Tribologia e Lubrificação
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Tribologia e Lubrificação


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é a contribuição
predominante na maioria dos casos de rolamento.
\u2022 Outras Perdas por Atrito Durante o Rolamento
Nesta categoria são agrupados vários processos que ocorrem durante o rolamento
usando enegia.
Primeiro, pode-se citar a perda de energia causada pela falta de perfeição na geometria
do corpo rolante, por ex. imprecisão na forma esférica dos corpos rolamentos de um mancal de
rolamento, ou a presença de um partícula de poeira na pista de rolamento. Isto ocasionaria uma
componente de atrito devido à \u2018rugosidade\u2019, semelhante ao caso apresentado na Figura 1.20,
mas em menor escala.
Segundo, a perda de energia causada por deformação plástica das asperezas da
superfície de rolamento, já que essas superfícies não são perfeitamente lisas. O mesmo ocorre
com partículas contaminantes pressionadas entre as superfícies rolantes.
Por último, existem perdas de energia em sistemas de rolamentos que são
independentes da ação de rolamento, sendo as principais, o escorregamento existentes na
interface dos corpos rolantes e das gaiolas espaçadoras ( porta-esferas e porta-rolos em
mancais) e perdas devido à viscosidade do óleo ou graxa que podem estar presentes.
Todas as perdas correspondem a uma componente da força de atrito com uma ordem
de magnitude de cerca de 10-4, ou seja, não predominante em valor mas muitas vezes não
desprezáveis.
3.8.1 Leis do Atrito de Rolamento
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É difícil determinar leis quantitativas para o atrito de rolamento análogas àquelas do
atrito de escorregamento, porque cada um dos mecanismos citados anteriormente tem suas leis
próprias, diferentes dos outros, e o coeficiente de atrito dependerá da componente da força de
atrito mais importante para o sistema particular em consideração.
Entretanto alguma considerações gerais podem ser feitas:
1 - A força de atrito varia com a potência da carga na faixa de 1,2 a 2,4. Em sistemas
levemente carregados onde a deformação no contato é puramente elástica, a força de
atrito geralmente varia com a carga elevada a um expoente de ordem 1,3. Com cargas
pesadas, onde ocorre deformação plástica, o expoente será da ordem de 2,0.
2 - A força de atrito varia inversamente com o raio de curvatura dos elementos rolantes. 
3 - A força de atrito é menor para superfícies lisas do que para superfícies rugosas. De
fato, em quase todos os casos, o atrito de rolamento diminui com o tempo devido à
melhoria do acabamento superficial ocasionada pela ação de rolamento.
4 - A força de atrito estática é geralmente bem maior do que a dinâmica, mas a
dinâmica é pouco dependente da velocidade de rolamento, embora realmente diminua
um pouco com o aumento dessa velocidade.
Como resumo geral, pode-se dizer que a força de atrito de rolamento é uma fração muito
pequena da carga aplicada e é causada por diversos fatores.
3.8.2 Temperatura na Superfície de Escorreagmento
Para se ter um deslocamento relativo entre a superfíces em contato de dois corpos,
deve-se aplicar uma força o suficientemente grande para vencer a resistência de atrito. Com a
continuidade de escorregamento, essa força deve ser mantida e, desse modo, é injetada
energia no sistema. Essa energia é utilizada de vários modos, entre os quais deformação
elástica dos corpos em contato e seus suportes, deformação elástica e plástica das asperezas
nos pontos de contato, formação de partículas de desgaste, emissão de energia acústica e
calor. Na maioria dos casos, uma alta porcentagem da energia total fornecida é transformada
em calor na interface dos corpos em contato, elevando a temperatura acima da temperatura
ambiente.
