Apostila de QUÍMICA INDUSTRIAL - Lubrificantes

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QUÍMICA 
INDUSTRIAL
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Química Industrial
EMENTA
Abordagem dos processos de conservação de energia do âmbito 
da Química. 
II. OBJETIVOS GERAIS
Dar condições ao futuro engenheiro de interagir com os 
principais processos envolvidos nas suas atribuições no exercício 
da engenharia como a Lubrificação, a Corrosão e a Proteção 
Contra a Corrosão. 
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II. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Capacitar os estudantes de engenharia para a seleção, formas 
de uso e aplicação dos lubrificantes. 
Alertar os mesmos quanto às causas da corrosão, seus tipos, e 
as formas de proteção.
III. CONTEÚDO PROGRAMÁTICO
Lubrificantes industriais. Classificação, origem, composição, 
principais características dos mais comuns. Critérios de seleção 
características e propriedades.Viscosidade, Índice de 
Viscosidade, Ponto de Gota das graxas. 
Noções gerais sobre corrosão eletroquímica e sobre a proteção 
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Lubrificação e 
Lubrificantes
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Lubrificação
É um dos mais importantes processos de conservação de 
energia utilizados no mundo atual.
É a aplicação de uma substância (lubrificante) entre duas 
superfícies em movimento relativo para evitar o contato direto.
Evita-se as perdas de energia pela diminuição:
do atrito 
do desgaste 
e da geração de calor 
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Atrito
Um corpo só desliza sobre outro se for vencida a força
contrária imposta pela aspereza ou rugosidade das
superfícies de contato dos corpos (força de atrito)
SÓLIDO – ocorre entre corpos rígidos sem qualquer elemento entre 
eles
FLUIDO – se houver um fluido entre as superfícies. 
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Atrito
ESTÁTICO – Enquanto o corpo não se desloca
DINÂMICO – A partir do início do movimento. É menor que o estático já 
que não atua mais a força de inércia.
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Tipos de Atrito 
DESLIZAMENTO OU ESCORREGAMENTO
Quando uma superfície desliza sobre a outra (não é necessário
que as superfícies em contato sejam planas).
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Tipos de Atrito 
ROLAMENTO 
Um cilindro que rola sem deslizar sobre uma superfície horizontal para, 
porque atua sobre ele a força de atrito de rolamento.
É sempre menor que o atrito de deslizamento para superfícies de 
mesmo material e sob mesmas condições, portanto é mais fácil de 
vencer.
.
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Tipos de Atrito 
FLUIDO OU VISCOSO
Ocorre no movimento de um corpo em um fluido ou entre duas
superfícies em movimento relativo, separadas por uma fina película
contínua de fluido.
Há o deslizamento entre as moléculas do fluido e a resistência a esse
deslizamento é o atrito fluido ou viscoso.
É uma percentagem mínima do valor do atrito sólido e praticamente
não causa desgaste.
Esta é a base do princípio da lubrificação. O ato de lubrificar está
associado à aplicação da película do fluido que constitui o lubrificante.
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A película fluida lubrificante colocada entre duas superfícies em
movimento relativo se movimenta. Se o módulo da velocidade relativa é
pequeno, o movimento é dito laminar (sem turbulência).
O movimento relativo entre camadas vizinhas com velocidades
diferentes faz surgir uma força de cisalhamento entre as mesmas.
Essa força tenta frear a camada mais rápida e acelerar a camada mais
lenta e é chamada de resistência de cisalhamento. A soma de tais
resistências constitui o atrito fluido.
Basicamente, todos os
fluidos são
lubrificantes, alguns
melhores que os
outros.
• Até a água é um
lubrificante, mas a sua
oleosidade é baixa
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Tipos de Lubrificação 
eficiência do lubrificante = f (adesividade, coesividade)
oleosidade = adesividade + coesividade
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Tipos de Lubrificação 
Assim, a parte mais importante do processo de lubrificação está na
escolha do lubrificante adequado.
Os lubrificantes derivados de petróleo se mostram excelentes para a
maior parte das situações.
Possuem boas propriedades físicas, além de elevada oleosidade.
Hoje, o preparo do lubrificante a ser aplicado é complexo devido a alta
tecnologia associada ao estudo da lubrificação.
Há dois tipos básicos de lubrificação para a grande maioria dos casos.
