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CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM MANUTENÇÃO INDUSTRIAL
MANUTENÇÃO PREDITIVA EM MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA POR
ANÁLISE DO ÓLEO LUBRIFICANTE
JÉSSICA BORGES RIBEIRO
MAYARA CARDOSO GOMES
CAMPOS DOS GOYTACAZES/RJ
2016
JÉSSICA BORGES RIBEIRO
MAYARA CARDOSO GOMES
MANUTENÇÃO PREDITIVA EM MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA POR
ANÁLISE DO ÓLEO LUBIFICANTE
Monografia apresentada ao Instituto Federal de
Educação, Ciência e Tecnologia Fluminense, como parte
dos requisitos para conclusão do Curso Superior de
Tecnologia em Manutenção Industrial.
Orientador: prof. Alberto Luiz de Luna Arruda
Campos dos Goytacazes/RJ
2016
III
JÉSSICA BORGES RIBEIRO
MAYARA CARDOSO GOMES
MANUTENÇÃO PREDITIVA EM MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA POR
ANÁLISE DO ÓLEO LUBIFICANTE
Monografia apresentada ao Instituto Federal de
Educação, Ciência e Tecnologia Fluminense, como parte
dos requisitos para conclusão do Curso Superior de
Tecnologia em Manutenção Industrial.
Aprovada em 24 de junho de 2016
Banca Avaliadora:
__________________________________________________________________________
Prof. Alberto Luiz de Luna Arruda (orientador)
Especialização em Manutenção Industrial - IFF
__________________________________________________________________________
Prof. Carlan Ribeiro Rodrigues
Graduado em Tecnologia em Manutenção Industrial, Mestre em Engenharia e Ciência
dos Materiais - IFF
__________________________________________________________________________
Prof. Lúcio José Terra Petrucci
Eng. Civil, Mestre em Engenharia e Ciência dos Materiais, Doutor em Engenharia e
Ciência dos Materiais - IFF
IV
AGRADECIMENTOS
Em primeiro lugar a Deus porque sem Ele não chegaríamos a lugar algum. Aos nossos
pais, pela dedicação e apoio aos nossos estudos, aos professores que passaram por
nossas vidas ao longo dessa caminhada, aos amigos que fizemos e que tornaram
essa jornada mais leve e agradável mesmo nos piores momentos. Ao professor e
nosso orientador Alberto Luiz de Luna Arruda, por ter dedicado parte do seu tempo a
nos ajudar a concluir mais uma etapa das nossas vidas. Ao meu amor pelo apoio e
incentivo. A todos aqueles que direta ou indiretamente passaram por nossas vidas e
contribuíram para a nossa formação, do maior ao menor, mas não menos importantes.
Aqueles que nos deixaram sorrisos, que nos deixaram abraços e boas lições, enfim a
todos aqueles que nos deixaram saudades e a sensação de que se fosse preciso
faríamos tudo de novo….
V
“ A menos que modifiquemos a nossa maneira de pensar, não seremos capazes de
resolver os problemas causados pela forma como nos acostumamos a ver o mundo”.
Albert Einsten
VI
RESUMO
Este trabalho monográfico visa apresentar técnicas de manutenção preditiva
aplicadas a motores de combustão interna, com ênfase na técnica de análise do óleo
lubrificante. Apresentando a manutenção preditiva como uma ferramenta adequada,
eficaz e econômica para diagnosticar falhas ou desempenhos abaixo do esperado em
equipamentos, buscando aumentar o tempo de confiabilidade e disponibilidade do
equipamento, para que este apresente seu melhor desempenho. Para tanto,
destacaremos a análise do óleo lubrificante, mostrando suas várias técnicas e método
de análise do óleo, para se obter diagnósticos finos e precisos de problemas em
motores de combustão interna.
Palavras-chave: Manutenção preditiva. Motor de combustão interna. Análise de óleo.
VII
ABSTRACT
This monograph aims to present predictive maintenance techniques applied to internal
combustion engines, emphasizing the lubricating oil analysis technique. Introducing
the predictive maintenance as an appropriate, effective and economical tool for
diagnosing faults or performance below expectations in equipment, seeking to
increase the time of reliability and availability of equipment, so that it shows its best
performance. To do so, we highlight the lubricating oil analysis, showing its various
techniques and oil analysis method, to obtain fine and accurate diagnosis of problems
in internal combustion engines. .
Key-words: Predictive maintenance. Internal combustion engine. Analysis oil.
VIII
SUMÁRIO
CAPÍTULO I
1.INTRODUÇÃO..............................................................................................16
1.1 APRESENTAÇÃO......................................................................................16
1.2 OBJETIVO.................................................................................................16
1.3 JUSTIFICATIVA..........................................................................................17
1.4 METODOLOGIA........................................................................................17
1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO...................................................................17
CAPÍTULO II
2 FUNDAMENTOS DA MANUTENÇÃO...........................................................18
2.1 MANUTENÇÃO INDUSTRIAL...................................................................18
2.1.1 COMO TUDO COMEÇOU......................................................................18
2.2 CONCEITO DE MANUTENÇÃO................................................................19
2.3 TIPOS DE MANUTENÇÃO........................................................................19
2.3.1 MANUTENÇÃO CORRETIVA.................................................................20
2.3.1.1 MANUTENÇÃO CORRETIVA NÃO PROGRAMADA...........................20
2.3.1.2 MANUTENÇÃO CORRETIVA PROGRAMADA....................................20
2.3.2 MANUTENÇÃO PREVENTIVA...............................................................20
2.3.3 MANUTENÇÃO PREDITIVA...................................................................21
2.3.3.1 TÉCNICAS DE MANUTENÇÃO PREDITIVA.......................................22
2.3.3.2 TÉCNICAS DE MANUTENÇÃO PREDITIVA APLICADAS EM
MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA.........................................................25
2.3.3.3 VANTAGENS DA MANUTENÇÃO PREDITIVA....................................25
IX
2.3.4 MANUTENÇÃO DETECTIVA..................................................................26
2.3.5 ENGENHARIA DA MANUTENÇÃO.........................................................26
CAPÍTULO III
3 O MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA.......................................................28
3.1 HISTÓRIA DO MOTOR..............................................................................28
3.2 DEFINIÇÃO................................................................................................31
3.3 CLASSIFICAÇÃO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA.............31
3.4 PRINCIPAIS COMPONENTES DO MOTOR...............................................32
3.4.1 BLOCO DO MOTOR...............................................................................33
3.4.2 CABEÇOTE............................................................................................34
3.4.3 CÁRTER.................................................................................................35
3.4.4 PISTÃO OU ÊMBOLO.............................................................................35
3.4.5 BIELA......................................................................................................36
3.4.6 VIRABREQUIM.......................................................................................37
3.4.7 VELA DE IGNIÇÃO.................................................................................38
3.4.8 BICO INJETOR.......................................................................................38
3.4.9 BRONZINA OU CASQUILHO..................................................................39
3.4.10 VOLANTE.............................................................................................39
3.4.11 EIXO COMANDO DE VÁLVULAS.........................................................40
3.4.12 VÁLVULAS............................................................................................40
3.4.12.1 VÁLVULA DE ADMISSÃO..................................................................40
3.4.12.2 VÁLVULAS DE ESCAPE....................................................................40
3.4.13 PARTES COMPLEMENTARES............................................................41
X
3.5 MOTOR OTTO...........................................................................................41
3.6 MOTOR DIESEL........................................................................................ 42
3.7 MOTOR QUATRO TEMPOS......................................................................42
3.7.1 MOTOR OTTO DE QUATRO TEMPOS...................................................42
3.7.2 MOTOR DIESEL DE QUATRO TEMPOS................................................43
3.8 MOTORES DOIS TEMPOS........................................................................44
3.8.1 CICLO DE DOIS TEMPOS DO MOTOR OTTO.......................................45
3.8.2 CICLO DE DOIS TEMPOS DO MOTOR DISEL.......................................46
CAPÍTULO IV
4 ANÁLISE DO ÓLEO LUBRIFICANTE...........................................................48
4.1 INTRODUÇÃO...........................................................................................48
4.2 CLASSIFICAÇÃO DOS LUBRIFICANTE..................................................49
4.2.1 CLASSIFICAÇÕES SAE DE VISCOSIDADE..........................................49
4.2.2 CLASSIFICAÇÃO API.............................................................................50
4.3 A LUBRIFICAÇÃO AUTOMOTIVA..............................................................51
4.4 TIPOS DE SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO.................................................52
4.5 COMPONENTES DO SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO...............................53
4.6 ADITIVOS...................................................................................................54
4.7 A ANÁLISE DO ÓLEO LUBRIFICANTE......................................................55
4.7.1 AMOSTRA...............................................................................................57
4.8 TÉCNICAS DE ANÁLISE DE ÓLEO...........................................................58
4.8.1 TEOR DE ÁGUA......................................................................................58
4.8.2 ESPECTROMETRIA...............................................................................59
4.8.3 FERROGRAFIA......................................................................................60
XI
4.8.3.1 FERROGRAFIA ANALÍTICA................................................................61
4.8.3.2 FERROGRAFIA QUANTITATIVA.........................................................63
4.8.4 ÍNDICE DE NEUTRALIZAÇÃO (TBN E TAN)..........................................65
4.8.4.1 TBN......................................................................................................66
4.8.4.2 TAN......................................................................................................66
4.8.5 INSOLÚVEIS...........................................................................................67
4.8.6 VISCOSIDADE........................................................................................67
4.8.7 PONTO DE FULGOR..............................................................................68
4.9 VANTAGENS E DESVANTAGENS DA ANÁLISE DE ÓLEO
LUBRIFICANTE...............................................................................................69
CAPÍTULO V
CONCLUSÕES................................................................................................74
CAPÍTULO VI
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.................................................................75
XII
FIGURAS
Figura 1 - Gráfico Manutenção corretiva & Manutenção preventiva............................21
Figura 2 - O gráfico de gastos provenientes dos tipos de Manutenção de um
determinado equipamento..........................................................................................27
Figura 3 - Gráfico de custos versus nível de manutenção...........................................27
Figura 4 – Esquema de uma locomotiva a vapor.........................................................28
Figura 5 – Funcionamento de uma locomotiva............................................................29
Figura 6 - Motor Otto fabricado em 1894, para usos estacionários que pertence Escola
de Engenharia da UFRGS, e hoje faz parte do acervo do Museu do motor.................30
Figura 7 - Primeiro motor diesel de 1897.....................................................................30
Figura 8 – Motor explodido..........................................................................................33
Figura 9 – Bloco do motor...........................................................................................33
Figura 10 – Cabeçote inteiriço e individual..................................................................34
Figura 11 – Partes do cabeçote...................................................................................34
Figura 12 – Cárter.......................................................................................................35
Figura 13 – Pistões.....................................................................................................35
Figura 14- Bielas.........................................................................................................36
Figura 15 – Conjunto Biela- pistão..............................................................................36
Figura 16 –Virabrequim..............................................................................................37
Figura 17 – Conjunto virabrequim, bielas e pistões montados....................................37
Figura 18 – Velas de ignição.......................................................................................38
Figura 19 – Bicos injetores..........................................................................................38
Figura 20 – Bronzinas ou casquilhos...........................................................................39
Figura 21 – Volante.....................................................................................................39
Figura 22 – Eixo comando de válvulas........................................................................40
Figura 23- Válvulas.....................................................................................................40
XIII
Figura 24– Válvulas montadas no eixo de comando de válvulas.................................41
Figura 25– Ciclo do motor Otto de quatro tempos.......................................................43
Figura 26 – Ciclo do motor Diesel de quatro tempos...................................................44
Figura 27 – Corte de um motor dois tempos................................................................45
Figura 28 – Ciclo do motor dois tempos do motor Otto................................................46
Figura 29 – Ciclo de dois tempos do motor Diesel.....................................................47
Figura 30 – Atrito sem lubrificação..............................................................................48
Figura 31 – Película lubrificante..................................................................................48
Figura 32 - Classificação API série S...........................................................................50
Figura 33 – Classificação API série C..........................................................................51
Figura 34 – Partículas encontradas no óleo................................................................62
Figura 35 - Exemplo de um gráfico de resultado de ferrografica analítica típico..........62
Figura 36 – Ferrograma..............................................................................................63
Figura 37 - Gráfico de ferrografia quantitativa.............................................................64
Figura 38 - Gráfico de ferrografia quantitativa.............................................................64
Figura 39 - Titulador automático TBN e TAN..............................................................66
Figura 40 – Viscosímetro............................................................................................68
Figura 41 – Equipamento para determinar ponto de fulgor..........................................69
XIV
TABELAS
Tabela 1 – Técnicas de manutenção preditiva.............................................................23
Tabela 2 - Alguns dos elementos mais importantes detectados, em motores de
combustão interna......................................................................................................60
Tabela 3 – Classificação das partículas.......................................................................61
Tabela 4 - Interpretação dos resultados das análises do óleo lubrificante...................71
XV
LISTA DE ABREVIAÇÕES
TAN- Total Acid Number - Número ácido total
TBN- Total Basic Number - Número básico total
END- Ensaio não destrutivo
GNV- Gás Natural Veicular
PMI- Ponto Morto Inferior
PMS- Ponto Morto Superior
SAE- Sociedade dos Engenheiros Automotivos
W-Winter, em inglês, significa inverno
API- Instituto Americano do Petróleo
MAX- Máximo
MIN- Mínimo
EP- Extrema Pressão
μm – Mícrons
IS- Índice de Severidade
pH- Potencial hidrogeniônico
16
CAPÍTULO I
1 INTRODUÇÃO
1.1 APRESENTAÇÃO
Devido ao mercado competitivo as empresas necessitam cada vez mais de
técnicas apuradas para se manter sempre à frente de sua concorrente, por isso ocorre
a incansável procura por maior eficiência dos seus sistemas produtivos. Dessa
necessidade foram surgindo os tipos de manutenção, que ao longo do tempo
apresentaram uma evolução nos métodos e técnicas utilizados até surgir a
manutenção preditiva. Essa Manutenção que tem como principal objetivo a prevenção
de falhas por meio do acompanhamento de alguns parâmetros, permitindo que o
equipamento continue funcionando por maior intervalo de tempo, aumentando assim
a disponibilidade do mesmo.
