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 - 1 - SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO TRIBOLOGIA MANUAL DE INSTRUÇÕES

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SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO

TRIBOLOGIA

MANUAL DE INSTRUÇÕES

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Tribologia.

• Definição:

Introduzido na Inglaterra por volta da década de 60, significando o estudo do atrito, foi rapidamenteadotado pelas universidades e escolas técnicas da Europa, tendo como objetivo, a solução dosproblemas ligados ao atrito.

Áreas envolvidas:

No projeto de lubrificação de uma máquina ou equipamento, se faz necessário os conhecimentos dasáreas de: física, química, mecânica, além dos materiaisenvolvidos, seu grau de acabamento e do tipo de lubrificantea ser adotado.A figura 1 mostra o relacionamento das áreas básicasenvolvidas na lubrificação de uma máquina, onde: a  física (fabricante da máquina) é responsável pela análise dosatritos, a química  (fabricante dos lubrificantes) éresponsável pelo meio lubrificante e a mecânica (Dropsa) éresponsável pela técnica de lubrificação, utilizando-se deaparelhos adequados.

Sempre que realizamos um projeto de lubrificação, énecessário que os requisitos das três áreas sejam atendidos,pois caso contrário, certamente haverá problemas delubrificação na máquina.

Atrito.A norma DIN 50281 define o atrito como: “Atrito é a força que se origina da união das superfíciesde dois corpos, limitando ou impossibilitando ummovimento em sentido oposto por deslizamento,rolamento ou rotação”.Os conceitos de atritos são ilustrados na figura 2 ,

onde os atritos de repouso e de arranque nãoserão abordados.O atrito de movimento divide-se em dois,dependendo do tipo de movimento entre as duassuperfícies, podendo ser de deslizamento ou derolamento.O atrito seco é isento de lubrificação, sendototalmente sujeito ao desgaste.No atrito misto é aplicado uma lubrificaçãoparcial, onde o desgaste é menor que no atritoseco.

O atrito fluído é o ideal, pois proporciona umalubrificação total, com o desgaste quase nulo.

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Mancais de deslize: 

Um cuidado especial deverá ser tomando, quando do projeto dos canais de lubrificação destesmancais. Como regra, devemos evitar que os canais de lubrificação estejam na região de pressão,afim de não comprometermos o efeito da lubrificação hidrodinâmica.Nas figuras 3 e 4 podemos observar a distribuição das cargas de acordo com a localização do canalde lubrificação.Na figura 3 verificamos que a carga émelhor distribuída pelo mancal, através doefeito hidrodinâmico do lubrificante,

evitando o desgaste por concentração decarga.

Já na figura 4, podemos verificar que,devido a má localização do canal de entradado lubrificante, o efeito hidrodinâmico nãofoi corretamente estabelecido, permitindoaltas concentrações de carga em áreasreduzidas, aumentando assim, o desgaste domancal.Esta forma de construção não deve serassumida.

Guias deslizantes:

Também para as guias deslizantes, devemos observar certos procedimentos no projeto dos canais delubrificação. O que normalmente é encontrado são canais inadequados, e que acabam provocando,muitas vezes, o efeito “stick-slip” (deslize por solavancos), além de promover o levantamento das

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mesas (efeito macaco hidráulico, por não possuírem áreas de escape do lubrificante excedente),contribuindo assim, para o surgimento de defeitos na usinagem.

Na figura 5, apresentamos umasugestão, desenvolvida há décadas naEuropa, na construção dos canais delubrificação, tanto para guiasverticais, como também para ashorizontais.O traçado das guias verticais permiteque o lubrificante seja represado,

evitando desta forma, que escorrapara fora das guias.As distâncias entre os canais deveráser igual ao menor movimento damesa, e não necessariamente inferioras dimensões mostradas na figura 5.

