contaminantes estariam presentes
neste óleo.
Na Tabela 6, são mostrados os resultados da tensão de cisalhamento (Pa) do óleo
lubrificante nos diferentes regimes de trabalho.
Tabela 6. Valores médios da tensão de cisalhamento (Pa) do óleo lubrificante em diferentes
regimes de trabalho.
Tempo de uso (h)
Regime de trabalho
0
100
200
300
Médias (T)
Transbordo
48,7 Aa
47,9 Ab
46,2 Ac
46,1 Ac
47,2 A
Grade/subsolador
48,7 Aa
46 Bb
45,7 Ab
43,8 Bc
46 B
46,9 b
45,9 c
44,9 d
Médias (RT)
48,7 a
Coeficiente de variação: 2,30%
Cisalhamento (Pa)
Trator Case 180cv+Transbordo; Trator Case 180cv+ Grade aradora. Médias seguidas pela mesma letra,
minúscula na linha e maiúscula na coluna, não diferem estatisticamente entre si, pelo teste de Scott-Knott e pelo
teste F, respectivamente, a 5% de probabilidade.
50
49
48
47
46
45
44
43
42
41
0
100
200
300
Tempo de Uso (h)
Transbordo
Grade/Subsolador
Figura 9. Valores médios da tenção de cisalhamento.
22
Cisalhamento (%)
100
95
90
85
80
0
100
200
300
Tempo de uso (h)
Transbordo
Grade/subsolador
Figura 10. Valores da tensão de cisalhamento em percentual
Na tabela 6 e Figuras 9 e 10, pode-se observar que houve uma redução na tensão
de cisalhamento no conjunto grade/subsolador de 11% em relação ao óleo virgem, e no
conjunto trator + transbordo reduziu 5,4% em relação ao óleo virgem.
O conjunto trator + grade/subsolador teve uma redução maior, pois foram exigidos
maiores esforços assim causando uma degradação maior do óleo usado, pois todo óleo com
um determinado tempo de uso tende a degradar seus aditivos e com isso perder seu poder
de proteger as peças móveis do contato direto.
Sabe-se que a tensão de cisalhamento é a capacidade que o óleo tem de formar
uma película protetora entre as peças móveis do motor, onde esta película sofre pressões
diretas absorvendo o máximo destas pressões para que não haja o contato direto das
peças, que poderiam sofrer quebras significantes ou até mesmo fundir uma na outra devida
o aumento da temperatura, diante disto os motores dos tratores estariam perdendo o poder
de lubrificação das peças moveis.
O óleo lubrificante utilizado no conjunto trator + transbordo teve sua viscosidade
alterada significativamente no decorrer de seu uso. Mas, não ultrapassou o limite
recomendado de 10% de perda de viscosidade em relação ao óleo novo.
Este comportamento mostra que se este óleo fosse submetido a uma análise mais
detalhada para avaliar a quantidade de contaminantes contida neste óleo lubrificante e qual
o tipo de contaminação, poderia-se até prolongar o tempo de uso deste óleo lubrificante.
No caso do conjunto trator grade/subsolador pode-se dizer que este óleo esta no seu
limite de uso, sendo recomendado sua troca. Neste caso, não se deve prolongar seu tempo
de uso, pois a viscosidade já ultrapassou o limite de uso, que é de 10% da perda de
viscosidade em relação o óleo lubrificante novo. Salienta-se também que um prolongamento
deste óleo poderia ocasionar no motor um desgaste excessivo das peças móveis, podendo
23
até causar uma parada brusca do funcionamento deste trator por falta de lubrificação
destas, causando um prejuízo inesperado e até mesmo perda do motor.
24
5 CONCLUSÃO
Os testes demonstram alteração dos valores de viscosidade e cisalhamento do óleo
lubrificante com o tempo de uso e regime de trabalho.
O óleo lubrificante no conjunto trator + grade/subsolador teve uma redução na sua
viscosidade dinâmica de 10,2% em relação ao óleo virgem.
O óleo lubrificante no conjunto trator + transbordo teve uma redução de viscosidade
dinâmica 4,5% em ralação ao óleo virgem.
O óleo lubrificante no conjunto trator + grade/subsolador teve uma redução na tensão
cisalhamento de 11% em relação ao óleo virgem.
O óleo lubrificante no conjunto trator + transbordo teve uma redução na tensão de
cisalhamento de 5,4% em relação ao óleo virgem.
25
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