A manutenção representa lucro para as organizações, através da redução de
falhas e da redução de paradas de produção, buscando sempre o melhor
desempenho e a garantia da segurança dos trabalhadores e do meio ambiente.
Para verificar o estado dos equipamentos, para que seja predito qual o futuro
imediato, é essencial à utilização da atividade de manutenção preditiva –
Nepomuceno (1989).
Hoje em dia, estão disponíveis várias técnicas que nos permitem aplicar a
Manutenção Preditiva em máquinas e equipamentos. Entre as muitas técnicas de
Manutenção preditiva, uma que apresenta os melhores resultados em motores de
combustão interna será apresentada neste trabalho monográfico, a análise do óleo
lubrificante.
1.2 OBJETIVO
Este trabalho monográfico busca cumprir da exigência acadêmica para a
conclusão do curso Superior de Tecnologia em Manutenção Industrial. Assim sendo,
o objetivo deste trabalho é apresentar técnicas de manutenção preditiva aplicadas em
motores de combustão interna, com ênfase na técnica de análise do óleo lubrificante.
17
1.3 JUSTIFICATIVA
Este trabalho tem para o meio industrial e a para o meio acadêmico a
importância de mostrar o quanto as técnicas de manutenção preditivas são relevantes
quando aplicadas a motores de combustão interna.
Buscamos, com este trabalho, contribuir com alunos e profissionais, que atuam
ou pretendem atuar na área de manutenção industrial, especialmente para aqueles
que buscam maior conhecimento sobre a manutenção preditiva e sobre o motor de
combustão interna.
1.4 METODOLOGIA
A metodologia escolhida para a realização deste trabalho monográfico foi a
pesquisa bibliográfica no que se refere a fundamentação teórica para dar sustentação
ao desenvolvimento do trabalho.
Para a realização deste trabalho foram executadas as seguintes etapas:
A primeira etapa foi a realização de uma pesquisa geral sobre a manutenção
preditiva.
A segunda foi à análise dos dados pesquisados.
A terceira etapa foi a divisão do trabalho em capítulos.
A quarta etapa foi a pesquisa bibliográfica de cada capítulo.
1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO
Este trabalho está estruturado da seguinte maneira:
No primeiro capítulo é feita a apresentação e também são apresentados o
objetivo, a justificativa e a metodologia do trabalho.
No segundo capítulo são apresentados o histórico e alguns conceitos sobre
manutenção industrial.
No terceiro capítulo são apresentados a história, conceitos e o funcionamento
dos motores de combustão interna.
No quarto capítulo são apresentados um pouco do histórico, conceitos e as
principais técnicas de análise do óleo lubrificante.
No quinto capítulo são apresentadas as conclusões do trabalho.
18
CAPÍTULO II
2 FUNDAMENTOS DA MANUTENÇÃO
2.1 MANUTENÇÃO INDUSTRIAL
2.1.1 COMO TUDO COMEÇOU
A Manutenção Industrial passou por grandes modificações ao longo de mais ou
menos 20 anos. E essas mudanças foram provenientes de alguns aspectos, como por
exemplo: o aumento da quantidade e diversidade de itens, da complexidade dos
projetos, do surgimento de novas técnicas e etc. Todas essas alterações exigiram das
empresas, um novo comportamento, uma mudança de hábito e atitude do homem da
manutenção. A partir daí começa a surgir novos nomes e conceitos como,
disponibilidade, confiabilidade, segurança, entre outros. Mas, até se chegar no atual
quadro da manutenção, vamos voltar ao início e detalhar um breve histórico da
Manutenção.
Desde os anos 30, a manutenção passou por três gerações:
1° Geração: Compreende o período que antecede a Segunda Guerra Mundial,
onde a característica mais evidente da indústria nesta época era de equipamentos
simples, pouco mecanizado e quase todos muito robustos. Nesta época não se via a
produtividade como questão prioritária, pois, o que se produzia na maior parte das
vezes era para consumo próprio.
2° Geração: Compreende o período que vai da Segunda Guerra Mundial até os
anos 60. No auge da Segunda Guerra Mundial, onde ocorre um aumento significativo
na procura por todos os tipos de produtos e uma diminuição considerável no
contingente de mão de obra industrial. Trazendo como resultado o aumento da
mecanização e de instalações mais complexas, o que leva ao início da comprovação
do real entendimento e da necessidade, dos termos como: maior disponibilidade e
confiabilidade, aliados a maior produtividade. Pois neste período era evidente a
dependência do funcionamento das máquinas. Neste período houve também
mudanças no modo de intervenção dos equipamentos que passaram a ser fixas, o
custo da manutenção quando comparado a outros serviços, sofreu acréscimos. O que
fez surgir a necessidade de aumentar os sistemas de planejamento e controle da
manutenção. Por fim com o capital investido e o aumento do custo deste capital em
itens físicos, começou a aguçar o interesse das pessoas para aumentar a vida útil dos
19
seus itens físicos.
3° Geração: Compreende o período posterior a década de 70. Ocorreu uma
aceleração no processo de mudanças industriais. O período de paralisação diminui a
produção, aumentando o custo e afetando a qualidade dos produtos, o que provocou
uma preocupação generalizada. Em diversos setores foi diagnosticada a importância
da confiabilidade e disponibilidade provenientes do crescimento da automação e da
mecanização. Com maior automação, surgiram falhas cada vez mais frequentes o que
afeta diretamente a qualidade do produto, o meio ambiente e a segurança. Setor onde
o nível de exigências tem sido cada vez maior. Foi na terceira geração, diante de todos
esses impasses que foi reforçado o conceito de Manutenção Preditiva. A correlação
entre a implantação de um sistema (projetos, manutenção, etc) e a
disponibilidade/confiabilidade torna-se um marco cada vez mais evidente.
2.2 CONCEITO DE MANUTENÇÃO
O dicionário escolar Silveira Bueno, define manutenção como sendo “ato ou
efeito de manter (-se). Gerência; administração e conservação. Medidas e
providências que garantam o bom funcionamento de um aparelho ou o bom estado
de um objeto ou material”.
Porém, o mais comum é definir manutenção como “o conjunto de atividades e
recursos aplicados aos sistemas e equipamentos, visando garantir a continuidade de
sua função dentro de parâmetros de disponibilidade, de qualidade, de prazo, de custos
e de vida útil adequados”. Essa definição caracteriza a manutenção como um
processo. Processo esse que se inicia antes da aquisição e tem como função principal
o prolongamento da vida útil do equipamento ou sistema.
2.3 TIPOS DE MANUTENÇÃO
Os vários tipos de Manutenção surgiram devido a maneira como é feita a
intervenção em cada sistema, equipamentos ou instalações. A partir daí foram
definidos alguns tipos principais de manutenção:
Manutenção corretiva não-planejada
Manutenção corretiva planejada
Manutenção preventiva
20
Manutenção preditiva
Manutenção detectiva
Engenharia da manutenção
2.3.1 MANUTENÇÃO CORRETIVA
Manutenção corretiva é a intervenção para a correção da falha ou do
desempenho abaixo do esperado.
Segundo Kardec, podemos ter duas condições específicas que levam à
manutenção corretiva:
O equipamento apresenta desempenho deficiente apontado pelo
acompanhamento das variáveis operacionais.
Ocorrência de falha.
A manutenção corretiva divide-se em duas:
Manutenção corretiva não programada
Manutenção corretiva programada
2.3.1.1 MANUTENÇÃO CORRETIVA NÃO PROGRAMADA
É quando já ocorreu a quebra inesperada do equipamento, sem que haja tempo
para o planejamento ou a previsão.
2.3.1.2 MANUTENÇÃO CORRETIVA PROGRAMADA
Esse tipo de manutenção é a correção do desempenho menor do que o
esperado ou da falha do equipamento, decidida pelo Gerente.
2.3.2 MANUTENÇÃO PREVENTIVA
Esse tipo de manutenção é feito com base nos históricos, dados de
confiabilidade e experiência no uso do equipamento. A manutenção preventiva está
baseada em dados que nem sempre remetem a verdadeira condição do equipamento
em questão, podendo assim ocasionar erro. Mas há casos, e só nesses casos que
21
esse tipo de manutenção é necessária: quando não é possível aplicar a manutenção
preditiva; aspectos de segurança da instalação ou ainda pessoal; equipamentos
críticos de difícil liberação operacional; afeta o meio ambiente ou ainda sistemas bem
complexos ou operação contínua. A manutenção corretiva atua na quebra, enquanto
a manutenção preditiva visa evitar que a quebra aconteça, no entanto, os dois tipos
de manutenção apresentam alto custo de aplicação, conforme mostra o gráfico da
figura 1.