Apenas os mancais de rolamento e alguns mecanismos especiais são
tratados particularmente.
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Lubrificação Limite (ou Restrita)
 A espessura da película é mínima basicamente é a soma das
espessuras da rugosidade de cada superfície, podendo ser
“monomolecular” (~10 µm)
Muitas vezes requer o uso de aditivos específicos como agentes
de oleosidade, antidesgaste e de extrema pressão.
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Lubrificação Hidrodinâmica (Total ou 
Plena)
 A espessura da película é superior à soma das espessuras
das camadas de rugosidade de cada superfície , separando-
as totalmente.
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É o caso mais comum e encontra aplicação em quase todas as
situações em que há ação contínua de deslizamento sem
ocorrência de pressões extremas.
A película contínua de lubrificante apresenta espessura
variável entre 0,025 mm e 0,25 mm, e os valores do
coeficiente de atrito são bastante baixos, da ordem de 0,001
à 0,03. O desgaste é insignificante.
Lubrificação Hidrodinâmica (Total ou 
Plena)
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Lubrificação Mista
Neste caso, podem ocorrer as duas
situações anteriores.
Quando uma máquina está parada, as
partes móveis estão apoiadas sobre as
partes fixas, havendo uma película
insuficiente.
Quando o movimento tem início surge a
pressão hidrodinâmica que faz surgir a
película que impede o contato.
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Princípios de Lubrificação 
 A lubrificação de mancais é a mais importante aplicação da
LUBRIFICAÇÃO HIDRODINÂMICA.
As rugosidades das superfícies metálicas oferecem resistência
a rotação do eixo no mancal, causando aquecimento e
desgaste se não houver a lubrificação.
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Princípios de Lubrificação 
A LUBRIFICAÇÃO LIMITE é aplicada quando a velocidade relativa entre
as superfícies é muito baixa, ou a pressão entre as superfícies é muito
alta ou ainda se o óleo não tem viscosidade suficiente para evitar o
atrito sólido.
É o caso de engrenagens submetidas a altas pressões (devido a pequena
área de contato dos dentes) e quando há combinação de movimentos
como de deslizamento e rotação.
.
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Princípios de Lubrificação 
A LUBRIFICAÇÃO COM GRAXAS é usada quando há tendência do
lubrificante fluir ou vazar da área que está sendo lubrificada.
A graxa é um lubrificante fluido engrossado a uma consistência de gel
pela adição de vários agentes espessantes.
.
.
• Os lubrificantes proporcionam a limpeza das
peças, protegendo contra a corrosão devida a
processos de oxidação, evitam a entrada de
impurezas, podem ser agentes de transmissão de
força e movimento.
• Um lubrificante deve ser capaz de satisfazer aos
requisitos da lubrificação industrial.
• Tanto os lubrificantes naturais como os sintéticos
podem ser sólidos, semi-sólidos ou pastosos,
líquidos e gasosos
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Substâncias Lubrificantes 
Lubrificantes Gasosos
• São de uso restrito geralmente em locais de difícil
penetração ou em lugares onde não seja possível a
aplicação dos lubrificantes líquidos convencionais.
• Alguns dos lubrificantes gasosos utilizados são ar
seco , nitrogênio e gases halogenados.
• Este tipo de lubrificação apresenta problemas
devido às elevadas pressões requeridas para
manter o lubrificante entre as superfícies além de
problemas de vedação.
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Lubrificantes Líquidos
• São os preferidos porque penetram entre partes 
móveis pela ação hidráulica , mantém as 
superfícies separadas e atuam como agentes 
removedores de calor.
Podem ser divididos em: 
• (a) óleos minerais 
(b) óleos graxos (vegetais ou animais) 
(c) óleos sintéticos
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Óleos minerais
• Produzidos a partir do petróleo.
• Composição muito variada, formados
por grande número de
hidrocarbonetos de três classes
principais: parafínicos, naftênicos e
aromáticos.
• A origem do petróleo predominante,acarreta grande variação de
características quanto à viscosidade,
volatilidade, resistência à oxidação,
etc.
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Óleos minerais
• Os óleos lubrificantes são produzidos como
alguns tipos de óleos básicos, que
constituem a matéria-prima para a
fabricação da grande variedade de óleos
lubrificantes existentes no mercado.