Atualmente, cresce o número demáquinas equipadas com guiaslineares, onde temos um atrito por rolamento, permitindo um menor desgaste, além do aumento naprecisão de usinagem. Inicialmente eram lubrificadas com óleo, mas devido ao controle do meio

ambiente, tem-se dado preferência na utilização de graxa.Lubrificantes:

Vários são os fatores que interferem na escolha do lubrificante a ser utilizado. As empresas delubrificante, através dos seus departamentos técnicos, são capazes em determinar um lubrificantecorreto para cada necessidade.Devemos sempre verificar, se o lubrificante escolhido é compatível com o sistema de lubrificação aser adotado, principalmente no que se refere a vedações.Basicamente, podemos optar entre óleo ou graxa através da velocidade periférica. Por experiência,adotamos os seguintes valores:

Velocidade periférica [m/s] Lubrificante0 0,7 sólido0,4 2 graxa

1  5 {10} óleo

• Sólido: 

Normalmente aplicados em mancais de baixa rotação, ou de movimentos oscilatórios, utiliza-selubrificantes à base de “molibdênio” ou “grafite”.

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A presença de bissulfeto de molibdênio na graxa ou óleo, estabelece uma proteção extra nassituações de cargas elevadas, e em ambientes muito agressivos. Nessas situações, o filme delubrificante torna-se extremamente fino, podendo romper com facilidade.A adoção do aditivo sólido, à base de bissulfeto de molibdênio, reduz o contato metal-metal quepoderia gerar danos ao equipamento.Uma parte do bissulfeto de molibdênio, tende a ficar depositado nas reentrâncias do mancal,protegendo as superfícies metálicas, mesmo quando não houver quantidade suficiente delubrificante.O uso indiscriminado deste aditivo, como regra básica para as situações onde a graxa e o óleoconvencionais não foram suficientes, pode gerar danos substânciais, se aplicado em local errado.

• Graxa:

A graxa amplamente empregada nas indústrias é do tipo sabão de lítio, pois proporciona: boaresistência a lavagem por água, boa estabilidade ao cisalhamento e proteção contra oxidação ecorrosão (desde que aditivadas com os respectivos inibidores).Afim de evitar o ressecamento da graxa, quando utilizada em sistemas de lubrificação centralizada,recomendamos a utilização do aditivo “EP” (extrema pressão), normalmente fósforo e enxofre.

As graxas são normalmente formadas com ±8% de sabão, que podem ser: cálcio, alumínio, lítio,etc., e cerca de 90% de óleo lubrificante, além dos aditivos.

Classificamos os lubrificantes em “Newton”  e “Não Newton”, podemos verificar que o óleo,pertencente ao grupo “Newton”, mostra uma dependência linear e começa a fluir já a partir doesforço de cisalhamento igual a 0 (zero).As graxas por sua vez, são classificadas como “Não Newton”, e não mostram uma dependêncialinear, pois não há escoamento com pequenos esforços de cisalhamento. Ocorrendo inicialmenteuma deformação plástica, e somente após o esforço de cisalhamento ter atingindo valores mais altos,é que haverá uma fluidez.Em outras palavras, a graxa sofre uma compressibilidade ao ser bombeada, impedindo que fórmulassimples sejam utilizadas no dimensionamento da tubulação (perda de carga x    do tubo), devendoesses valores serem obtidos por experiência.

Dependendo do tipo de sabão e do seu processo de fabricação, as graxas apresentam umacompressibilidade média de 0,2 a 1%.No projeto de sistemas de lubrificação de linha dupla, normalmente utilizados em grandesinstalações, é muito importante a consideração do volume comprimido na tubulação, que porsegurança adotamos 2%.

As graxas são classificadas, segundo a NLGI (National Lubricating Grease Institute) de acordo coma penetração de um cone padrão em uma amostra trabalhada, medida em décimos de milímetro a25ºC.Um alto valor de penetração determina uma graxa macia, enquanto que um baixo valor de

penetração indica uma graxa mais dura.

