Eficiência energética em óleos de engrenagens e hidráulicos
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Eng.o Pedro Vieira Diretor Técnico Lubrigrupo Tel.: +351 232 470 607 www.lubrigrupo.pt
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Muitas vezes na atividade empresarial em geral e na manutenção em particular apenas se vê a ponta do iceberg. Alguns dos fatores de custo mais óbvios podem aparecer primeiro, mas muitos mais permanecem escondidos abaixo da superfície, começando pela otimização dos processos e pela economia energética.
Para iniciarmos a aproximação que a ExxonMobil preconiza em termos de eficiência energética teremos de ter em linha de conta que, para se avaliar qualquer melhoria, é necessário primeiro termos uma referência em conjunção com a possibilidade de efetuar medições precisas. Com base neste princípio é necessário proceder a testes rigorosos apoiados no tratamento estatístico dos dados sem usar extrapolações, para avaliar os benefícios energéticos obtidos com cerca de 95% de confiança. Estes benefícios podem ser obtidos através da melhoria dos processos de fabrico ao nível energético, através de melhorias mecânicas e térmicas. Neste estudo são abordados três casos relevantes, o Mobil SHC TM 600 o Mobil SHC TM Gear e o Mobil DTE 10 EXCELTM. Nesta abordagem vamos debruçar-nos sobre os diferentes regimes de lubrificação, hidrodinâmica, elástohidrodinâmica (EHD), mista ou limite e os fundamentos da tração e a sua medição. Começando pelos regimes de lubrificação existentes, a lubrificação hidrodinâmica existe em sistemas onde o contacto ocorre numa área relativamente grande. As chumaceiras que operam sobre este regime de lubrificação podem ser encontradas numa larga gama de aplicações, tais como chumaceiras de apoio, chumaceiras de impulso e moentes de cambotas. Nestes casos as peças estão permanentemente protegidas por um "filme" de óleo. Uma parte significativa das perdas energéticas que ocorrem nestes sistemas está relacionada com a viscosidade do óleo nas condições de trabalho.
Lubrificação Hidrodinâmica
Figura 1.
Na lubrificação elástohidrodinâmica a principal diferença relativamente à lubrificação hidrodinâmica é a pressão no contacto. Este tipo de regime de lubrificação está associado a componentes onde a carga é suportada numa pequena área. Como exemplos de equipamentos onde este tipo de lubrificação acontece temos todos os tipos de rolamentos, excêntricos (como os dos veios de excêntricos dos motores automóveis) e engrenagens. Nestes contactos a carga é tão grande que a superfície deforma-se elasticamente para formar uma pequena área de contacto. A película lubrificante é puxada para dentro dessa área, separando as superfícies. O lubrificante é “cortado” nestas condições de alta pressão. As perdas energéticas são determinadas pela forma como o óleo se comporta nestas condições extremas.
Lubrificação Elástohidrodinâmica (EHL)
Figura 2.
Por fim temos a lubrificação limite, que acontece quando estamos em condições em que existe alguma fricção entre partes dos elementos em jogo. Neste caso podemos estar perante a situação observada na Figura 3. 1. Se as superfícies metálicas se tocam, como se pode ver no Diagrama da Figura 3 em A, então é óbvio que não existe nenhum filme lubrificante entre as superfícies; 2. Por outro lado, mesmo na ausência de lubrificantes, a camada de óxido formada na superfície de muitos metais, tal como se pode ver em B, confere propriedades físicas diferentes que irão alterar as caraterísticas de fricção e de desgaste dessas mesmas superfícies; 3. Para lidar com estas situações muitos lubrificantes têm na sua formulação aditivos antidesgaste ou aditivos de extrema pressão e, por vezes, também modificadores de fricção como se pode ver em C. Estes tipos de aditivos evitam que exista contacto direto de metal com metal. Isto dá-se através da formação de um "filme" químico que previne o contacto direto metal com metal. Esta situação é, muitas vezes, chamada de lubrificação limite.
