quarta-feira, 27 de agosto de 2014

A INDÚSTRIA DO PETRÓLEO - PARTE 05

 ÓLEOS LUBRIFICANTES

 Os óleos lubrificantes são frações, compreendidas na faixa do gasóleo, obtidas em condições rigorosas de refinação e sujeitas a tratamentos específicos de modo a melhorar a qualidade do produto final.
Devido à infinidade de tipos de lubrificantes acabados, adequados a cada tipo de lubrificação, e devido à impossibilidade das refinarias fabricarem cada tipo específico, a solução encontrada foi a produção de óleos lubrificantes básicos, de diferentes faixas de viscosidade. Esses cortes, quando combinados adequadamente entre si, e aditivados, podem cobrir uma vasta gama de aplicações para os óleos lubrificantes acabados, resolvendo dessa maneira o impasse criado.
Conforme a base do petróleo que originou os óleos básicos, pode-se ter lubrificantes de características parafínicas ou naftênicas. Petróleos de características aromáticas não são indicados para a produção de lubrificantes, em face ao mau desempenho destes óleos.  Os óleos de origem naftênica possuem, como principais características, baixos pontos de fluidez, baixos índices de viscosidade e um elevado poder de solvência. Essas características permitem sua utilização na formulação de óleos de lavagem (“flushing”), óleos para compressores frigoríficos e óleos para lubrificação em condições de baixas temperaturas.
Devido a ser um óleo relativamente barato, graças às qualidades nada excepcionais que apresenta, é utilizado também quando há possibilidades da perda total do lubrificante durante o processo de lubrificação (ausência de recirculação).
Os óleos de origem parafínica normalmente são de excelente qualidade. Possuem um alto índice de viscosidade, embora tenham um alto ponto de fluidez e um baixo poder de solvência, quando comparados com óleos naftênicos. São óleos indicados principalmente para a formulação de lubrificantes para motores a combustão, óleos para sistemas hidráulicos, para engrenagem, enfim, óleos para trabalhos em condições severas (altas temperaturas e altas pressões).
Tanto a qualidade quanto a aplicação dos óleos lubrificantes são determinadas por características específicas, padronizadas, obtidas por uma série de ensaios laboratoriais, a saber:

Densidade

Densidade é a relação entre a massa de um material e o volume por ele ocupado. O cálculo da densidade é feito pela seguinte expressão:

                                                                     
  
Em laboratório a massa de um produto derivado de petróleo é medida, mais comumente, com um aparelho denominado densímetro, que permite a determinação da densidade de maneira simples e rápida. Consiste em mergulhá-lo em um volume da amostra de óleo na temperatura de 20ºC e ler em sua graduação, o valor direto da densidade dada em g/cm3.

 Cor e Aparência

É comum a indicação da cor de produtos de petróleo de duas maneiras: por luz refletida e por luz transmitida. 
Por luz refletida entende-se a cor aparente quando se observa naturalmente o produto sem que ele esteja na posição entre uma fonte de luz e o observador.
Nesta situação não existem escalas ou métodos científicos de medida e as avaliações são dadas por expressões como: produtos brancos, amarelados, castanhos, verdes, pretos, etc.



A medição de cor mundialmente aceita é a feita por luz transmitida, que consiste basicamente em fazer passar um feixe de luz monocromática por dois tubos, um contendo água destilada e o outro a amostra a ser analisada. A definição da cor se dá mediante a comparação entre o resultado observado e filtros de vidro com as cores padrão, optando-se pela cor padrão que mais se aproxime da cor transmitida através do óleo.

Ponto de Fulgor e Combustão

Ponto de fulgor é a temperatura a que o produto deve ser aquecido, para produzir suficiente vapor e formar com a atmosfera, uma mistura capaz de se inflamar momentaneamente peça atuação de uma chama piloto.
Ponto de combustão é a temperatura a que o produto deve ser aquecido, nas mesmas condições para se inflamar de maneira contínua.
Sob o ponto de vista de segurança, os pontos de fulgor são de grande importância n previsão de temperaturas máximas a que os produtos possam ser submetidos quando estocados, transportados ou manuseados.
Produtos com ponto de fulgor abaixo de 70ºC são considerados, por lei, como de manuseio periculoso.

