Lubrificação

O que É Lubrificação?

Quando duas superfícies metálicas se movem uma contra a outra sob carga sem lubrificante entre elas, as asperidades microscópicas (picos superficiais) de cada superfície se entrelaçam e se cisalham, gerando calor e arrancando metal de ambas as superfícies. Esse processo, chamado desgaste adesivo, é rápido e auto-acelerado: à medida que os produtos de desgaste se acumulam na zona de contato, atuam como abrasivos que aceleram ainda mais o desgaste. Um rolamento que perde completamente sua película de lubrificante não se degrada gradualmente; ele progride da operação normal para desgaste acelerado e gripamento em poucos minutos sob cargas e velocidades típicas de instalações industriais.

A função do lubrificante é interpor uma película de material entre essas superfícies para que elas nunca façam contato direto. Na lubrificação hidrodinâmica, a película é formada pela geometria em cunha e pelo movimento relativo das superfícies: a película é espessa o suficiente para que as superfícies flutuem sobre uma camada contínua de fluido, sem contato metal a metal. Na lubrificação de contorno, que ocorre em baixas velocidades ou sob cargas muito elevadas, a película hidrodinâmica é fina demais para evitar o contato ocasional, e a química de aditivos do lubrificante (aditivos antidesgaste e de extrema pressão) fornece proteção química nos pontos de contato. A maioria das aplicações industriais opera entre esses extremos, em lubrificação mista, em que a película separa as superfícies na maior parte do tempo, mas condições de contorno ocorrem intermitentemente.

A gestão eficaz da lubrificação é consideravelmente mais ampla do que simplesmente aplicar graxa em um ponto de lubrificação segundo um cronograma. Abrange a seleção do lubrificante (adequação do produto correto às condições de velocidade, carga, temperatura e ambiente de cada aplicação), a aplicação correta (quantidade certa, método certo, intervalo certo), o controle de contaminação (prevenção da entrada de água, sujeira e lubrificantes incompatíveis), o monitoramento de condição (detecção de degradação do lubrificante e desgaste antes que causem falha) e os intervalos de drenagem e reabastecimento calibrados pela vida útil real do lubrificante, não por recomendações genéricas.

Como os Lubrificantes Funcionam: a Curva de Stribeck

A relação entre o regime de lubrificação, viscosidade, velocidade e carga é descrita pela curva de Stribeck, um conceito fundamental em tribologia (a ciência do atrito, da lubrificação e do desgaste). A curva de Stribeck traça o coeficiente de atrito em função de um parâmetro combinado que inclui viscosidade, velocidade e pressão de contato:

• Lubrificação hidrodinâmica (película completa): A película de lubrificante separa completamente as duas superfícies. O atrito é baixo e decorre inteiramente do cisalhamento viscoso do próprio lubrificante, não do contato metálico. Esse regime se mantém quando a espessura da película é maior do que a rugosidade superficial combinada das duas superfícies. A maioria dos mancais de deslizamento e rolamentos de elementos rolantes bem lubrificados opera nesse regime ou próximo a ele.
• Lubrificação mista: A espessura da película é comparável à rugosidade superficial. Ocorre algum contato entre asperidades das superfícies, complementado pela película de lubrificante. O atrito é maior do que no regime de película completa e inclui componentes viscosos e de contato entre asperidades. Aditivos antidesgaste fornecem proteção química nos pontos de contato.
• Lubrificação de contorno: A película de lubrificante é fina demais para separar as superfícies. Praticamente toda a carga é suportada pelos contatos entre asperidades, e o papel do lubrificante é predominantemente químico: camadas adsorvidas e filmes de reação provenientes de aditivos de extrema pressão e antidesgaste evitam a soldagem adesiva e reduzem a resistência ao cisalhamento nos pontos de contato. O atrito é mais alto nesse regime e as taxas de desgaste são significativas.

A implicação prática é que a seleção correta da viscosidade leva a aplicação o mais próximo possível do regime hidrodinâmico, dentro do que as condições de velocidade e carga permitem, minimizando atrito e desgaste. É por isso que um lubrificante adequado para um rolamento de alta velocidade e carga leve falha em uma engrenagem de baixa velocidade e carga elevada, mesmo que os outros aspectos da aplicação pareçam semelhantes.