• Óleos minerais aditivados são encontrados
normalmente nos postos de serviço.
• Com especificação correta, eles atendem às
necessidades da grande maioria dos
motores dos carros nacionais.
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Óleos graxos
• Foram os primeiros lubrificantes a serem utilizados
pelo homem.
• A pequena resistência a oxidação apresentada
pelos óleos graxos faz com que os mesmos se
decomponham facilmente formando gomas.
• Foram substituídos pelos óleos minerais devido a
evolução das máquinas e das exigências de
desempenho.
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Óleos graxos
• Os vegetais normalmente
usados são: de rícino, de coco,
de oliva, de semente de algodão,
de mamona dentre outros.
• Animal: de baleia, de peixe, de
foca, de espermacete, de
mocotó, de banha (banha de
porco). São poucos, pois oxidam
facilmente.
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Quanto a origem, podem ser: vegetais ou animais
Óleos sintéticos
• Mistura complexa de
compostos e elementos
químicos. São óleos que
suportam altas condições de
cargas e temperaturas,
mantendo estáveis suas
características
• Os mais conhecidos são
aqueles a base de “glicóis
polialquílicos” (ou
polialquileno-glicóis).
Óleos sintéticos
• Usados em temperaturas que
variam desde valores abaixo de
zero grau centígrado até 400 ⁰C;
não formam resinas e não afetam
compostos de borracha natural ou
sintética.
• Podem ser solúveis em água ou
insolúveis, dependendo do tipo e
apresentam ampla variedade de
viscosidade.
Óleos sintéticos
• Tendem a manter a viscosidade
independentemente da temperatura
de funcionamento do motor, o que
evita a carbonização do motor.
• São produtos relativamente caros
para uso geral.
• Óleos minerais com aditivação
sintética atendem a motores
sofisticados, como os importados.
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Características físicas dos lubrificantes
• densidade
• densidade 20/4ºC
• Graus API = 141,5/densidade60/60
• ponto de fulgor e ponto de inflamação
• número de desemulsão: mede a capacidade que
possuem os óleos de se separarem da água 31
• ponto de névoa de um óleo: temperatura em que a parafina
ou outras substâncias semelhantes, presentes no óleo,
começam a se separar formando minúsculos cristais tornando
o óleo turvo.
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Características físicas dos 
lubrificantes
• ponto de fluidez: menor temperatura
na qual o óleo ainda pode escoar nas
condições do teste.
• resíduo de carbono
• perdas por evaporação
• extrema pressão
• viscosidade
• classificação SAE de óleos para carter de motores
• classificação ISO (international organization for 
standartization) 33
Características físicas dos 
lubrificantes
• A evolução tecnológica de
máquinas e motores trouxe a
necessidade do aumento dos
padrões de desempenho
apresentados pelos lubrificantes
a fim de atender a requisitos
cada vez mais exigentes.
• A aditivação tornou-se uma das
partes mais importantes da
evolução tecnológica dos
lubrificantes. 34
Aditivos para lubrificantes
• De acordo com as propriedades que atribuem aos 
óleos, os aditivos são classificados como: 
detergentes/dispersantes 
antioxidantes 
anti-corrosivos 
anti-espumantes 
extrema pressão 
aumentadores do índice de 
viscosidade
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Aditivos para lubrificantes
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Lubrificantes Semi- Sólidos ou Graxas 
Dispersões estáveis de sabões em óleos minerais ou sintéticos.
• O óleo fica preso numa trama de fibras de sabão
que se assemelha aos pelos de uma escova pela
ação de forças de atração.
• Se a graxa é submetida a tensões, as forças são
vencidas; o arranjo é desfeito, o lubrificante flui.
• Se a força cessa as fibras de sabão tendem a se
agrupar novamente devolvendo à graxa a
consistência inicial.
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Lubrificantes Semi- Sólidos ou Graxas
Componentes das Graxas 
• Basicamente as graxas compõem-se de um
lubrificante líquido e de um agente espessante.
• O lubrificante líquido pode ser: óleo mineral ou
óleos sintéticos.
• Os agentes espessantes podem ser ou não sabões
metálicos.
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Lubrificante líquido
• A seleção do lubrificante é função direta da
aplicação que deverá ser dada a graxa.