Figura 1 - Gráfico Manutenção corretiva & Manutenção preventiva
Fonte: http://www.edcentaurus.com.br/
2.3.3 MANUTENÇÃO PREDITIVA
Este trabalho em questão se baseia no método de manutenção preditiva,
detalharemos adiante esse processo:
A manutenção preditiva, também chamada de Manutenção Sob Condição ou
ainda Manutenção com Base no estado do Equipamento, pode ser definida como
sendo, a manutenção que é feita com dados previamente analisados, através do
acompanhamento dos parâmetros ou condição de desempenho do equipamento ou
instalação. O principal objetivo dessa manutenção é a prevenção de falhas, através
do acompanhamento de alguns parâmetros, permitindo que o equipamento continue
em funcionando pelo maior período de tempo possível, ou seja, ela consegue mostrar
o nível de disponibilidade e confiabilidade do equipamento ou instalação, sem
promover a intervenção, porque todos esses dados são obtidos com o equipamento
22
produzindo. A partir daí à medida que, a disponibilidade de determinado item vai
baixando, faz-se a intervenção.
Pode-se através desse tipo de manutenção planejar a intervenção da melhor
forma possível, podendo estimar a melhor data para ser feita, qual material será
utilizado, o contingente de mão de obra, existência de sobressalentes, assim faz-se a
parada do equipamento sem prejudicar a produção. É claro que alguns aspectos
devem ser levados em consideração, para que se alcance o sucesso nesse tipo de
manutenção, como: a mão de obra da manutenção responsável pela coleta de dados
e diagnósticos deve ser bem treinada e não é suficiente apenas a medição, mas é
preciso analisar os resultados e formular diagnósticos. Enfim, a manutenção preditiva,
ela prediz a falha antes dela ocorrer e assim quando se chega próximo a esses dados
obtidos, resolve-se fazer a manutenção corretiva programada. Deve-se levar em
consideração três condições básicas, para que seja aplicada a um sistema a
manutenção preditiva, são eles:
a) o equipamento, instalação ou sistema devem permitir algum tipo de
acompanhamento ou monitoramento;
b) o equipamento, instalação ou sistema, deve ter como opção esse tipo de
manutenção através da análise de custo envolvido;
c) as falhas devem ser provenientes de causas monitoráveis e ter sua progressão
acompanhada.
2.3.3.1 TÉCNICAS DE MANUTENÇÃO PREDITIVA
As técnicas de manutenção preditiva devem atender as seguintes condições:
Permitir a coleta de dados com o equipamento em funcionamento, interferindo,
o mínimo possível no processo de produção.
Permitir a coleta dos dados que possibilitem a análise de tendência.
A seguir na tabela 1 são citadas as principais técnicas de manutenção preditiva.
Neste trabalho monográfico iremos falar sobre a análise de óleo lubrificante e seus
métodos.
23
Tabela 1 – Técnicas de manutenção preditiva
Fonte: NASCIF, J., Manutenção Preditiva: Caminho para a excelência. TECÉM
TECNOLOGIA EMPRESARIAL LTDA. Belo Horizonte.
Análise do óleos lubrificantes
Viscosidade;
Número de neutralização (TAN e TBN);
Teor de água;
Insolúveis;
Espectrometria;
Cromatografia gasosa;
Tensão interfacial;
Rigidez dielétrica;
Ponto de fulgor.
Ferrografia
Ferrografia quantitativa;
Ferrografia analítica.
Ensaios elétricos
Corrente;
Tensão;
Isolação;
Perdas dielétricas;
Rigidez dielétrica;
Espectro de corrente ou tensão.
Análise de temperatura –
termometria
Termometria convencional;
Indicadores de temperatura;
Pirometria de radiação;
Termografia.
Fenômenos de viscosidade
Líquidos penetrantes
Análise de vibrações
Nível global;
Espectro de vibração;
Pulso de choque.
Forças
Células de carga;
Teste de pressão;
Teste hidrostático;
Teste de vácuo;
Detecção de trincas.
Detecção de vazamentos Inspeção visual
Endoscopia ou boroscopia
Energia Acústica
Ultrassom;
Emissão acústica.
Radiação ionizantes
Raios X;
Gamagrafia.
24
Energia eletromagnética
Partículas magnéticas;
Correntes parasíticas.
Verificação de geometria
Metrologia convencional;
Alinhamento de máquinas rotativas.
Podemos classificar as técnicas de manutenção preditiva como END – Ensaios
não destrutivos, pois não destroem a máquina, só medem os parâmetros. Na tabela
acima, algumas técnicas de END apresentadas, são aplicadas somente com o
equipamento fora de operação, o que invalidaria a condição das técnicas preditivas,
por definição, serem aplicáveis ao equipamento em funcionamento.
Entre as técnicas citadas na tabela acima, energia acústica, energia
eletromagnética, fenômeno de viscosidade, forças, inspeção visual, radiação
ionizantes e verificações de geometria, geralmente, dependem da retirada do
equipamento de operação para sua realização.
As técnicas apresentadas têm a capacidade de detectar eventuais defeitos ou
falhas de funcionamento, proporcionando benefícios como:
Aumento da disponibilidade e da segurança dos equipamentos, reduzindo os
riscos de acidentes e paradas inesperadas da produção.
Eliminação da troca prematura de componentes.
Redução dos prazos e custos das intervenções, pelo conhecimento antecipado
dos defeitos a serem corrigidos.
Aumento da vida útil das máquinas e componentes pela melhoria das
condições de instalação e operação.
A análise estatística dos dados coletados pela manutenção preditiva permite
também:
A identificação de equipamentos com problemas crônicos e orientar a sua
correção.
Avaliar a eficácia dos serviços corretivos e também a quantidade de serviços e
propor programas de treinamento e a adoção de novas tecnologias, visando,
sempre a sua melhora.
25
2.3.3.2 TÉCNICAS DE MANUTENÇÃO PREDITIVA APLICADAS EM MOTORES DE
COMBUSTÃO INTERNA
Como vimos anteriormente, existem várias técnicas de manutenção preditivas
que permitem a analisa de máquinas e equipamentos. Entre todas estas técnicas, as
mais apropriadas aos motores de combustão interna são a análise acústica, a análise
de óleo lubrificante, a análise de vibrações e a inspeção visual.
Análise acústica - A análise consiste no monitoramento das condições de
funcionamento do motor através das medições e do processamento dos sinais
acústicos emitidos pelo motor.
Análise do óleo lubrificante – A análise consiste no levantamento das principais
características físico-químicas do óleo lubrificante do motor, como por exemplo:
viscosidade, TAN e TBN, a concentração de partículas presentes no óleo, entre
outras.
Análise de vibrações – A análise permite detectar e diagnosticar vários tipos de
problemas nos motores, como desbalanceamento, desalinhamento, desgaste
em engrenagens e mancais, defeitos nos calços, deficiências nos injetores de
combustível, entre outros.
Inspeção visual – A técnica permite a avaliação direta das partes móveis, como
os pistões e as camisas de cilindros.
2.3.3.3 VANTAGENS DA MANUTENÇÃO PREDITIVA
Entre as vantagens apresentadas pela manutenção preditiva, podemos citar:
Aperfeiçoamento da manutenção, de modo a diminuir, e as vezes até eliminar,
a necessidade de equipamentos reservas e estoque de peças sobressalentes.
Diminuição de problemas, pois as máquinas e equipamentos são mantidos
dentro de suas conformidades e parâmetros recomendados.
Intervenções corretivas programadas que custam menos e evitando perdas de
produção.
No geral, a prática da manutenção preditiva proporciona uma redução de 15%
a 20% do custo, quando comparada com outros tipos de manutenção.
Detecção de defeitos intermediários e orientar na tomada de decisão e as
26
ações, antes que o processo degenerativo leve o equipamento a falha.
Com o conhecimento periódico da situação das máquinas e equipamentos
reduz-se “as surpresas” em consequência de reparos de urgência de baixa
qualidade.
2.3.4 MANUTENÇÃO DETECTIVA
Apesar de ser um nome novo no Brasil, e por algumas vezes também
confundida com a Manutenção corretiva planejada, esse tipo de manutenção tem
como objetivo detectar falhas ocultas ou imperceptível em equipamentos e/ou
sistemas de proteção e de comandos, durante os períodos de inspeção em que é
realizado por pessoal qualificado. Essa manutenção é específica para sistemas
automatizados, onde seu controle é feito com base em comandos de sistemas e
circuitos (ex: geradores). Podemos entender que quanto maior o emprego da
automação e dos instrumentos de comando, maior será a necessidade de se utilizar
das ações da manutenção detectiva.
2.3.5 ENGENHARIA DA MANUTENÇÃO
É o ramo da engenharia voltado estritamente para a aplicação dos conceitos
para otimizar os equipamentos, os processos e orçamentos, a fim de alcançar maior
e melhor manutenibilidade, confiabilidade e disponibilidade dos mesmos.
Conforme gráficos das figuras 2 e 3, podemos verificar o impacto que
determinado tipo de manutenção pode causar. Verificamos também as vantagens da
aplicação da manutenção preditiva quando comparado com os demais tipos de
manutenção.
27
Figura 2 - O gráfico de gastos provenientes dos tipos de Manutenção de um
determinado equipamento
Fonte: adaptado de http://engeman.com.br/pt-br/caracteristicas/
Figura 3 - Gráfico de custos versus nível de manutenção
Fonte: pcmusina.wordpress.com
28
CAPÍTULO III
3 O MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA
3.1 HISTÓRIA DO MOTOR
No século XVIII, surgiram os primeiros motores, a combustão externa, que
utilizavam como combustível a lenha.
Um exemplo, apresentado na figura 4, da máquina a vapor mostra o
funcionamento de uma locomotiva a vapor.
Figura 4 – Esquema de uma locomotiva a vapor
Fonte: vfco.brazilia.jor.br
No motor de combustão externa, o calor produzido pela fornalha é utilizado para
aquecer a água em uma caldeira, transformando a água em vapor que se expande,
criando uma pressão que movimenta o êmbolo; que por sua vez, aciona a roda motriz.
Um exemplo desse funcionamento se dá em uma locomotiva, conforme ilustrado
abaixo na figura 5.
29
Figura 5 – Funcionamento de uma locomotiva
Fonte: www.oficinadanet.com.br
Os primeiros motores de combustão interna surgiram no século XIX. O
aparecimento desse tipo de motor, onde a queima do combustível se dá dentro do
motor, marcou um grande avanço e um rápido desenvolvimento mecânico. Estes
motores por terem um funcionamento inicial rápido, maior versatilidade e eficiência, e
ainda a possibilidade de se adaptarem a diversos tipos de máquinas levaram grande
vantagem sobre os motores a vapor.
Em 1860, o belga Lenoir construiu o primeiro motor de combustão interna, que
trabalhava com gás de iluminação e possuía potência de 1 cv.
