desafios tribológicos para filmes finos em motores de empregam biocombustíveis

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Escola PolitécnicaUniversidade de São Paulo

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Uma abordagem fundamental para os desafios tribológicos

para filmes finos que empregam bio combustíveis

Centro de P & D da MAHLERodovia Anhangüera, sentido interior – capital, Km 49,7. Jundiaí.21 de agosto de 2009

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UMA VISÃO TRIBOLÓGICA

“desafios tribológicos para filmes finos em motores que empregam

bio combustíveis”

Amilton Sinatora ([email protected])Laboratório de Fenômenos de SuperfícieDepartamento de Engenharia MecânicaEscola Politécnica Universidade de São Paulo

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OBJETIVOS “usando como exemplo o sistema anelcamisa”

1) Levantar/alinhar os conceitos/fenômenos envolvidos

2) Considerando apenas o aspecto tribológico levantar/alinhar alguns temas para estudo e a escala para estudo

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Pressupostos

São fortes:tendência á economia de combustíveisredução de emissões CO2

São caminhos:redução de atritoaumento de temperatura

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Pontos considerados

Integração de tribossistemas

Interrelação aspecto térmico e tribológico

Relação ensaios x confiabilidade (como aumentar o indice de acerto na transferência de uma inovação)

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STr1 Injeção

STr3 Combustão

STr4 Anel Camisa

STr5 Acionamento

Análise de cada sistema tem que levar em consideração as entradas provenientes de outros sistemas.

Conexão entre os sistema com transferência de calor, forças, velocidades, massas (efeito químico e tribológico).

STr2 A

dmiE

xaust.

Integração de tribossistemas 1/2motores como sucessão de sistemas tribológicos

PvPPvP

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Importância

Pode explicar eventos de baixa frequência (...ensaios)

Tendência a adição de nanopartículas para aumentar condução em sistemas semelhantes

STr1

STr3

STr4

STr5

STr2

Caminhos

Sistema com ou sem recirculação

Adição de contaminante / defeito Tanaka x Adelci (gases blow by)Fadiga de contato Linilson x Serrato

Integração de tribossistemas 2/ 2

motores como sucessão de sistemas tribológicos

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Elevação do rendimento dos motores de combustão interna

Entradas do STr (n1)

Saídas para STr (n+1)

Sistema Tribológico “n”

anel camisa


Diminuição das perdas de calor

através da camisa

Diminuição do ¨atrito” “anel

camisa”

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As duas perdas podem ser superpostas nas regiões da camisa onde ocorrer o escorregamento do anel

Entradas do STr (n1)

Saídas para STr (n+1)

Sistema Tribológico “n”

anel camisa


Tratar os dois problemas em

conjuntoConsiderar os dois

aspectos simultaneamente

Diminuição do ¨atrito” (T) “anel

camisa”

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Exemplo 1

Superfície de Zn recoberta com óleo contendo (1%) Ácido láurico = CH3(CH2)10COOH. (Tf 44,2oC) – Bowden e Tabor 1956

Variáveis importantesValor do coeficiente de atrito

Temperatura na qual o coeficiente de atrito muda

Não aparecem na figura. Variação da concentração da específica espécie química

Efeito do par aditivoóleo.

“Durabilidade ” (T) do coeficiente de atrito.

Natureza do contracorpo

Efeito da velocidade e força

Reversibilidade do valor (e da “durabilidade” ) do coeficiente de atrito.

Configuração

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As duas perdas ocorrem em escalas diferentes

Ambas dependem de eventos que ocorrem em escalas diferentes Térmico

X Tribológico

~ 1 nm~ 1o µm

Escala da topografia – microestrutura – espessura filme óleo

Escala da ligação química – natureza, concentração das espécies no anel, camisa, lubrificante

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Exemplo 2


Variáveis importantesNatureza do corpo

Temperatura na qual o coeficiente de atrito muda

Não aparecem na figura. Valor do coeficiente de atrito

Variação da concentração da específica espécie química

Efeito do par aditivoóleo.

“Durabilidade ” (T) do coeficiente de atrito.

Natureza do contracorpo

Efeito da velocidade e força

Reversibilidade do valor (e da “durabilidade” ) do coeficiente de atrito.

Configuração

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D E S A F I O TRIBOLÓGICODiminuição do ¨atrito” (T) “anellubrificante/aditivocamisa”

TEMAS

1)Prover dados para as modelagens atuaisPropriedades camisa – anelTopografia (t)Pressões

2) Melhoria da topografia camisa e anel Prover óleo e aditivos

Sustentabilidade 3) Materiais para reduzir o “atrito” do “par”4) Metodologia (laboratório)

Para medida de pressõesPara medidas de valores de atritoPara medidas de desgaste

ESCALA DA TOPOGRAFIAAbordagem mais imediata – conhecimentos mais consolidados em nosso meio

Conexão conceitual com o próximo nível por intermédio da molhabilidade – tensão superficial

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Objetivo: elevar Θ e β

Desafios Tribológicos – Metodologia para medida de desgaste com grandes dispersões e

visando confiabilidade

Θ

β Θ2,04 160 000.............................4,94 1 605 000.............................3,24 2 789 000.............................3,91 3 035 000.............................

Exemplo 3

Neves 2007

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D E S A F I O TRIBOLÓGICODiminuição do ¨atrito” (T) “anellubrificante/aditivocamisa”

ESCALA DA LIGAÇÃO QUÍMICAConhecimentos menos consolidade em nosso meio

TEMASCom restrição “ pacote aditivos”

Filme bom substratos para aditivos.

Camisas (filme ou depósito) bom substratos para aditivos e bom recipiente para óleos

Sem restrição “pacote aditivos”Aditivos compatíveis com lubrificante Aditivos compatíveis com (camisa e

anel)

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Exemplo 4

Farías et all Wear 266 (2009) 873 877

Desafios Tribológicos – Atuar na escala da ligação química com restrição do pacote de

aditivos

µ = 0,45

µ = 0,45

µ = 0,1

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Exemplo 5

fim

H H H H H H H H H H H H

H H H H H H H H H H H HD DD D DD D DD D DD

D DD D DD D DD D DD

Alga unicelular crescida em H2O Alga unicelular

crescida em D2O

Neihof et all Wear 131 (1989) 251 258

Elevar a temperatura de uso aumentando a massa molecular.

Aumentar a cadeia pode ser equivalente mas não é tão divertido!

Desafios Tribológicos – Atuar na escala da ligação química sem restrição do pacote de

aditivos

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Analisar os tribossistemas do motor como sistemas integrados que trocam massa e energia. Considerar esta análise nos arranjos experimentais e nos métodos de análise de resultados. Expectativa: melhorar a capacidade de prever eventos tribológicos e de melhorar a capacidade de implementar inovações.

Considerar a interrelação entre os aspectos térmicos e tribológicos. Nos ensaios considerar desgaste (T) e atrito (T).

Explorar a sinergia entre fenômenos que ocorrem na escala da topografia e os que ocorrem na escala das moléculas. Plano de trabalho que considere a limitação imposta pelo fato de os pacotes de aditivos serem 'condição de contorno” E ao mesmo tempo violar esta limitação

RESUMO VISÃO TRIBOLÓGICA

desafios tribológicos para filmes finos em motores de empregam biocombustíveis

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