avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

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UNIVERSIDADE POTIGUAR UnP PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO MESTRADO PROFISSIONAL EM ENGENHARIA DO PETROLEO E GÁS NATURAL RICARDO JOSÉ DA SILVA AVALIAÇÃO DAS CARACTERISTICAS FÍSICO-QUÍMICAS DO ÓLEO LUBRIFICANTE AUTOMOTIVO USADO. NATAL/RN 2014

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Page 1: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

UNIVERSIDADE POTIGUAR –UnP

PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO

MESTRADO PROFISSIONAL EM ENGENHARIA DO PETROLEO E GÁS

NATURAL

RICARDO JOSÉ DA SILVA

AVALIAÇÃO DAS CARACTERISTICAS FÍSICO-QUÍMICAS DO ÓLEO

LUBRIFICANTE AUTOMOTIVO USADO.

NATAL/RN

2014

Page 2: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

RICARDO JOSÉ DA SILVA

AVALIAÇÃO DAS CARACTERISTICAS FÍSICO-QUÍMICAS DO ÓLEO

LUBRIFICANTE AUTOMOTIVO USADO.

Dissertação apresentada ao Programa de Mestrado Profissional em Engenharia de Petróleo e Gás, área de concentração em Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentável na Indústria do Petróleo e Gás, da Universidade Potiguar – UnP, como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Engenharia de Petróleo e Gás Natural. ORIENTADOR:Prof. Dr.CarlosEnriquede M. Jerônimo.

NATAL/RN

2014

Page 3: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

AGRADECIMENTOS

“Toda caminhada se inicia, com o primeiro passo”. Neste sentido, a

experiência de trilhar os caminhos do estudo e da pesquisa se deve a uma

motivação interior e, ao mesmo tempo, ao incentivo de muitos amigos e amigas que

sempre estão ao meu lado, me animando e acreditando na minha capacidade.

Agradeço a Deus, principalmente por ser o meu mentor, meu guia, minha

força interior, que, nos momentos de desânimo, dúvida, não permite que eu desista

da caminhada.

De um modo muito ESPECIAL, agradeço de coração ao Professor Carlos

Henrique, por tudo que ele fez por mim: paciência, compreensão, incentivo,

amizade, porém, acima de tudo, correto e justo na condução de todo o processo de

orientação.

A professora Regina Brasil, que desde o primeiro contato, acreditou na minha

proposta de pesquisa e que soube, com maestria, conduzir as funções a ela

confiadas com sabedoria.

Aos demais professores, que não mediram esforços, para nos fazer refletir e

interagir com a realidade, embasada de teorias extremamente contextualizadas.

Ao professor Max Chianca que me deu a oportunidade e às demais pessoas

que foram parceiras na construção deste projeto.

Aos colegas de turma, que, apesar do cansaço da lida do dia a dia,

encontrávamos tempo para elaboração de seminários e outras atividades. Foram

momentos de crescimento coletivo. Obrigado a todos de coração.

Aos meus pais, que, mesmo sem a instrução acadêmica, souberam educar a

todos nós seus filhos, com sacrifício e dedicação. Aos meus irmãos e irmãs, que

juntos bebemos na sabedoria de nossos pais, água da coragem e do desejo de

sermos sempre unidos em busca de um mundo melhor.

Page 4: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

RESUMO

Este trabalho tem como objetivo avaliar as características físico-químicas do

óleo lubrificantesob condições de uso, situação que envolve grandes perdas

econômicas e ao meio ambiente,este fato tem motivado vários estudos. Também

apresenta um estudo doprocesso de degradação de óleos lubrificantes automotivos

de base sintética através da determinação dos principais parâmetros presentes nos

óleos lubrificantes antes e após o uso em veículos no período recomendado pelos

fabricantes dos automóveis. Na metodologia usada neste trabalho, foram realizadas

caracterizações laboratoriais de amostras coletadas aleatoriamente nos

veículos,porém as análises físico-químicas efetuadas demonstram a redução de sua

viscosidade e o aumento no teor de cinzas,um abaixamento no seu ponto de fulgor e

número de compostos de cadeia longa C22-C25, bem como o aparecimento de

novos compostos com a presença do oxigênio nos lubrificantes degradados. Os

resultados foram submetidos a uma análise de correlação entre a quilometragem de

uso do óleo lubrificante e os parâmetros de controle.Dessa avaliação foi possível a

determinação de uma análise estatística entre os diferentes parâmetros e a

obtenção de correlação para previsões do comportamento das propriedades, em

função da quilometragem, no qual os óleos foram submetidos,tendo-se efeitos

preditivos validados pelos coeficientes de determinação (R²) e pela análise de

variância (ANOVA) dos modelos obtidos.

Palavras-Chave: Óleos lubrificantes. Degradação.Viscosidade

Page 5: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

ABSTRACT

This work aims to evaluate the physico-chemical characteristics of the

lubricating oil under conditions of use, a situation that involves huge economic losses

and the environment, this fact has motivated several studies. Also presents a study

of the degradation of automotive lubricants, synthetic base process by determining

the main parameters present in lubricating oils before and after use in vehicles within

the period recommended by the manufacturers of automobiles. The methodology

used in this study, laboratory characterizations of samples collected randomly on

vehicles were made, but the physicochemical analyzes performed demonstrate the

reduction of its viscosity and increase in ash content, a lowering in its flash point and

number of compounds C22-C25 long chain, as well as the appearance of new

compounds with oxygen in the presence of lubricants degradados. The results were

subjected to a correlation analysis between the mileage use of lube oil and control

parameters. This evaluation was possible to determine a statistical analysis between

different parameters and obtaining correlation for the behavior of properties,

depending on mileage estimates, in which the oils were subjected, having predictive

effects validated by the coefficients of determination (R ² ) and by analysis of

variance (ANOVA) of the obtained models.

Keywords: Lubricating oils. Degradation. Viscosity

Page 6: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

LISTA DE FIGURAS

Figura 1- Produtos derivados do Petróleo ................................................................ 14

Figura 2 - Processo de Re-Refino de Óleo Lubrificante Usado ............................... 46

Figura 3 -Amostra de Lubrificantes Usados ............................................................. 52

Figura 4 - Banho Viscosímetro ................................................................................. 55

Figura 5 – Mufla ........................................................................................................ 55

Figura 6 - Centrífuga Profissional ............................................................................. 56

Page 7: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 1 - Dispersão dos dados amostrais para o parâmetro Cinzas ..................57

Gráfico 2- Dispersão dos dados amostrais para o parâmetro Ponto de Fulgor ...58

Gráfico 3 - Dispersão dos dados amostrais para o parâmetro densidade ............59

Gráfico 4- Dispersão dos dados amostrais para os parâmetros Viscosidade a

100°C x Amostras ................................................................................59

Gráfico 5- Dispersão dos dados amostrais para o parâmetro de Viscosidade

Mínima .................................................................................................60

Gráfico 6- Dispersão dos dados amostrais para os parâmetros Cinzas, Ponto de

Fulgor e Quilometragem ......................................................................61

Gráfico 7 - Dispersão dos dados amostrais para os parâmetros Cinzas,

Viscosidade e Quilometragem..............................................................61

Gráfico 8- Dispersão dos dados amostrais para os parâmetros Viscosidade a

40°C x quilometragem ..........................................................................62

Gráfico 9- Dispersão dos dados amostrais para os parâmetros Ponto de Fulgor e

Quilometragem .....................................................................................63

Gráfico10- Dispersão dos dados amostrais para o parâmetro de Viscosidade

Mínima e Quilometragem .....................................................................64

Gráfico 11 - Dispersão dos dados amostrais para o parâmetro Viscosidade a 40°C

e 100°C ................................................................................................64

Page 8: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Quilometragem x Amostras ......................................................................53

Tabela 2 - Laudo de Densidade, Cinzas e Cor ASTM das Amostras .......................54

Tabela 3 - Laudo de Ponto de Fulgor, Viscosidade a 40º e a 100ºC das Amostras ......54

Tabela 4 -Índice de Viscosidade e Corrosividade ao Cobre a 100ºC das Amostras ....54

Tabela 5- Propriedades das Características dos Óleos Lubrificantes Analisados ....67

Page 9: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

LISTA DE ANEXOS

ANEXO A - RELATÓRIO DE ENSAIO AMOSTRA 1 ..............................................72

ANEXO B - RELATÓRIO DE ENSAIO AMOSTRA 2 ..............................................73

ANEXO C - RELATÓRIO DE ENSAIO AMOSTRA 3 ..............................................74

ANEXO D - RELATÓRIO DE ENSAIO AMOSTRA 4 ..............................................75

ANEXO E - RELATÓRIO DE ENSAIO AMOSTRA 5 ..............................................76

ANEXO F - RELATÓRIO DE ENSAIO AMOSTRA 6 ..............................................77

ANEXO G - RELATÓRIO DE ENSAIO AMOSTRA 7 ...............................................78

ANEXO H - RELATÓRIO DE ENSAIO AMOSTRA 8 ...............................................79

ANEXO I - RELATÓRIO DE ENSAIO AMOSTRA 9 ...............................................80

ANEXO J - RELATÓRIO DE ENSAIO AMOSTRA 10 .............................................81

ANEXO K - RELATÓRIO DE ENSAIO AMOSTRA 11 ............................................82

Page 10: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO............................................................................................. 11

2 OBJETIVOS................................................................................................. 13

2.1 OBJETIVO GERAL....................................................................................... 13

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS........................................................................ 13

3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA................................................................... 14

3.1 PETRÓLEO E REFINO................................................................................ 14

3.1.1 Destilação atmosférica.............................................................................. 14

3.1.2 Destilação a vácuo..................................................................................... 17

3.2 BASES LUBRIFICANTES............................................................................ 19

3.2.1 Óleos básicos minerais............................................................................. 20

3.2.2 Bases sintéticas......................................................................................... 20

3.2.3 Óleos básicos não convencionais............................................................ 24

3.2.4 Classificação dos básicos......................................................................... 26

3.3 CARACTERÍSTICAS DOS ÓLEOS LUBRIFICANTES................................ 27

3.3.1 Viscosidade................................................................................................. 27

3.3.1.1 Unidades e Métodos de Medir Viscosidade................................................. 30

3.3.1.2 Relações de Viscosidade/Temperatura........................................................ 32

3.3.2 Índice de Viscosidade................................................................................ 33

3.3.3 Grau API...................................................................................................... 35

3.3.4 Ponto de Fluidez......................................................................................... 36

3.3.5 Ponto de Fulgor.......................................................................................... 36

3.3.6 Resíduo de Carbono.................................................................................. 37

3.3.7 Cor................................................................................................................ 38

3.3.8 Cinzas........................................................................................................... 39

3.3.9 Número de Precipitação............................................................................. 39

3.3.10 Número de Neutralização........................................................................... 40

3.3.11 Número de Saponificação.......................................................................... 40

3.3.12 Número de Emulsão.................................................................................... 41

3.3.13 Corrosão....................................................................................................... 42

3.3.14 Insolúveis..................................................................................................... 42

3.4 TIPOS E CLASSIFICAÇÕES DOS ÓLEOS LUBRIFICANTES...................... 43

3.5 RE-REFINO DE ÓLEOS LUBRIFICANTES USADOS................................... 44

Page 11: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

3.6 AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO.................................................................. 47

4 ESTADO DA ARTE....................................................................................... 50

5 METODOLOGIA DA PESQUISA (MATERIAIS E MÉTODOS)................... 52

6 RESULTADOS E DISCUSSÕES................................................................. 57

7 CONCLUSÃO.............................................................................................. 65

REFERÊNCIAS............................................................................................ 68

ANEXOS....................................................................................................... 71

Page 12: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

11

1 INTRODUÇÃO

Os óleos lubrificantes representam cerca de 2% dos produtos derivados de

petróleo e são largamente empregados para fins industriais. Após um período pré-

determinado pelo fornecedor, osóleos lubrificantes sofrem alterações em suas

estruturas formando compostos oxigenados, poliaromáticos, resinas, lacas e podem

ser contaminados com metais.

O produto resultante dadegradação deste óleo é considerado perigoso por

ser tóxico e apresentar grande potencial de riscoao meio ambiente e à saúde

pública.

O descarte indiscriminado deste óleo agride o meio ambiente e desperdiça

uma promissorafonte de recursos e, portanto, se faz necessário desenvolver

tecnologias para a sua recuperação. Deacordo com a resolução do Conselho

Nacional do Meio Ambiente (CONAMA 9/93), é crimeambiental descartar na

natureza, comercializar, fornecer, transportar, queimar ou dar qualquer outrodestino,

que não seja a recuperação, aos óleos usados.

Sendo assim, a questão da reciclagem de óleos lubrificantes usados ganha

cada vez maisespaço no contexto da conservação ambiental.Nos países

desenvolvidos, a coleta de óleos usados é geralmente tratada como

umanecessidade de proteção ambiental. Na França e na Itália, um imposto sobre os

óleos lubrificantescusteia a coleta dos mesmos.

Em outros países, esse suporte vem de impostos para tratamento de

resíduos em geral. Nos Estados Unidos e Canadá, ao contrário do que ocorre no

Brasil,normalmente é o gerador do óleo usado quem paga ao coletor pela retirada do

mesmo.

Entre 1991 e 1993, a ONU financiou estudos sobre a disposição de óleos

usados. A principal conclusão desses estudos foi que a solução para uma

disposição segura de óleos lubrificantes usados é o re-refino.

Os óleos lubrificantes estão entre os poucos derivados de petróleo que não

são totalmente consumidos durante o seu uso. Fabricantes de aditivos e

formuladores de óleos lubrificantes vêm trabalhando no desenvolvimento de

produtos com maior vida útil, o que tende a reduzir a geração de óleos usados. No

entanto, com o aumento da aditivação e da vida útil do óleo, crescem as dificuldades

no processo de regeneração após o uso.