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SISTEMAS DELUBRIFICAÇÃO GRAU NLGI PENETRAÇÃO

000 445 a 47500 400 a 430

   G  r  a  x  a

   f   l  u   í   d  a

0 355 a 3851 310 a 3402 265 a 295

   S   I   M 

   G  r  a  x  a

  m  a  c   i  a

3 220 a 2504 175 a 2055 130 a 160

   N    Ã   O

   G  r  a  x  a

   d  u  r  a

6 85 a 115

PROPRIEDADES BÁSICAS DAS GRAXAS

Espessante

Tipo Sabão

Óleobásico

Faixa detempera-tura ºC

Ponto degota ºC

Resis-tência aágua

Proteçãocontracorrosão

Resis-tência apressão

Relaçãodepreço*

Apropi-ado pararolamen-tos

Observações

Alumínio -20...70 120 + + + + 2,5...3 + Dilata-se com água

Cálcio -30...50 80...100 + + + + + + 0,8 + Boa proteção contra água

Lítio -35...130 170...200 + + + + + + 1 + + + Graxa múltiplaNormal

Sódio

Óleomineral

-30...100 150...190 -  + + + + 0,9 + +Emulsifica com águaEventualmente endurece

Alumínio -30...160 >200 + + + + + + + 2,5...4 + + + Graxa múltipla

Bário -30...140 >220 + + + + + + + 4...5 + + + Graxa múltipla, resistente a vapor

Cálcio -30...140 >240 + + + + + + 0,9...1,2 + + + Graxa múltipla, tende a endurecer

Sódio -30...130 >220 + + + + + 3,5 + + + Graxa múltipla

Complexo

Lítio

Óleomineral

-30...150 >240 + + + + + 2 + +Graxa múltipla, para altastemperaturas

Ester -60...130 >190 + + + 5...6 + + +Baixas temperaturas, rotaçõeselevadasNormal Lítio

Silicone -60...130 >190 + + + -  -  20 + +  P/C < 0,03; C/P > 40

Bário Ester -60...130 >200 + + + + + + + 7 + + +Baixas temperaturas, rotaçõeselevadas a cargas moderadas

Complexo Lítio Poli-

ester-40...180 >240 + + + + 10 + + + Para zonas de temperaturas muito

amplas

BentonitaÓleomineral

-20...150 >300 + + + -  + 6...10 + +Temperaturas elevadas, baixasvelocidades

PoliuréiaÓleomineral

-25...160 >250 + + + + + + 3 + + +Temperaturas elevadas, médiasvelocidades

Silicone -40...200 >250 + + + + -  35...40 + +Altas e baixas temperaturas combaixas solicitações de carga

PoliuréiaFluo-silicone

-40...200 >250 + + + + + 100 + + +Altas e baixas temperaturas commédias solicitações de carga

Alkoxy-fluoro

-50...250 >300 + + + + + + 150a400 + + +PTFE ou FEP

Fluo-silicone

-40...230 >300 + + + + + + 120 + + +

Altas e baixas temperaturas comboa resistência a produtosquímicos e solventes

+ + ++ +

+-

Muito bomBom

RegularRuim

* Com relação a uma graxa de lítio com óleo

básico mineral (=1)

C= capacidade dinâmica de carga

P= carga dinâmica equivalente do rolamento

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Deve-se, sempre que possível, evitar a mistura dos diferentes tipos de graxa. Porém, muitas vezestorna-se necessário, e nestes casos é recomendado primeiramente, a substituição de toda a graxacontida no sistema, bombeando-se a nova graxa em grande quantidade, e em seguida, deve-seajustar os próximos ciclos de lubrificação, para um período de tempo mais curto.

Misturas de graxas relativamente sem inconvenientes são: Graxas de mesma base de sabão. Graxas de lítio com graxas a base de cálcio. Graxas de cálcio com graxas de bentonita.

Misturas de graxas que devem ser evitadas são: Graxas de sódio com graxas de lítio. Graxas de sódio com graxas de cálcio. Graxas de sódio com graxas de alumínio. Graxas de sódio com graxas de bentonita. Graxas de alumínio com graxas de bentonita.

• Óleo:

A lubrificação de guias e barramentos de máquinas operatrizes, onde a precisão ou as baixas

velocidades de trabalho, exige um óleo com alta resistência de película (filme) e que elimine o efeito“stick-slip” (deslize por solavancos).O óleo ainda deverá possuir:

• Extraordinária capacidade de adesividade.• Grande capacidade de lubrificação.• Proteção contra desgaste das superfícies em movimento.• Proteção contra a corrosão e a ferrugem.• Boa estabilidade química contra a oxidação.

Normalmente são fornecidos na viscosidade ISO VG 68, para aplicações diversas, sendo que, paramáquinas que trabalham com as guias sob altas pressões é utilizado óleo na viscosidade ISO VG

220.

Desde 01/01/78, os lubrificantes industriais passaram a ser designados em função da viscosidadecinemática a 40ºC {mm2 /s ou centistokes (cSt)}, conforme estabelece o sistema ISO (InternacionalStandards Organization).

