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Melhoria da eficiência energética no Powertrain através da análise tribológica
Eng. Carlos Mussato
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Conteúdo
I - Exigência da aplicação, características influentes do powertrain e apelo ecológico
� Motorização, Topografia e Condições de rolagem
� Nível de ruído
II - Principais modos de falhas e o papel da lubrificação neste quesito
Melhoria da eficiência energética no Powertrain através da análise tribológica
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II - Principais modos de falhas e o papel da lubrificação neste quesito
� Combinações de torque e velocidade
� Perfis de temperatura de operação
� Fontes de contaminação
� Modos de falhas de engrenagens
Conteúdo
III - Características dos lubrificantes e condição tribológica de desgaste
� Proteção à pitting e scoring por película resistente
� Estabilidade térmica e dispersância
� Mecânica de funcionamento, composição e tipos de óleos
Melhoria da eficiência energética no Powertrain através da análise tribológica
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IV - Análises críticas da lubrificação para avaliação de falhas
� Mapeamento das fontes de sujidade e desgaste
� Ppm(s) metais/aditivação, reologia e Infra-Vermelho
� Formação de espuma e nível de oxidação
V – Conclusões e benefícios
� Justificativa das análises tribológicas via monitoramento do lubrificante
Módulo I – Exigência da aplicaçãoCondição tribológica
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Módulo I – Exigência da aplicaçãoCondição tribológica
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Módulo I – Exigência da aplicaçãoPressão de Hertz
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Módulo I – Exigência da aplicaçãoPressão de Hertz
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Módulo I – Exigência da aplicaçãoTecnologia embarcada
� Engrenagens planetárias helicoidais
� Lamelas de transmissão de torque
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de torque
� Uso contínuo de freio hidrodinâmico (retarder)
Módulo I - Apelo ecológicoEx.: Lubrificantes 75W80
Com lubrificantes “full synthetic”,eu faço trocas..
só 2 vezes em 1 Milhão de km !
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Módulo II – Modos de falhasInfográfico
To
rqu
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N.m
]To
rqu
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]
Velocidade [km/h]
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Módulo II – Modos de falhasPitting, Scuffing, Scoring
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Módulo II - Fontes de contaminaçãoAditivação. O DNA dos lubrificantes
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Módulo II - Fontes de contaminaçãoAumentam com o tempo
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Módulo II - Fontes de contaminaçãoAparecem em pequenas quantidades
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�Poeira e sujeira ambiente
�Partículas de metal de desgaste
�Água é ácidos
� Fuligem e carvão
Módulo II – Fontes de contaminaçãoResumindo, porque os lubrificantes degradam
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� Fuligem e carvão
�Diluição
�Produtos de oxidação do lubrificante(Verniz e resinas e borras)
Módulo III – Composição dos lubrificantes
MIV
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Composição
TemperaturaÓleo Aditivo
MIV
Módulo III - Tipos de lubrificantes e normasV
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St)
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Grau ISO
Grau AGMA
Grau SAE Lubrificantes Transmissões
Grau SAE Lubrificantes
Motores
Grau para Bases
Módulo III – Fundamentos da análiseMecânica dos fluidos
� Reação com a superfície do metal através da proteção sólida com a camada reativa
� 4 Fases do processo� Remoção - Remoção de gases e água
Gas
es
Wat
er
Gas
es
Wat
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Gas
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� Remoção - Remoção de gases e água
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� Reação com a superfície do metal através da proteção sólida com a camada reativa
� 4 Fases do processo� Remoção - Remoção de gases e água
Módulo III – Fundamentos da análiseMecânica dos fluidos
� Remoção - Remoção de gases e água
� Absorção - Absorção física e química
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� Reação com a superfície do metal através da proteção sólida com a camada reativa
