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Título: Estudo da variação do atrito cinético em mancais de deslizamento devido à contaminação do fluido lubrificante por biodiesel
Autor(es): Salamone, Bruno Chiuratto
Strano, Ivo Artur
Orientador(es): Silva, Carlos Henrique da
Palavras-chave: Atrito - Propriedades mecânicas
Motores de combustão interna
Mecânica dos fluidos
Friction - Mechanical properties
Internal combustion engines
Fluid mechanics
Data do documento: 4-Dez-2013
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Referência: SALAMONE, Bruno Chiuratto; STRANO, Ivo Artur. Estudo da variação do atrito cinético em mancais de deslizamento devido à contaminação do fluido lubrificante por biodiesel. 2013. 118 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2013.
Resumo: Durante o funcionamento de um motor de combustão interna, é comum que parte dos gases de combustão não queimados consiga vencer a vedação exercida pelos anéis do pistão e cheguem ao cárter, contaminando o óleo lubrificante com combustível, em um processo denominado diluição. Este fenômeno altera a viscosidade do óleo lubrificante, influenciando diretamente todo o sistema de lubrificação das partes móveis, tais como os mancais do virabrequim. O estudo aqui dirigido busca informações sobre como a diluição do biodiesel de óleo de soja no lubrificante Lubrax Top Turbo, classe SAE 15W40, da Petrobrás, afeta o coeficiente de atrito cinético em um mancal de deslizamento. Para tanto, foram realizado ensaios de atrito e de Stribeck na Máquina de Atrito Cinético (MAC), propriedade do Laboratório de Superfícies e Contato – LASC, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Os ensaios de atrito são realizados a partir de pares tribológicos, formados cada um por um corpo de prova fabricado em aço inox AISI 304 com revestimento interno em babbitt, uma liga própria para mancais, e por um contra corpo de prova, fabricado em aço SAE 1020. Durante 1 hora e 30 minutos, o mancal, devidamente lubrificado pelo óleo puro e também sob os lubrificantes contaminados por 2,5%, 5% e 10% de biodiesel B100, foi submetido à rotação do eixo da MAC. A análise de dados deu enfoque à obtenção do coeficiente de atrito médio para os 15 minutos finais de cada ensaio. Após 20 ensaios – cinco pares tribológicos para cada uma das quatro concentrações de biodiesel na mistura – obteve-se um gráfico comparando as médias calculadas para cada concentração. Percebeu-se, então, uma tendência de queda do atrito para a concentração de até 5% de biodiesel, com um novo aumento para concentrações superiores a esta. Já os ensaios de Stribeck buscavam informações sobre os regimes de lubrificação – limite, filme fino e filme espesso – a partir da variação da rotação do ensaio. Para tanto, executaram-se ensaios de 3 horas de duração, que variaram a rotação de 3000 até 250 rpm, sob carga constante no mancal, visando passar pelos três regimes de lubrificação existentes. Os resultados mostraram, no entanto, que para as condições de carga adotadas, as curvas obtidas pouco se aproximaram dos modelos teóricos. A dificuldade de se controlar a temperatura do ensaio, a presença de vibrações no sistema e tolerâncias pouco apertadas na fabricação dos corpos de prova dificultaram a obtenção das curvas de Stribeck pretendidas. Finalmente, pode-se dizer que a diluição de biodiesel no óleo lubrificante não é benéfica, já que pode trazer prejuízos mecânicos às partes móveis do motor, sendo necessária, então, a substituição do óleo lubrificante no período determinado pelo fabricante.
Abstract: During a combustion engine's operation, it’s common that a small portion of the combustion gases surpass the seal provided by the piston rings and get into the crankcase, contaminating the engine oil, in a process named dilution. This phenomenon changes the viscosity of the lubricating oil, directly influencing the whole lubrication system of the moving parts, such as the crankshaft bearings. This study looks for information about how the dilution of soybean oil biodiesel in a SAE 15W40 lubricant affects the sliding friction coefficient on a sliding bearing. To reach this objective, friction and Stribeck tests were performed on the Sliding Friction Machine (MAC), property of the Contact Surfaces Laboratory – LASC of the Federal Technological University of Paraná – UTFPR. The friction tests are performed using tribological pairs, each formed by a bushing made from AISI 304 stainless steel internally covered with a babbitt alloy, and by a shaft made from SAE 1020 carbon steel. During 1 hour and 30 minutes, the sliding bearing, properly lubricated by pure oil and also under contaminated lubricants – with concentrations of 2.5%, 5% and 10% of biodiesel B100 – was submitted to the MAC’s axis rotation. The data analysis focused the sliding friction coefficient’s achievement considering the last 15 minutes of each test. After 20 tests – five tribological pairs for each of the four blends composed by oil and biodiesel – the average values obtained for the sliding friction coefficient were plotted against the level of dilution. Then, it was noticed a downward trend of friction up to the dilution level of 5%, with a further increase to levels higher than this one. The Stribeck tests were looking for information about the lubricant regime - limit, thin-film and thick-film – by the shaft speed’s variation, about the test’s sliding friction coefficient. For this purpose, 3 hour duration tests were performed varying the shaft speed from 3000 rpm to 250 rpm, and submitting the sliding bearing under constant load, aiming to reach those three lubricant regimes. The results showed, however, that for the adopted load conditions, the graphic curves obtained were not close to theoretical models. The difficulty of controlling the test temperature, the presence of mechanical vibrations and the bushings loose manufacturing tolerances have hindered the achievement of the expected Stribeck’s curves. Lastly, it can be said that the dilution of soybean oil biodiesel is not beneficial, since it can cause mechanical damage to the engine’s moving parts. Then, replacing the contaminated oil is needed, always respecting the exchange periods set by the engine manufacturer.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/6476
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