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A tabela a seguir mostra essa classificação.

Viscosidade cinemática cStISO std. 348 Ponto médio

viscosidade cSt  mínimo máximoEquivalênciaaprox. SUS*

ISO VG 2 2,2 1,98 2,42 32ISO VG 3 3,3 2,88 3,52 36ISO VG 5 4,6 4,14 5,06 40ISO VG 7 6,8 6,12 7,48 50ISO VG 10 10 9 11 60

ISO VG 15 15 13,5 16,5 75ISO VG 22 22 19,8 24,2 105ISO VG 32 32 28,8 35,2 150ISO VG 46 46 41,4 50,6 215ISO VG 68 68 61,2 74,8 315ISO VG 100 100 90 110 465ISO VG 150 150 135 165 700ISO VG 220 220 198 242 1000ISO VG 320 320 288 352 1500ISO VG 460 460 414 506 2150ISO VG 680 680 612 748 3150

ISO VG 1000 1000 900 1100 4650ISO VG 1500 1500 1350 1650 7000Todas as viscosidades a 40ºC * SUS ou SSU (Saybolt Universal Seconds)

A viscosidade de um óleo é diretamente afetada pela temperatura, na razão inversa, ou seja, quantomaior for a temperatura menor será a sua viscosidade, e vice e versa.Esta é uma característica muito importante e deverá ser considerada no projeto de um sistema delubrificação centralizada, pois em alguns sistemas, existem limitações de viscosidade máxima emínima, na temperatura de trabalho.País como o Brasil, cujas dimensões equivalem a um continente, devemos sempre ter em mente aregião em que o sistema irá operar.

Por exemplo: Uma determinada máquina foi montada numa região, cuja a temperatura média é30ºC, sendo equipada com um sistema que possua uma restrição quanto a viscosidade dolubrificante de 1000 cSt na temperatura de trabalho, e está sendo utilizado um óleo ISO VG 460.A máquina foi testada e dada como satisfatória, sendo comercializada para uma região cuja atemperatura média seja 15ºC, onde começou apresentar problemas no funcionamento do sistema delubrificação.O motivo é claro, está na variação da viscosidade do óleo utilizado, vejamos: quando a máquina foitestada na origem a viscosidade do óleo na temperatura de trabalho era 900 cSt (dentro dacapacidade do sistema), porém no local de operação, esse mesmo óleo teve sua viscosidade alteradapara acima de 3500 cSt na temperatura de trabalho, três vezes e meia a mais que o limite do sistema.Nesse caso, deveríamos substituir o óleo por outro de viscosidade mais baixa, por exemplo: ISO VG

150, ou promover o seu aquecimento.

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A tabela da figura 6 mostra a relação entre a viscosidade e a temperatura, para os óleos maiscomuns.

Esta tabela é somente orientativa, e não deverá ser utilizada como documento técnico oficial.

Os sistemas por névoa de óleo, exigem um óleo especialmente formulado para permitir uma fácilnebulização. As partículas de óleo, geradas no processo de névoa, são normalmente inferiores a 2micra, sendo que o óleo deverá possuir uma baixa tensão superficial, para permitir um rápidoreagrupamento dessas partículas sobre a superfície metálica, formando um filme protetor.Óleos com aditivos sólidos não são indicados para os sistemas de névoa.

FIGURA 6

temperatura ºC

  v   i  s  c  o  s   i   d  a   d  e

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Sistema de lubrificação: 

A norma DIN 24721 define como: “Sistemas de lubrificação centralizada servem para transportarlubrificante retirado de uma fonte central a pontos de atrito numa máquina ou conjunto de máquinas,respeitando o meio ambiente ainda, reduzindo o desgaste e dissipando ocasionalmente uma parte docalor produzido pelo atrito com auxílio do lubrificante”

Os sistemas de lubrificação centralizada,como mostrado na figura 7, dividem-seem dois grandes grupos: sistemas por

circulação, conhecidos por circulatórios,onde é utilizado óleo, e sistemas deconsumo, ou perda total, que opera tantocom óleo como graxa, com exceção dosistema de névoa e ar – óleo, queutilizam somente óleo.