Com base na máquina de Lenoir, Otto e Langen construíram, em 1861, um
motor que comprimia a mistura de ar e gás de iluminação, e sua ignição era feita por
uma centelha elétrica.
Em 1862, o francês Beau de Rochas, publicou estudos teóricos que
estabeleceram alguns princípios termodinâmicos baseado no motor de Otto. Usando
como base esses estudos, Otto desenvolveu um motor, denominado motor de ciclo
Otto, apresentado em 1872. Este tipo de motor, ilustrado na figura 6, utilizava como
combustível o gás de carvão ou o gasogênio, tendo sua ignição feita por centelha
elétrica.
Mas só em 1889, fez-se a primeira aplicação do motor de ciclo Otto em
veículos, utilizando a gasolina como combustível.
30
Figura 6 - Motor Otto fabricado em 1894, para usos estacionários que pertence
Escola de Engenharia da UFRGS, e hoje faz parte do acervo do Museu do motor
Fonte: www.mecanica.ufrgs.br
Em 1893, o alemão Rudolf Diesel desenvolveu um novo tipo de motor, no qual
a ignição da mistura ar/combustível se dava por compressão. Em 1892/93 e 1894
foram desenvolvidos dois motores por Diesel, porém não funcionaram
satisfatoriamente. Após diversas modificações, em 1897, teste confirmaram a
eficiência do motor Diesel. Rudolf Diesel deu a esse motor o nome de “motor térmico
racional”, mas o motor ficou mesmo conhecido como motor Diesel. Na figura 7, vemos
o motor diesel, que foi construído em 1897 e é considerado como sendo o primeiro
motor diesel.
Figura 7 - Primeiro motor diesel de 1897
Fonte: www.deutsches-museum.de
Os motores utilizados atualmente são derivados dos criados por Otto e Diesel.
31
3.2 DEFINIÇÃO
O motor é definido como uma máquina que converte qualquer forma de energia
em trabalho mecânico. O motor de combustão interna é uma máquina térmica, que
converte a energia gerada pela reação química, reação essa gerada pela combustão
da mistura combustível/comburente, em energia mecânica.
3.3 CLASSIFICAÇÃO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO
Os motores de combustão podem ser classificados:
1) Quanto ao tipo de combustão
De combustão externa
De combustão interna
2) Quanto a ignição
Por centelha
Por compressão
3) Quanto ao movimento do pistão
Alternativo
Rotativo
4) Quanto ao número de tempos
2 tempos
4 tempos
5) Quanto ao número de cilindros
Monocilíndrico
Policilíndricos
6) Quanto a disposição dos cilindros
Em linha
Em “V”
Horizontais opostos
7) Quanto ao ciclo de trabalho
Ciclo Otto
Ciclo Diesel
8) Quanto à utilização
Estacionários
32
Industriais
Veiculares
Marítimos
9) Quanto ao tipo de combustível
a gasolina
a álcool
a diesel
a GNV (gás natural veicular)
10) Quanto ao tipo de arrefecimento
a ar
a água
3.4 PRINCIPAIS COMPONENTES DO MOTOR
Peças fixas:
1. bloco do motor
2. cabeçote
3. cárter
Peças móveis:
1. pistão (êmbolo)
2. biela
3. árvore de manivelas (virabrequim)
4. válvulas de admissão e escape
5. árvore de comando de válvulas
Podemos verificar detalhadamente, as partes do motor conforme ilustrado na
figura 8.
33
Figura 8 – Motor explodido
Fonte: www.como-limpiar.com
3.4.1 BLOCO DO MOTOR
O bloco do motor representado na figura 9, é a maior parte do motor, feito em
ferro fundido é responsável pela sustentação de todas as outras partes.
É no bloco que são usinados os furos onde serão colocados os cilindros. Na
parte inferior do bloco estão os alojamentos dos mancais centrais, onde se apoia o
eixo de manivelas (virabrequim).
Figura 9 – Bloco do motor
Fonte: www.mrautomotivo.com.br
34
3.4.2 CABEÇOTE
Cabeçote, ilustrado na figura 10 é a parte superior do motor, uma espécie de
tampa que fecha o bloco, essa união entre o cabeçote e o bloco é feita por parafusos,
havendo entre eles uma junta de vedação. É contra o cabeçote que os pistões
comprimem a mistura, no ciclo Otto, ou o ar, no ciclo Diesel.
O cabeçote possui furos roscados onde são instaladas as velas de ignição ou
os bicos injetores e onde estão instaladas as válvulas de admissão e escape com
seus dutos.
Os cabeçotes podem ser divididos em:
Inteiriço – um só cabeçote cobre todos os cilindros.
Individual – cada cilindro ou grupo de cilindros possui seu cabeçote.
Os dois tipos de cabeçotes são ilustrados na figura 10.
Figura 10 – Cabeçote inteiriço e individual
Fonte: www.brasilcaminhoneiro.com.br
Na figura 11 podemos identificar as partes do cabeçote.
1 – Face de assento
2 – Dutos para óleo lubrificante
3 – Dutos para líquido de arrefecimento
4 – Corpo
5 – Câmara de combustão
6 – Sedes de válvulas
Figura 11 – Partes do cabeçote
Fonte: www.lionmotors.com.br
35
3.4.3 CÁRTER
O cárter representado na figura 12 é a parte inferior do motor, é a parte que
fecha o bloco, cobrindo as partes inferiores do motor. É no cárter que fica depositado
o óleo lubrificante do motor.
Figura 12 – Cárter
Fonte: www.automotive.arcelormittal.com
3.4.4 PISTÃO OU ÊMBOLO
Normalmente fabricado em liga de alumínio e com um formato cilíndrico, o
pistão é a parte móvel da câmara de combustão. É o pistão, ilustrado na figura 13,
que recebe a força da expansão dos gases queimados, transmitindo essa força para
a biela, por meio de um pino de aço, chamado de pino do pistão.
.
Figura 13 – Pistões
Fonte: www.dragsterturbo.com.br
36
3.4.5 BIELA
Fabricado em aço forjado, a biela ilustrada na figura 14, é a ligação entre o
pistão e o virabrequim, ilustrado na figura 15, recebendo o impulso do pistão e
transmitindo-o ao virabrequim. Esse conjunto biela/virabrequim transforma o
movimento retilíneo do pistão em movimento rotativo do virabrequim.
A biela divide-se em três partes: cabeça, corpo e pé.
Figura 14- Bielas
Fonte: www.centralpress.com.br
Figura 15 – Conjunto Biela- pistão
Fonte: www.insidemotors.com.br
37
3.4.6 VIRABREQUIM
Fabricado em aço forjado ou fundido, o virabrequim mostrado na figura 18, fica
na parte inferior do motor e recebe as bielas que são responsáveis por lhe transmitir
movimento, é o eixo do motor propriamente dito.
O virabrequim é o componente principal na transmissão de força de rotação
para os outros componentes móveis do conjunto.
Apresenta dois tipos de mancais:
Excêntricos - ligados às cabeças das bielas.
De centro - que sustentam o virabrequim ao bloco.
Na figura 19 podemos ver o conjunto desses componentes montados
Figura 16 – Virabrequim
Fonte: www.solucoesindustriais.com.br
Figura 17 – Conjunto virabrequim, bielas e pistões montados
Fonte: dfretificademotores.blogspot.com.br
38
3.4.7 VELA DE IGNIÇÃO
As velas de ignição, ilustradas na figura 16, são dispositivos elétricos, que ficam
enroscados na cabeça do cilindro do motor. A vela tem como função conduzir a alta
tensão elétrica para dentro da câmara de combustão, convertendo-a em faísca para
inflamar a mistura ar/combustível.
Figura 18 – Velas de ignição
Fonte: prochaskarcentroautomotivo.com.br
3.4.8 BICO INJETOR
Os bicos injetores, ilustrados na figura 17, são dispositivos com pequenos
orifícios, responsáveis por injetar, de forma pulverizada e mediante grandes pressões
e/ou pulso elétrico o combustível na câmara de combustão.
Figura 19 – Bicos injetores
Fonte: www.cardieselmg.com.br
39
3.4.9 BRONZINA OU CASQUILHO
Fabricados com uma liga com grande quantidade de Cobre, Manganês e Zinco,
os casquilhos que são peças bipartidas, são colocados entre a biela e o virabrequim
para diminuir o desgaste entre as partes em atrito. Os casquilhos possuem um rebaixo
longitudinal que possibilita a lubrificação da superfície de contato. Elementos
representados na figura 20.
Figura 20 – Bronzinas ou casquilhos
Fonte: www.infomotor.com.br
3.4.10 VOLANTE
Fabricado em ferro fundido, o volante ilustrado na figura 21, é fixado no
virabrequim, e tem como função principal o armazenamento de energia mecânica nos
tempos de combustão e a transferência de torque do motor para caixa de transmissão,
através do disco de embreagem.
Figura 21 – Volante
Fonte: embreagem.wordpress.com
40
3.4.11 EIXO DE COMANDO DE VÁLVULAS
O eixo de comando de válvulas (Figura 22) é responsável pela abertura das
válvulas, nos tempos de admissão e escapamento. É acionado pelo virabrequim, por
meio de engrenagem, corrente ou correia dentada.
O eixo de comando de válvulas apresenta ressaltos que elevam o conjunto:
tucho, haste, balancim, para abrir as válvulas no momento certo.
Figura 22 – Eixo comando de válvulas
Fonte: www.lionmotors.com.br
3.4.12 VÁLVULAS
São dispositivos que permitem a entrada da mistura ar/combustível ou ar, a
saída dos gases queimados e vedam o cilindro quando estão fechadas.
As válvulas, ilustradas na figura 23, estão divididas em dois tipos: de admissão
e de escape.
3.4.12.1 VÁLVULA DE ADMISSÃO - abre-se para a entrada da mistura,
ar/combustível, ou apenas ar, para dentro dos cilindros.
3.4.12.2 VÁLVULAS DE ESCAPE - abre-se após a combustão, para a saída dos
gases queimados.
Figura 23- Válvulas
Fonte: www.infomotor.com.br
41
Motores mais modernos, utilizam mais de duas válvulas por cilindro, (figura 24)
para melhorar sua alimentação, o que resulta em aumento de rendimento.
Figura 24– Válvulas montadas no eixo de comando de válvulas
Fonte: economia.terra.com.br
3.4.13 PARTES COMPLEMENTARES
As partes complementares são os sistemas auxiliares indispensáveis ao
funcionamento do motor:
Sistema de alimentação de combustível
Sistema de alimentação de ar
Sistema de arrefecimento
Sistema de lubrificação e
Sistema elétrico.
3.5 MOTOR OTTO
Como citado anteriormente, em 1876 Nikolaus August Otto, inspirado nos
estudos de Beau de Rochas, construiu um motor com uma sequência de operação
em 4 tempos e ignição por centelha. O motor Otto utiliza a energia elétrica para dar
início a reação química. A vela de ignição é responsável por produzir a centelha ou
faísca elétrica.
No motor Otto o combustível é misturado ao ar fora da câmara de combustão.
42
3.6 MOTOR DIESEL
Como já citado anteriormente, Rudolph Diesel idealizou, em 1892, um novo
modelo de motor com ignição espontânea e sequência de operação em quatro tempos
e que ficou conhecido como motor Diesel. O motor Diesel não há vela de ignição, e
sim um bico injetor. Nesse tipo de motor a mistura do combustível com o ar acorre
dentro da câmara de combustão. O ar admitido é comprimido dentro da câmara de
compressão, em seguida acontece a entrada do combustível, que ao entrar em
contato com o ar, que está quente devido a compressão, inflama-se.