Page 13: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

12

Dentre os processos de separação existentes, iremos estudar a extração

como método para a recuperação de óleos lubrificantes usados.

Há muitos anos, a extração vem sendo empregada como uma poderosa

técnica laboratorial de separação. Sua aplicação industrial teve início quando se

buscava uma alternativa capaz de remover hidrocarbonetos aromáticos do

querosene.

Desde então, a extração tem despertado grande interesse industrial sendo

aplicada em diversas áreas tecnológicas, tais como: extração de metais,manufaturas

de antibióticos, purificação de elementos físseis e no combate à poluição.

Entretanto, na indústria de petróleo que ela obtém a mais larga aplicação.

Entre os inovadores processos de separação destacam-se a extração por

micro emulsão.

Os sistemas micro emulsionados vem sendo crescentemente utilizados em

processos de separação devido à sua capacidade de solubilizar dois líquidos de

polaridades diferentes, reduzir a tensão superficial/interfacial e produzir uma grande

área interfacial entre a fase contínua e a fase dispersa.

Assim, os sistemas micro emulsionados se mostram potencialmente capazes

de atuar naremoção dos compostos originados da degradação parcial do óleo,

recuperando-o para o seu uso original.

Page 14: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

13

2 OBJETIVOS

Este trabalho tem o objetivo de desenvolver uma avaliação das características

físico-químicas dos óleos lubrificantes automotivos usados 100% sintéticos de

mesma marca e de mesmo tipo (Elaion5W40).

2.1 OBJETIVO GERAL

É que através das análises destes óleos lubrificantes automotivos usados

100% sintético e suas quilometragens,possamos verificar suas atuações no sentido

de redução do atrito e o desgaste das peças. Além disso, o tipo de resíduos que se

depositam, contaminantes suspensos e verificando suas propriedades como:

viscosidade, índice de viscosidade, grau API, ponto de fulgor fazer uma correlação

entres estas propriedades e caracterizando verificar o nível de degradação de cada

um e com isto fazer uma análise, para verificar qual destes são menos degradantes

aquelas temperaturas na qual foram submetidos.

Os mesmos serão submetidos a temperatura de mínima de 40ºC e a máxima

de 100ºC.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Para que alcancemos os nossos objetivos com sucesso, realizaremos as

seguintes etapas em nosso trabalho:

Avaliação das análises da composição do lubrificante acabado sem alteração

e nos demais óleos lubrificantes usados com suas respectivas quilometragem,

verificando viscosidades, densidades teor de cinzas, cor, índice de viscosidade,

ponto de fulgor e corrosividade, além do comportamento dos componentes da

composição. De oxidação responsável pela degradação de óleos lubrificantes e

fazer um comparativo com o óleo lubrificante acabado.

Page 15: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

14

3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

3.1 PETRÓLEO E O REFINO

O petróleo, no estado em que é extraído do solotem pouquíssimas

aplicações.É uma complexa mistura de moléculas,compostas principalmente de

carbono e hidrogênio hidrocarbonetos e algumas impurezas.O petróleo cru é

submetido a processos de separação,conversão e tratamentos nas refinarias, onde

é separado em diversos e variados produtos como mostra a Figura 1.

Figura 1 – Produtos derivados do Petróleo

Fonte: PROMIMP

3.1.1 Destilação Atmosférica

O petróleo, após deixar o último trocador da bateria de pré-aquecimento, está

ainda com uma temperatura abaixo da requerida para que ocorra um fracionamento

eficaz. Com a finalidade de elevar-se mais a temperatura, possibilitando, desta

forma, que as condições ideais de fracionamento sejam atingidas, a carga é

Page 16: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

15

introduzida em fornos tubulares, onde recebe energia térmica produzida pela queima

de óleo e/ou gás combustível.

Para que se consiga vaporizar todos os produtos que serão retirados na torre

de destilação atmosférica, a carga deverá ser aquecida até o valor estipulado, porém

não deve ser ultrapassada uma temperatura limite, a partir da qual tem início a

decomposição das frações pesadas presentes no óleo bruto. O craqueamento

térmico é uma ocorrência altamente indesejável em unidades de destilação, porque

provoca a deposição de coque nos tubos dos fornos e nas regiões das torres,

causando diversos problemas operacionais. A máxima temperatura a que se pode

aquecer o petróleo, em que se inicia a decomposição térmica, corresponde 400ºC.

À saída dos fornos, com a temperatura próxima de 400ºF, boa parte do

petróleo já se encontra vaporizado, e, nessas condições, a carga é introduzida na

torre.

O ponto de entrada é conhecido como zona de vaporização ou “zona de

flash”, e é o local de Processos de Refino onde ocorre a separação do petróleo em

duas correntes: uma constituída de frações vaporizadas que sobem em direção ao

topo da torre, e outra, líquida, que desce em direção ao fundo.

As torres possuem em seu interior bandejas e/ou pratos e recheios, que

permitem a separação do cru em cortes pelos seus pontos de ebulição, porque, à

medida que os pratos estão mais próximos ao topo, suas temperaturas vão

decrescendo. Assim, o vapor ascendente, ao entrar em contato com cada bandeja,

tem uma parte de seus componentes condensada. À medida que os vapores

seguem em direção ao topo, trocam calor e massa com o líquido existente em cada

prato. Os hidrocarbonetos cujos pontos de ebulição são maiores ou iguais à

temperatura de uma determinada bandeja, aí ficam retidos, enquanto a parte

restante do vapor prossegue em direção ao topo até encontrar outra bandeja, mais

fria, onde o fenômeno repete-se.

Como o líquido existente em cada prato está em seu ponto de ebulição e

existe sempre uma diferença de temperatura entre dois pratos vizinhos, sua

composição varia de prato a prato, o que torna o líquido mais pesado à medida que

se aproxima do fundo da torre, e o vapor mais leve à medida que se aproxima do

topo.

À proporção que as frações condensam-se, o nível em cada bandeja vai

aumentando, e o excesso é derramado ao prato inferior. Ao atingir este prato, que se

Page 17: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

16

encontra a uma temperatura mais alta, as frações leves, pertencentes ao prato

superior são revaporizadas.

O líquido que transborda prato a prato é conhecido como refluxo interno,

sendo essencial a um bom fracionamento.

Em determinados pontos da coluna, os produtos são retirados da torre,

segundo as temperaturas limites de destilação das frações desejadas.

Os componentes mais leves da carga, que não se condensaram em nenhum

prato, saem pelo topo, sendo condensados em trocadores de calor fora da torre. O

líquido, depois de resfriado, é recolhido em um tambor de acúmulo. Deste, uma

parte retoma a torre como refluxo de topo e a outra parte é enviada para

armazenamento ou alimentação de outro sistema.

As finalidades principais do refluxo de topo são o controle da temperatura de

saída de vapor da torre e a geração do refluxo interno, que, como já comentado, é

fundamental a um perfeito fracionamento.

Como complemento ao refluxo de topo, pode existir um refluxo de produto

lateral circulante. O refluxo circulante ou intermediário é uma corrente que deixa a

torre como líquido, é resfriada e devolvida à coluna alguns pratos acima da retirada.

Sua função principal é retirar calor da torre, gerando mais refluxo interno, porém esta

corrente não interfere diretamente no fracionamento, uma vez que o mesmo produto

que é coletado num determinado prato é devolvido inalterado em sua composição à

coluna.

As frações intermediárias, que saem lateralmente na torre, possuem

componentes mais leves que são retidos no líquido, quando o vapor atravessa o

prato de retirada. Esses compostos baixam o ponto inicial de ebulição e o ponto de

fulgor dos cortes, sendo necessária a sua eliminação. Isto é feito em pequenas

torres conhecidas como retificadoras laterais ou “strippers”.

Nesses equipamentos, injeta-se vapor d’água, que baixa a pressão parcial

dos hidrocarbonetos. Embora a pressão total mantenha-se constante, o

abaixamento da pressão parcial dos hidrocarbonetos equivale a uma diminuição da

pressão total, e, dessa maneira, sem que haja variação na temperatura, as frações

mais leves são vaporizadas e levadas juntamente com o vapor d’água de volta à

torre principal.

Na torre de destilação, usa-se o vapor d’água para retificar o produto de

fundo, recuperando frações arrastadas que pertencem à retirada imediatamente

Page 18: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

17

superior à “zona de flash”. As correntes de vapor d’água que entram na coluna,saem

pelo topo juntamente com os hidrocarbonetos leves, sendo condensados ambos em

conjunto.

Devido à diferença de densidade entre a água e os hidrocarbonetos líquidos

condensados, a primeira é facilmente eliminada no tambor de acúmulo do produto

de topo.

Uma torre de destilação de petróleo que trabalhe em condições próximas da

atmosférica tem como produtos laterais o óleo diesel, o querosene, e a nafta

pesada.

Pelo topo saem vapores de nafta leve e GLP, que são condensados fora da

torre, para, posteriormente, serem separados. O resíduo da destilação atmosférica

que deixa o fundo da coluna é conhecido como resíduo atmosférico (RAT). Dele

ainda podem ser retiradas frações importantes, através da destilação a vácuo, que

será estudada mais tarde.

Quando há a necessidade de se projetar unidades de grande capacidade de

carga, ou de se ampliar a carga de uma unidade de destilação já existente, utiliza-se

uma torre de pré-fracionamento (pré-flash).

Essa torre retira do petróleo os cortes mais leves (GLP e nafta leve),

permitindo, desta forma, ampliar a carga total da unidade ou dimensionar os fornos e

o sistema de destilação atmosférica para um menor tamanho.

Processos de Refino O petróleo pré-vaporizado que deixa a torre de pré-flash

é encaminhado aos fornos e daí à torre atmosférica, onde são retirados a nafta

pesada, o querosene e o diesel, tendo como produto de fundo o resíduo atmosférico.

3.1.2 Destilação a Vácuo

O resíduo atmosférico, subproduto da destilação atmosférica do petróleo, é

um corte de alta massa molar e de baixo valor comercial. Sua única utilização

prática é como óleo combustível. Contudo, nele estão contidas frações de elevado

potencial econômico, tais como os gasóleos, que não podem ser separados por

meio da destilação usual, pois, devido a suas altas temperaturas ebulição à pressão

atmosférica, é impossível vaporizá-los, em face do limite de 400ºC, imposto pela

decomposição térmica dos hidrocarbonetos pesados.

Page 19: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

18

Sabemos que a temperatura de ebulição varia diretamente com a pressão.

Logo, se baixarmos a pressão, as temperaturas de ebulição das frações também

cairão, ou seja, elas serão vaporizadas a uma temperatura menor que a necessária

à sua vaporização quando se trabalha sob pressão atmosférica. Assim, trabalhando-

se a pressões sub-atmosféricas, é possível retirar-se do cru reduzido os gasóleos,

por meio da destilação a vácuo.

A destilação a vácuo é empregada usualmente em dois casos: produção de

óleos lubrificantes ou produção de gasóleos para carga da unidade de

craqueamento catalítico. O primeiro caso será discutido quando forem estudados os

processos de refino para obtenção de lubrificantes e parafinas. Por ora, será dada

uma ênfase maior ao segundo caso.

O resíduo atmosférico que deixa o fundo da torre principal é bombeado e

enviado aos fornos da seção de vácuo, para que sua temperatura seja aumentada.

Da mesma forma que na destilação atmosférica, a temperatura de saída dos fornos

não deve ultrapassar a temperatura inicial de craqueamento térmico. A

decomposição dos hidrocarbonetos, além da formação de depósitos de coque nas

tubulações e na região abaixo da “zona de flash”, provoca a geração de gases leves,

fazendo com que a pressão aumente, devido à sobrecarga no sistema de produção

de vácuo.

A carga aquecida, após deixar os fornos, entra na “zona de flash” da torre de

vácuo. A pressão nessa região da torre é em torno de 100 mmHg (2 psi), o que

provoca a vaporização de boa parte da carga. É importante salientar que quanto

mais baixas forem as pressões atingidas, melhores serão as condições de

fracionamento.

As torres de vácuo possuem normalmente um grande diâmetro, pois o volume

ocupado por uma determinada quantidade de vapor bem maior em pressões

reduzidas que em pressões atmosféricas.

Os hidrocarbonetos vaporizados na “zona de flash”, como na destilação

convencional, atravessam bandejas e/ou recheios de fracionamento e são coletados

em duas retiradas laterais: gasóleo leve (GOL) e gasóleo pesado (GOP).

O gasóleo leve é um produto ligeiramente mais pesado que o óleo diesel e

pode, em certas ocasiões, ser a ele misturado, desde que seu ponto final de

ebulição não seja muito elevado.

Page 20: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

19

O gasóleo pesado é um produto bastante importante devido à sua utilização

(em conjunto com o gasóleo leve) como carga para unidades de craqueamento

catalítico ou pirólise.

Não existe retirada de produto de topo, saindo somente vapor d’água,

hidrocarbonetos leves e uma pequena quantidade de ar. Esses gases são

continuamente succionados da torre pelo sistema de produção de vácuo.

O abaixamento de pressão é feito por intermédio de uma série de

condensadores e ejetores, que, por intermédio da condensação do vapor d’água e

de algum hidrocarboneto, produzem o vácuo. Após o último estágio de ejetores e

condensadores, os gases incondensáveis (ar e hidrocarbonetos leves) podem ser

queimados em fornos ou em tocha química.

Quando os cortes laterais são destinados ao craqueamento catalítico, deve-se

controlar, principalmente, o ponto final de ebulição, o resíduo de carbono e o teor de

metais do GOP. Isto é feito variando-se a vazão de retirada desse produto da torre.

Entre a “zona de flash” e a retirada de gasóleo pesado existe um conjunto de telas

de aço superpostas, conhecido como “Demisterpad”. Esse equipamento tem por

finalidade evitar o arraste pelo vapor de partículas pesadas do produto de fundo, que

iria contaminar os cortes laterais, aumentando o resíduo de carbono e o teor de

metais da carga para craqueamento.

