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Fundamentos da Lubrificação e Lubrificantes – Aula 4PROF. DENILSON J. VIANA

Introdução à LubrificaçãoLubrificação

É o fenômeno de redução do atrito entre duas superfícies em movimento relativo por meio da introdução de uma substancia entre as mesmas.

PROF. DENILSON VIANA 2


Essa substancia pode ser:

Sólida◦Lubrificação sólida. Ex.: A grafita é o lubrificante mais recomendado para fechaduras.

Fluida◦Lubrificação fluida. É a mais usual, sendo utilizado um óleo mineral de petróleo como base ou sintéticos.

◦Embora pouco empregado na prática, diversos outros fluidos podem ser utilizados, inclusive ar e água.


A função básica da lubrificação é possibilitar que o movimento se faça com o mínimo de:◦Aquecimento

◦Ruído

◦Desgaste

Isto é feito substituindo-se a atrito direto entre as duas superfícies pelo atrito fluido.


A espessura do fluido entre as superfícies em movimento deve ser superior a soma das alturas das rugosidades.


Conceitos fundamentais sobre Fluidos

Definição Básica de Fluidos◦É uma substância que não tem forma própria, assumindo o formato de seu recipiente.


Principio da Adesão◦Os pontos de um fluido em contato com uma superfície sólida

aderem aos pontos desta. ◦Por consequência, adquirem seu estado de movimento.

Experimento das duas placas

Sólido preso entre duas

placas planas

Deforma-se angularmente

Fluido entre duas placas

planas


Viscosidade

Historicamente os primeiros estudos científicos sobre atrito e lubrificação foram realizados por Leonardo D'Vinci no século XVI.

No século seguinte (1687) Isaac Newton introduz o conceito de viscosidade (1687).


Outras conclusões sobre experimento das placas◦Tensão de cisalhamento

𝐹𝑡

𝐹𝑛 𝐹

A

𝜏 =𝐹𝑡𝐴

Onde:𝜏 = Tensão de CisalhamentoFt = Força tangencialA = Área


◦A placa superior é acelerada pela força Ft

◦Após um determinado instante a velocidade v0 passa a ser constante.

◦Pela Lei de Newton: F = m . a

◦Para v = cte, a = 0, ou seja, 𝐹=0 (Equilíbrio Dinâmico)

◦De onde vem a força que anula a força Ft?


◦𝜏 × 𝐴 = 𝐹𝑡𝑎𝑛𝑔𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎 Anula Ft

◦Equilíbrio Dinâmico: Velocidade constante


Newton descobriu que em muitos fluidos a tensão de cisalhamento é proporcional (𝛼) ao gradiente de velocidade

Lei de Newton da Viscosidade

Fluidos Newtonianos

◦Obedecem a essa lei

◦São a grande maioria de fluidos. Ex.: ar, agua, óleos, etc

Fluidos não newtonianos

◦São de pequeno interesse geral


Exemplo de Fluido Não Newtoniano


Viscosidade Absoluta ou Dinâmica

A Lei de Newton da viscosidade impõe uma proporcionalidade entre a tensão de cisalhamento e o gradiente da velocidade.

Tal fato leva a introdução de um coeficiente de proporcionalidade

𝜇 = viscosidade dinâmica ou absoluta


◦A grandeza 𝜇 é uma propriedade de cada fluido e de suas condições (pressão e temperatura).

◦A viscosidade dos fluidos é originada pela coesão entre as moléculas e pelo choque entre elas

◦A viscosidade não é uma propriedade que se pode observar em um fluido em repouso

Podemos concluir que:Viscosidade é a propriedade que indica a maior ou a menor dificuldade de um fluido escoar.


A viscosidade dinâmica ◦Possui um valor diferente para cada fluido

◦Varia para um mesmo fluido, principalmente em relação a temperatura

◦Nos líquidos, diminui com a temperatura

◦Nos gases, aumenta com a temperatura


Simplificação Prática da Lei da Viscosidade de Newton

Quando a distancia E é pequena, podemos considerar sem muito erro que a variação de v com y é linear.

Simplificando temos:

Lei de Newton


Unidades de viscosidade dinâmica

No SI

1 Pa.s = 1 N.s/m² = 1 kg/(m.s)

No CGS

1 P (poise) = 100 cP (centipoise) = 1 g/(cms) = 0,1 Pa.s

1 cP = 1mPa.s


Massa Específica (𝝆)

É a massa de fluido por unidade de volume.

Unidades


Peso Específico (𝛄)

É a peso de fluido por unidade de volume.

Unidades


Viscosidade Cinemática (𝛎)

É o quociente entre a viscosidade dinâmica e a massa especifica.

Unidades


Exemplo

Um pistão de peso G = 4 N cai dentro de uma camisa com uma velocidade constante de 2m/s. O diâmetro do cilindro é 10,1 cm e o do pistão é 10,0cm. Determinar a viscosidade do lubrificante colocado na folga entre o pistão e o cilindro.


Solução

Se 𝑣= 𝑐𝑡𝑒 𝐿𝑜𝑔𝑜:

𝑎= 0 Equilíbrio Dinâmico

𝐹= 𝑚.

𝑎= 0

Vimos que 𝜏 = 𝜇𝑣0

𝜀, logo:

𝜇 =𝜏 .𝜀

𝑣0

𝜏 =𝐹𝜇

𝐴e 𝐹𝜇 = 𝐺 temos:

𝜏 =𝐺

𝜋.𝐷.𝐿=

4

𝜋.0,1.0,05=254,65 N/m²

𝜀 =𝐷𝑒−𝐷𝑖

2=10,1−10,0

2= 0,05 𝑐𝑚 = 0,0005 𝑚

𝜇 =𝜏 .𝜀

𝑣0=254,65 .0,0005

2= 6,37. 10−2𝑁𝑠/𝑚²


Exercício 1

São dadas duas placas paralelas à distancia de 2 mm. A placa superior move-se com velocidade de 4m/s, enquanto a inferior é fixa. Se o espaço entre as duas placas for preenchido com óleo (𝜇=8,3.10-3Pa.s) qual será a tensão de cisalhamento que agirá no óleo?

Resp. 𝜏 = 16,6 N/m²


Exercício 2

Uma placa quadrada de 1 m de lado e 20N de peso desliza sobre um plano inclinado de 30° sobre uma película de óleo. A velocidade da placa é 2 m/s constante. Qual é a viscosidade dinâmica do óleo, se a espessura de película é de2mm?]

Resp: 𝜇=10-2N.s/m²


Exercício 3

O pistão da figura tem uma massa de 0,5 kg. O cilindro de comprimento ilimitado é puxado para cima com velocidade constante. O diâmetro do cilindro é 10 cm e do pistão é 9 cm e entre os dois existe um óleo de 𝜈 = 10-4 m²/s e 𝛾=8 000 N/m³. Com que velocidade deve subir o cilindro para que o pistão permaneça em repouso? (Supor diagrama linear e g = 10m/s²)

Resp.: v=22,1 m/s

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