3.7 MOTOR DE QUATRO TEMPOS
São chamados de motores de quatro tempos aqueles que realizam seu ciclo
em quatro cursos do pistão, ou duas rotações do virabrequim. O ciclo do motor é
composto por quatro fases: admissão, compressão, expansão e escape.
3.7.1 MOTOR OTTO DE QUATRO TEMPOS
A seguir é descrita a sequência do ciclo Otto, ilustrado na figura 25:
Admissão
Com a válvula de admissão aberta e a válvula de escape fechada. O pistão vai
do PMS para o PMI, admitindo a mistura ar/combustível para dentro do cilindro.
Compressão
Com as válvulas de admissão e escape fechadas, o pistão vai do PMI para o
PMS, comprimindo a mistura. Antes do pistão atingir o PMS, a vela libera uma faísca,
iniciando a combustão.
Expansão
Ainda com ambas as válvulas fechadas, ocorre a expansão dos gases
provocada pela combustão. Essa expansão empurra o pistão do PMS para o PMI.
Escape
Com a válvula de admissão fechada, a válvula de escape se abre e o pistão vai
do PMI para o PMS empurrando os gases da combustão para fora do cilindro.
Esse tipo de motor é utilizado em: veículos de passeio, pequenos veículos de
carga, pequenos aviões e pequenas embarcações.
43
Figura 25– Ciclo do motor Otto de quatro tempos
Fonte: crv.sistti.com.br
3.7.2 MOTOR DIESEL DE QUATRO TEMPOS
A sequência de operação do motor Diesel, ilustrado na figura 26 é descrita a
seguir:
Admissão
Como a válvula de escape fechada, a válvula de admissão se abre admitindo
para dentro do cilindro apenas ar, então o pistão desloca-se do PMS para o PMI.
Compressão
Com ambas as válvulas fechadas, o pistão vai do PMI para o PMS comprimindo
o ar. Antes que o pistão chegue ao PMS, acontece a injeção do combustível, que se
mistura com o ar, que está aquecido por conta da compressão, iniciando a combustão.
Expansão
Ainda com ambas as válvulas fechadas, ocorre a expansão dos gases
provocada pela combustão. Essa expansão empurra o pistão do PMS para o PMI.
44
Escape
Com a válvula de admissão fechada, a válvula de escape se abre e o pistão vai
do PMI para o PMS empurrando os gases da combustão para fora do cilindro.
Esse tipo de motor é utilizado em: veículos para transporte terrestre,
embarcações de médio e pequeno porte e instalações industriais.
Figura 26 – Ciclo do motor Diesel de quatro tempos
Fonte: www.dosaltoproasfalto.com
3.8 MOTORES DE DOIS TEMPOS
Para o ciclo de quatro tempos exige-se duas rotações do virabrequim. Dugald
Clerk arquitetou, em 1878, o ciclo motor em dois tempos, seu objetivo era aumentar a
potência de motores do mesmo porte e simplificar o sistema de válvulas. O ciclo de
dois tempos ocorre em dois cursos do êmbolo; uma volta do virabrequim. Esse ciclo
pode ser utilizado para motores Otto e motores Diesel.
Os motores de dois tempos têm seu peso reduzido e apresentam uma
construção mais simples, porque não possuem válvula da admissão e escape, nem
comando de válvulas. O fato do motor de dois tempos concluir seu ciclo com apenas
45
uma volta do virabrequim, dá ao motor um ganho significativo de potência. Os motores
dois tempos funcionam em qualquer direção, por isso são empregados em
equipamentos como as motosserras.
Os motores de quatro tempos apresentam maior durabilidade do que os de dois
tempos, pois a lubrificação nos motores de dois tempos é menos eficiente, o que faz
com que as partes do motor se desgastem mais rápido. Partes de um motor ilustrado
na figura 27 a seguir;
Figura 27 – Corte de um motor dois tempos
Fonte: ciencia.hsw.uol.com.br
3.8.1 CICLO DE DOIS TEMPOS DO MOTOR OTTO
O ciclo de dois tempos do motor Otto acontece em dois movimentos do pistão:
um ascendente e o outro descendente.
No primeiro tempo, o pistão cria no cárter uma depressão, admitindo a mistura
ar/combustível/lubrificante, que entra pela janela de admissão e dirige-se para o
cárter, ao mesmo tempo o pistão comprime a mistura na câmara de combustão,
46
conforme na figura 28.
Antes do pistão atingir o PMS, acontece a faísca e a combustão. Os gases
produzidos expandem-se e empurram o pistão para baixo, dando início ao movimento
descendente.
Nesse movimento do pistão, os gases saem pela janela de escape. Em
seguida, a janela de transferência abre-se e a mistura, que está no cárter é forçada a
ir para o dentro do cilindro.
Figura 28 – Ciclo do motor Otto dois tempos
Fonte: www.motonline.com.br
3.8.2 CICLO DE DOIS TEMPOS DO MOTOR DIESEL
O ciclo de dois tempos do motor Diesel, representado na figura 29, assim como
no motor Otto, ocorre em dois movimentos do pistão: um ascendente e o outro
descendente.
Este tipo de motor possui um sobrealimentador, chamado de blower, que
empurra o ar para dentro do cilindro. Este motor tem grande aplicação nos ramos
industriais, offshore, marítimos e ferroviários.
No primeiro tempo, com o pistão no PMI, e os orifícios de admissão estão
descobertos e no cabeçote as válvulas de escape estão abertas. Então o ar é
empurrado pelo blower através dos orifícios de admissão. O ar que entra expulsa os
gases queimados, que saem pela válvula de escape que está aberta, fazendo assim
47
a limpeza do cilindro.
No segundo tempo, o pistão inicia seu deslocamento para o PMS, e na altura
de um ¼ do curso, o pistão obstrui os orifícios de admissão e as válvulas de escape
são fechadas. Nesse momento o cilindro fica cheio de ar limpo e então o pistão
continua seu curso ascendente rumo ao PMS, comprimindo o ar.
Antes do pistão atingir o PMS com o ar comprimido, à pressão e temperatura
ideais, uma determinada quantidade de diesel é pulverizada, realizando a combustão
e a expansão dos gases deslocando o pistão para o PMI. Ao chega a ¾ do curso as
válvulas de escape são abertas permitindo a saída dos gases queimados. Seguindo
seu curso o pistão descobre o orifício de admissão, permitindo a entrada de ar e
expulsando o restante dos gases queimados, fazendo a limpeza do cilindro, e
iniciando assim um novo ciclo.
Figura 29 – Ciclo de dois tempos do motor Diesel
Fonte: www.autoentusiastas.com.br
48
CAPÍTULO IV
4 ANÁLISE DO ÓLEO LUBRIFICANTE
4.1 INTRODUÇÃO
Ao longo da história, sempre buscou-se a redução do atrito entre peças em
movimento. Até os dias de hoje, o fenômeno do atrito é estudado, devido sua
complexidade. O atrito gera nos componentes um estado de tensão e deformação
difícil de ser solucionado, devido a não existência de uma boa modelagem para esse
fenômeno. Na figura 30, podemos ver a representação de um atrito sem lubrificação.
Figura 30 – Atrito sem lubrificação
Fonte:www.vestibular1.com.br
Porém é possível reduzir, e muito o atrito utilizando lubrificantes. Parte-se do
princípio de que o atrito fluido é sempre menor que o atrito sólido, assim sendo a
lubrificação consiste na interposição de uma substância fluida entre duas superfícies
atritantes. A película lubrificante é ilustrada na figura 31.
Figura 31 – Película lubrificante
Fonte: tecmecanico.blogspot.com.br
49
4.2 CLASSIFICAÇÃO DOS LUBRIFICANTE
Os lubrificantes podem ser classificados como gasosos, líquidos, sólidos ou
semissólidos.
Lubrificantes gasosos: de uso restrito, são aplicados quando não se pode
utilizar outro tipo de lubrificante. São exemplos desse tipo de lubrificante o ar,
nitrogênio e gases halogenados.
Lubrificantes líquidos: de forma geral, são os mais aplicados na indústria. Um
líquido para ser considerado um lubrificante de boa qualidade deve ser capaz
de formar uma película fluida de boa espessura entre as superfícies atritantes,
sendo esta película capaz de absorver os choques causados pelos esforços
externos, manter separadas as superfícies sólidas, e ter características
aderentes de forma a manter-se sempre em contato íntimo com as superfícies
a serem lubrificadas.
Lubrificantes sólidos: apresentam características como baixa resistência ao
cisalhamento, estabilidade a temperaturas elevadas, alto índice de transmissão
de calor, alto índice de adesividade, ausência de impurezas abrasivas, são
alguns dos fatores que determinam a escolha de alguns sólidos como
lubrificantes. Carbonos cristalinos (grafita) apresentam todas estas
características, sendo assim, é o lubrificante sólido mais utilizado.
Lubrificantes semissólidos: mais conhecidos como graxas, são utilizados
quando o emprego dos líquidos não é recomendado. As graxas apresentam
alta viscosidade, são compostas de misturas de óleos lubrificantes (mineral ou
sintético) com um produto sólido ou semissólido e aditivos, chamados de
sabão.
4.2.1 CLASSIFICAÇÕES SAE DE VISCOSIDADE
A SAE (Sociedade dos Engenheiros Automotivos), classifica os óleos segundo
sua viscosidade. Quanto maior é o número, mais viscoso é o óleo lubrificante.
Os óleos lubrificantes são subdivididos pela SAE em três grupos:
Óleos de verão: São óleos que trabalham em alta temperatura sem que haja o
rompimento da película lubrificante. Este tipo de óleo tem sua viscosidade
medida em altas temperaturas; os testes feitos nos óleos de grau de verão
50
conferem a operabilidade do lubrificante em altas temperaturas, garantindo
assim proteção em regimes extremos. Óleos de verão: SAE 20, 30, 40, 50, 60;
Óleos de inverno: são óleos que permitem uma fácil e rápida movimentação
das partes móveis do motor e do próprio óleo em baixas temperaturas ou na
partida a frio do motor. A viscosidade é medida a baixas temperaturas e
acompanhando o número de classificação tem uma letra W de winter que, em
inglês, significa inverno. Óleos de inverno: SAE 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W;
Óleos multiviscosos: são óleos que atendem a ambas exigências desta forma
um óleo multigrau SAE 20W40 se comporta a baixa temperatura como um óleo
20W reduzindo o desgaste na partida do motor ainda frio e em alta temperatura
se comporta como um óleo SAE 40, tendo uma ampla faixa de utilização. Óleos
multiviscosos (inverno e verão): SAE 20W-40, 20W-50, 15W-50.
4.2.2 CLASSIFICAÇÃO API
A API, Instituto Americano de Petróleo, estabelece um sistema de classificação
para óleos, baseando-se em níveis de desempenho dos óleos lubrificantes. As
classificações são simbolizadas pela série S, para motores a gasolina apresentada na
figura 32, e série C, para motores diesel, apresentada na figura33, acompanhados da
sequência crescente das letras do alfabeto.
