Desenvolvimento de metodologia para avaliação do desempenho tribológico de biolubrificantes

Abstract

A lubrificação adequada contribui para a redução do atrito, o aumento da eficiência energética e o melhor desempenho dos sistemas mecânicos. Entretanto, para que a lubrificação seja eficiente, é importante se conhecer as características tribológicas dos lubrificantes. Para a determinação do comportamento tribológico realista de um determinado sistema, são necessários testes de campo. Os testes devem ser realizados no próprio sistema em serviço. No entanto, tais testes são caros, de longo prazo, complexos e os resultados muitas vezes são difíceis de interpretar, pois é muito difícil discernir a influência de variáveis individuais. Por esses motivos, na maioria dos casos, é preferível realizar testes de laboratório. A literatura e os órgãos normalizadores responsáveis estabelecem alguns testes e normas para a caracterização de desempenho de lubrificantes utilizando diferentes equipamentos. A presente dissertação visa desenvolver metodologias para realizar uma avaliação de desempenho tribológica em lubrificantes de origem vegetal, utilizando um tribômetro com a configuração pino-sobre-disco (PoD). Os experimentos utilizando o tribômetro pino-sobre-disco foram realizados no LATRIB (Laboratório de Tribologia da UFRGS) utilizando pinos e discos de aço SAE 52100. Também foi realizado o levantamento das curvas de Stribeck dos biolubrificantes utilizando um tribômetro do tipo bloco-sobre-anel (BoR) do departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Coimbra. Além disso, também foi obtida a curva de Stribeck de um dos biolubrificantes, utilizando um equipamento BoR em desenvolvimento no LATRIB, com o objetivo de comparar o resultado com o equipamento de mesma configuração de Coimbra. Pode-se concluir que, a metodologia utilizando velocidade constante e variação crescente da força normal, aplicada no tribômetro PoD, foi capaz de avaliar a capacidade de carga e resistência ao scuffing dos lubrificantes. Para melhorar a exatidão dos resultados do tribômetro PoD, foi desenvolvido um dispositivo com células de carga (DCC) o que devido a leitura direta produziu uma redução de 12,6% nas incertezas. Para as demais metodologias, utilizando o DCC instalado no tribômetro PoD do LATRIB, apenas os testes com a força normal constante produziram resultados satisfatórios. O levantamento da curva de Stribeck no tribômetro PoD utilizando o DCC não produziu resultados satisfatórios devido, principalmente, à vibração produzida pelo atrito no sistema. Já os resultados obtidos no equipamento BoR em desenvolvimento no LATRIB se mostraram muito promissores quando comparados com o BoR de Coimbra.

Proper lubrication contributes to reducing friction, increasing energy efficiency, and enhancing the performance of mechanical systems. However, in order for lubrication to be effective, it is important to understand the tribological characteristics of lubricants. Field tests are necessary to determine the realistic tribological behavior of a specific system. These tests should be conducted on the actual system in service. However, such tests are expensive, long-term, complex, and the results are often difficult to interpret due to the influence of individual variables. For these reasons, laboratory tests are preferred in most cases. The literature and responsible standardization organizations establish tests and norms for characterizing the performance of lubricants using different equipment. This dissertation aims to develop methodologies for evaluating the tribological performance of plant-based lubricants using a pinon-disc (PoD) tribometer. The experiments using the PoD tribometer were conducted at LATRIB (Tribology Laboratory at UFRGS) using SAE 52100 steel pins and discs. Stribeck curves of the biolubricants were also obtained using a block-on-ring (BoR) tribometer at the Mechanical Engineering Department of the University of Coimbra. Additionally, the Stribeck curve of one of the biolubricants was obtained using a BoR equipment under development at LATRIB, with the aim of comparing the results with the Coimbra equipment of the same configuration. It can be concluded that the methodology using constant velocity and increasing normal force applied on the PoD tribometer was able to evaluate the load-carrying capacity and scuffing resistance of the lubricants. These results, along with the Stribeck curves of the biolubricants obtained on the Coimbra BoR tribometer, were used in a case study. To improve the accuracy of PoD tribometer results, a load cell device (DCC) was developed, which, due to direct reading, reduced uncertainties by 12.6%. For other methodologies using the DCC installed in the LATRIB PoD tribometer, only tests with constant normal force produced satisfactory results. The measurement of the Stribeck curve on the PoD tribometer using the DCC was not possible, mainly due to the vibration produced by friction in the system. However, the results obtained on the BoR equipment under development at LATRIB showed great promise when compared to the Coimbra BoR.