O produto residual da destilação é conhecido como resíduo de vácuo. É

constituído de hidrocarbonetos de elevadíssimas massas molares, além de contar

com uma razoável concentração de impurezas. Conforme as suas especificações,

pode ser vendido como óleo combustível ou asfalto.

Tal como na destilação atmosférica, também pode ser injetado vapor d’água

no fundo da torre, visando a retificar-se o resíduo de vácuo (pv), vaporizando as

frações mais leves arrastadas.

3.2 BASES LUBRIFICANTES

Sabe-se, de acordo com Carreteiro e Belmiro (2006) que as bases

lubrificantes são as principais constituintes dos agentes lubrificantes geralmente

originarias do petróleo, as bases são combinadas com aditivos especiais que lhes

conferem propriedades físicas ou químicas adicionais

Page 21: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

20

As bases lubrificantes são essencialmente obtidas do refino do petróleo cru,

os chamados óleos básicos minerais e da síntese de compostos relativamente puros

com propriedades adequadas para o uso dos lubrificantes, chamados bases

sintéticas.

3.2.1 Óleos básicos minerais

São os mais comuns para emprego em lubrificação. Os óleos minerais são

obtidos do petróleo e, consequentemente, suas propriedades relacionam-se à

natureza do óleo cru que lhes deu origem e ao processo de refinação empregado.

Conforme já vimos, o petróleo consiste, fundamentalmente, de carbono (C) e

hidrogênio (H), sob a forma de hidrocarbonetos. (CARRETEIRO e BELMIRO, 2006,

p. 20).

Estes componentes encontram-se dispostos das mais diversas formas. O

petróleo, portanto, vem a ser usualmente, uma mistura de centenas de

hidrocarbonetos líquidos, com vários hidrocarbonetos sólidos e gasosos dissolvidos.

(FARAH,2012).

Como cada série diferente de hidrocarbonetos é caracterizada por sua própria

relação numérica entre átomos de carbono e hidrogênio, temos, por exemplo:

a) os compostos da série parafínica (alcanos);

b) Série naftênica (cicloparafinas)

Segundo Farah (2012) os petróleos de base parafínica não contêm

praticamente asfalto.

Já os petróleos de base asfáltica, constituídos basicamente por

hidrocarbonetos naftênicos, não apresentam parafina. Quando os petróleos

apresentam concomitantemente proporções razoáveis de asfalto e parafina, são

classificados de base mista, sendo constituídos por hidrocarbonetos parafínicos,

naftênicos e aromáticos. (CARRETEIRO e BELMIRO, 2006)

3.2.2 Bases Sintéticas

Cardoso (2008) refere que as necessidades industriais e, especialmente

militares, de lubrificantes aptos a suportar as condições mais adversas possíveis

Page 22: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

21

conduziram ao desenvolvimento dos produtos sintéticos isto é, obtidos por síntese

química.

Alguns fatores como novos projetos de equipamentos, menores e mais

severos; novos conceitos de manutenção, onde o tempo de funcionamento

ininterrupto e a vida útil do equipamento e do óleo tornam-se importantes; o aumento

dos custos operacionais de inatividade e de mão-de-obra e a necessidade de

aumento de produção com o mesmo projeto de máquina, viabilizaram o incremento

da utilização de produtos mais sofisticados como os sintéticos. (CARDOSO, 2008).

Segundo Farah (2012) algumas das vantagens técnicas dos lubrificantes

sintéticos é sua resistência a temperaturas extremas, melhor resistência a oxidação,

estabilidade química, maior vida útil com conseqüente redução do descarte de óleo

usado, ficando o preço bem mais elevado que é um fator importante na comparação

com os óleos minerais. Portanto, as utilizações de óleos sintéticos sempre requerem

uma análise de custo e benefício.

Farah (2012) menciona que os principais óleos sintéticos em uso atualmente

podem ser classificados nos seguintes grupos:

- Olígômeros de Olefina (PAO's ou Polialfaolefinas)

São as bases sintéticas mais usadas na formulação de lubrificantes, feitas a

partir da combinação de duas ou mais moléculas de deceno em oligômeros ou

polímeros de cadeia curta, tratadas com hidrogênio a alta pressão. As PAO's são

estruturas compostas essencialmente de hidrocarbonetos, sem presença de enxofre,

fósforo ou outro metal. Devido a serem isentas de parafinas de cadeia longa,

possuem ponto de fluidez muito baixo e um alto índice de viscosidade. Possuem boa

estabilidade térmica, porém alguma limitação para dissolver alguns aditivos, o que

normalmente é resolvido pela adição de uma pequena quantidade de éster,

aumentando seu poder de solvência.

O primeiro processo comercialmente viável para fazer uma PAO foi

desenvolvido pela GulfOil em 1951, utilizando um catalizador de AlCl3 e a Móbil Oil

patenteou e melhorou o processo em 1960, utilizando BF3/A1C13 como catalizador.

(CARRETEIRO e BELMIRO, 2006).

As PAO's tiveram um crescimento de mercado muito pequeno, devido ao

custo comparado ao óleo mineral, e só no final da década de 1990 experimentou um

Page 23: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

22

crescimento significativo, principalmente devido a especificações européias cada vez

mais restritas para os lubrificantes automotivos.

- Ésteres de Ácidos Dibásicos

São caracterizados por excelentes propriedades à baixas temperaturas,

estabilidade ao calor, boa estabilidade térmica e à oxidação, alto índice de

viscosidade, boas características ao manter em suspensão os materiais formadores

de depósitos e são superiores aos óleos de petróleo na sua relação viscosidade-

temperatura e menos voláteis. Não são corrosivos para metais, porém têm um

acentuado efeito solvente sobre borrachas, vernizes e plásticos.

São formulados a partir principalmente dos ácidos adípico, azeláico, sebácico,

dodecanodióico, ftálico e dimérico com os álcoois 2-etilexiico, trimetilexiico, n-octilico,

isononílico, isodecílico e tridecílico. (FARAH,2012).

São empregados como lubrificantes de motores à jato (especificação MIL-L-

7808), óleos hidráulicos especiais e óleos para instrumentos delicados

(instrumentoils).

- Ésteres de Organofosfatos

Têm um poder lubrificante muito alto e não são inflamáveis os óleos de

petróleo. Sua volatilidade é baixa e sua relação viscosidade-temperatura é melhor

que a dos óleos de petróleo. Sua resistência à oxidação é boa, mas sua estabilidade

só é satisfatória até 150°C. Alguns ésteres de organofosfatos têm tendência a

hidrolisar, e os produtos da hidrólise podem formar ácidos fosfóricos corrosivos.

(CARRETEIRO e BELMIRO, 2006)

São principalmente usados comoaditivos de média extrema-pressão eagentes

antiespumantes.

- Ésteres de Silicatos

Estes compostos possuem qualidades de baixa volatilidade e relação

viscosidade-temperatura que os colocam entre os melhores sintéticos. Entretanto,

sua estabilidade térmica e hidrolítica deixam a desejar. Depósitos abrasivos podem

Page 24: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

23

ser formados a temperaturas superiores a 200°C. Em presença de água, os silicatos

se decompõem formando um gel e sílica abrasiva.

São usados como fluidos de transferência de calor, fluidos hidráulicos de alta

temperatura e como constituintes de graxas especiais de baixa volatilidade.

- Silicones

Silicone é empregado para designar fluidos que são pólímeros de metil-

sioxano, polímeros de fenil-siloxano ou polímeros de metil-fenil-siloxano.

O aumento do teor de fenil aumenta a estabilidade ao calor, mas diminui o

índice de viscosidade, embora permanecendo sempre acima do nível dos óleos de

petróleo.

Os óleos de silicone encontram campo particularmente em aplicações que

requerem a mínima variação possível da viscosidade com a temperatura. A relação

da viscosidade temperatura do silicone é superior não apenas à dos óleos minerais,

mas à de todos os outros sintéticos.

Sua volatilidade é muito baixa, a resistência à oxidação é muito alta e são

muito boas sua estabilidade térmica e hidrolítica. Entretanto, seu custo é por demais

elevado, problema, aliás, comum aos outros sintéticos, embora em menor escala.

O poder lubrificante dos fluidos de silicone é similar ao dos óleos de petróleo

sob cargas moderadas e médias. Sob cargas pesadas seu comportamento varia

enormemente em função dos metais das partes a lubrificar.

Apesar de sua boa estabilidade térmica, a oxidação em elevada temperatura

provoca a formação de gel.

- Compostos de Ésteres de Poliol (POE ou Poliol éster)

Os Poliol ésteres têm sido usados como lubrificantes em diversas aplicações

e também como fluidos hidráulicos especiais. São obtidos pela reação de ácidos

graxos monobásicos o valérico, isopentanóico, hexanóico, heptanóico, etc... com

álcoois de estrutura poliédrica, ou seja sem hidrogênio no carbono , o neopentil

glicol, trimetilolpropano, pentaeritritol e di-pentaeritritol.

Os poliol ésteres são mais estáveis nas altas temperaturas que os ésteres

dibásicos, e podem fluir a temperaturas de -54°C. Sua principal aplicação é em

Page 25: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

24

lubrificantes para turbinas a jato. Também é utilizado em pequenas quantidades

para ajudar a solubilização de aditivos em formulações com PAO.

- Polibutenos ou Poliisobutilenos

São butenos ou isobutilenos polimerizados. Podem ser utilizados como

espersantes e matéria prima para aditivos. Também como base de óleos para

laminação de metais, cabos de aço, engrenagens e outros.

- Poliglicóis (Polialquilenoglicóis ou PAG)

São polímeros sintetizados a partir de óxidos de etileno e de propileno,

normalmente disponíveis em grande variedade de viscosidades. Tem principal

aplicação o óleo para compressores, devido sua insolubilidade nos gases em geral,

e também encontra grande aplicação em fluidos de freio, hidráulicos de base aquosa

à prova de fogo, e fluidos para usinagem de metais.

- Alquilados Aromáticos

São obtidos a partir da reação de uma olefina com um núcleo aromático.

Possui características similares às PAO's, mas com alguma limitação na amplitude

da faixa de viscosidade. São utilizados como base sintética para lubrificantes

automotivos e industriais.

3.2.3Óleos Básicos Não Convencionais

Vamos adotar a terminologia usada pela indústria de lubrificantes, chamando

de óleos básicos não convencionais, aqueles óleos obtidos por processos de refino

especiais de derivados de petróleo ou pela utilização de síntese a partir do gás

natural. (FARAH,2012).

Outras tecnologias estão em desenvolvimento, partindo de matérias primas

diversas, porém, consideraremos apenas dois tipos de bases que se enquadram

nessa categoria. (CARDOSO, 2008)

Page 26: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

25

- Óleos de Alto ou Altíssimo Índice de Viscosidade

Também chamados de HVI ou VHVI ou High ou Very High Viscosity Index

estes óleos são básicos refinados de petróleo que recebem um tratamento severo

com hidrogênio, aumentando substancialmente seu índice de viscosidade. O

processo pode ser dividido em três seções principais:

1. Hidrocraqueamento - saturação. Por ação de catalisadores, o produto é

craqueado, saturado e convertido, a alta pressão, em compostos iso-parafínicos não

reativos.

2.Hidroisomerização- reestruturação. As parafinas de cadeia longa são

cataliticamente isomerizadas em iso-parafinas ramificadas e menores, que possuem

maior fluidez a baixas temperaturas.

3. Hidroacabamento - estabilização. A Saturação é feita a alta temperatura e

alta pressão de H2 atingindo elevado nível de eficiência.

O resultado é uma excelente estabilidade à oxidação e o produto final é livre

de compostos aromáticos, além de elevar o índice de viscosidade.

- Tecnologia GTL (GasToLiquid)

Baseada no processo Fischer Tropsch descoberto em 1923 pelos cientistas a

Hans Tropsch e Franz Fischer, esta tecnologia converte o gás de síntese em

combustível e lubrificante sintético. Muito utilizado pelos alemães na Segunda

Guerra Mundial, ficou abandonado até a década de 1990, quando um novo cenário

mundial estimulou sua utilização. (CARRETEIRO e BELMIRO, 2006)

Osprincipaisaspectosdeste novo cenáriosão:

Novas descobertas de reservas de gás natural;

Avanços na pesquisa de catalisadores;

Restrições ambientais exigindo produtos cada vez mais “limpos”;

Alta nos preços do petróleo.

A tecnologia GTL, contém os seguintes passos de processo:

O gás natural entra em um reator auto térmico-reformador junto com oxigênio

(ar) e vapor, gerando o chamado gás de síntese (CO + H2).

O gás de síntese é então levado ao reator Fischer-Tropsch, onde através de

catalisadores (Fe ou Co), produz parafinas lineares.

Page 27: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

26

A última etapa é a hidroisomerização catalítica (zeólita ou Pt) para aumento

do ponto de fluidez e melhorar outras propriedades como o índice de viscosidade

que pode atingir até 144.

Esta tecnologia produz produtos com um grau de pureza extremamente sem

sub-produtos indesejáveis.

No Brasil, existem grandes ocorrências de gás natural e as rotas GTL podem

ampliar a viabilidade econômica para essas reservas. (FARAH,2012).

Pode-se esperar que a tecnologia Gas To Liquid (GTL) ocupará uma posição

de grande importância na fabricação de óleos básicos ao final desta década,

fornecendo óleos básicos de altíssima pureza e excelente desempenho.

(CARRETEIRO e BELMIRO, 2006)

3.2.4 Classificação dos básicos

Cardoso (2008) menciona também que atendendo às necessidades de

qualidade da indústria automobilística o API (American Petroleum Institute) nos

Estados Unidos e a ATIEL (Association Technique de L 'Industrie Europe anne dês

Lubrifiants) na Europa adotaram um sistema de classificação, com a finalidade de

padronizar as especificações de óleos básicos para todas as refinarias existentes no

mundo. Assim, tomou-se parâmetros principais os seguintes itens: Teor de Enxofre,

Teor de Saturados e o Índice de Viscosidade, os grupos foram classificados da

seguinte forma:

GRUPO I: Teor de Enxofre maior que 0,03 %, Teor de saturados menor

que 90 % e o índice de Viscosidade situado entre 80 e 120.