Figura 32 - Classificação API série S
Fonte: www.lubrichap.com.br
51
Figura 33 – Classificação API série C
Fonte: www.lubrichap.com.br
4.3 A LUBRIFICAÇÃO AUTOMOTIVA
O sistema de lubrificação é de fundamental importância para o funcionamento
do motor. Este sistema é o responsável pela preservação e vida útil dos componentes
móveis do motor de combustão interna. O sistema de lubrificação tem as seguintes
funções no motor:
Lubrificar os componentes do motor e prevenir o desgaste
Reduzir o atrito
Proteger peças do motor contra ferrugem e corrosão
Manter limpas as peças do motor
Reduzir os depósitos na câmara de combustão
Resfriar as peças do motor
Proporcionar vedação contra as pressões da combustão
Ser antiespumante
Contribuir para a economia de combustível
Permitir uma partida fácil
Para completar estas funções, o lubrificante deve ter:
Uma viscosidade adequada, de preferência constante.
Oleosidade, para assegurar aderência aos rolamentos.
Alta resistência de filme, a fim de evitar o contato metal a metal quando sob
52
carga pesada.
Não tendência à corrosão ou a atacar qualquer parte do motor.
Um ponto de fluidez baixo, para permitir o fluxo do óleo até a bomba, nas baixas
temperaturas.
Não tendência para a formação de depósitos, quando em contato com o ar,
água, combustível ou os produtos da combustão.
Capacidade de limpeza, para remover depósitos do motor.
Propriedades dispersora para desmanchar e carregar materiais estranhos no
óleo.
Característica antiespumante, que permite ao óleo expulsar o oxigênio que irá
provocar a oxidação.
Segurança, não sendo tóxico, inflamável ou explosivo.
4.4 TIPOS DE SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO
Por salpico: geralmente utilizada como parte da lubrificação principal no motor.
Devido ao movimento da árvore de manivelas e a biela, o lubrificante que está
no cárter é borrifado nas paredes do cilindro.
Por mistura de óleo e combustível: sistema utilizado em alguns motores Otto
de dois tempos, o óleo lubrificante é misturado ao combustível em quantidades
preestabelecidas.
Por bomba a cárter seco: utilizado em carros de alto desempenho e de
competição ou motores que precisam trabalhar em qualquer posição. Neste
sistema, ao invés de ser armazenado no cárter, o óleo é enviado por uma ou
mais bombas a um reservatório, passando antes por radiadores de óleo para
que seja resfriado. Do reservatório o óleo é enviado sob pressão para locais
específicos no motor (por exemplo, na junção da cabeça do pistão com a biela).
Então o óleo escorre para o cárter por força da gravidade e é enviado, através
da bomba de circulação, novamente para o reservatório, reiniciando o ciclo.
Sistema convencional: este sistema usa a pressão da bomba de óleo para
alcançar as várias canalizações de óleo no motor. Os munhões e os moentes
do virabrequim dispõem de furos de lubrificação por onde o óleo sobre pressão
chega às bielas. Os canais de lubrificação também levam o óleo até as peças
53
do cabeçote. As bielas possuem canalização interna, que vai da cabeça ao pé
da biela, chegando ao pino do pistão, despejando o óleo que resfria o pistão.
Frequentemente, neste tipo de sistema, usa-se jateadores de óleo, que
despejam jatos de óleo em direção aos pistões ou cilindros.
4.5 COMPONENTES DO SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO
O sistema de lubrificação é constituído, basicamente, pelos seguintes
componentes:
Bomba – a bomba de óleo é responsável por sugar o óleo lubrificante do cárter
e levá-lo, sob pressão, aos canais de lubrificação do motor. Existem vários tipos de
bombas de óleo, as mais comuns são as bombas de engrenagens e de rotor.
Filtro de óleo – devido ao funcionamento do motor, é comum que o óleo dissolva
e disperse uma certa quantidade de impurezas. Para garantir que óleo circule no motor
livre de partículas estranhas, que mesmo pequenas, podem causar danos e desgaste
aos componentes, utiliza-se o filtro de óleo. O óleo entra no filtro, e segue uma
trajetória circular de alta velocidade dentro do filtro, o papel cheio de resina retêm as
impurezas do óleo. Se a quantidade de impurezas for excessiva ao ponto de entupir
o filtro, o mesmo possui uma válvula de segurança que desvia o óleo do filtro quando
a pressão interna atinge um valor determinado, evitando o entupimento do sistema. O
filtro possui, também uma válvula de retenção que tem como função manter o filtro
cheio de óleo, mesmo que o motor esteja desligado.
Pescador de óleo – o pescador consiste em um tubo de material metálico ou
de plástico, com uma extremidade aparafusada ao bloco, e a outra mergulhada no
óleo contido no cárter. Esta extremidade possui uma pequena rede metálica que
funciona como um filtro, evitando que impurezas macroscópicas atinjam os canais de
lubrificação, causando desgaste ou entupimento.
Radiador de óleo – o radiador de óleo tem a função de resfriar o óleo
lubrificante, por meio de um fluxo de ar que passa através da sua colmeia.
Vareta do nível de óleo - A vareta mede o nível de óleo do motor, que deve
estar na marcação MAX, ou entre a marcação MAX e MIN, nunca deve estar em MIN
ou abaixo disso sob o risco de comprometer a lubrificação do motor.
Cárter – Conforme o item 3.3.3, o cárter é a parte que fecha o bloco, cobrindo
as partes inferiores do motor. É no cárter que fica depositado o óleo lubrificante.
54
O sistema de lubrificação deve prover lubrificação para os seguintes
componentes:
Mancais da (s) árvore (s) de comando de válvulas;
Mancais da árvore de manivelas;
Paredes do cilindro;
Cabeça do pistão;
Pé da biela com pino do pistão;
Munhões e moentes da árvore de manivelas.
4.6 ADITIVOS
Os aditivos são produtos químicos específicos adicionados, em concentração
adequada, ao óleo lubrificante, afim de melhorar o rendimento de uma de suas
qualidades, ceder novas propriedades ou eliminar propriedades indesejáveis.
Segundo o manual de lubrificação automotiva do posto Ipiranga, os principais
aditivos utilizados nos óleos lubrificantes para motor e transmissão são:
• Antioxidante
• Detergente Inibidor
• Dispersante
• Inibidor de Ferrugem
• Antidesgaste / Extrema Pressão (EP)
• Antiespumante
• Abaixador do Ponto de Fluidez
• Modificador de Viscosidade
• Inibidor de Corrosão
• Desativador de Metais
O óleo lubrificante tem funções primordiais para o bom funcionamento do
motor, e a partir de sua análise é possível obter informações sobre as:
Condições do óleo lubrificante: avalia-se as propriedades físico-químicas do
óleo lubrificante para assegurar a eficiência da lubrificação.
Condições do motor: analisa-se as substâncias estranhas em suspensão no
óleo para avaliar as condições da máquina.
55
4.7 A ANÁLISE DO ÓLEO LUBRIFICANTE
Segundo Galvani, uma lubrificação só poderá ser correta quando: um ponto de
lubrificação recebe o lubrificante correto, no volume certo e no momento exato.
A lubrificação correta e o monitoramento contínuo são um dos principais
responsáveis pela longa vida útil de veículos, máquinas ou equipamentos.
Segundo o manual da empresa Lubrikol, qualquer óleo lubrificante
independente de sua marca sofre inúmeras contaminações durante o uso, que o
colocam fora de condições técnicas de lubrificar adequadamente, expondo os
componentes mecânicos a elevados níveis de desgastes prematuros e altos riscos de
quebra.
É claro, que não há a possibilidade de se eliminar todas as contaminações as
quais o óleo lubrificante está exposto durante o seu uso. Porém, pode-se manter estas
contaminações, que são extremamente prejudiciais, dentro dos limites, para garantir
que o óleo que está em uso apresente uma lubrificação adequada e segura.
Para garantir está lubrificação adequada e segura, segundo o manual da
Lubrikol, é indispensável estabelecer e implantar um programa de análises de óleo
lubrificantes, pois para manter o óleo em uso dentro dos padrões técnicos aceitáveis
de uma boa lubrificação é necessário monitorá-lo frequentemente através de análises.
É fundamental que o monitoramento do óleo através das análises seja
frequente, pois as contaminações ao óleo podem ocorrer de maneira repentina e em
níveis críticos, muito antes do período determinado para a troca. Assim sendo, se não
houver um frequente monitoramento do óleo em uso, haverá um comprometimento
total da lubrificação resultando em desgastes e quebras prematuras, até que chegue
o período determinado para a troca, e o óleo seja substituído.
Porém, apenas a troca do óleo contaminado não resolve o problema, uma vez
que se a análise do óleo não for realizada, o novo óleo iniciará um novo ciclo e será
contaminado, já que a causa da contaminação não foi identificada, causando mais
desgastes. Também pode acontecer do óleo em uso chegar ao período estipulado
para a troca sem sofrer contaminações críticas, podendo seguir em uso por mais
algum tempo, neste caso jogaria-se fora um óleo ainda em condições, fato que não
ocorreria se uma análise do óleo lubrificante estivesse sendo feita frequentemente.
Assim sendo, para se atingir uma lubrificação tecnicamente adequada a única
maneira é a implantação de um programa de análises do óleo lubrificante, resultando
56
na redução de gastos com reposição de peças, mão de obra, horas paradas e volume
de óleo lubrificante consumido.
A análise de óleo consiste em um estudo feito a partir da quantidade, da forma,
da composição e do tamanho das partículas encontradas no óleo. A partir deste
estudo é possível obter informações a respeito das condições das superfícies em
movimento, sem que haja a necessidade de desmontagem do motor. Essas partículas
são produzidas pelo atrito dinâmico entre as peças durante o funcionamento do motor.
Através da análise das partículas pode-se comparar as situações de desgaste do
motor e pode-se atribuí-las a condições físicas ou químicas, como viscosidade, acidez
total, basicidade total, e também a concentração de partículas metálicas que se
encontram no óleo.
Todas as peças que compõem um motor de combustão interna, apresentam
um tempo de vida útil, que varia de acordo com a função da peça. Através da análise
do óleo é possível analisar as condições dessas peças, essa análise, permite apontar
se há desgaste de alguma peça do motor.
Essas análises realizadas no óleo lubrificante são feitas em laboratório,
utilizando-se reagentes, instrumentos e equipamentos.
A ANÁLISE DO ÓLEO LUBRIFICANTE EM USO PODE DETECTAR:
Deficiência de operação ou mecânica
Deficiências no sistema de admissão
Deficiências no sistema de alimentação
Deficiências no sistema de refrigeração
Deficiência no manuseio do óleo
Aplicação inadequada do lubrificante
Desempenho do óleo em serviço
Sabotagem
57
4.7.1 AMOSTRA
A amostragem correta é o início de um programa de manutenção preditiva bem-
sucedido.
Amostra é definida como sendo uma pequena porção de alguma coisa dada
para ver, provar ou analisar, a fim de que a qualidade do todo possa ser avaliada ou
julgada. Logo, uma determinada quantidade de um produto, como o lubrificante, só é
uma amostra se contiver as reais características e propriedades do todo.
Segundo Nepomuceno, para que os resultados das análises sejam válidos e
tenham utilidade, as amostras devem ser colhidas com o óleo fluindo no sistema, na
temperatura operacional, e depositadas em recipientes limpos.