Tipos de Lubrificantes

Lubrificantes líquidos (óleos)

Os óleos são classificados principalmente pelo grau de viscosidade. Os óleos industriais utilizam o sistema de grau de viscosidade ISO (VG), que especifica a viscosidade cinemática em centistokes a 40°C; os graus variam de ISO VG 2 (muito leve, similar à água) a ISO VG 3200 (muito pesado). Óleos para motores e transmissões usam a classificação de viscosidade SAE. O grau ISO VG correto para uma caixa de engrenagens, sistema de óleo circulante ou circuito hidráulico é especificado pelo fabricante do equipamento com base em velocidade de operação, carga, temperatura e dimensões das folgas.

Além da viscosidade, o desempenho do óleo é determinado por seu pacote de aditivos: agentes antidesgaste (o dialquilditionofosfato de zinco, ZDDP, é o mais comum), aditivos de extrema pressão (EP) para engrenagens com carga elevada, inibidores de ferrugem e corrosão, inibidores de oxidação que prolongam a vida útil, detergentes e dispersantes que mantêm a contaminação em suspensão para filtragem, e melhoradores do índice de viscosidade que reduzem a variação de viscosidade com a temperatura. Os óleos base sintéticos (PAO, PAG, ésteres) oferecem melhor estabilidade térmica, pontos de fluidez mais baixos e maior vida útil do que os óleos minerais convencionais para aplicações exigentes.

Graxas

A graxa é uma dispersão de óleo base em uma matriz espessante. O espessante (mais comumente um sabão metálico: lítio, cálcio, alumínio ou sódio, ou um espessante não sabão como polirureia ou argila bentonita) retém o óleo base no lugar e o libera lentamente para a zona de contato. O grau de consistência NLGI (0 a 6, com números maiores indicando consistência mais firme) descreve a dureza da graxa; a maioria das aplicações em rolamentos usa grau NLGI 2, com consistência suave, semelhante à manteiga.

A compatibilidade de espessantes é crítica ao trocar graxas ou complementar rolamentos parcialmente preenchidos. Muitas combinações de tipos diferentes de espessantes são incompatíveis: quando misturadas, sofrem uma reação química que decompõe a matriz espessante e faz a graxa amolecer ou liquefazer, perdendo a capacidade de permanecer no rolamento. Tabelas de compatibilidade fornecidas pelos fabricantes de lubrificantes identificam quais combinações são seguras. Quando a compatibilidade é desconhecida, o rolamento deve ser completamente purgado da graxa antiga antes da aplicação do novo lubrificante.

A causa mais comum de falha em rolamentos relacionada à graxa em instalações industriais é o excesso de graxamento: aplicar graxa em quantidade excessiva com frequência elevada. O excesso de graxa em um rolamento não consegue sair da cavidade. Os elementos rolantes agitam o excesso, gerando calor. A temperatura elevada acelera a oxidação do óleo base, produzindo produtos de degradação ácidos que atacam o aço do rolamento. Em motores, o excesso de graxamento força a graxa pelo retentor labiríntico para dentro da cavidade dos enrolamentos, onde pode causar curto-circuito no isolamento e falha dos enrolamentos. A quantidade correta, que em geral corresponde a 30 a 50% do volume da cavidade do rolamento, é fundamental para evitar esses resultados.

Lubrificantes sólidos e secos

O dissulfeto de molibdênio (MoS2), o grafite e o PTFE (politetrafluoretileno) fornecem lubrificação em aplicações onde óleos e graxas não são adequados. Funcionam por cisalhamento ao longo de planos cristalinos com força muito baixa, proporcionando uma superfície de deslizamento de baixo atrito sem película líquida ou semissólida. As aplicações incluem ambientes de alta temperatura acima da faixa operacional de lubrificantes convencionais, ambientes de vácuo ou salas limpas onde lubrificantes líquidos evaporariam ou contaminariam, processamento de alimentos onde o contato incidental com alimentos torna inaceitável o uso de lubrificantes à base de petróleo, e superfícies de montagem onde se exige um revestimento seco e não migrante.

