TCC -MANUTENÇÃO PREDITIVA EM MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA POR ANÁLISE DO ÓLEO LUBIFICANTE

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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

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 III

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….

IV

“ 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

V

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.

VI

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.

VII

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 VIII

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 IX

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 X

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

XI

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 XII

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

XIII

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

XIV

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

XV

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.

16

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. 17

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 18

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 19

 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 20

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 21

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.

22

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

Ensaios elétricos

Viscosidade;

Corrente;

Número de neutralização (TAN e TBN); Tensão; Teor de água;

Isolação;

Insolúveis;

Perdas dielétricas;

Espectrometria;

Rigidez dielétrica;

Cromatografia gasosa;

Espectro de corrente ou tensão.

Tensão interfacial; Rigidez dielétrica; Ponto de fulgor. Ferrografia Ferrografia quantitativa; Ferrografia analítica. Análise

de

temperatura

termometria

– Fenômenos de viscosidade Líquidos penetrantes

Termometria convencional; Indicadores de temperatura; Pirometria de radiação; Termografia. Análise de vibrações

Forças

Nível global;

Células de carga;

Espectro de vibração;

Teste de pressão;

Pulso de choque.

Teste hidrostático; Teste de vácuo; Detecção de trincas.

Detecção de vazamentos

Inspeção visual Endoscopia ou boroscopia

Energia Acústica

Radiação ionizantes

Ultrassom;

Raios X;

Emissão acústica.

Gamagrafia.

23

Energia eletromagnética

Verificação de geometria

Partículas magnéticas;

Metrologia convencional;

Correntes parasíticas.

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.

24

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 25

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.

26

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

27

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.

28

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.

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 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. 30

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 31

 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.

32

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

33

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 34

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

35

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

36

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

37

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 38

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 39

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 40

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.

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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. 42

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.

43

 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 44

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, 45

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 46

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

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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

48

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 49

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

50

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 51

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 52

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. 53

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.

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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 55

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

56

4.7.1 AMOSTRA

A amostragem correta é o início de um programa de manutenção preditiva bemsucedido. 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.

57

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

58

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

59

Tabela 2 - Alguns dos elementos mais importantes detectados, em motores de combustão interna Fonte: Malpica, Luis Gustavo Torquatro. Dissertação (mestrado) - Manutenção preditiva 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, 60

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 lubrificantes 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.

61

Produtos

da

degradação

do Corrosão; polímeros de fricção.

lubrificante 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 62

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. 63

Figura 37 - Gráfico de ferrografia quantitativa Fonte: tecem.com.br

Figura 38 - Gráfico de ferrografia quantitativa Fonte: tecem.com.br

64

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.

65

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. 66

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 67

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 68

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 69

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.

70

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;

71



Contaminação externa;



Vazamento

do

meio

refrigerante; 

Armazenamento incorreto;



Fonte externa.

ANÁLISE ESPECTROGRÁFICA . Silício

Problema no sistema de filtragem ou entrada falsa de ar.

. Cromo

Desgaste dos anéis.

. Alumínio

Desgaste dos pistões.

. Ferro

Desgaste das camisas.

. Cobre

Desgaste das bronzinas.

. Chumbo

Desgaste dos mancais.

. Níquil

Desgaste das válvulas.

. Boro

Vazamento

d’água

refrigerante

contendo anticongelante ou inibidor.

. Molibidênio

Desgaste recobertos

de

anéis

com

de

pistão

camada

de

combustível

no

molibdênio. REDUÇÃO DO PONTO DE FULGOR

Presença

de

lubrificante. AUMENTO DO PONTO DE FULGOR

Mistura com outro tipo de lubrificante.

ALTO TEOR DE INSOLÚVEIS EM • PENTANO E TOLUENO

Manutenção

do

filtro

de

inadequada. • Problemas na filtragem do óleo. • Arrefecimento deficiente. • Problemas na combustão.

72

ar

QUEDA

DO

(NÚMERO AUMENTO

VALOR

BÁSICO DO

NEUTRALIZAÇÃO

DO

TOTAL) NÚMERO

TBN • Óleo de baixa qualidade. OU • Intervalo de troca muito longo. DE • Filtragem inadequada. • Vazamento de água. • Arrefecimento deficiente. • Combustível com alto teor de enxofre (diesel). •

Temperatura

das

cilindros muito baixa.

73

paredes

dos

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 interna, como por exemplo a técnica de análise de vibração em motores, que devido a sua complexidade apresenta poucos estudos a respeito, produzindo, assim, mais dados estatísticos para comprovar a eficácia da aplicação da manutenção preditiva em motores.

74

CAPÍTULO VI REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICAS

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J.,

Manutenção

Preditiva:

Caminho

para

a

excelência.

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http://www.tecem.com.br/, 20/05/2015

76