Através das imagens térmicas podemos verificar as diferenças de temperatura da mesma bomba funcionando com os dois tipos de fluidos, permitindo uma melhor perceção da eficiência dos mesmos face à temperatura que geram. Como se pode observar no caso do Mobil DTE 10 ExcelTM, a temperatura ficou bastante abaixo dos restantes óleos indicando um acréscimo de eficiência energética.
Circuito Hidráulico Simples sem arrefecedor
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Figura 14.
Para corroborar estas primeiras conclusões também foram feitos testes de campo. Nestes testes tentou-se sempre seguir uma metodologia que permitisse retirar conclusões válidas e realmente comparáveis das variáveis monitorizadas: Fazer os testes no mesmo equipamento, com o mesmo operador, mesma operação, nas mesmas condições de temperatura ambiente, temperatura do equipamento e do óleo, pressão do óleo, caudal do óleo, carga e taxa de produção constantes; Foram feitos os procedimentos de flushing e de enchimento cuidadosos para não haver contaminações cruzadas, nomeadamente foram feitas análises ao óleo do flushing; Projeto estatístico dos testes e da análise dos seus dados; Sequencia de testes Óleo A, Óleo B, Óleo A, Óleo B, de maneira a minimizar a variabilidade do ensaio e/ou o seu desvio; Recolha e registo de dados de alta qualidade; Dados recolhidos de medidores de energia e de medidores de fluxo de combustível de grande precisão; Análise estatística dos resultados obtidos com intervalos de confiança de 95%.
Mobil DTE 10 ExcelTM 46 Versus Mobil DTE 10 M
Testes feitos: 1 – Economia de combustível – Chassis Dyno Lab Sarnia, Canada O benefício de usar o Mobil DTE 10 ExcelTM 46 (IV 161) face ao Mobil DTE 15M (IV 141) numa carregadora de rodas (Bobcat) saldou-se no aumento de 4% na sua eficiência, traduzida na redução do consumo de combustível. 2 – Economia de combustível em Ciclo de trabalho de Escavadora Caterpillar D320, Carolina do Norte, USA Mobil DTE 10 ExcelTM 46 versus óleo hidráulico 10 W; Escavadora executando uma série prescrita de movimentos; Apenas um Operator; Lote único de combustível; Flushing entre os óleos de teste; Teste alternado dos produtos para evitar desvios (A-B-A); Consumo de combustível por ciclo e tempo para completar o ciclo. Resultados: Média no decréscimo no consumo de combustível – 6%; Média da melhoria no tempo do ciclo – 5% (5,45% versus Cat HYDO, 3,63% versus Cat HYDO Advanced); Redução no tempo do ciclo: Óleo Hidráulico 10 W = 64,02s; Mobil DTE 10 ExcelTM 46 = 60,53s; Poupança no custo do combustível baseada no consumo de 20 lt/h, 12 h/dia, 260 dias/ano, 1,3 €/lt e 6% de redução de combustível – 4,867€.
Extrusora Van Dorn Caliber – Ciclo Energético
Figura 16.
3 – Economia de combustível em Fábrica de injeção de plástico em Illinois, USA Extrusora Van Dorn Caliber, Modelo 1430; Motores Elétricos: 1- 100 HP, 2 – 75 HP; Bombas hidráulicas: 4 bombas de palhetas de volume fixo, 1 bomba axial de pistões de volume variável; Reservatório de 1250 litros; Analisador de potência Fluke 1760, alimentação 500 Amp, 480 VAC; Teste alternado dos produtos para evitar desvios (A-B-A); › Teste feito comparando o Mobil DTE 10 ExcelTM com óleo hidráulico mineral Mobil DTE 25. Resultados: Poupança de energia em operação contínua – até 2,2% (+/- 0,3%)* * Poupança em pico -4,1%.
Figura 15.
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Poupança de 1700€/ano em eletricidade