Propriedades e Seleção de Lubrificantes

Modos de Falha por Lubrificação

Lubrificação insuficiente

A película de lubrificante se rompe quando a quantidade é muito baixa, os intervalos de reabastecimento são muito longos ou o lubrificante não chegou à zona de contato. Sem película, as asperidades metálicas se entrelaçam, o calor é gerado rapidamente e o desgaste se acelera de forma exponencial. A lubrificação insuficiente em estágio inicial frequentemente é detectável por temperatura elevada nos rolamentos e aumento da amplitude de vibração em frequências características de fadiga superficial. Em estágios avançados, ocorre ruído audível, descoloração visível do alojamento do rolamento pelo calor e, por fim, gripamento.

Excesso de lubrificação

O excesso de lubrificação em rolamentos com graxa é uma das falhas autoinfligidas mais comuns na manutenção industrial. Quando se aplica graxa em excesso, o excedente não drena e agita sob os elementos rolantes, convertendo energia cinética em calor. A temperatura elevada acelera a oxidação e a decomposição do espessante. A operação prolongada com temperatura excessiva danifica a gaiola e as pistas do rolamento e pode fazer a graxa migrar pelos retentores do rolamento para os enrolamentos do motor, onde degrada o isolamento e causa falhas nos enrolamentos. Em motores, é comum constatar que a causa imediata de uma falha nos enrolamentos é um rolamento que recebeu excesso de graxa ao longo de meses ou anos, e não uma falha elétrica primária.

Lubrificante incorreto

O uso do grau de viscosidade errado é a falha por lubrificante incorreto mais comum: viscosidade baixa demais para a carga e a velocidade faz a película colapsar; viscosidade alta demais impede o lubrificante de fluir para folgas estreitas, privando a zona de contato de lubrificação. A incompatibilidade de espessantes em graxas é um risco relacionado: a mistura de graxas incompatíveis causa a decomposição do espessante e a perda de consistência. O uso de óleo mineral em uma aplicação que requer óleo base sintético para estabilidade em alta temperatura resulta em oxidação prematura e formação de depósitos.

Lubrificante contaminado ou degradado

A entrada de água promove a corrosão das pistas e dos elementos rolantes dos rolamentos e reduz a capacidade de suporte de carga da película de óleo. A contaminação por partículas sólidas provenientes de poeira externa, detritos de desgaste ou manutenção inadequada atua como abrasivo na zona de contato, acelerando a fadiga superficial. A oxidação produz ácido e verniz que obstruem passagens de óleo, danificam superfícies e reduzem a eficácia dos aditivos. A análise de contaminação de óleo detecta teor de água, contagem e distribuição de tamanho de partículas e número de acidez, fornecendo à equipe de manutenção uma medida quantitativa da condição do lubrificante antes que cause danos ao equipamento.

Análise de Óleo como Ferramenta de Diagnóstico

A análise de óleo é a prática de coletar periodicamente amostras de lubrificante de equipamentos em operação e analisá-las em laboratório. Os resultados fornecem à equipe de manutenção duas categorias de informação: a condição do lubrificante (ele ainda está apto para uso?) e a condição do equipamento (algum componente interno apresenta sinais de desgaste anormal?).

A análise de metais de desgaste mede a concentração de elementos metálicos na amostra de óleo: ferro de componentes de aço, cobre de buchas de bronze ou tubos de resfriadores, alumínio de alojamentos, cromo de componentes cromados. O aumento da concentração de metais de desgaste, especialmente quando o padrão de elementos corresponde ao material de um componente específico, é um dos indicadores mais precoces de desgaste interno em desenvolvimento, frequentemente anterior aos sinais de vibração que a análise de vibração consegue detectar. A análise de partículas de desgaste aprofunda esse diagnóstico ao examinar o tamanho e a morfologia das partículas: o desgaste por fricção normal produz partículas finas; o desgaste por fadiga produz partículas em forma de lâmina; o desgaste adesivo severo produz partículas grandes e irregulares.