Acidez e Alcalinidade

A determinação da acidez ou da alcalinidade de um óleo lubrificante é de extrema importância para sua utilização comercial.
Óleos lubrificantes podem apresentar acidez orgânica, acidez inorgânica, alcalinidade orgânica e inorgânica. 
Esta característica normalmente é expressa pelo número ou índice de neutralização, genericamente definido como sendo a quantidade base, expresso em hidróxido de potássio; ou a quantidade de ácido, expresso em equivalentes miligramas de hidróxido de potássio, necessária para neutralizar os constituintes de caráter ácido ou básico contidos em uma grama de amostra.
Para obter-se os valores de SAN ( índice de acidez forte ou mineral); TAN  ( índice de acidez total ) ou SBN ( índice de alcalinidade forte ou mineral ), mistura-se um determinando peso de amostra com uma solução alcoólica e titula-se usando, na bureta, soluções padronizadas de ácido ( clorídrico ou sulfúrico ) ou álcali ( hidróxido de potássio ), conforme queira determinar-se alcalinidade ou acidez  do produto.

Corrosão

Existem vários tipos de testes de corrosão para os produtos de petróleo, dependendo do tipo ou aplicação do lubrificante, sendo o mais utilizado aquele especificado pela norma:
ASTM D 130, que determina a corrosão em lâmina de cobre.
Este teste consiste em mergulhar uma lâmina de cobre, bem polida, numa certa quantidade de amostra e aquecê-la a uma temperatura de 100ºC durante 3 horas, após o que, a lâmina é removida, lavada e comparada com os padrões estabelecidos pela própria ASTM. O resultado é expresso pelos números de 1 a 4, havendo em cada classificação estágios intermediários dados por letras.
A menor corrosão é expressa pela classificação 1 e a maior pela 4.

Viscosidade

De todas as propriedades físicas e químicas de um óleo lubrificante, a viscosidade é a característica mais importante.
Em termos gerais é definida como sendo a resistência oposta ao seu escoamento. Para a medida da viscosidade do óleo lubrificante são usadas em geral as escalas de viscosidade cinemática, Saybolt, Engler e Redwood, sendo a primeira delas física, e as demais empíricas.
A viscosidade cinemática é definida pelo quociente da viscosidade absoluta pela massa específica do óleo.

Ponto de Névoa

O ponto de névoa de um óleo é a temperatura na qual a parafina ou outras substâncias afins normalmente são dissolvidas no óleo e começam a se separar formando minúsculos cristais, tornando o óleo turvo.
O teste consiste em se colocar o óleo num tubo e mergulhá-lo num ambiente frio. A cada queda de 5ºF do termômetro a amostra é retirada e observada.
A temperatura na qual é observada uma névoa ou turvação é chamada de Ponto de Névoa.

Ponto de Fluidez

O ponto de fluidez é a mais baixa temperatura na qual um óleo ainda flui em condições normais do teste. 
Para sua determinação deixa-se o óleo ser resfriado dentro de um tubo.
A cada queda de 5º F ( 3º C ) no termômetro retira-se a amostra e observa-se a sua fluidez.  A temperatura mais baixa na qual o movimento do óleo é observado é, por definição, o ponto de fluidez.
O ponto de fluidez é importante para qualquer óleo lubrificante que seja exposto a temperaturas de operação muito baixas. 
O óleo deve fluir livremente, principalmente durante a partida, de maneira a prover todo o sistema de lubrificação.
Normalmente os óleos de origem naftênica têm ponto de fluidez mais baixo que os de origem parafínica.
Sem este tipo de controle, imagine a situação da partida de um motor em um carro estacionado na rua, durante uma nevasca, situação tão comum no hemisfério norte. 