Os sistemas de: estrangulamento, linhasimples, progressivo, linha dupla elinhas múltiplas podem ser aplicadostanto em circulatórios como em sistemas

de consumo.

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• Estrangulamento:

O sistema de estrangulamento, tem como princípio de funcionamento, como o nome sugere, ocontrole da vazão através de mecanismos que restringem a passagem do óleo, podendo ser: placa deorifício calibrado ou espiral (utilizados em lubrificação contínua), pistão restritor, agulha, etc.Inicialmente, estes sistemas utilizavam controles fixos ou ajustáveis, porém a vazão era afetada pelavariação da pressão de trabalho do sistema, quanto maior a pressão, maior era a vazão, ou pelavariação da temperatura do óleo, que diminui a sua viscosidade a medida que a temperatura foraumentando.A válvula controladora de fluxo, compensada por pressão e temperatura, muito empregada emcircuitos hidráulicos, não tem a mesma eficiência em sistemas de lubrificação, devido a viscosidade

do óleo ser maior.Uma forma eficiente do controle da vazão é obtida através do “Flow Master”, onde as variações detemperatura e pressão são totalmente compensadas.A figura 8, mostra os diversos tipos de controladores empregados no sistema de restrição. A linhatracejada representa o circuito por circulação, enquanto que a linha cheia, refere-se ao sistema deconsumo (perda total).

• Flow master (Figura 9):

Seu projeto revolucionário, permite o controlepreciso da vazão, independente da variação detemperatura e pressão. Através do módulo demedição, que mede 5, 10 ou 20 cc por rotação,um sensor de aproximação capta o seumovimento informando o número de rotaçõespor minuto, e consequentemente a vazão.

Se o número de rotações estiver abaixo doprevisto, o controlador emite um sinal para o FIGURA 9

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motor de passo aumentar a vazão. Da mesma forma, se o número de rotações estiver acimado previsto, o motor irá girar em sentido contrário diminuindo a vazão.

• Linha simples:

Como pode ser verificado na figura 10, ao ser acionada a bomba, permite que a pressão seja aplicadano piloto da válvula de despressurização, deslocando-a de forma a permitir que o fluxo da bombaseja agora direcionado para a linha. A medida que a pressão do sistema for aumentando osdistribuidores começam o seu funcionamento, dosando e injetando o lubrificante para os pontos deconsumo.Ao ser atingido a pressão máxima de funcionamento do sistema, o pressostato envia um sinal ao

painel de comando, que para a bomba e informa que o sistema operou normalmente.Com a parada da bomba, o fluxo de lubrificante é direcionado para o reservatório, através da válvulade despressurização, mantendo a pressão da linha de distribuição entre 0,5 a 1 Bar. Esta pressãoresidual é importante para assegurar a recarga dos distribuidores.

• Progressivo:

O lubrificante deslocado pela bomba é enviado para um distribuidor, que divide o lubrificanterecebido proporcionalmente para suas saídas, de acordo com as vazões previamente definidas.Deste distribuidor, que chamaremos como mestre ou primário, o lubrificante poderá ser direcionadopara os pontos a serem lubrificados e/ou para outros distribuidores secundários, repetindo o processode dosagem e injeção para os pontos a serem alimentados.Devido ao seu funcionamento ser de forma progressiva e seriada, basta o bloqueio de um únicoponto para o bloqueio de todo o sistema.É essa característica que torna o sistema progressivo como o mais seguro, pois basta controlar omovimento de um único pistão, para assegurar que todos os pontos receberam lubrificante.

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Na figura 11, é mostrado o esquema típico da instalação, onde a tubulação em tracejado representa ocircuito por circulação de óleo, sem o qual o sistema tona-se perda total (Consumo).

• Linha Dupla:

O Lubrificante bombeado pela bomba é enviado alternadamente, através de uma válvula direcional

de 4 vias (inversor), para as duas linhas principais, até os distribuidores. Destes, o lubrificantedevidamente dosado, segue para os seus respectivos pontos de consumo através de uma únicatubulação (Figura 12).Pelo princípio de funcionamento o lubrificante bombeado pela unidade de bombeamento édirecionado através da válvula direcional (inversor) para uma das duas linhas principais do sistema.A medida que a pressão do lubrificante for aumentando os distribuidores iniciam a movimentaçãodos pistões internos, promovendo a dosagem e a injeção do lubrificante para os pontos de consumo.A partir deste ponto a pressão do sistema aumenta até atingir a pressão de inversão, fazendo comque o inversor promova a inversão das linhas permitindo que o lubrificante bombeado seja agoradirigido para a outra linha, encerrando desta forma o primeiro ½ ciclo de funcionamento do sistema.Este procedimento se repete na outra linha, encerrando o ciclo de funcionamento do sistema.