1. Para a coleta são utilizadas bombas manuais que sugam a amostra de
lubrificante do reservatório ou cárter, e envia diretamente ao frasco de
amostragem. Para evitar confusões, a amostra deve ser rotulada
imediatamente. Para que se possa avaliar e julgar a amostra, é necessário que
a amostra esteja acompanhada das seguintes informações:
Descrição do equipamento e tipo de serviço;
2. Identificação do lubrificante usado;
3. Tempo de serviço do óleo desde a última troca. Isto é primordial para uma
interpretação mais precisa dos resultados. E deve ser fornecida no documento
impresso de solicitação de coleta e envio de amostras e na etiqueta;
4. Volume de reposição no período;
5. Informação de reparos, mudanças, trocas, etc;
6. Série do compartimento (sempre que possível).
Então, a amostra é enviada ao laboratório, onde o analista selecionará os testes
a serem feitos, baseando-se no tipo e grau do óleo, equipamento de origem e,
frequentemente, mediante um exame sensorial.
58
4.8 TÉCNICAS DE ANÁLISE DE ÓLEO
Existem várias técnicas e métodos de análise de óleo para se obter
diagnósticos finos e precisos de problemas em motores.
Entre os principais métodos utilizados estão:
-Teor de água
-Espectrometria
-Ferrografia
-TBN e TAN
-Insolúveis
-Viscosidade
-Ponto de fulgor
4.8.1 TEOR DE ÁGUA
O teor de água é a quantidade de água em solução de óleo. Em grande parte
dos sistemas de lubrificação a contaminação do óleo por água é indesejada, pois
causa danos como:
Formação de emulsões;
Falha ou ineficiência de lubrificação em pontos críticos;
Impede a ação de aditivos;
Formação de borras, que pode entupir telas, filtros ou tubulações;
Contribuição para a corrosão das superfícies metálicas em certos casos.
Os métodos de ensaios mais utilizados para detecção de água no óleo são:
Crepitação – É o mais conveniente ensaio quantitativo para saber da presença
de água no óleo, segundo Nepomuceno. O ensaio consiste em pingar algumas
gotas de óleo em uma chapa aquecida a 120°C. Se o teor de água for maior
que 0,1% ouve-se ruído típico de crepitação.
Destilação – Destila-se parte da amostra do óleo e em seguida o volume de
água obtido é medido. O valor prático mínimo de detecção é 0,1%.
Karl Fisher – Este ensaio é feito através de um processo de titulação com
reagentes específicos. Segundo Nepomuceno, o método Karl Fisher tem a
59
vantagem de poder determinar tanto a concentração de água livre quanto de
água dissolvida, na faixa de partes por milhões. Normalmente ele é apenas
empregado em óleos industriais relativamente limpos ou em óleo de motores
sem uso, pois os resíduos da combustão em óleos de motor usados podem
originar depósitos nos sensitivos eletrodos do aparelho.
4.8.2 ESPECTROMETRIA
Basicamente, a espectrometria é uma técnica que identifica todos os elementos
químicos presentes no lubrificante, fornecendo uma análise quantitativa das partículas
presentes no lubrificante. Essa técnica pode ser realizada pelo método da absorção
atômica ou de emissão ótica.
Os ensaios de espectrometria indicam o estado de desgaste do equipamento,
apresentando dados precisos sobre o conteúdo das substâncias metálicas, como
níquel, ferro, chumbo, alumínio, entre outras; e também fornece dados sobre
contaminações externas, por exemplo o silício. A espectrometria também pode avaliar
os aditivos encontrados no óleo lubrificante.
O ensaio consiste em introduzir a amostra colhida em uma câmara de
combustão, onde os materiais são fragmentados até seu nível atômico. A identificação
é possível porque cada elemento químico apresenta frequências particulares.
Através da identificação dos contaminantes metálicos é possível realizar as
correções para que não haja maiores danos ao equipamento. Para exemplificar essa
identificação, podemos citar a presença do cromo, que pode ser causado pelo
desgaste dos anéis ou camisas (caso os mesmos sejam cromados) ou pode ser
causado pelo vazamento para o cárter refrigerante inibido com cromatos.
Vantagens da espectrometria
- Identifica todas as partículas presentes: desgaste, componentes químicos,
contaminantes.
- Apresenta alta sensibilidade na identificação de partículas menores de 1 mícron.
Desvantagens da espectrometria
- Apresenta baixa sensibilidade na identificação de partículas superiores a 2 mícrons.
- Não diferencia as partículas quanto ao tamanho ou quanto à forma
60
Tabela 2 - Alguns dos elementos mais importantes detectados, em motores de
combustão interna
Fonte: Malpica, Luis Gustavo Torquatro. Dissertação (mestrado) - Manutenção predi-
tiva de motores de combustão interna, à gasolina, através da técnica de análise de
lubrificantes.
Alumínio Pistão e espaçadores
Bário, magnésio Aditivos detergentes
Cálcio Poeira e aditivos detergentes
Cobre Metal do mancal anti-ficção e buchas
Cromo Anel e camisa do pistão
Estanho Mancais e buchas, anéis e selos
Ferro Engrenagens, rolamentos, paredes dos
cilindros, guias das válvulas, balancim,
anéis dos pistões, mancais de esferas
e de rolos, pistas dos mancais, pinos e
porcas de travamentos.
Fósforo Aditivos e refrigerantes
Silício Poeira e aditivos antiespumantes
Sódio Refrigerantes, água (em motores
marítimos)
4.8.3 FERROGRAFIA
A técnica de ferrografia, foi descoberta em 1971 por Vernon C. Westcott, um
tribologista de Massachusetts, Estados Unidos e desenvolvida com a colaboração de
Roderic Bowen e do “Naval Air Engineering Center dos EUA”, para fins militares, para
aumentar a confiabilidade no diagnóstico das condições das máquinas e para suprir
as limitações de outras análises. A partir de 1982 a ferrografia foi liberada para uso
civil, no Brasil a técnica só chegou em 1988.
A ferrografia consiste na análise das condições de desgaste dos componentes
de uma máquina, determinando a severidade, o tipo e o modo de desgaste através da
quantificação, da identificação da morfologia, acabamento superficial, coloração,
61
natureza e tamanho das partículas encontradas em suspensão na amostra de
lubrificante. Essa técnica pode ser aplicada em óleos ou graxas de qualquer
viscosidade, consistência e opacidade. A técnica de ferrografia satisfaz os requisitos
exigidos pela manutenção preditiva e ainda pode ser empregada na análise de falhas
e na avaliação rápida do desempenho de lubrificantes.
Princípios da Ferrografia:
- Toda máquina sempre apresenta desgaste;
- O desgaste sempre gera partículas;
- O tamanho e quantidade das partículas indicam a severidade do desgaste;
- A morfologia e o acabamento superficial das partículas indicam o tipo de desgaste.
As Análises Ferrográficas dividem-se em: Analítica e Quantitativa
4.8.3.1 FERROGRAFIA ANALÍTICA
Esse tipo de análise ferrográfica permite a identificação das causas do
desgaste através de exame visual da morfologia, da cor das partículas, verificação de
tamanhos, distribuição e concentração no ferrograma.
Através da análise por ferrografia analítica, as partículas de desgaste
classificam-se em cinco grupos que podem ser vistos na tabela 3. Os resultados são
apresentados em gráficos, conforme o exemplo apresentado na figura 35.
Tabela 3 – Classificação das partículas
Fonte: TELECURSO 2000 PROFISSIONALIZANTE. Mecânica - Análise de lubrifican-
tes por meio da técnica ferrográfica. São Paulo.
Classificação das partículas Causas
Ferrosas Esfoliação; corte por abrasão; fadiga de
rolamento; arrastamento; desgaste
severo por deslizamento.
Não-ferrosas Metais brancos; ligas de cobre; ligas de
metal patente ou antifricção.
Óxidos de ferro Óxidos vermelhos; óxidos escuros;
metais oxidados escuros.
62
Produtos da degradação do
lubrificante
Corrosão; polímeros de fricção.
Contaminantes Poeira de estrada; pó de carvão;
asbesto; material de filtro; flocos de
carbono.
As fotografias são a única maneira de mostrar, claramente, os aspectos dos
ferrogramas, a seguir, na figura 34, temos alguns exemplos de partículas:
Figura 34 – Partículas encontradas no óleo
Fonte: tecem.com.br
Figura 35 - Exemplo de um gráfico de resultado de ferrografia analítica típico
Fonte: tecem.com.br
63
4.8.3.2 FERROGRAFIA QUANTITATIVA
Esse tipo de análise ferrográfica permite que se possa classificar as partículas
conforme o tamanho e a quantidade. Na ferrografia quantitativa determina-se a
concentração de partículas de desgaste maiores que 5μm e menores que 5μm. O
acompanhamento da evolução destes valores permite avaliar as condições de
desgaste do equipamento. As análises são feitas no equipamento chamado
ferrograma, ilustrado na figura 36.
Figura 36 – Ferrograma
Fonte: tecem.com.br
Classificação das Partículas:
Large = L: maiores do que 5 microns
Small = S: menores ou iguais a 5 mícrons
Interpretações:
L + S = concentração total de partículas.
PLP = (L-S)(L+S)*100 = modo de desgaste
IS = (L2-S2)/diluição2 = índice de severidade
Exemplos de um gráfico de ferrografia quantitativa, são ilustrados a seguir nas
figuras 37 e 38, onde o desgaste deste redutor foi diminuído sistematicamente devido
ao aprimoramento dos procedimentos de manutenção, melhores materiais e
lubrificantes.
64
Figura 37 - Gráfico de ferrografia quantitativa
Fonte: tecem.com.br
Figura 38 - Gráfico de ferrografia quantitativa
Fonte: tecem.com.br
65
Evolução da concentração total de partículas. Não tendo sido acatadas as
recomendações, o compressor acabou parando em emergência.
Vantagens da ferrografia
- Detecção de partículas em ampla faixa de tamanhos: de 2 a 50 mícrons.
- Distinção das partículas pelo tamanho e forma.
- Facilidade de análise das partículas segregadas.
Desvantagens da ferrografia
- Não detecta todos os elementos presentes na amostra.
- Baixa sensibilidade na detecção de partículas menores que 1 mícron
4.8.4 ÍNDICE DE NEUTRALIZAÇÃO (TBN E TAN)
Os testes dos índices de neutralização são técnicas que permitem determinar
a quantidade e o caráter ácido ou básico dos óleos lubrificantes.
Os aditivos antidesgaste de óleos industriais são normalmente ácidos. Já os
óleos utilizados em motores de combustão são básicos. A análise da evolução da
acidez ou da basicidade é uma maneira de acompanhar o consumo de aditivos.
Ao envelhecer, o óleo que está em trabalho apresenta ácidos orgânicos como
resultado de sua oxidação. Por exemplo, um óleo hidráulico, no decorrer de sua vida
útil, percebe-se que sua acidez diminui com o tempo, (pelo consumo de aditivos, para
depois subir novamente) pela oxidação do óleo.
Ao longo da vida, um óleo de um motor diesel, apresenta uma diminuição na
basicidade. Isto porque os aditivos básicos estão neutralizando os ácidos gerados
pela combustão.