Resíduos de Carbono

Os derivados de petróleo são misturas de hidrocarbonetos que apresentam grandes diferenças em suas propriedades físicas e químicas.
Assim, sob determinadas condições, certos óleos podem sofrer evaporação seguida de pirólise sem deixarem resíduos apreciáveis, enquanto outros podem deixar resíduos de carbono não volátil.

Demulsibilidade

Em alguns tipos de serviços, tais como em turbinas hidráulicas e a vapor, os óleos lubrificantes entram em contato com água e vapor. Dependendo do grau de tratamento a que foi submetido, o óleo poderá se transformar em emulsão de água e óleo. Essa emulsão deve quebrar-se rapidamente pois ela pode causar uma série de problemas ao equipamento, culminando com a perda total da turbina.
Chama-se demulsibilidade a capacidade que possuem os óleos de se separarem da água. O número de demulsibilidade será o tempo em segundos, necessário para a completa separação do óleo e da água.
  
Ponto de Anilina

Ponto de anilina é a temperatura mais baixa na qual um produto de petróleo é completamente miscível com igual volume de anilina.
Os sistemas de lubrificação normalmente possuem vedações de borracha. Os óleos lubrificantes atacam-na com diferente intensidade, conforme sua composição. Produtos com baixo ponto de anilina atacam mais a maioria dos tipos de borracha.

Ponto de Saponificação

O numero da saponificação é um índice que dá a quantidade de gordura ou de óleo graxo presente em um óleo mineral.

Espuma

Os óleos lubrificantes, quando agitados em presença do ar, tendem a formar espuma. Ela é indesejável, principalmente em sistemas circulatórios, engrenagens de alta velocidade, etc. Os óleos lubrificantes devem possuir características antiespumantes, obtidas através de aditivos incorporados ao óleo.

 ÓLEOS ISOLANTES PARA TRANSFORMADORES



Os óleos isolantes são produtos derivados de petróleo usados em transformadores, disjuntores e outros equipamentos elétricos. Possuem duas funções primordiais: isolar, evitando a formação de arco entre dois condutores que apresentam uma diferença de potencial e resfriar, dissipando o calor originado da operação do equipamento onde ele se encontra.
Para que o óleo tenha condições de isolar ele deverá estar isento de umidade e de Contaminantes.        Deve, ainda, apresentar elevada resistência à oxidação e à formação de ácidos e borra, que ocorrem, principalmente, quando a temperatura do óleo se eleva.
A composição do óleo isolante deve ser tal que  não dissolva ou danifique os materiais que entram em contato com ele.
Para dissipar o calor o óleo deve, necessariamente, ser de baixa viscosidade para circular com rapidez.
Nos disjuntores, a função primordial do óleo é o isolamento e a rápida extinção do arco eventualmente formado.
O tipo de óleo isolante mais usado mundialmente é o de base naftênica, embora existam óleos sintéticos e de base parafínica.
Atualmente são utilizados óleos de silicone, os quais possuem características similares aos produtos sintéticos clorados, com a grande vantagem de não agredirem o meio ambiente. Os óleos isolantes novos, produzidos pelos processos usuais de refinação, contêm pequenas quantidades de compostos químicos que atuam como inibidores de oxidação, retardando a oxidação até o momento de serem totalmente consumidos.
A rapidez com que os inibidores, presentes num óleo são consumidos depende de vários fatores, dentre os quais a presença no óleo de contaminantes solúveis e agentes catalisadores, a quantidade de oxigênio em contato e a temperatura de operação.