Na grande maioria das situações em que ocorre escorregamento. O contato se dá não
em toda a área aparente de contato mas em algumas poucas junções isoladas. Como elas são
pequenas e recebem valores substânciais de energia térmica, sua temperatura é bem mais
elevadas do que as regiões superficiais vizinhas. A alta temperatura associada com essas
junções é, muitas vezes chamada de \u201ctemperatura momentânea\u201d (flash temperature). Durante
o escorregamento as junções são continuamente rompidas e refeitas e os \u201cpontos quentes\u201d na
superfície se deslocam. A temperatura momentânea atingida em qualquer desses pontos
quentes, entretanto, tende a ser aproximadamente constante sob condições constantes de
escorregamento.
A geração de calor e elevação de temperatura durante o escorregamento são
importantes por uma série de razões. Em muitos casos, a resistência mecânica de um dos
materiais em contato diminui drásticamente com a elevação da temperatura e é importante
calcular a temperatura durante o escorregamento para verificar se ela atinge valores críticos nas
condições de operação do sistema. Em outras ocasiões, utiliza-se um lubrificante que funciona
efetivamente somente abaixo de um temperatura, ou somente acima de uma determinada
temperatura, ou mesmo, se decompõe ao ser atingido um valor de temperatura.
É importante salientar que não é facil definir a temperatura de uma superfície resultante
do calor gerado no atrito, porque essa pode variar bastante em diferentes pontos da superfície.
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Entretanto, assumindo simplificações como a salientada acima e utilizando modelos também
simplificados, pode-se prever a ordem de grandeza da temperatura atingida durante o
escorregamento e mostrar quais variáveis do sistema influem na temperatura superficial.
O primeiro tipo de sistema a ser considerado é o caso uniaxial, representado por
exemplo, pelo escorregamento entre dois tubos que giram em contato de topo, um contra o
outro, conforme a figura 3.22.
Figura 3.22 \u2013 Rotação de cilindros em contato
Para este sistema, assumindo que o atrito é uniforme na área de contato e que a única
dissipação de calor do sistema é por condução através dos cilindros, pode-se demonstrar que:
\ue0bem=
\ue09e1,35 Pc\ue0c2ve t
1 /2\ue09f
[ J \ue09e\ue09ek 1\ue0c71c1\ue09f
1 /2\ue09ek 1\ue0c71c2\ue09f
1 /2\ue09f]
(3.34)
onde: \uf071m = elevação de temperatura;
Pc = pressão na área de contato;
\uf06d = coeficiente de atrito;
ve = velocidade de escorregamento;
t = tempo transcorrido após o início do escorregamento;
J = equivalente mecânico do calor;
ki, \uf072i, ci = condutividade térmica, densidade e calor específico dos corpos 1 e 2.
É uma característica deste, bem como de outros sistemas fechados, que a temperatura
na interface aumenta com a raiz quadrada do tempo.
Um exemplo prático de uso desse modelo pode ser o sistema de freio de um automóvel,
ou seja, as sapatas de freio e o tambor. É assumido que tanto as sapatas quanto o tambor tem
espessura infinita e a (Eq. 3.32) fornece a temperatura na interface quando se considera que a
pressão e o atrito são uniformes sobre a área total de contato. Embora essas sejam
considerações idealizadas, elas mostram quais são os fatores importantes que podem ser
modificados para variar a elevação de temperatura superficial do sistema.
O segundo tipo de sistema analisado é o de um corpo em contato com outro em uma
área limitada e movimentando-se sobre sua superfície de modo que a mesma região do
primeiro corpo entra em contato com diferentes regiões do segundo. Este sistema difere do
anteriormente considerado porque é atingida uma distribuição uniforme de temperatura o
primeiro corpo, enquanto o corpo com área de contato limitada é refrigerado pelas regiões frias
do corpo maior. Considerando o caso, bastante simplificado, em que o contato consiste de uma
junção circular de diâmetro 2r escorregando em uma superfície plana de outro material, figura
3.23, com velocidade moderada, 
Figura 3.23 \u2013 Modelo de Junção adotado
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