O acionamento do inversor pode ser: manual, mecânico, hidráulico, pneumático e elétrico, devendoa escolha ser baseada nas vantagens e nos recursos disponíveis.Devido ao seu projeto, este sistema pode cobrir grandes distâncias sem dificuldade, sendo indicadopara grandes instalações como: Siderurgia, Mineração, Usinas de Açúcar e Álcool, etc.

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• Linhas Múltiplas (Fig. 13):

Um sistema de acionamento comum aciona uma ou mais bombas, chamadas de elementosbombeadores, que bombeiam o lubrificante diretamente ao ponto de consumo. Estes elementosbombeadores, dependendo do seu projeto, podem permitir a regulagem individual da vazão.

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• Névoa:

Utilizando o princípio de “venturi“, o gerador de névoa quebra as moléculas de óleo em partículasmenores a 2 micras, formando uma névoa de óleo.

• Óleo-ar:

Através de um sistema de dosagem qualquer, o óleo é introduzido, periodicamente, no interior datubulação, por onde passa continuamente o ar comprimido, sob pressão. No início da tubulação,dependendo da freqüência de injeção do óleo, pode-se observar a movimentação do óleo e o ar (Fig.01), originando, daí, o nome do sistema.

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O ar comprimido, por ser um gás, tende a se expandir em direção ao ponto a ser lubrificado, o qualdeverá possuir escape de ar, distribuindo, desta forma, o lubrificante ao longo da tubulação (Fig.02).

Com o aumento da velocidade do ar comprimido, micro-partículas de óleo começam a ser arrastadasda superfície do óleo (Fig. 03), criando o efeito de micro-pulverização, isenta da formação de névoa.

• Campo de aplicação do sistema “óleo ar”:

• Lubrificação do componente submetido a alta velocidade de rotação, que necessita deuma constante aplicação de uma pequena quantidade de óleo no elemento rodante, afimde evitar que seja expulso pela alta força centrífuga.

• Lubrificação da parte da máquina que trabalha em alta temperatura, onde o lubrificantetende a ser evaporado ou queimado.

• Lubrificação por micro pulverização de correntes e engrenagens.• Lubrificação de guias ou barramentos que requeiram uma camada fina de óleo em toda a

sua superfície.

• Lubrificação de rolamentos que necessitam de proteção contra a infiltração de pó, águaou de substancias nocivas, pois o fluxo contínuo e pressurizado do ar impede a entrada deagentes contaminantes.

• Lubrificação de pontos que não podem ser atingidos pelos sistemas de lubrificaçãotradicionais.

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• Vantagens da lubrificação Dropsa “óleo-ar”:

Notável redução do custo lubrificante.

É possível utilizar qualquer tipo de óleo com viscosidade absoluta entre 15 a 1000 cSt a

uma temperatura de trabalho entre 0ºC a 80ºC. As melhores condições são obtidas com a

viscosidade entre 32 a 100 cSt a 40ºC.

Custo de venda muito baixo.

Inócuo para a condição ambiental, não produz névoa de óleo, que é altamente prejudicial

à saúde.

Aumento da vida útil dos rolamentos e da máquina.

Melhora do rendimento e do tempo de produção da máquina.

Redução no custo de energia.

Redução no custo de operação.

Redução no custo de manutenção.

Previne a contaminação dos rolamentos.

Refrigeração da parte lubrificada.

Precisão na dosagem do óleo.

Completa capacidade de monitoramento do sistema.

A possibilidade de aplicação por pulverização, “óleo-ar”, ou apenas óleo, em um único

distribuidor, facilita a sua instalação.

O sistema pode ter de poucos ou muitos pontos a serem lubrificados.

O conceito modular reduz a quantidade em estoque para reposição.

Seu projeto é patenteado e homologado a nível mundial.