GRUPO II: Os óleos classificados neste grupo, já recebem um tratamento

com hidrogênio que coloca o teor de Enxofre menor que 0,03 % e o teor

de saturados maior que 90 %, mas o índice de Viscosidade continua entre

80 e 120.

GRUPO III: Com um tratamento mais severo com hidrogênio e um

processo de isomerização, o índice de Viscosidade é elevado acima de

120, continuando o teor de Enxofre abaixo de 0,03 % e o teor de

saturados acima de 90 %.

Page 28: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

27

GRUPO IV: Neste grupo foram colocadas todas as Polialfaolefinas

(PAO's).

GRUPO V: Os outros óleos sintéticos que não estão enquadrados nos

outros grupos,como os ésteres, poliglicóis, etc.

GRUPO VI: Foi criado exclusivamente para abrigar um tipo de oligômero

de olefina fabricado na Europa, chamado de Polinternalolefina (PIO's), a

fim de simplificar os processos de aprovação.

Por questões comerciais, e para atender uma demanda de mercado,

algumas refinarias realizaram melhorias nos processos de refino, com vistas a

aumentar o Índice de Viscosidade dos produtos finais, embora os teores de

enxofre e saturados continuem sendo enquadrados nos mesmos grupos.

Foram criadas então, algumas categorias não oficiais, mas, com grande

aceitação pelo mercado. São elas:

GRUPO I (plus): Ainda com alto teor de enxofre e baixo teor de saturados,

mas, com condições de processo ajustadas para um índice de

Viscosidade mais elevado, variando entre 100 e 105.

GRUPO II (plus): Algumas refinarias, com ajustes nas condições de

processo conseguem fazer um grupo II com índice de Viscosidadena faixa

de 110 a 120.

GRUPO III (plus): Não disponível comercialmente ainda. Espera-se para a

segunda metade desta década. Tendo o gás natural com fonte, é

chamado também de tecnologia Gas To Liquido ou simplesmente GTL.

Terão um índice de Viscosidade acima de 140. (FARAH ,2012).

3.3 CARACTERÍSTICAS DOS ÓLEOS LUBRIFICANTES

3.3.1 Viscosidade

A viscosidade do óleo tem importância fundamental na lubrificação

hidrodinâmica.

Page 29: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

28

A NBR 10441 descreve um procedimento específico para a determinação da

viscosidade cinemática, de produtos líquidos de petróleo, tanto transparentes quanto

opacos, pela medição do tempo de escoamento de um volume de líquido fluindo sob

gravidade através de um viscosímetro capilar de vidro calibrado. A viscosidade

dinâmica pode ser obtida pela multiplicação da viscosidade cinemática medida pela

massa específica do líquido, determinadas na mesma temperatura. O resultado

obtido neste ensaio depende do comportamento da amostra e se aplica a líquidos

cujas forças de cisalhamento e taxas de cisalhamento sejam proporcionais (fluidos

de comportamento newtoniano). Entretanto se a viscosidade variar

significativamente com a taxa de cisalhamento, resultados diferentes podem ser

obtidos a partir de viscosímetros com diâmetros capilares diferentes. O

procedimento e os valores de precisão para óleos combustíveis residuais, os quais

em algumas condições exibem comportamento não-newtoniano, também estão

incluídos.

A viscosidade de um fluido é a propriedade que determina o valor de sua

resistência ao cisalhamento. A viscosidade é devida, primariamente, à interação

entre as moléculas do fluido.

O conceito de viscosidade foi estabelecido, em princípio, por Isaac Newton.

Louis Navier, na França, e George Stokes, na Inglaterra, no início do século XIX

estudaram matematicamente o equilíbrio dinâmico dos fluidos viscosos. Hágen e

Poiseuffle estudaram o escoamento dos líquidos em condutos circulares capilares,

enquanto Boussinesq e Reynolds se notabilizaram nos estudos do escoamento

turbulento.

De acordo com a ASTM (American Societg for Testingand Materiais), temos

as seguintes definições:

- Viscosidade Absoluta (dinâmica) de um liquido newtoniano – é a força

tangencial sobre a área unitária de um de dois planos paralelos separados de uma

distância unitária quando o espaço é preenchido com o líquido e um dos planos

move-se em relação ao outro com velocidade unitária no seu próprio plano. A

viscosidade dinâmica ou absoluta e geralmente reportada pela unidade poise (P)

que tem as dimensões gramas por centímetro por segundo ou centipoise (cP) que é

igual a 0,01P. No sistema SI, utiliza-se o Segundo-Pascal (Pa-s) que corresponde a

10P.

Page 30: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

29

- Viscosidade Cinemática de um líquido newtoniano - é o quociente da

viscosidade dinâmica ou absoluta dividida pela densidade, /d, ambos à mesma

temperatura. A unidade da viscosidade cinemáticamais utilizada, é o stoke, que tem

as dimensões centímetros quadrados por segundo. É prática comum na indústria do

petróleo exprimir a viscosidade cinemática em centistokes (cSt). Um stoke equivale a

100 cSt. No sistema SI temos o milímetro quadrado/segundo(mm2/s). 1mm2/s =

1cst.

Líquido Newtoniano (simples) - é aquele no qual o grau de cisalhamento (rate

ofshear) é proporcional à tensão de cisalhamento (shearing stress).

- Viscosidade Saybolt Universal - o tempo de escoamento em segundos de

60 ml de amostra fluindo através de um orifício Universal calibrado sob condições

específicas.

- Viscosidade Saybolt Furol - o tempo de escoamento em segundos de 60

ml de amostra fluindo através de um orifício Furol calibrado sob condições

específicas. A viscosidade Furol é aproximadamente 1/10 da viscosidade Universal

e é recomendada para os produtos de petróleo que tenham viscosidade maiores que

mil segundos (Saybolt Universal), tais óleos combustíveis (fuel oils) e outros

materiais residuais. A palavra Furol é uma contração de fuel androad oils.

Escoamento Newtoniano - é caracterizado pelo líquido no qual o grau de

cisalhamento (rate ofshear) é proporcional à tensão de cisalhamento (shearing

stress). A razão constante da tensão de cisalhamento para o grau de cisalhamento é

a viscosidade do líquido.

Assim, a viscosidade cinemática (Equação 1) é função apenas do

comprimento e tempo (grandezas cinemáticas).então: v = viscosidade cinemática

µ = coeficiente de viscosidade e d=densidade

Equação 1

Page 31: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

30

Em que a análise dimensional nos dá L² T-¹. Entretanto, para fins práticos, a

viscosidade dos óleos lubrificantes é expressa em tempo (segundos) de escoamento

através de tubos capilares metálicos.

Popularmente, a viscosidade é o “corpo” do lubrificante. Um óleo viscoso ou

de grande viscosidade é “grosso” e flui com dificuldade. Um óleo de pouca

viscosidade é “fino” e escorre facilmente. Podemos, pois, dizer que a viscosidade de

um óleo é inversamente proporcional à sua fluidez.

Outras definições para viscosidade de um óleo seriam a sua resistência a

fluir, o seu atrito interno ou a sua resistência ao escoamento. (CARDOSO, 2008)

3.3.1.1Unidades e Métodos de Medir Viscosidade

Vimos acima à definição consagrada pela ASTM para a viscosidade dinâmica

ou absoluta. Podemos dizer que ela é numericamente expressa pela força aplicada

a uma superfície, a fim de cisalhar uma película do fluido de espessura unitária, a

uma velocidade relativa também unitária. (CARRETEIRO e BELMIRO, 2006)

As medidas da viscosidade cinemática são normalmente feitas com baixas

taxas de cisalhamento, (< 100 s-1), no entanto outros métodos são utilizados para

medir a viscosidade a altas taxas de cisalhamento, com a finalidade de simular

condições mais realistas de operação para um lubrificante. (FARAH,2012).

Os diferentes instrumentos de medição da viscosidade cinemática podem ser

agrupados da seguinte forma:

- Viscosímetros capilares

Medem a vazão de um volume fixo de fluido através de um pequeno orifício a

uma temperatura controlada. A taxa de cisalhamento pode variar de quase zero até

106s-1, através da variação do diâmetro do tubo capilar e aplicação de pressão.

Os tipos de viscosímetros capilares e seus modos de operação são:

Viscosímetro cinemático simples

É basicamente constituído por um tubo capilar de vidro, cujo diâmetro é

determinado para cada gama de viscosidade e relaciona-se ao tempo T de

Page 32: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

31

escoamento do líquido entre duas referências por uma constante K. A viscosidade

cinemática em cSt é dada pelo produto KT. A taxa de cisalhamento é normalmente

menor do que 10s-1.

Viscosímetro cinemático de alta pressão

Utiliza gás pressurizado para forçar um volume pré-fixado de fluido a escoar

através de um tubo capilar de pequeno diâmetro. A taxa de cisalhamento nesses

casos pode chegar a 106s1. Essa técnica é geralmente utilizada para simular a

operação de óleos de motor nos mancais e virabrequins de veículos automotores.

Esta viscosidade é chamada de high temperature - high shear (HTHS) que

significa “alta temperatura - alto cisalhamento” e é medida a 150°C.

Viscosímetros rotativos

Utilizam o torque de um eixo rotativo para medir a resistência de um fluido ao

escoamento. Os tipos mais comuns de viscosímetros rotativos são o Cold Cranking

Simulator (CCS), Mini-Rotary Viscometer (MRV), Brookfield Viscometer e Tapered

Bearing Simulator (TBS). A taxa de cisalhamento pode ser modificada alterando-se

as dimensões do rotor, a folga entre o rotor e a parede do estator e a velocidade de

rotação.

Cold Cranking Simulator (CCS) - É um simulador de partículas a frio, e mede

uma viscosidade aparente na faixa de 500 a 200 000 cP. A taxa de cisalhamento

varia a uma temperatura de operação entre 0°C e - 40'C. O CCS tem demonstrado

excelente correlação com os dados obtidos em motores operando a baixas

temperaturas, e é utilizado no método ASTM D-5293.

Mini- Rotarg Viscometer (MRV) - Este teste é utilizado pelo método ASTM D-

4684 para medição de viscosidade com baixa taxa de bombeabilidade do óleo. A

amostra é pré-tratada com ciclos de aquecimento e resfriamento, e o resultado do

teste comparado a um valor de referência. Acima de determinada viscosidade

(atualmente definida 60000 cP pela SAE J300), o óleo poderá apresentar problemas

de bombeabilidade.

Brookfield Viscometer- Utilizado pelo método ASTM D-2983 o viscosímetro

Brookfield determina viscosidades numa faixa de 1 a 105P a uma baixa taxa de

Page 33: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

32

cisalhamento (menor que 102s1). Este teste é usado basicamente para determinar a

viscosidade abaixa temperatura (entre -5 e -40°C) de óleos de engrenagens,

transmissões automáticas, fluidos para trator e óleos hidráulicos.

O procedimento de medida da viscosidade Brookfield com um resfriamento da

amostra a uma taxa constante de 1°C por hora pretende estabelecer uma relação

com a propriedade de bombeabilidade do óleo a baixa temperatura. O teste informa

o ponto de gelificação (gelation point) que é a temperatura na qual a viscosidade

atinge 30000 cP.

O índice de gelificação é também obtido com esse teste, é definido a maior

taxa de alteração de viscosidade a partir da temperatura de -5°C até a temperatura

mais baixa atingida no teste.

Tapered Bearing Simulator - Este teste utiliza uma taxa de cisalhamento

bastante elevada usando uma folga extremamente pequena entre o rotor e a parede

do estator. Esta técnica de simulação permite também a medição de viscosidade

HTHS em óleos de motor.

Viscosímetro Saybolt. - Efetuando-se a medição pelo aparelho Saybolt (ASTM

D-88), a viscosidade é indicada pelo tempo, em segundos, necessário para que 60

cm' de óleo escorra completamente por um orifício de 1,765 mm de diâmetro, sob

ação da gravidade, a uma determinada temperatura.

Viscosímetro Redwood - Este aparelho diferencia-se do Saybolt por ser

50cm3 o volume de óleo que passa pelo tubo de descarga.

Viscosímetro Engler -O princípio é o mesmo. O volume é 200 cm' e o tempo

que leva para escorrer, em segundos, é convertido em graus Engler, dividindo-se

seu valor pelo tempo gasto para escoar igual volume de água nas mesmas

condições, a uma determinada temperatura.

Viscosímetro Ostwald - Mede a viscosidade cinemática. É constituído de um

sistema de tubos de vidro, bulbos e um tubo capilar.

3.3.1.2Relações de Viscosidade/Temperatura

O coeficiente viscosidade-temperatura de todos os líquidos é alto e a

temperatura deve ser cuidadosamente referida em qualquer medida de viscosidade.

Para cálculo de Viscosidade/Temperaturautiliza-se a conhecida equação de

Walther (Equação 2) para uma gama de óleos lubrificantes:

Page 34: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

33

Equação 2

Em que V é a viscosidade cinemática em centistokes, T é a temperatura

absoluta, A e B são constantes para um dado óleo e K é, exceto para valores muito

baixos de V, uma constante universal. Um valor de 0,8 era originalmente usado para

K, mas a ASTM verificou posteriormente que a equação se ajustava melhor aos

dados experimentais empregando o valor de 0,6 para viscosidades maiores que 1,5

centistoke. Este valor é atualmente usado nas tabelas publicadas pela ASTM. As

escalas das ordenadas e abscissas empregadas nestas tabelas são tais que quando

a viscosidade é marcada contra a temperatura em graus Celsius, obtêm-se linhas

retas. As tabelas são feitas para viscosidades cinemáticas. (FARAH,2012).