ADITIVOS PARA ÓLEOS LUBRIFICANTES


Aditivo é a denominação geral dada às substâncias usadas para alcançar melhorias nas qualidades dos lubrificantes e são compostos destinados a conferir propriedades especiais ausentes, ou presentes em grau insuficiente, no óleo puro.
Mesmo em pequenas quantidades esses agentes podem modificar profundamente as propriedades do óleo básico. Entre os aditivos encontramos:

-  Antioxidantes
-  Anticorrosivos
-  Dispersantes
-  Antidesgastantes
-  Antiespumantes
-  Diminuidores do ponto de fluidez
-  Aumentadores dos índices de viscosidade e de adesividade

Antioxidantes

 Os derivados de petróleo são passíveis de oxidação e os produtos resultantes podem interferir no desempenho de um lubrificante.
Peróxidos e produtos ácidos constituem um risco de corrosão, enquanto depósito de borras, gomas e vernizes, podem evitar folgas, aumentar o desgaste e prejudicar a dissipação de calor.
Compostos oxidados podem aumentar a viscosidade a tal ponto que tornem o lubrificante inadequado para suas funções.
Antioxidantes, ou inibidores de oxidação, são substâncias químicas que tem por finalidade reagir com o oxigênio, com o qual as moléculas dos hidrocarbonetos não reagem, sendo lembrados como receptores preferenciais de oxigênio.
Muitos tipos de substâncias são empregadas como antioxidantes, como compostos contendo enxofre  ou fósforo, ou ambos. Entretanto os tipos mais conhecidos são os compostos aromáticos que tenham grupamento fenólico ou amino.

Anticorrosivos

 Existem dois tipos de agentes anticorrosivos: os que protegem as partes metálicas de corrosão por substâncias presentes no óleo em serviço e os que conferem proteção contra a corrosão atmosférica e contra a umidade durante o serviço ou armazenagem.
A função de um aditivo anticorrosivo deve ser a de proteger as partes metálicas de corrosão e isto compreende duas fases:
-  Prevenir o contato entre o agente corrosivo e o metal.
-  Remover do óleo os agentes de corrosão.
Pela incorporação ao óleo de um aditivo que forneça uma película impermeável sobre os metais, consegue-se alcançar o primeiro objetivo. A segunda meta poderá ser conseguida por simples neutralização, tal como a reação de uma amina ou de fenolato metálico com as substâncias ácidas.
Para deslocar a umidade das superfícies metálicas, os agentes emulsificantes executam um envolvimento das partículas d água por uma película oleosa. Sulfonatos de petróleo são bons exemplos dessas substâncias. 
Gorduras animais e vegetais são usadas até certo ponto.

Dispersantes 

 O envelhecimento de um lubrificante, por oxidação, provoca o aparecimento de substâncias pouco solúveis, que tendem a depositar-se nas superfícies com as quais estejam em contato. Isto vai interferir na transmissão de calor.
O problema é particularmente severo em motores de combustão interna, onde os produtos e combustão incompleta contribuem para aumentar as dificuldades.
Procura-se combater esses efeitos com aditivos capazes de peptizar e manter em suspensão os produtos da oxidação e outros contaminantes sólidos.
Motores operando com óleos isentos de dispersantes ficarão sujos, após algum tempo, pela deposição de lacas e/ou vernizes nos pistões e depósitos, e borras no cárter e em outras partes. Quando um agente de dispersão está presente, estes resíduos depositados são quase que completamente eliminados e o motor é mantido em muito melhor grau de limpeza.
A maioria dos aditivos dispersantes consiste de compostos organometálicos. Carboxilatos e fenolatos metálicos são os mais comuns. Sua habilidade de peptização é atribuída à porção metálica da molécula.

Antidesgastantes

A prevenção do desgaste de duas superfícies animadas de movimentos relativos é função essencial do lubrificante. Quando temos uma lubrificação fluída ou hidrodinâmica, toda a carga é suportada pela película do lubrificante, e aqui, a viscosidade nas condições de serviço é de fundamental importância.
Existem casos, porém, em que, devido a cargas e velocidades muito elevadas, a lubrificação fluída não pode ser mantida e as partes metálicas se tocam surgindo então a necessidade de melhorar as características antidesgaste dos lubrificantes; isso se consegue pela adição de determinadas substâncias com a propriedade de formar películas de reações químicas sobre os metais. São empregadas como controladoras de desgaste ou, mais comumente, chamados aditivos antidesgaste.
Fósforo é o principal elemento químico responsável pelo combate ao desgaste, a tri-telilfosfato (TIP) é exemplo típico de substâncias fornecedoras desse elemento; ainda que o enxofre e o cloro ajam de maneira semelhante, prefere-se classificá-los como agentes de extrema pressão.
Admite-se que nos pontos de maior pressão e, consequentemente de temperaturas mais elevadas, o fósforo age quimicamente sobre os metais para produzir fosfatos que são capazes de formar ligas com os metais que se atritam, ligas estas de pontos de fusão mais baixos que os metais separadamente.
Ainda sobre pressões e temperaturas elevadas, a liga se funde ocasionando um escoamento plástico e nivelando as superfícies.