• Temperaturas de trabalho; velocidade e cargas
que deverão ser suportadas pela graxa
relacionam-se com a viscosidade do óleo mineral.
• Os óleos sintéticos podem substituir os óleos
minerais, para obtenção de produtos especiais
como por exemplo, graxas para temperaturas
muito baixas (-30º a - 60ºC) ou temperaturas
muito altas (20 a 150ºC). 39
Agente espessante 
• O mais usado é o sabão.
• O sabão (éster metálico de um ácido graxo), é
também um lubrificante e a formação da película
lubrificante se dá por polaridade da molécula.
• Os sabões mais comuns que dão consistência aos
óleos lubrificantes são os de sódio, cálcio,
alumínio e lítio. Cada tipo de sabão influencia
diferentemente as características da graxa obtida.
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Aditivos para Graxas 
São compostos químicos que adicionados ao
produto reforçam algumas de suas qualidades ou
lhe cedem novas ou ainda eliminam as
propriedades indesejáveis.
• Os mais usuais são: inibidores de oxidação,
inibidores de corrosão, agentes de oleosidade,
lubrificantes sólidos (grafite, bissulfeto de
molibdênio, mica e amianto pulverizado), agentes
modificadores da estrutura, agentes de extrema
pressão, agentes de adesividade. 41
Ensaios e Características 
das Graxas 
• Os ensaios a que são submetidas as graxas
costumam ser divididos em três grupos:
• ensaios de caráter geral
• ensaios especiais
• ensaios de desempenho
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Consistência
• Consistência é uma medida de
qualidade de graxas lubrificantes. O
aparelho de ensaio para medir a
consistência de uma graxa é o
penetrômetro.
• Para medir a consistência usa-se
um cone, um copo com o material
a ser analisado e uma escala em
décimos de milímetro. O ensaio é
feito a 25°C e mede-se quantos
milímetros o cone penetra na
massa.
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Consistência de graxas 
conforme tabela NLGI (National Lubricating Grease Institute). 
• Classe de consistência Penetração trabalhada 
(mm/10) 
00 400 – 430 
0 355 – 385 
1 310 – 340 
2 265 – 295 
3 235 – 255
• A quantidade de espessante usado na fabricação
influencia mais a consistência do que a
viscosidade do óleo básico.
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Ensaios e Características das Graxas 
• ponto de gota 
• estabilidade ao trabalho 
• viscosidade aparente 
• separação de óleo 
• corrosão
• oxidação 
• prova de carga 
• capacidade de bombeamento
• resistência à água 
• estabilidade 45
Lubrificantes Sólidos 
A finalidade é substituir a película fluída por uma
película sólida, principalmente em casos de
lubrificação limite.
• São usados para trabalho em altas temperaturas.
Podem ser misturados com lubrificantes líquidos
ou pastosos (graxas) para melhorar sua resistência
ao calor gerado pelo atrito entre superfícies.
• Os mais utilizados são: grafite coloidal, bissulfeto
de molibdênio e teflon. 46
Grafite
A principal vantagem dos lubrificantes grafitados é
sua capacidade de formar filmes sobre as
superfícies metálicas proporcionando assim baixos
coeficientes de atrito.
• Nas temperaturas ordinárias, o grafite não é
atacado por ácidos, álcalis e halogênios em geral:
não se combina com o oxigênio até que
prevaleçam temperaturas de ordem de 593ºC.
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Bissulfeto de molibdênio 
É usado em pó ou misturado com graxas ou óleos ou
como dispersão em água.
• Resiste a pressões extremas. A eficácia como
lubrificanteaumenta com a pressão desenvolvida,
assegurando a lubrificação em pressões superiores a
28.000 kg/cm² (muito acima do limite elástico de
qualquer metal).
• Apresenta coeficientes de atrito menores do que o
grafite, a temperaturas inferiores a 900ºC.
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Teflon
• O “teflon” pode ser utilizado como lubrificante,
apresentando baixo coeficiente de atrito.
• Resiste a quase todos os agentes químicos e
apresenta excelente resistência a oxidação.
• Pode ser incorporado em forma de pó ao metal
sinterizado para formar superfícies de mancais.
• Vantagens: aumenta a vida útil das peças,
diminuição do custo de manutenção, facilita a
limpeza, permite uma lubrificação mais eficiente,
mais prolongada e de melhor qualidade. 49