Diversos métodos têm sido propostos para exprimir a variação de viscosidade

com a temperatura por meio de apenas um número. Vamos abordar apenas três

deles: altura do pólo de viscosidade, inclinação da curva ASTM e índice de

viscosidade. (CARDOSO, 2008)

3.3.2 Índice de Viscosidade

A NBR 14358 prescreve os procedimentos A e B para o cálculo do índice de

viscosidade de produtos de petróleo, como óleos lubrificantes e correlatos, a partir

de suas viscosidades cinemáticas a 40°C e 100°C. NOTA: Os resultados obtidos

com o cálculo do índice de viscosidade a partir das viscosidades cinemáticas a 40°C

e a 100°C são praticamente os mesmos daqueles obtidos a partir das viscosidades

cinemáticas determinadas a 37,78°C e a 98,89°C.

O método mais usual para expressar o relacionamento da viscosidade com a

temperatura é o índice de viscosidade baseado em uma escala empíricacomo pode

ser verificada na Equação 3.

Os padrões são duas séries de óleos: uma obtida de um cru da Pensilvânia

que foi arbitrariamente considerada índice de viscosidade igual a 100 e outra prove-

Page 35: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

34

niente de um cru da Costa do Golfo do México, a qual foi arbitrado índice de

viscosidade igual a zero .

O índice de viscosidade de um óleo de uma dada viscosidade a 100°C é

calculado partindo-se de sua viscosidade a 40°C e das viscosidades a 40°C dos

padrões, tendo uma viscosidade a 100°C igual à do óleo cujo IV(índice de

viscosidade)queremos determinar:

Equação 3

L = viscosidade a 40°C de um óleo de índice de viscosidade 0, tendo a

mesma viscosidade a 100°C do óleo em estudo

H = viscosidade a 40°C de um óleo de índice de viscosidade 100, tendo a

mesma viscosidade a 100°C do óleo em estudo;

U = viscosidade a 40°C do óleo em estudo.

Na Norma ASTM existem tabelas para a determinação do IV(índice de

viscosidade) partindo-se ou da viscosidade cinemática ou da viscosidade Saybolt a

40°C e a 100°C (ASTM D-2270).

O índice de viscosidade é de uso corrente nos Estados Unidos e no

Brasil também. Entretanto, ele apresenta as seguintes deficiências:

É baseado em padrões arbitrários.

Para os valores muito elevados, o IV(índice de viscosidade) torna-se

falho, podendo dois óleos do mesmo IV(índice de viscosidade) e

viscosidades iguais a 40°C terem viscosidades a 100°C muito

diferentes. (CARDOSO, 2008)

Resultados anômalos do IV(índice de viscosidade)são obtidos na faixa

de viscosidades a 100°C abaixo de oito centistokes.

O índice de viscosidade é uma característica utilizada para identificar a

natureza dos óleos minerais puros. (FARAH ,2012).

Como o índice de viscosidade pode ser elevado pela adição de melhoradores,

a indicação do IV(índice de viscosidade) deve ser verificada através de certas

características.

Page 36: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

35

3.3.3 Grau API

O Grau API (em inglês, API Gravity) é uma escala arbitrária que mede a

densidade dos líquidos derivados do petróleo. Foi criada pelo American Petroleum

Institute - API, juntamente com a National Bureau of Standards e utilizada para

medir a densidade relativa de líquidos. Quanto mais densidade o óleo tiver, menor

será seu grau API.

A norma NBR 7148estabelece o ensaio para a determinação da massa

específica, densidade relativa ou °API de petróleo, de seus derivados ou misturas

desses com produtos não derivados de petróleo e que tenham uma pressão de

vapor Reid menor ou igual 101,325 kPa.

A densidade em graus API é dada pela Equação 4:

Equação 4

Portanto, na realidade, grau API é uma escala convencional, função

matemática da densidade relativa.

O valor da densidade fator de especificação de lubrificante é muito reduzido.

Quando muito, pode-se eventualmente determinar o tipo de cru do qual o óleo é

proveniente. Óleos bastantes parafínicos possuem densidades em torno de 0,87

(API em torno de 30) enquanto os naftênicos têm densidades acima de 0,9 (API<

25). (CARRETEIRO e BELMIRO, 2006)

Para uso em nosso país, achamos muito mais conveniente mencionar,

quando julgado necessário, a densidade pura e simplesmente. (FARAH,2012).

A única grande vantagem de conhecer a densidade, ou melhor, a massa

específica, ou o peso especifica (numericamente iguais), é tornar possível a

conversão de volume em peso (na realidade, massa), ou vice-versa, necessária aos

cálculos de fretes e conferências de recebimento. (CARRETEIRO e BELMIRO,

2006)

Page 37: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

36

3.3.4 Ponto de Fluidez

O ponto de fluidez vem a ser a temperatura mínima na qual o óleo ainda flui.

Esta temperatura é determinada, de acordo com o Ensaio Padrão D-97-05, da

ASTM, por meio de resfriamentos sucessivos de amostra de óleo colocada em um

frasco de vidro. A intervalos de 3 em 3°C, verifica-se se o óleo ainda é capaz de fluir.

Por isso, o ponto de fluidez, expresso em°C, é sempre múltiplo de 3.

É normal uma variação de 5°F em ensaios do mesmo óleo no mesmo

laboratório, realizados rigorosamente de acordo com as normas ASTM. Em

laboratórios diferentes, é comum uma diferença de 10°F. Diferençam muito maiores

ocorrem quando se empregam diferentes processos de resfriamento. Normalmente,

nos laboratórios brasileiros, utiliza-se gelo seco (ácido carbônico em estado sólido),

que produz um resfriamento muito rápido, ocasionando determinações de valores

elevados para o ponto de mínima fluidez. Em serviço, o resfriamento é muito mais

lento e também as pressões são muito mais elevadas. Especialmente nos sistemas

circulatórios, de maneira que um óleo pode ainda fluir a temperaturas mais baixas

que o ponto de congelamento determinado em laboratório. (CARRETEIRO e

BELMIRO, 2006)

3.3.5 Ponto de Fulgor

O ponto de fulgor de um óleo é a menor temperatura na qual o vapor

desprendido mesmo, em presença do ar, inflama-se momentaneamente ao se lhe

aplicar uma chama, formando um lampejo (flash). (CARDOSO, 2008)

Há diversos métodos para realizar este ensaio em laboratório e os resultados

dos variam consideravelmente, motivo por que é imperioso se referir o valor

encontrado ao processo empregado.

A determinação de ponto de fulgor mais empregada nos Estados Unidos e no

Brasil é a preconizada pela Norma NBR 11341 que descreve a determinação dos

pontos de fulgor e de combustão em derivados de petróleo com um aparelho de

vaso aberto Cleveland manual ou automático. É aplicável a todos os derivados de

petróleo com pontos de fulgor entre 79°C e 400°C, exceto os óleos combustíveis.

Page 38: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

37

É preciso distinguir o ponto de fulgor do ponto de combustão que vem a ser a

temperatura na qual os vapores de óleo se queimam de modo contínuo, durante um

mínimo de 5 segundos, de acordo com o mesmo ensaio ASTM D-92-52 acima

descritos. (FARAH ,2012).

Normalmente, o ponto de combustão é de 22 a 28°C acima do ponto de fulgor

Também é necessário não confundir as temperaturas referentes ao ponto de fulgor

de combustão com a de auto-inflamação do lubrificante, que é a temperatura na qual

lubrificante se inflama espontaneamente, sem o contato de chama, e que é muito

mais elevada. (CARRETEIRO e BELMIRO, 2006)

O conhecimento do ponto de fulgor permite avaliar as temperaturas de ser

que um óleo lubrificante pode suportar com absoluta segurança. Óleos com ponto de

fulgor inferior a 150°C não devem ser empregados para fins de lubrificação.

(CARDOSO, 2008)

O ensaio do ponto de fulgor é importante no julgamento das condições de um

de motor usado, por acusar a contaminação com o combustível.

O ponto de fulgor depende da volatilidade dos constituintes mais leves (mais

voláteis) de um óleo. Entretanto, não se trata de um índice da volatilidade do óleo.

Da mesma forma, o elevado ponto de fulgor de um óleo não indica,

necessariamente, que o mesmo possua boas qualidades antioxidantes para

emprego em alta temperatura.

O ponto de fulgor varia, de maneira geral, na razão direta da viscosidade. Em

óleos de uma mesma série, isto é, provenientes do mesmo tipo de cru, refinados

pelo mesmo processo e aditivados da mesma forma, o mais viscoso possui ponto de

fulgor mais elevado.

3.3.6 Resíduo de Carbono

Resíduos de carbono deixados pelo óleo lubrificante em motores de

combustão interna ou em compressores são muito inconvenientes sob vários

aspectos.

Os óleos de origem naftênica produzem, em geral, menor quantidade de

resíduos que os parafínicos, por issotemcerta preferência para emprego em

compressores.

Page 39: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

38

O ensaio para resíduo de carbono foi estabelecido (Norma ASTM D-189-52)

para o cálculo de um índice da quantidade de resíduo que o óleo poderia deixar nos

motores de combustão interna e em outras máquinas, quando submetido à

evaporação sob elevadas temperaturas. Este ensaio consiste, basicamente, em

fazer evaporar uma amostra de, 10 gramas do óleo, impedindo-se, durante a prova,

a combustão do óleo ao evitar o contato com o ar.

3.3.7 Cor

Os óleos lubrificantes variam em cor, desde transparentes (incolores) até

pretos (opacos).A cor pode ser observada por transparência, isto é, contra a luz, ou

por luz refletida. Existem diversos aparelhos para determinar a cor de óleos

lubrificantes: calorímetros Union, Lovibond, Tag-Robinson e Saybolt.

A Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM) elaborou um resumo

do exame procedimentos para a indústria petroquímica e de refino. A cor ASTM D-

1500 é um conhecido procedimento para a medição de cor em produtos de petróleo

e de gasolina. A escala ASTM mostra uma gama de 0 ASTM (sem cor) até 8 ASTM

(cor escura / quase preto). Produtos com baixa cor menos de 0,5 ASTM são

frequentemente medido usando a cor Saybolt (ASTM D-156). Ambas as unidades

são de cor tradicionalmente encontrada por comparação visual das amostras de

produtos com óculos de cor normalizados.

Sistemas de medição de cor em linha modernos são muito mais reprodutível

do que o olho humano e a cor é observada de forma permanente. A mudança de cor

é muitas vezes um bom indicador para a final qualidade do produto.

O calorímetro Union consiste em um tubo com luneta que permite a

observação simultânea da amostra do óleo e do vidro na cor padrão, numerada em

ordem crescente de 1 a 8, desde a mais clara até a mais escura.

A cor é importante para os óleos brancos (cor Saybolt) e para as vaselinas

(cor N.P.A.). Os óleos brancos têm uma importante aplicação na lubrificação de

fibras têxteis sintéticas.

Para os óleos lubrificantes comuns, carece de importância prática a

determinação cor, salvo para o fabricante controlar a uniformidade do produto.

(FARAH,2012).

Page 40: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

39

Para óleos de mesmo tipo, o mais claro possui menor viscosidade. É preciso

registrar, porém, que existem óleos de alta viscosidade e cor clara.

É possível identificar, até certo ponto, se o óleo é de origem naftênica ou

parafínicos, óleos parafínicos apresentam, por luz refletida, uma fluorescência verde,

enquanto os naftênicos dão reflexos azulados. Entretanto, a cor não é uma

comprovante procedência do óleo, pois é facilmente alterada pela adição de

corantes.

3.3.8 Cinzas

A determinação da quantidade de cinzas resultante da queima completa de

uma amostra indica a quantidade de matéria inorgânica presente.

Em óleos acabados, esse valor é representado principalmente pela parte

mineral dos aditivos e permite avaliar, até certo ponto, o grau de detergência dos

óleos automotivo é preciso lembrar, entretanto, a possibilidade de existir no óleo

aditivos detergentes que não deixam cinzas. (CARRETEIRO e BELMIRO, 2006)

Em óleos usados, as cinzas resultam da soma da parcela oriunda dos aditivos

com outraproveniente de contaminantes.

Geralmente, as cinzas são referidas com cinzas sulfatadas, ou seja, o resíduo

da queima é tratado com ácido sulfúrico, obtendo-se sulfatos dos metais presentes.

Os testes de análises destas cinzas são executadas pela Norma NBR 9842

que prescreve o método para determinação de cinzas na faixa de 0,001% a 0,180%

em massa, em combustíveis destilados e residuais, combustíveis de turbina a gás,

óleos crus, óleos lubrificantes, parafinas e outros produtos derivados de petróleo nos

quais qualquer presença de material formador de cinzas é normalmente considerado

impureza indesejável ou contaminante. Este método se aplica a produtos de petróleo

livres de aditivos produtores de cinzas, incluindo certos compostos fosforado.

3.3.9 Número de Precipitação

O número de precipitação indica o volume de matérias estranhas existentes

no óleo lubrificante.

Page 41: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

40

De acordo com o ensaio D-91-52, da ASTM, uma pequena amostra do óleo é

misturada a uma nafta de petróleo (solvente parecido com gasolina), agitada e

aquecida a uma temperatura entre 32 a 35°C e submetida à centrifugação.

O volume do precipitado, em mililitros, é o número de precipitação.

Em óleo sem uso, esse ensaio indica o grau de refinação do produto, pois os

compostos asfálticos, indesejáveis em um bom lubrificante, são insolúveis em nafta

leve de petróleo, separando-se por meio de centrifugação.

Em óleos usados, o número de precipitação revela o conteúdo de partículas

sólidas em suspensão, indicando a contaminação com matérias estranhas.

3.3.10 Número de Neutralização

O grau de acidez ou alcalinidade do óleo pode ser avaliado pelo seu número

de neutralização.

