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Investigação reológica de petroquímicos

Petroquímicos são químicos derivados de petróleo bruto ou gás natural. Eles formam a base de vários produtos que usamos no dia a dia, como combustíveis e óleos para carros, plásticos, pesticidas e fertilizantes, tintas, detergentes, cosméticos, velas e muito mais. Na verdade, seria mais fácil listar os itens que não contêm petroquímicos do que citar aqui uma lista completa daqueles que levam tais substâncias. Para entrar apenas em dois exemplos, petroquímicos são a base para casacos de lã e amaciantes de roupa para limpeza.

Comportamento reológico de petroquímicos

Quanto ao petróleo bruto, a existência de parafinas e asfaltenos em reservatórios de petróleo e oleodutos pode criar problemas em indústrias de produção, transporte e processamento. A precipitação de sólidos pode gerar depósitos que levam ao entupimento das instalações. O acúmulo de componentes sólidos também pode causar problemas de bombeamento.

Petróleo bruto contém uma variedade de hidrocarbonetos leves e pesados. A temperaturas acima de 60 °C, os componentes mais leves mantêm a maioria dos componentes pesados em solução, resultando em um comportamento de fluxo que apresenta valores de  viscosidade  comparativamente baixos. No entanto, com a diminuição da temperatura, a solubilidade dos componentes pesados é reduzida, o que pode causar uma precipitação baixa. Este efeito é chamado de "precipitação de parafina", que pode alterar o petróleo bruto de um fluido  newtoniano  para uma substância de  tensão de cisalhamento  que por sua vez pode aumentar o perigo entupimento em um tubo. A precipitação de parafina em petróleo bruto depende de ambas composição da dispersão de óleo e de condições ambientais como temperatura e pressão. Testes a altas temperaturas e pressão em um reômetro combinados com uma célula de pressão fornecem informações como, por exemplo, sobre a eficácia dos inibidores de entupimento em condições de transporte e produção.

Combustíveis

Quando falamos de combustíveis, normalmente nos referimos a combustíveis à base de petróleo (diesel, gasolina, querosene etc.). Outros tipo de combustível incluem combustíveis fósseis (carvão, madeira, esterco, etc.) e combustíveis gasosos (gases naturais como propano, gás de hulha, gás de água, etc.). No que se refere a combustíveis líquidos, um dos fatores mais importantes que influenciam sua consistência, para além da pressão, é a temperatura. Diesel e gasolina, por exemplo, são expostos a uma ampla variedade de temperaturas, dependendo das condições climáticas. Para permanecer líquido, mesmo a temperaturas muito baixas, seu ponto de congelamento deve ser inferior à temperatura de serviço ou à temperatura ambiente. Pode-se geralmente afirmar que a gasolina possui um ponto de congelamento inferior ao diesel. A fim de diminuir a precipitação de cera, aditivos são frequentemente usados para melhorar a fluidez dos combustíveis mesma a temperaturas baixas.

Testes reológicos em combustíveis

Durante o resfriamento, há três pontos para descrever a alteração de um combustível de um estado líquido para um estado sólido a baixas temperaturas. O primeiro é o ponto de turvação, no qual o combustível começa a se tornar turvo devido à cristalização iniciante de ceras e parafinas. O ponto de escoamento descreve o valor de  viscosidade  pouco antes de o combustível se tornar sólido e finalmente atingir o ponto de congelamento. Em outras palavras, o ponto de escoamento é o ponto no qual o combustível ainda apresenta características de fluxo. Por exemplo, este ponto afeta o transporte de combustível em oleodutos, assim como seu uso em carros. Um método para determinar este ponto de escoamento é o  teste rotacional  a uma  taxa de cisalhamento constante, em um reômetro  rotacional . Em um  teste rotacional com temperaturas decrescentes, o ponto de viragem ou o desvio onde a  curva de viscosidade  finalmente começa a ficar plana pode ser definido como o ponto de escoamento. Os dois pontos podem ser calculado com um programa de análise. Portanto, é importante especificar qual método é usado para determinar o ponto de escoamento. O ponto de escoamento de combustíveis diesel pode, na verdade, ser influenciado pela adição de modificadores de cera, que polarizam as moléculas de cera de modo que elas não formem cristais maiores durante o resfriamento.

Esse teste exige um  reômetro  equipado com um  sistema de cilindro concêntrico de controle de temperatura Peltier.

Essa é apenas uma das investigações reológicas normalmente usadas na indústria automotiva.

Aditivos de lubrificantes

A finalidade básica de um lubrificante é reduzir a fricção e o desgaste entre duas superfícies em movimentos relativos formando uma película de fluido que suporta a carga. Um lubrificante em um motor automotivo, no entanto, precisa alcançar expectativas ainda maiores, como manter a estabilidade em altas temperaturas, evitar a oxidação e a corrosão de peças de metal, fornecer vedação efetiva etc. Dessa forma, vários aditivos, como modificadores de viscosidade, agentes contra desgaste, aditivos de pressão extrema, antioxidantes e afins precisam ser adicionados ao óleo de base.

Modificadores de viscosidade (estruturas poliméricas) são adicionados a um lubrificante para minimizar mudanças na viscosidade em temperaturas diversas. Em condições ideais, um lubrificante precisa ser viscoso o bastante para formar uma película de fluido de suporte de carga que separe as superfícies de contato lubrificadas. No entanto, devido a melhorias em eficiência (mudanças na formulação), essa película está se tornando mais fina e pode nem sempre ser capaz de manter as superfícies separadas em condições inesperadas, como um aumento súbito de pressão ou uma situação de partida/parada, por exemplo. Dessa forma, outros aditivos como agentes contra desgaste e aditivos de pressão extrema são adicionados para facilitar a formação de películas de superfície sacrificiais nas peças de metal móveis. 