 Antiespumantes

Os produtos de petróleo tendem à formação de espuma quando agitados vigorosamente com ar. Isto é indesejável, em certas condições de usos tais como em sistemas hidráulicos, caixas de engrenagens, etc., razão de uso de aditivos para evitar este inconveniente. Os agentes antiespumantes previnem a formação de espuma pela ação de desmanchar as bolhas de ar assim que eles atingem a superfície livres do líquido; promovem a junção, no meio do óleo, de pequenas bolhas para formar uma maior, que é levada para a superfície. Os compostos sílico-orgânicos ou silicones, são os mais conhecidos e eficientes agentes antiespumantes de aplicação geral.

Diminuidores do Ponto de Fluidez

Ao se reduzir a temperatura de um produto de petróleo, há uma tendência para seu espessamento. À medida que se desce na escala do termômetro, as substâncias de maior peso molecular vão se solidificando ou cristalizando, aumentando o teor de sólidos no meio do líquido e impedindo cada vez mais o movimento das moléculas ainda no estado líquido. A teoria mais aceita para explicar o efeito alcançado pelos agentes rebaixadores do ponto de fluidez, é a ação de um colóide protetor envolvente dos cristais, ainda na sua menor dimensão, impedindo o seu crescimento em formas alongadas e evitando a formação de um emaranhado. Os cristais permaneceriam sob a forma de pequeníssimos grãos de dimensões uniformes, dispersos no meio fluído.
De maneira geral usam-se produtos polimerizados como aditivos rebaixadores do ponto de fluidez, sendo os metacrilatos polimerizados os mais comuns.

Aumentadores do Índice de Viscosidade

A viscosidade de diferentes produtos de petróleo variam de maneira diversa com as mudanças de temperatura.
Quando se deseja aumentar a viscosidade de um óleo lubrificante, empregam-se aditivos , em geral polímeros de elevado peso molecular e altas viscosidades.
Nos lubrificantes estes agentes atuam como aumentadores de viscosidade a qualquer temperatura, sendo maior em temperaturas mais elevadas.

Aumentadores de Adesividade

Certas aplicações de lubrificantes requerem produtos com propriedades de adesão e coesão pouco encontradas normalmente em produtos puros de petróleo. Empregam-se agentes químicos para aumentar estas propriedades.
Entre as aplicações que justificam a presença destes aditivos, citam-se: locais onde a perda de óleo é um problema ( vazamento, folgas, etc. ), manutenção de películas em locais sujeitos a perdas por gravidade ou centrifugação, industria de produtos alimentícios ou têxteis que precisam evitar que o óleo lubrificante pingue sobre seus produtos.
Esta classe de aditivos é usualmente constituída por polímeros de alto peso molecular de hidrocarbonetos saturados.
Não se alteram de maneira apreciável quando expostos ao ar e à luz e são altamente resistentes à oxidação. Mesmo quando adicionados em pequenas quantidades comunicam ao óleo, maior facilidade de aderência às superfícies metálicas.

É evidente que os vários fatores relacionados com o desempenho dos aditivos não são independentes. É necessário assegurar-se que numa composição haja compatibilidade dos aditivos entre si, e entre esses e os óleos básicos. Exemplo: dispersantes e anticorrosivos quando adicionados a um mesmo óleo, podem se opor.



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