Esse número de neutralização é expresso em miligramas do KOH (hidróxido

de potássio) necessários para neutralizar os ácidos contidos em um grama de óleo.

Quando o óleo é básico, utiliza-se ácido clorídrico, ou ácido sulfúrico.

A quantidade de solução ácida necessária para neutralizar os álcalis contidos

em miligrama de amostra de óleo é convertida em seu equivalente em mg de KOH.

Os óleos minerais puros têm número de neutralização inferior a 0,10. Os

óleos aditivados apresentam, normalmente, valores bem mais elevados.

No controle de óleos usados, este ensaio é útil para verificar a variação do

seu valor, uma vez que, em trabalho, os óleos lubrificantes tendem a acumular

produtos ácidos, resultantes da sua própria combustão ou deterioração.

Entretanto, é preciso notar que, devido às diferenças de natureza dos ácidos

orgânicos que se podem formar nos óleos resultado da oxidação em serviço, não é

possível prever se um óleo com determinado valor elevado para o número de

neutralização, é corrosivo ou não.

3.3.11 Número de Saponificação

O número de saponificação é um índice da quantidade de gordura ou de óleo

graxo presente em um óleo mineral composto.

Page 42: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

41

Este ensaio consiste, essencialmente, em medir o peso, em miligramas, de

hidrato de potássio necessário para saponificar um grama de óleo.

Com o progresso das técnicas e produtos lubrificantes, o emprego de óleos

compostos, hoje em dia, reduz-se à lubrificação de máquinas a vapor e outras

aplicações muito específicas,em perfuratrizes de rocha e, eventualmente,

compressores de múltiplos estágios. Consequentemente, também o emprego do

número de saponificação é muito restrito.

3.3.12 Número de Emulsão

Na maior parte das aplicações é altamente desejável que o óleo lubrificante

separe-se rapidamente da água. Esta propriedade de demulsibilidade é de

importância primordial em turbinas. Já no caso de óleos para cilindros de máquinas

a vapor, para compressores de ar de alta compressão e martelete para perfurar

rochas, é desejável que ocorra até o contrário - facilidade de emulsão.

O número de emulsão (normal ASTM D-157-51-T) é o tempo, em segundos,

que a amostra do óleo leva para separar-se da água condensada proveniente de

uma injeção de vapor.

O índice de demulsibilidade Herschel, medido em centímetros cúbicos por

hora, expressa a rapidez com que o óleo se separa de determinada emulsão padrão,

a certa temperatura (55 ou 82°C).

Em geral, os óleos que oferecem menor resistência à emulsão são os de

maior acidez, que, entretanto, apresentam maior resistência da película. Por outro

lado, o óleo oxidado também se emulsiona mais facilmente que o novo.

No caso de óleos emulsionáveis para emprego em usinagem de metais, os

chamados óleos de corte solúveis, quando é desejável uma grande estabilidade de

emulsão, ensaia-se a amostra de maneira a verificar se o óleo forma emulsão

estável com água, em proporções de 0,1 a 25 % do óleo, sem adição de qualquer

outro produto.

Esta emulsão deve estar isenta de espuma com 15 minutos de repouso após

sua preparação à temperatura ambiente (25°C ±8°C). Finalmente, a emulsão deve

permanecer estável durante 24 horas, no mínimo.

Page 43: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

42

3.3.13 Corrosão

O ensaio de corrosão mais comum é efetuado pela NBR 14359 estabelece o

método para determinação da corrosividade ao cobre em gasolina de aviação,

combustível para turbina de aviação, gasolina automotiva, gasolina natural,

querosene,óleo diesel, óleo combustível destilado, óleos lubrificantes, biodiesel,

solventes de limpeza (Stoddard), ou outros hidrocarbonetos, cuja pressão de vapor

seja menor do que 124 kPa a 37,8ºC.

Alguns produtos, particularmente a gasolina natural, podem ter pressão de

vapor muito mais alta do que é normalmente característico da gasolina automotiva

ou de aviação. Por essa razão, recomenda-se extremo cuidado para assegurar-se

que o vaso de pressão contendo gasolina natural ou outros produtos com alta

pressão de vapor não sejam colocados em banhos a 100°C.

Amostras com pressão de vapor superiora 124 kPa podem

desenvolverpressão suficiente a 100°C para causar ruptura do vaso de pressão.

Para qualquer amostra que tenha pressão de vapor superior a 124 kPa, utilizar o

método de ensaio da ASTM D1838.

3.3.14 Insolúveis

Muito utilizados na avaliação de óleos em uso são os ensaios de

insolúveis.Para a realização dos ensaios são utilizados dois produtos: o pentano e o

benzeno.

A quantidade de material presente no óleo que não é solúvel nestes produtos

constitui os insolúveis em pentano e os insolúveis em tolueno. O método

empregado, ASTM D-893, consiste, essencialmente, em centrifugar duas amostras

dos óleos, uma diluída em pentano, outra em tolueno, e verificar os precipitados.

A quantidade de insolúveis em pentano representa as resinas provenientes da

óleo-oxidação do óleo e asmatérias estranhas. Os insolúveis em tolueno

representam apenas esses contaminantes externos. A diferença dá-nos, pois, os

produtos da oxidação.

É preciso considerar, entretanto, que os insolúveis em tolueno incluem

também compostos de chumbo oriundos do combustível. Por isso é normal que um

Page 44: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

43

óleo usado em motor a gasolina apresente um valor de insolúveis em benzeno maior

que quando usado em motor diesel.

Não existem valores limites prefixados de insolúveis para os diversos tipos de

óleos, a fim de avaliar o seu estado.

3.4 TIPOS E CLASSIFICAÇÕES DOS ÓLEOS LUBRIFICANTES

Os óleos lubrificantes minerais apresentaram relativos à presença de

compostos de cadeia longa de carbonos que variam de 22 a 25 carbonos com

predominância de decosano, além do 5-propil-decano para o óleo não degradado,

enquanto que para as amostras degradadas, verifica-se a presença de poucos

compostos de 22-25 carbonos, sendo observadas modificações na estrutura destes

óleos, com o aparecimento dos compostos com quantidades de carbonos bastante

inferiores, como o tetradecano, o tridecano e o 2,6,10-trimetildodecano (C15H32),

além do 2-metil-6-propil-dodecano (C16H34). Verifica-se, claramente, o processo de

quebra das cadeias carbônicas durante a degradação térmica. (FARAH ,2012).

Conhece-se os seguintes óleos lubrificantes:

Óleos lubrificantes minerais sem aditivos – são compostos de cadeia

longa de carbonos que variam de 22 a 25 carbonos (não degradado) com

predominância de pentacosano, e de 21- 25 carbonos (degradado) com

predominância de decosano. Após degradação, ocorrem modificações na estrutura

destes óleos, como o aparecimento dos picos referentes aos compostos: 2-butanol

(C4H10O); ácido acético butil éster (C6H12O2); 2-metil-2-etil-1-propil-ácido

propanóico 1,3-propanodiil éster (C16H30O4) e do O-(2-metilpropil)- hidroxilamina

(C4H11NO), indicando a ocorrência de oxidação dos compostos.

Óleos lubrificantes sintéticos - são compostos de cadeia longa de carbonos

que variam de 22 a 25 carbonos (não degradado) com predominância de

pentacosano, e de 21-25 carbonos (degradado), não sendo observadas maiores

modificações na estrutura destes óleos lubrificantes.

Os óleos lubrificantes semi-sintéticos- são compostos de cadeia longa de

carbonos que variam de 22 a 25 carbonos (não-degradado) com predominância de

Page 45: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

44

decosano, e de 22-25 carbonos (degradado), sendo observadas modificações na

estrutura destes óleos, com o aparecimento de compostos: 2-butanol (C4H10O);

ácido acético butil éster (C6H12O2) e do O-(2-metilpropil)-hidroxilamina (C4H11NO),

indicando a ocorrência de oxidação pela ocorrência de mudanças na composição.

Óleos usados- são quaisquer óleos lubrificantes de base mineral ou sintética

impróprios para o uso a que estavam inicialmente destinados, nomeadamente, os

óleos usados de motores de combustão, sistemas de transmissão, óleos minerais

para máquinas, turbinas e sistemas hidráulicos.

Os óleos usados contêm produtos resultantes da deterioração parcial dos

óleos em uso, tais como compostos oxigenados (ácidos orgânicos e cetonas),

compostos aromáticos polinucleares de viscosidade elevada, resinas e lacas. Além

dos produtos de degradação do básico, estão presentes no óleo usado os aditivos

que foram adicionados ao básico, no processo de formulação de lubrificantes e

ainda não foram consumidos, metais de desgaste dos motores e das máquinas

lubrificadas(chumbo, cromo, bário e cádmio) e contaminantes diversos, como água,

combustível não queimado,poeira e outras impurezas. Pode conter ainda produtos

químicos, que, por vezes, são inescrupulosamente adicionados ao óleo e seus

contaminantes característicos. (CARRETEIRO e BELMIRO, 2006)

3.5 RE-REFINO DE ÓLEOS LUBRIFICANTES USADOS

Um grande desafio a ser superado no cenário contemporâneo é a

preservação do meio ambiente. Diante desse problema, especialistas apontam o

desenvolvimento sustentável como uma possível solução.

Os meios de transporte automotivos e as máquinas motorizadas estão

plenamente disseminados na economia do território nacional. Como exemplo cita-se

os automóveis, caminhões, motocicletas, dependem de lubrificação, em especial em

seus motores para seu perfeito funcionamento. Entre, vários exemplos que poderiam

ser apresentados, encontra-se a preocupação com a destinação do óleo lubrificante

usado ou contaminado que diariamente é produzido em razão de ter cumprido com

suas finalidades e não pode ser devolvido de maneira inadequada ao meio

ambiente.

Page 46: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

45

As obrigações trazidas pela norma, enfatiza-se a exigência de que todo óleo

lubrificante utilizado no Brasil seja, obrigatoriamente, reciclável, devendo aquele

usado ou contaminado ser destinado à reciclagem por meio do processo de

rerrefino, num percentual não inferior a 30% em relação ao óleo lubrificante acabado

e comercializado por eles.

Um processo de re-refino de óleos lubrificantes usados deve compreender

etapas com as seguintes finalidades:

Remoção de água e contaminantes leves;

Remoção de aditivos poliméricos, produtos de degradação term-

oxidativa do óleo de alto peso molecular e elementos metálicos

oriundos do desgaste das máquinas lubrificadas (desasfaltamento);

Fracionamento do óleo desasfaltado nos cortes requeridos pelo

mercado;

O Acabamento, visando a retirada de compostos que conferem cor,

odor e instabilidade aos produtos, principalmente produtos de

oxidação, distribuídos em toda a faixa de destilação do óleo básico.

Um processo de re-refino deve ter, imprescindivelmente, baixo custo,

flexibilidade para se adaptar às variações de características das cargas e não causar

problemas ambientais.

O processo clássico de re-refino, Figura 2,consiste na desidratação e na

remoção de leves por destilação atmosférica, tratamento do óleo desidratado com

ácido sulfúrico e neutralização com adsorventes.

A tendência atual segue nos princípios dos processos de desasfaltamento

através de evaporadores de película ou T.D.A. (Torre Ciclônica de Destilação). O

subproduto de fundo da destilação geralmente é empregado como componente de

asfaltos. No tocante à etapa de acabamento, as unidades de hidroacabamento são

as selecionadas no caso de maiores escalas. Para unidades menores, o

acabamento por absorção é mais econômico. Na Europa, os principais processos

envolvem o desasfaltamento térmico ou a propano e por adsorção.

Page 47: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

46

Figura 2 - Processo de Re-Refino de Óleo Lubrificante Usado

Fonte:SINDRREFINO

De acordo com Farah (2012) os óleos lubrificantes integram

aproximadamente cerca de 2% dos produtos derivados de petróleo e, portanto, são

largamente empregados para fins industriais.

[...] Após um período pré-determinado pelo fornecedor, os óleos lubrificantes sofrem alterações em suas estruturas formando compostos oxigenados, poliaromáticos, resinas, lacas e podem ser contaminados com metais. (GONÇALVES, 2013, p. 61).

Refere Toledo (2013) que o produto resultante dadegradação deste óleo é

considerado perigoso por ser tóxico e apresentar grande potencial de riscoao meio

ambiente e à saúde pública.

O descarte indiscriminado deste óleo agride o meio ambiente e desperdiça

um substancial montante de recursos e, portanto, se faz necessário desenvolver

tecnologias para a sua recuperação. Deacordo com a resolução do Conselho

Nacional do Meio Ambiente (CONAMA 9/93), é crimeambiental descartar na

natureza, comercializar, fornecer, transportar, queimar ou dar qualquer outrodestino,

que não seja a recuperação, aos óleos usados. (BARBOSA, 2013).

Deste modo, entende Marcondes (2012) que a problemática envolvendo

propriamente a reciclagem de óleos lubrificantes usados ganha cada vez maior

Page 48: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

47

relevância, na contextualização do debate em torno das principais premissas de

tutela, prevenção e conservação ambiental.

[...] Nos países desenvolvidos, a coleta de óleos usados é geralmente tratada como uma premente necessidade, de proteção ambiental. Na França e na Itália, um significativo tributo específico sobre os óleos lubrificantes custeia a coleta dos mesmos.Além disto, em muitos outros países, esse suporte vem de impostos para tratamento deresíduos em geral. Nos Estados Unidos e Canadá, ao contrário do que ocorre no Brasil,normalmente é o gerador do óleo usado quem paga ao coletor pela retirada do mesmo. (BARBOSA, 2013, p. 145).

Assim, segundo Barbosa (2013) vale lembrar que como uma das pioneiras

iniciativas de relevância na conservação ambiental planetária, no contexto de

sinalizar a gravidade da grave degradação geral em pleno curso aparentemente

irreversível, entre 1991 e 1993, a ONU financiou estudos sobre a disposição de

óleos usados.