Tais características, ácidas ou básicas dos óleos lubrificantes dependem do
conteúdo de aditivos, da natureza do produto, do processo de refinaria e da
deterioração em serviço. As análises são feitas através do equipamento chamado
titulador, ilustrado na figura 39.
66
Figura 39 - Titulador automático TBN e TAN
Fonte: www.testoil.com.br
O índice de neutralização pode ser determinado através do método de
potenciométrico. Este método baseia-se no princípio eletrolítico: “ao colocarem-se
dois eletrodos de diferentes materiais em uma solução, é gerada uma diferença de
potencial entre eles”. Esta diferença potencial pode ser relacionada diretamente ao
valor de pH.
O valor do índice de neutralização, de acordo com o caráter ácido ou básico,
pode ser indicado da seguinte maneira:
4.8.4.1 TBN - Total basic number: é a medida da quantidade de ácido, em miligramas
de ácido clorídrico ou perclórico, que é expressa em termos de quantidade equivalente
de KOH (hidróxido de potássio), que se precisa para neutralizar as bases presentes
em um grama de óleo que reage com esses ácidos. O valor do teste de alcalinidade,
em óleos usados, comparados com resultados de ensaios realizados anteriormente
no mesmo óleo, o que permite a avaliação das transformações sofridas pelo óleo em
serviço.
4.8.4.2 TAN - Total acid number: é a medida de quantidade de base, em KOH, que se
precisa para neutralizar todos os componentes ácidos em um grama de óleo. TAN é
a medida de todas as substâncias presentes no óleo, com a capacidade de reagir com
o KOH. O valor deste teste de acidez, em óleos usados, comparado com valores de
testes realizados anteriormente no mesmo óleo, o que permite a avaliação das
transformações sofridas pelo óleo em serviço.
67
4.8.5 INSOLÚVEIS
Os insolúveis são substâncias encontradas nos lubrificantes, particularmente,
produtos da oxidação do óleo (borras, vernizes, resinas, gomas), fuligem da
combustão, degradação do óleo entre outros, que não são solúveis no óleo.
Este ensaio consiste em colocar em uma ampola de vidro graduado, uma
determinada quantidade de óleo, na qual foi acrescentada um solvente (pentano ou
tolueno), essa mistura é centrifugada. Ao terminar a centrifugação, uma parte do
líquido é retirada e adiciona-se mais solvente. Novamente, centrifuga-se o líquido. O
processo é repetido até que não haja mais alteração de cor do solvente. Por fim, seca
o solvente e pesa a amostra. O resultado final é dado em porcentagem de insolúveis
em peso ou em mg/l.
Outra maneira de realizar este ensaio é pesando uma membrana de filtro antes
e depois da passagem de um óleo que tenha sido dissolvido.
Ao empregar o pentano como solvente, dizemos que a medição foi dos
insolúveis totais. Já o tolueno como solvente é capaz de dispersar a maioria das borras
e de outros produtos de oxidação. A diferença encontrada entre as leituras com o
pentano e as do tolueno apontam o quanto o óleo está oxidado.
Esse ensaio permite que se determine a quantidade de sedimentos em
suspensão no óleo, porém é de suma importância a interpretação correta dos
resultados levando em conta o histórico do equipamento: um índice de insolúveis
baixo pode significar uma boa condição do óleo, porém, também, pode significar o
resultado de supersaturação do dispersante. Nesse caso, o óleo é exposto a um
volume de contaminante tão alto, que ocorre o fenômeno de sedimentação acelerada
com resultado altamente prejudicial ao motor.
4.8.6 VISCOSIDADE
A viscosidade é a mais importante propriedade físico-química do óleo, está
relacionada à velocidade de fluxo do óleo e garante a formação correta do filme
lubrificante.
A viscosidade pode ser definida como a resistência do fluido ao escoamento.
Acompanhar a viscosidade do óleo e mantê-la dentro dos limites estabelecidos para
sua aplicação é extremamente importante. O aumento da viscosidade pode
68
representar um empecilho à fluidez do óleo, com maior consumo de energia. Já a
viscosidade abaixo dos limites estabelecidos pode originar elevadas taxas de
desgaste.
Como já dito, a viscosidade é definida como a resistência do fluido ao
escoamento, esse ensaio consiste em medir o tempo que um fluido leva para escoar
por um tubo capilar, sob uma certa temperatura, entre duas marcas existentes em um
tubo aferido. A viscosidade cinemática é a resultante do produto entre esse tempo,
em segundos, e o fator do tubo. O ensaio é realizado em um viscosímetro,
equipamento ilustrado na figura 40.
Figura 40 – Viscosímetro
Fonte: www.pte.com.co
4.8.7 PONTO DE FULGOR
O ponto de fulgor é a temperatura, na qual o óleo, quando aquecido, desprende
os primeiros vapores que se inflamam rapidamente ao entrar em contato com um
chama.
Do ponto de vista da segurança, a determinação do ponto de fulgor de um óleo
é muito importante, a partir desse resultado é possível minimizar a ocorrência de
incêndios ou explosões.
O ensaio consiste em aquecer o óleo, em um aparelho adequado, que pode ser
69
visto na figura 41, até a temperatura na qual se desprendem vapores que, na presença
de ar, provoca um lampejo ao se aproximar da superfície do óleo uma pequena chama
piloto.
Figura 41 – Equipamento para determinar ponto de fulgor
Fonte: www.pensalab.com.br
O ponto de fulgor é o teste mais indicado na análise de óleos lubrificantes
utilizados em motores de combustão interna, pois permite dizer se o óleo lubrificante
que está em uso foi ou não contaminado pelo combustível.
4.9 VANTAGENS E DESVANTAGENS DA ANÁLISE DE ÓLEO LUBRIFICANTE
Essa técnica, apresenta como vantagem o fornecimento de informações que
não podem ser encontradas por outras técnicas, como uma possível contaminação do
óleo lubrificante do motor por combustível ou por água, ou também um excesso do
número de horas de uso do óleo, encontrada através do aumento da acidez total (TAN)
e da redução da basicidade total (TBN), já que, com o motor em funcionamento, os
aditivos básicos vão sendo consumidos na neutralização dos ácidos gerados durante
a combustão.
Outra vantagem apresentada pela análise de óleo lubrificante em motores é a
70
de permitir conhecermos a concentração de metais que estejam presentes no óleo,
tais como ferro, estanho, magnésio, silício, entre outros.
Entre as desvantagens apresentadas pela técnica de análises de óleo
lubrificante está a demora na obtenção dos resultados da análise das amostras de
óleo. Outra desvantagem encontrada nessa técnica é a não informação, por parte dos
fabricantes, dos valores máximos admissíveis da concentração de partículas
metálicas no óleo, o que acaba dificultando a implantação de um programa de
manutenção preditiva. A razão para essa não informação são comerciais, pois as
vendas de sobressalentes são uma das principais fontes de renda dos fabricantes, e
um programa de manutenção preditiva pode provocar na redução das vendas a médio
e longo prazo. Assim sendo, fica por conta do interessado criar, ao longo do tempo,
um banco de dados que permita determinar os valores máximos admissíveis, por meio
de diversas análises espectrométricas do óleo lubrificante.
71
A seguir será apresentado um guia para interpretação de análise de óleo usado:
Tabela 4 - Interpretação dos resultados das análises do óleo lubrificante
Fonte: tabela adaptada do IFF – CAMPOS. Apostila de Lubrificação
RESULTADOS DA ANÁLISE POSSÍVEIS CAUSAS
REDUÇÃO DA VISCOSIDADE Passagem do combustível para
o óleo;
Complementação do nível do
óleo com óleo de menor
viscosidade.
AUMENTO DA VISCOSIDADE Oxidação;
Intervalos muito longos entre as
trocas de óleo;
Motor que trabalha com
superaquecimento;
Filtro de óleo saturado;
Anéis de seguimento em mal
estado;
Contaminação por água e/ou
fuligem;
Óleo de péssima qualidade;
Entrada falsa de ar não filtrado;
Complementação com óleo
mais viscoso.
CONTAMINAÇÃO POR ÁGUA Condensação;
trincas no cabeçote;
Junta do cabeçote defeituosa
ou queimada;
Radiador de óleo com
vazamento;
Motor trabalhando em baixa
temperatura;
Contaminação externa;
Vazamento do meio
72
refrigerante;
Armazenamento incorreto;
Fonte externa.
ANÁLISE ESPECTROGRÁFICA
. Silício
. Cromo
. Alumínio
. Ferro
. Cobre
. Chumbo
. Níquil
. Boro
. Molibidênio
Problema no sistema de filtragem ou
entrada falsa de ar.
Desgaste dos anéis.
Desgaste dos pistões.
Desgaste das camisas.
Desgaste das bronzinas.
Desgaste dos mancais.
Desgaste das válvulas.
Vazamento d’água refrigerante
contendo anticongelante ou inibidor.
Desgaste de anéis de pistão
recobertos com camada de
molibdênio.
REDUÇÃO DO PONTO DE FULGOR Presença de combustível no
lubrificante.
AUMENTO DO PONTO DE FULGOR Mistura com outro tipo de lubrificante.
ALTO TEOR DE INSOLÚVEIS EM
PENTANO E TOLUENO
• Manutenção do filtro de ar
inadequada.
• Problemas na filtragem do óleo.
• Arrefecimento deficiente.
• Problemas na combustão.
73
QUEDA DO VALOR DO TBN
(NÚMERO BÁSICO TOTAL) OU
AUMENTO DO NÚMERO DE
NEUTRALIZAÇÃO
• Óleo de baixa qualidade.
• Intervalo de troca muito longo.
• Filtragem inadequada.
• Vazamento de água.
• Arrefecimento deficiente.
• Combustível com alto teor de enxofre
(diesel).
• Temperatura das paredes dos
cilindros muito baixa.
74
CAPÍTULO V
CONCLUSÃO
De acordo com o que foi apresentado no Capítulo I, o objetivo deste trabalho é
apresentar técnicas de manutenção preditiva aplicadas em motores de combustão
interna, com ênfase na técnica de análise do óleo lubrificante.
Estes objetivos foram alcançados, haja vista que, baseada em uma análise de
uma ampla bibliografia, este estudo identificou, descreveu e detalhou as técnicas de
análise do óleo lubrificante aplicadas em motores de combustão interna. Mostrando
que o óleo tem diferentes propriedades e através de sua análise conseguimos
identificar os diversos fatores que afetam a vida útil dos motores de combustão interna.
Concluímos através deste estudo, que vale a pena a implantação de um plano
Manutenção Preditiva, mesmo que no primeiro momento represente gastos com
investimentos e implantação. A médio e longo prazo haverá um redução de custos,
uma vez que a manutenção preditiva busca acompanhar, periodicamente, o estado
do equipamento, visando mantê-lo dentro de um conformidade, busca sempre uma
maior e melhor disponibilidade e confiabilidade
Como sugestões para trabalhos futuros, poderiam ser feitos estudos a respeito
de outras técnicas de manutenção preditiva aplicadas em motores de combustão in-
terna, como por exemplo a técnica de análise de vibração em motores, que devido a
sua complexidade apresenta poucos estudos a respeito, produzindo, assim, mais da-
dos estatísticos para comprovar a eficácia da aplicação da manutenção preditiva em
motores.
75
CAPÍTULO VI
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICAS
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76
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