A análise da condição do lubrificante mede a viscosidade (ela diminuiu por craqueamento térmico ou diluição, ou aumentou por oxidação ou contaminação?), o número de acidez (os produtos de oxidação se acumularam a ponto de risco corrosivo?), o teor de água (a integridade dos retentores ou resfriadores está mantida?) e a depleção de aditivos (os aditivos antidesgaste ainda estão presentes em concentrações eficazes?). Juntas, essas medições determinam se o lubrificante deve ser trocado agora, no próximo intervalo programado ou se pode ter a vida estendida.

A análise de óleo, combinada com a análise de infravermelho de temperatura de rolamentos e caixas de engrenagens e com o monitoramento de vibração, fornece uma visão multitecnológica da saúde do sistema de lubrificação que fundamenta decisões de manutenção preditiva. Todas as rotas de lubrificação, especificações, intervalos e resultados de análise de óleo devem ser gerenciados no CMMS, com tarefas incluídas nos cronogramas de manutenção preventiva e resultados vinculados ao histórico do ativo.

Construindo um Programa de Lubrificação Eficaz

Um programa de lubrificação industrial eficaz aborda todo o ciclo de vida da lubrificação: seleção, aplicação, monitoramento e reabastecimento.

• Racionalização de lubrificantes: A maioria das instalações utiliza muito mais graus e produtos de lubrificantes do que o necessário. Um programa de lubrificação racionalizado identifica o número mínimo de produtos aprovados que cobrem todos os requisitos dos equipamentos, reduzindo o risco de contaminação cruzada e simplificando a aquisição e o armazenamento.
• Rotas e intervalos de lubrificação: Cada equipamento deve ter uma especificação de lubrificação documentada indicando o produto correto, o ponto de aplicação, a quantidade e o intervalo. Os intervalos devem ser baseados em horas de operação, temperatura e exposição à contaminação, não apenas em tempo de calendário.
• Disciplina de quantidade: As quantidades de graxa devem ser especificadas em gramas ou no número de golpes de uma pistola de graxa calibrada, não em termos vagos como "adicionar graxa até aparecer." O uso de uma pistola calibrada com volume de golpe definido e o registro do número de golpes aplicados é a única forma de aplicar quantidades corretas de forma consistente.
• Controle de contaminação: O lubrificante novo fornecido pelo fabricante nem sempre está limpo. O lubrificante deve ser filtrado até o nível de limpeza exigido pelo equipamento antes do uso e armazenado em recipientes vedados que evitem a entrada de água e partículas. Os equipamentos de transferência (bombas, mangueiras, pistolas dispensadoras) devem ser dedicados por tipo de lubrificante para evitar contaminação cruzada.
• Coleta de amostras para análise de óleo: Amostras representativas de óleo coletadas do equipamento em operação (não do bujão de drenagem, que produz uma amostra não representativa) em intervalos definidos fornecem o retorno necessário para gerenciar a condição do lubrificante e detectar o desgaste incipiente.

Perguntas Frequentes

O mais importante

A lubrificação é a atividade de manutenção preventiva com maior impacto na confiabilidade mecânica na maioria das instalações industriais. A maior parte das falhas em rolamentos, engrenagens e contatos deslizantes remonta a uma deficiência de lubrificação que era evitável ou detectável antes que o dano catastrófico ocorresse. Um programa de lubrificação disciplinado, que abranja a seleção correta do lubrificante, quantidades e intervalos de aplicação precisos, controle de contaminação e monitoramento de condição regular por análise de óleo, gera custos evitados de substituição e redução de downtime não planejado muito superiores ao custo do próprio programa.

A integração de tarefas de lubrificação com programas de manutenção preditiva forma a defesa mais completa contra falhas por lubrificação: as tarefas de lubrificação preventiva evitam a maioria das falhas, enquanto a análise de óleo e o monitoramento de vibração capturam as falhas que ocorrem mesmo com lubrificação correta, proporcionando tempo para intervenção planejada antes que danos secundários ocorram e a produção seja afetada.