De acordo com a principal conclusão desses estudos, firmou-se que a

solução para uma disposição segura de óleoslubrificantes usados é o re-refino.

(BARBOSA, 2013).

3.6 AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO

De acordo com Carreteiro e Belmiro (2008, p. 35) “a qualidade de um

lubrificante é comprovada somente após a avaliação de seu desempenho em

serviço”.

[...] Este desempenho está ligado à composição química do lubrificante, resultante por sua vez do petróleo bruto, também do refino dos aditivos, bem como do balanceamento da formulação de cada produto. (CARRETEIRO e BELMIRO, 2008, p. 35).

A combinação dos fatores acima mencionados dá ao lubrificante certas

características físicas e químicas que permitem um controle da uniformidade e do

nível de qualidade, portanto denotando padrões de classificação dos óleos

lubrificantes.

Page 49: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

48

Chamamos de análise típica a um conjunto de valores que representa a

média das medidas de cada características. Consequentemente,a amostra de uma

determinada fabricação dificilmente apresenta resultados iguais aos das análises

típica,situando-se entretanto dentro de uma faixa de tolerância aceitável.Ao conjunto

de faixas de tolerância e limites de enquadramento de cada fabricação dá-se o nome

de especificação.Convém mencionar que as especificações não são garantia de

bom desempenho do lubrificante,pois somente a aplicação demonstra a

performance.

Os ensaios de laboratórios simulam condições de aplicação do

lubrificante,sem entretanto garantir um bom desempenho no serviço.

Por outros aspectos, igualmente relevantes, vale referir que ainda de acordo

com Farah (2012) os óleos lubrificantes possuem uma peculiaridade a mais, estando

na categoria dos restritos derivados de petróleo que não são totalmente consumidos

durante o seu uso. Neste sentido, diversos fabricantes de aditivos e formuladores de

óleos lubrificantes vêm trabalhando no desenvolvimento de produtos com maior vida

útil, o que tende a reduzir a geração de óleos usados. No entanto, com o aumento

da aditivação e da vida útil do óleo, crescem as dificuldades no processo de

regeneração após o uso. (GONÇALVES, 2013).

Dentre os processos de separação existentes, iremos estudar a extração

como método para a recuperação de óleos lubrificantes usados. (CARDOSO, 2006).

Segundo Farah (2012) há muitos anos, a extração vem sendo empregada

como uma poderosa técnica laboratorial de separação. Sua aplicação industrial teve

início quando se buscava uma alternativa capaz de remover hidrocarbonetos

aromáticos do querosene.

Assim, a extração tem despertado grande interesse industrial sendo aplicada

em diversas áreas tecnológicas, tais como: extração de metais, manufaturas de

antibióticos, purificação de elementos físseis e no combate à poluição. Entretanto,

na indústria de petróleo que ela obtém a mais larga aplicação. (CARRETEIRO e

BELMIRO, 2008).

Entre os inovadores processos de separação destacam-se a extração por

micro emulsão. (CARDOSO, 2006).

Farah (2012) menciona que os sistemas micro emulsionados vêm sendo

crescentemente utilizados em processos de separação devido à sua capacidade de

solubilizar dois líquidos de polaridades diferentes, reduzir a tensão

Page 50: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

49

superficial/interfacial e produzir uma grande área interfacial entre a fase contínua e a

fase dispersa.

Assim, os sistemas micro emulsionados se mostram potencialmente capazes

de atuar na remoção dos compostos originados da degradação parcial do óleo,

recuperando-o para o seu uso original. (FARAH, 2008).

Page 51: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

50

4 ESTADO DA ARTE

A inviabilidade dos óleos minerais puros como óleos lubrificantes, foi devido a

fatores econômicos e a legislação em vigor,tornando-os assim de pouca utilidade,e

também sua degradação por oxidação gerar resíduos.

Como os óleos lubrificantes sintéticos se tornou cada vez mais utilizados por

apresentar características únicas se comparados com os óleos lubrificantes

minerais.

Os óleos lubrificantes sintéticos são obtidos em laboratórios através de

reações químicas,enquanto os óleos minerais são obtidos através da destilação

fracionada.

Devido às exigências, alguns produtos químicos foram

desenvolvidos,chamado de aditivos que são agregados aos óleos,e com isso

deixando-os mais eficazes e tornando-os com as características necessárias às

necessidades das máquinas atuais(Lubrificantes Fundamentos e Aplicações- BR,

1999).

Sendo assim,eles atuam no retardo dos materiais orgânicos gerados das

reações químicas do oxigênio,que se dissolve tanto no óleo como no ar e que a

degradação do óleo se dá pela oxidação(Booser,1991).

Então é de grande importância se fazer uma avaliação térmica do óleo

lubrificante,porque após o seu uso a quantidades de horas de funcionamento no

motor geram acúmulo de contaminantes formados dá deterioração pela ação do

calor do motor e de produtos contido no ar atmosférico,o desgaste natural dos

aditivos usados na composição,gases da combustão e frações de combustível não

queimado,evidenciado por Bouman (1950).

Diluição por combustível causa a diminuição da viscosidade do óleo do

Cárter.Em contrapartida ,a contaminação por água o torna mais viscoso (Caines e

Haycock,1996).As quantidades adicionadas de elementos metálicos indicam

desgaste dos componentes do motor,saturando o filtro de óleo,degradando o óleo

impedindo sua eficiência na lubrificação e o resfriamento das peças.

A propriedade mais importante do óleo lubrificante é sua viscosidade. Tem

influência na formação da película protetoras entre superfícies,afeta a geração de

Page 52: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

51

calor nos mancais,cilindros,engrenagens e desempenha papel fundamental na

vedação e taxa de consumo ou perda (Norville,2005).

O óleo lubrificante usado pode ainda conter produtos químicos que,por vezes,

são inescrupulosamente adicionados ao óleo e seus contaminantes característicos

(SILVEIRA et al., 2006; RUPRECHT, 2011).

Desta forma, quando os óleos usados são lançados diretamente no ambiente

(em meio hídrico, nas redes de esgotos e solo) ou quando queimados de forma não

controlada, provocam graves problemas de poluição do solo, das águas e do ar.

Quando lançados no solo, os óleos usados se infiltram conjuntamente com a água

da chuva contaminando o solo que atravessam e,ao atingirem os lençóis freáticos

subterrâneos, poluem também as águas de fontes e poços (PARK et al., 2009;

LORENZETT, 2010).

Page 53: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

52

5 METODOLOGIA DA PESQUISA(MATERIAIS E MÉTODOS)

Nesta pesquisa foram coletadas amostras de óleos lubrificantes usados

Elaion 5W40 (10 amostras óleos lubrificantes usados) direto dos veículos.

Colocados em recipientes de plástico (garrafas PETlavadas e acondicionadas em

lugar arejados ) conforme Figura 3.

Figura 3 -Amostra de Lubrificantes Usados

Fonte: Autor

Criou-se a Tabela 1, relacionando o tipo de motor ,quilometragem e data da

coleta das amostras de cada veículo. As 10 amostras dos óleos usados juntamente

com uma amostra de óleo novo foram encaminhadas ao laboratório de fluídos do

ITEP(Associação Instituto de Tecnologia de Pernambuco)para serem feitas as

análises dos parâmetros.

Page 54: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

53

Tabela 1 - Quilometragem x Amostras

QUILOMETRAGEM X AMOSTRAS

VEÍCULO TIPO DE

MOTOR

KM

INICIAL

KM FINAL TIPO

ÓLEO

TROCA

DE

FILTRO

DATA

COLETA

Lubrificante

novo

5W40

F-50

Amostra 1

FOX 1.0

75 Cavalos

00000

10.219

5W40

ELAION

SIM

05/12/13

Amostra 2

VOYAGE 1.6

101 Cavalos

00000

9.535

5W40

ELAION

SIM

05/12/13

Amostra 3

GOL 1.0

72 Cavalos

00000

6.517

5W40

ELAION

SIM

06/12/13

Amostra 4

FOX

75 Cavalos

8.753

16.343

5W40

ELAION

SIM

06/12/13

Amostra 5

SAVEIRO

101Cavalos

00000

12.941

5W40

ELAION

SIM

05/12/13

Amostra 6

KOMBI

78

Cavalos

00000

10.315

5W40

ELAION

SIM

18/11/13

Amostra 7

GOL1.6

101

Cavalos

00000

10.665

5W40

ELAION

SIM

26/10/13

Amostra 8

KOMBI1.4

78

Cavalos

00000

5.356

5W40

ELAION

SIM

22/10/13

Amostra 9

VOYAGE 1.0

78

Cavalos

00000

9.532

5W40

ELAION

SIM

19/11/13

Amostra 10

GOL 1.0

72

Cavalos

00000

5.693

5W40

ELAION

SIM

26/10/13

Amostra 11

Fonte: Autor

Relatórios de Ensaio (ANEXOS A, B, C, D, E, F, G ,H, I, J e K) foram obtidos.

Com os dados dos Relatórios de Ensaio gerou-se Tabelas (2, 3 e 4) onde se

relaciona os parâmetros de densidade, cinzas, cor, ponto de fulgor, viscosidades a

40 e 100ºC, índice de viscosidade e corrosividade a 100ºC de cada amostra.

Page 55: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

54

Tabela 2 - Laudo de Densidade, Cinzas e Cor ASTM das Amostras

Fonte: Autor

Tabela 3 - Laudo de Ponto de Fulgor, Viscosidade a 40º e a 100ºC das Amostras

Fonte: Autor

Tabela 4 -Índice de Viscosidade e Corrosividade ao Cobre a 100ºC das Amostras

Fonte: Autor

Page 56: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

55

A análise dos óleos lubrificantes foram feitas por meio de técnicas

laboratoriais que envolvem, instrumentos e equipamentos como viscosímetros,

centrífugas, muflas que podem ser observados nas Figuras 4, 5 e 6. As técnicas

utilizadas, determinam as propriedades dos óleos e o grau de contaminantes neles

presentes.

Figura 4 - Banho Viscosímetro

Fonte: Minicatálogo QUIMIS

Figura 5 - Mufla

Fonte: Minicatálogo QUIMIS

Page 57: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

56

Figura 6 - Centrífuga Profissional

Fonte: Minicatálogo QUIMIS

Das tabelas contendo os Laudos dos Parâmetros avaliados (Tabelas 2, 3 e 4),

os dados estatísticos foram retirados para confecção dos gráficos que,

analisados,permitiram a conclusão do trabalho.

Page 58: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

57

6 RESULTADOS E DISCUSSÕES

Análises de Gráficos

O Gráfico 1 mostra que o teor de cinzas das amostras aumentaram de 0,67

(amostra 1, óleo lubrificante novo) para 1,07 (amostra 8). Indica que no decorrer do

seu uso os óleos vão modificando suas características originais e que

provavelmente suas impurezas aumentam por (limalhas, metais e sedimentos).

Ocorre portanto um aumento de sua viscosidade.

Verifica-se também que algumas amostras estão abaixo da média, no ponto

mínimo (amostra 7). Pode ter ocorrido uma contaminação de baixo grau de teor de

cinza ou por óleo de menor concentração de aditivos metálicos, diminuindo sua

viscosidade.

Gráfico 1 - Dispersão dos dados amostrais para o parâmetro Cinzas

Page 59: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

58

O Gráfico 2 mostra uma redução gradativa do ponto de fulgor das amostras 6

e 9 em relação à amostra 1, essa redução é provavelmente indicativo de

contaminação dos óleos usados,chegando até 130 amostra 6,ocorrendo

provavelmente nos lubrificantes usados produtos contaminantes como:metais

pesados ,elementos inorgânicos e aumentando também seus elementos voláteis e

ocorrendo o abaixamento do PF,porque neste processo ocorre a quebra das

moléculas,liberando hidrocarbonetos leves,aumentando seu ponto de inflamação.

Gráfico 2 - Dispersão dos dados amostrais para o parâmetro Ponto de Fulgor

O Gráfico 3 mostra que a maioria das amostras (3,6,7 e 9) de óleo usados

ficaram com densidade na média,mas ocorreu uma grande variação em relação ao o

óleo lubrificante novo(1),sendo assim observa-se que este aumento da densidade se

dá ao fato de que nas amostras foram provavelmente contaminadas por

insolúveis,água,produto com maior densidade e produtos oxidados,aumentando o

peso deste lubrificante,ocorrendo uma provável aumento de sua viscosidade.

Page 60: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

59

Gráfico 3 - Dispersão dos dados amostrais para o parâmetro densidade

O Gráfico 4 demonstra que a maioria dos óleos lubrificantes possuem

viscosidades próximas de 13. São os casos das amostras (2,3,4,5,7,10 e 11).

Houve uma redução em relação a amostra 1 (óleo novo). Essa redução é devido a

provável contaminação de óleo em uso ou aditivos de baixa viscosidade,pelo

aumento da temperatura ou provável contaminação proveniente de

combustíveis,modificando assim suas características originais.

Gráfico 4 - Dispersão dos dados amostrais para os parâmetros Viscosidade a 100°C x Amostras

Page 61: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

60

O Gráfico 5 mostra que o índice de viscosidade de algumas amostras se

situam em uma média de aproximadamente 141 a 143 é o caso das amostras (5,7,8

e 9), verifica-se que houve uma variação de índice de viscosidade não significativa

com relação ao óleo novo (1). Esteóleo lubrificante sintético, mesmo usado, tem

ainda uma certa resistência ao fluxo. Ao comparar a amostra 6, que chegou ao

extremo máximo, com a amostra do óleo lubrificante novo(1), observa-se uma

grande variação de índice de viscosidade o que demonstra uma provável perda de

viscosidade com a temperatura.