� 4 Fases do processo� Remoção - Remoção de gases e água
Módulo III – Fundamentos da análiseMecânica dos fluidos
� Remoção - Remoção de gases e água
� Absorção - Absorção física e química
� Aditivação - Aditivação da superfície de reação
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� Reação com a superfície do metal através da proteção sólida com a camada reativa
� 4 Fases do processo� Remoção - Remoção de gases e água
Módulo III – Fundamentos da análiseMecânica dos fluidos
� Remoção - Remoção de gases e água� Absorção - Absorção física e química� Aditivação - Aditivação da superfície de reação
� Proteção – Camada de proteção desenvolvida
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Viscosidade
•Oxidação•Contaminação•Água (baixa quantidade)• Contaminação por óleo de maior viscosidade
Módulo III – Fundamentos da análiseReologia
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Viscosidade viscosidade
• Solvente ou água (grande quantidade)• Contaminação por óleo de menor viscosidade• Melhorador do índice de viscosidade• Cisalhamento de molécula (EP)
Módulo III – Fundamentos da análiseAnti-Espuma
1
2
1 – 2 – Aproximação por ação do anti-espumante3 – Abrangência da bolha de ar com separação4 – Rompimento da bolha de ar
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3
4
Situação inicial
Situação final
� Lubrificantes minerais convencionais são propensos para a formação de borra a elevadas cargas térmicas
� Utilização de retardadores e
Ex.: SAE 80W
Teste:
Ex.: SAE 75W80
Teste:
Módulo IV – Tipos de análiseNíveis de oxidação
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� Utilização de retardadores e climas tropicais contribuem para a oxidação
� Com o envelhecimento pela oxidação, as propriedades do mesmo já não são suficientes para proteger o powertrain
Procedimento: Teste de oxidação CEC-L-48-A 00
� 150°C� 336 h
Resultado:
ForteFormação
de borra
� 160°C� 384 h
Resultado:
NenhumaFormação
de borra
Módulo IV – Tipos de análiseEx. Planejamento de amostras
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� A aditivação anti-espuma é essencial para a reação do fluido ante a agitação
� As relações de transmissão (i) afetam a agitação, bem como
Módulo IV – Tipos de análiseFormação de espuma
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afetam a agitação, bem como a dirigibilidade (RPM e Aceleração)
� O anti-espumante é um material em suspenção na composição do óleo e deve portanto estar homogeneizado
Procedimento: Teste de Espuma ASTM D892
1-Região de espuma
2 - Região de dispersãoar + óleo
Módulo IV – Tipos de análiseReologia e Oxidação-Métodos
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Módulo IV – Tipos de análiseFormação de espuma-Métodos
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Módulo IV – Tipos de análisePpm(s) metais / aditivação-Métodos
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Módulo IV – Tipos de análisePpm(s) Metais (Fe)
de
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[p
pm
] P
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pp
m]
Distância de rodagem [Km]
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[Para teste de campo com eixo traseiro de ônibus]
Crítico !Crítico !
Módulo IV – Tipos de análisePpm(s) Metais (Fe)
Normal !Normal !
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Módulo IV – Tipos de análiseNível de sujidade
Ex. Resultados de medições Classificação de sujidade
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Ex.Transmissões manuais
Ex. Sistemas hidráulicos
Tran
smis
são
de lu
zMódulo IV – Tipos de análise
Infra-Vermelho
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Tran
smis
são
de lu
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Comprimentos de onda cm-1
EnvelhecimentoOu Oxidação
H2O
Degradação Aditivação
Módulo IV – Tipos de análiseInfra-Vermelho
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O estudo das variáveis de influência nos ganhos deeficiência energética aplicados ao Powertrain, conduzemà maximização dos lucros de uma frota, pelos principaispilares abaixo:
Módulo V - Conclusão
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�Mapeamento do desgaste crítico do equipamento
�Redução dos custos de manutenção/operação de equipamentos
�Aumento da confiança na operação e da frota
�Aumento da vida útil dos equipamentos e manutenção preditiva
�Redução do índice de quebras/paradas de veículos comerciais