Testes tribológicos em aditivos de lubrificantes

O tipo e a quantidade de aditivos adicionados a um lubrificante dependem do tipo de motor e da área de aplicação. O desenvolvimento sob medida de aditivos personalizados e o processo de combiná-los e os correspondentes processos de interação são tarefas bastante difíceis. Uma maneira de encarar esse desafio é usando medições tribológicas. Essas medições fornecem informações sobre todo o sistema, incluindo as superfícies de contato, o lubrificante e as condições do ambiente. O desempenho dos lubrificantes pode ser medido em diferentes pressões de contato, velocidades de deslizamento, temperaturas e umidade relativa. Dessa forma, a formulação pode ser modificada até que seja adequada para o seu propósito específico.

Esse teste exige umreômetro/tribômetro equipado com configuração de esfera em três placas.

Graxas de lubrificação

Dificilmente qualquer estrutura mecânica ou engrenagem é capaz de funcionar bem sem óleo lubrificante ou graxa, que evitam danos ou avarias e reduzem custos de manutenção. Graxas de lubrificação são usadas em engrenagens, rolamentos, correntes, guias e muito mais. A escolha da graxa para aumentar a eficiência de um sistema depende de diversos fatores, como vida útil esperada ou condições ambientais. Esses fatores dependem das propriedades inerentes da graxa, por exemplo da tixotropia, densidade, estabilidade de oxidação e proteção contra ferrugem, além de alguns parâmetros tribológicos como propriedades de pressão extrema, capacidade de carga etc. O ponto de escoamento do óleo de base e sua textura também são de grande importância.

Há, é claro, diversos outros parâmetros, como resistência para corrosão, estabilidade de longo prazo, comportamento de fricção e afins que precisam ser caracterizados individualmente. Os critérios de seleção para graxas de lubrificação são rigorosos e técnicas de medição de alto nível são necessárias para a caracterização da graxa.

Testes reológicos em graxas de lubrificação

É muito importante medir o comportamento reológico de uma graxa de lubrificação dentro de uma faixa de temperatura ampla para mostrar sob que condições ambientais ela pode ser usada como, por exemplo, na indústria de automóveis. Os fabricantes de automóveis necessitam de graxas que também possam ser usadas a temperaturas inferiores a -40 °C. Portanto, é altamente desejável possuir um instrumento e métodos de medição para investigar o comportamento  viscoelástico  das graxas por uma ampla faixa de temperatura. Isso pode ser realizado com um reômetro  oscilatório  equipado com uma unidade de controle de temperatura. Um teste típico, por exemplo, é a  varredura de amplitude  com tensão de cisalhamento controlada, também chamada de varredura de tensão, realizada a diferentes temperaturas.

Esse teste exige um reômetro equipado com um sistema de controle de temperatura Peltier.

Essa é apenas uma das investigações reológicas normalmente usadas na indústria automotiva.

Testes tribológicos em graxas lubrificantes

Enquanto a reologia descreva as propriedades de um material, a tribologia descreve as propriedades de um sistema, que, neste caso, inclui um corpo, um contracorpo e um lubrificante entre eles. Com medições tribológicas, a força de arranque de graxas em um determinado sistema tribológico pode ser determinada como uma propriedade, por exemplo. A força de arranque é a força necessária para superar a resistência friccional estática do sistema tribológico e colocá-lo em movimento macroscópio. O valor do coeficiente de fricção logo antes do início do movimento macroscópio é conhecido como a fricção limitante. Aplicações típicas nas quais esse parâmetro pode ser de grande importância são reguladores de assento, guias deslizantes, portas, travas, engrenagens de pesca e afins. Embora na maioria dos casos uma baixa força de arranque seja desejada, também deve-se observar que uma determinada quantidade de resistência ainda é necessária para evitar movimentos involuntários. A determinação precisa da força de arranque exige controle e medição altamente precisos de forças, e pode ser feita com um requisito equipado com acessórios tribológicos otimizados para caracterização de lubrificantes.

Esse teste exige um reômetro/tribômetro equipado com uma configuração de esfera em três placas.

Essa é apenas uma das investigações reológicas normalmente usadas na indústria automotiva.

Óleos minerais

Petróleo bruto, como uma mistura de componentes, é a base para uma vasta gama de produtos como solventes, óleos minerais, lubrificantes, adesivos, resinas, detergentes, polímeros (plásticos) e elastômeros.

Óleos minerais podem ser encontrados em todo o mundo, na forma de óleos combustíveis mas também como matéria-prima para muitos produtos da indústria química. Óleos minerais sintetizados e refinados estão especialmente difundidos na indústria de automóveis como, por exemplo, óleos lubrificantes para o desempenho perfeito de motores e engrenagens. Estes óleos devem resistir a diversas condições ambientais durante o seu tempo de vida, desde o arranque do motor a frio às altas temperaturas e alta pressão em condições de funcionamento. A tarefa dos óleos é, portanto, resistir a todas essas condições difíceis sem perder as propriedades exigidas.

Testes reológicos em óleos minerais

A influência da temperatura no comportamento do fluxo do óleo mineral está entre os dados mais importantes que podem ser determinados com um reômetro. Óleos minerais puros sem aditivos polímeros, apresentam um comportamento de fluxo idealmente viscoso/newtoniano.

Esse teste exige um reômetro  equipado com um  sistema de cilindro concêntrico de controle de temperatura Peltier.