Gráfico 5 - Dispersão dos dados amostrais para o parâmetro de Viscosidade Mínima

O Gráfico 6 demonstra que houve um aumento linear do teor de cinzas nas

amostras. Isso indica um aumento provável das impurezas nos óleos lubrificantes

com seu uso prolongado (maior quilometragem). Essas prováveis impurezas

provocam um efeito catalítico em seu interior, alterando o processo de reação

química,liberando hidrocarbonetos leves, reduzindo o seu ponto de fulgor(PF) e

aumento dos seus elementos voláteis.

Índ

ice

de

Vis

cosi

dad

emín

ima

Page 62: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

61

5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000

0,0025

0,0030

0,0035

0,0040

0,0045

0,0050

0,0055

0,0060

0,0065

0,0070

B

Linear Fit of B

Cin

zas(

%),P

F(°C

)

Kilometragem (Km)

Equation y = a + b*

Adj. R-Squar 0,70305

Value Standard Erro

B Intercept 3,11054E- 0,0011

B Slope 4,75117E- 1,13339E-7

Gráfico 6 Dispersão dos dados amostrais para os parâmetros Cinzas, Ponto de Fulgor e Quilometragem

O Gráfico 7 mostra que esta correlação indica um aumento linear da

viscosidade com um provável aumento do teor de cinzas. Essas impurezas (metais,

sedimentos e fuligem)geradas, resultante da degradação, faz com que ocorra um

aumento relativo da viscosidade do óleo lubrificante usado. Existe uma grande

concentração no intervalo de 9000 a 10.000km. Neste intervalo ocorreu um uso

excessivo do lubrificante e um desgaste no motor do automóvel.

5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000

40

50

60

70

80

90

Cin

zas

x V

isco

sid

ad

e

Kilometragem(Km)

Gráfico 7 -Dispersão dos dados amostrais para os parâmetros Cinzas, Viscosidade e

Quilometragem

Page 63: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

62

O Gráfico 8 nos mostra que ocorreu uma variação significativa e uma

redução da viscosidade a 40ºC. Essa redução se dá pelo uso contínuo e prolongada

quilometragem (10.000km). Percebe-se que em algumasamostras as viscosidades

aumentaram, ficando próximo da viscosidade do óleo novo. Isso é resultado de

umaprovável contaminação por impurezas(água,sedimentos e fuligem). Em outras

amostras ocorreram uma diminuição da viscosidadedevido a uma provável

contaminação por (combustíveis),ocasionando sua solubilidade.

5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000

55

60

65

70

75

80

85

B

Linear Fit of B

Vis

cosi

da

de

(cs

t) a

de

40

° C

Kilometragem (Km)

Equation y = a + b*

Adj. R-Square -0,01684

Value Standard Error

B Intercept 81,90371 9,57408

B Slope -9,32744E-4 0,00101

Gráfico 8 -Dispersão dos dados amostrais para os parâmetros Viscosidade a 40°C x quilometragem

O Gráfico 9, mostra uma redução do ponto de fulgor com o aumento da

quilometragem, ou seja, quanto maior o uso do óleo lubrificante maior seu desgaste

e modificação de características. Esta modificação se dá pela provável

contaminação do mesmoatravés de impurezascomo aditivos de características de

baixo ponto de fulgor. Ocorre também diluição do óleo lubrificantepela gasolina,

ganho de hidrocarbonetos leves e liberação de produtos inflamáveis.

Page 64: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

63

5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000

120

140

160

180

200

220

Po

nto

de

Fu

lgo

r (°

C)

Kilometragem (Km)

Equation y = a + b

Adj. R-Squar 0,19927

Value Standard Err

Ponto de Fulgor (°C)

Intercept 254,75154

36,80537

Ponto de Fulgor (°C)

Slope -0,0068 0,00378

Gráfico 9 - Dispersão dos dados amostrais para os parâmetros Ponto de Fulgor e

Quilometragem

O Gráfico 10 mostra um aumento do índice de viscosidade do óleo

lubrificante usado. Nota-se também que esse aumento é bem considerado a partir

de 7.000km se prolongando até 10.000km. Isso ocorre em função daprovável

redução da variação de viscosidade. Portanto, com o uso prolongado,sua

viscosidade diminui com a temperatura. Existem algumas amostrasem que seu

índice viscosidade diminui o que demonstra que neste ponto sua variação de

viscosidade aumenta. É o caso do ponto 138,indicando que houve uma provável

contaminação de impurezas (água e sedimentos).

Page 65: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

64

5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000

138

140

142

144

146

148

150

152

Ind

ice

de

Vis

cosi

da

de

Min

ima

Kilometragem (Km)

Equation y = a + b

Adj. R-Square 0,25125

Value Standard Err

Indice de Viscosidade Minima

Intercept 133,59807

4,59463

Indice de Viscosidade Minima

Slope 9,4501E-4

4,7133E-4

Gráfico 10 - Dispersão dos dados amostrais para o parâmetro de Viscosidade Mínima e Quilometragem

O Gráfico 11 mostra, na correlação Viscosidade a 40°c versus Viscosidade a

100°c,um aumento linear de ambas as viscosidades devido a um provável

acréscimo de impurezas gerado na degradação. Quando em uso contínuo, ou

seja,quanto mais se usar o lubrificante, maior probabilidade de geração de

impurezas aumentando sua viscosidade, seja ela 40°c ou a 100°c.

11,0 11,5 12,0 12,5 13,0 13,5 14,0 14,5

55

60

65

70

75

80

85

Vis

cosi

dade

a 4

0°C

Viscosidade a 100°C

Equation y = a + b*x

Adj. R-Squa 0,83918

Value Standard Err

B Intercept -25,7401 14,33668

B Slope 7,74063 1,11769

Gráfico 11 - Dispersão dos dados amostrais para o parâmetro Viscosidade a 40°C e 100°C

Page 66: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

65

7 CONCLUSÃO

Através dos resultados já discutidos, pode-se concluir que o comportamento

do fluido como os óleos lubrificantes, quando submetido a uma variação de

temperatura, muda completamente. Conseguimos observar que sua

viscosidade diminui com o aumento da temperatura, diminuindo também sua

força intermolecular de coesão, por sua vez tornando-os menos resistente a

força de cisalhamento e assim reduzindo sua lubrificação,verificamos também

que ocorre o aumento da viscosidade,devido contaminação de impurezas .

Como a função do óleo lubrificante é formar uma película protetora entre as

superfícies do motor,sujeitas a pressões, então a viscosidade torna-se uma

das mais importantes propriedades desses óleos, evitando assim que as

superfícies lubrificadas entrem em contato direto e ocorramperdas de energia

gerada pelo calor do lubrificante, mantendo-se em equilíbrio através de sua

função de vedação.

Sabe-se que para que o lubrificante tenha um bom desempenho é necessário

manter boas condições de operações, ambientais e manter sua viscosidade

no padrão necessário.

O óleo usado tem sua viscosidade diminuída em função da contaminação de

outros óleos de viscosidade menor ou pode ser aumentada devido a presença

de sólidos em suspensão, oxidação ou de óleos mais viscosos.

Após o processo de degradação térmica, algumas amostras de óleos

lubrificantes sintéticos usados, formaram partículas em deposição. As

análises físico-químicasmostraram uma redução e um aumento de sua

viscosidade,porém um percentual significativode óleo degradado se mostrou

com uma viscosidade próximo ao óleo acabado e bem como o aparecimento

de novos compostos com a presença do oxigênio,ocorreu também um

abaixamento no seu ponto de fulgor devido ao ganho de elementos voláteis.

Os óleos lubrificantes degradaram-se por um mecanismo que envolve a

Page 67: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

66

reação com o oxigênio (oxidação), cinzas, alterando sua composição química,

prejudicando sua capacidade de lubrificação.

De acordo com os resultados, pode-se verificar também que os óleos

lubrificantes usados, tiveram em seus parâmetros grandes diferenças de

escalas e outras tiveram parâmetros próximos ao padrão, o que os

diferenciava provavelmente eram as impurezas contidas no seu interior.

O perfil característico dos gráficos das amostras de óleos lubrificantes usados

comparados com o óleo lubrificante acabado, conta com alguns declives e

aclives representativos,foram considerados, para efeito de comparação com

as demais amostras, os constituintes mais representativos,

Vale mencionar ainda a confirmação portanto dos resultados típicos de óleo

lubrificante, para uso automotivo, tipo ELAION 5W40 100% sintético, mostrou-

se em seu uso uma grande estabilidade térmica,mesmo degradado.

A Tabela 5 ilustra os dados de alguns óleos lubrificantes degradados e novo.

Observa-se que na Densidade, verificou-se que entre o Ponto Max e o Ponto

Mín houve uma variação insignificante, ocorrendo também um pequeno

desvio padrão.

Já nas Cinzas, ocorreu uma grande variação entre o Max e o Mín um desvio

padrão leve,esta variação se deu por conta do uso.

Observa-se que não ocorre uma variação na densidade das amostras ficando

na média, no teor de cinzas houve um aumento significativo, porém nas

viscosidades (40ºc e 100ºc).

No Ponto de Fulgor, houve também uma grande variação entre o Max e o

Mín, uma média e desvio padrão altos e uma simetria acentuada,mostrando

que houve uma queda significativa,resultante de uso contínuo e da

contaminação.

Page 68: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

67

Tabela 5 - Propriedades das Características dos Óleos Lubrificantes Analisados

PROPRIEDADES

Máximo Mínimo Média Desvio

Padrão Curtose Assimetria Variância Mediana

Densidade a

20°/4° C 0,8712 0,8473 0,8586 0,0065 0,9501 -0,0537 4,2E-05 0,8596

Cinzas 1,07 0,56 0,82 0,17 -1,21 0,07 0,03 0,85

Ponto de

Fulgor 230,0 130,0 193,5 27,1 2,4 -1,4 736,9 200,0

Viscosidade a

de 40° C 86,8 55,7 74,6 8,1 2,5 -1,0 65,0 75,0

Viscosidade a

de 100° C 14,7 11,1 13,0 1,0 0,5 0,0 1,0 13,1

Índice

Viscosidade

Min

150,8 138,5 142,5 3,2 5,1 1,9 9,9 141,6

Na Viscosidade a 40ºC, vimos que a viscosidade ficou na média de 74.6

mostrando que não ocorreu uma grande perda,configurando que este óleo

tem um bom equilíbrio térmico foi a viscosidade de um óleo usado,sendo

assim resultados de impurezas.

Na Viscosidade a 100ºC, houve uma variação de baixa significância,não

ocorreu assimetria,ficando na média,já que o óleo a essa temperatura gera

uma película protetora,sendo que este tipo de óleo sintético,não haverá

grandes perdas de viscosidade.

Verificamos que os parâmetros de baixo desvio padrão como densidade, e

cinzas indicam uma homogeneidade no seu teor,enquanto que nos

parâmetros de maior desvio padrão como ponto fulgor,viscosidade a 40ºC e

índice de viscosidade,maior será sua dispersão e variância.

Page 69: avaliação das características físico-químicas do óleo lubrificante

68

REFERÊNCIAS

Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis. Boletim Mensal do Monitoramento dos Combustíveis Líquidos Automotivos. Ano 11. Janeiro a Dezembro 2012. Disponível em: <http://www.anp.gov.br/>. Acesso em: 10de fevereiro de 2014 AGÊNCIA NACIONAL DE PETRÓLEO (ANP).Centro de informação. Brasília. Disponível em: <http//www.anp.gov.br>. Acesso em 10 fevereiro de 2014. ALMEIDA, Antônio Carvalho de. Manual de perfuração. Rio de Janeiro: Editora Petrobrás. 1977. ANP, Anuário Estatístico Brasileiro do Petróleo e do Gás Natural 2001, Agência Nacional do Petróleo: Rio de Janeiro, 2001. APROMAC - Associação de Proteção ao Meio Ambiente de Cianorte - Gerenciamento de Óleos Lubrificantes Usados ou Contaminados, Diretrizes para o licenciamento ambiental, Guia Básico. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10004: resíduos sólidos - classificação. Rio de Janeiro, 1987. BARBOSA, J. N. Petróleo e sua importância. Salvador: Brisa, 2013. BARROS, Petrônio Rezende de. Completação de poços. Material didático. Aracaju, 2005. BENJAMIN, Antonio Herman V. Função ambiental: Dano Ambiental, Prevenção, Reparação e Repressão. São Paulo: Revista dos Tribunais, 1993. Boletim Mensal do Monitoramento dos Combustíveis Líquidos Automotivos. Dez/03, Dez/04, Dez/05, Dez/06, Dez/07, Dez/08, Dez/09, Dez/10, Dez/11. Disponível em:<http://www.anp.gov.br>. Acesso em: 04 de outubro de 2013. CAMPOS, C.W.M., Sumário da história da exploração de petróleo no Brasil, Associação Brasileira de Engenheiros de Petróleo: Rio de Janeiro, 2001. CAMPOS, Eduardo Bertonha. Previsão da demanda de óleos básicos lubrificantes: Uma análise através de regressão múltipla. 2008 f.72 dissertação (Mestrado em Administração) - Faculdade de Economia e Finanças IBMEC, Rio de Janeiro. CANGUSSU, Lanamara Pinheiro. Engenharia de petróleo. Apresentação de Power Point. 1. Ed. 2008. Wellcon Treinamento e Consultoria. CARDOSO, Luiz Cláudio. Logística do Petróleo Transporte e Armazenamento. 1ª Edição – Rio de Janeiro. Editora Interciência, 2004.

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69

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ANEXOS

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ANEXO A

Amostra 1

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73

ANEXO B

Amostra 2

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74

ANEXO C

Amostra 3

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75

ANEXO D

Amostra 4

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76

ANEXO E

Amostra 5

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77

ANEXO F

Amostra 6

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78

ANEXO G

Amostra 7

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79

ANEXO H

Amostra 8

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80

ANEXO I

Amostra 9

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81

ANEXO J

Amostra 10

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ANEXO K

Amostra 11