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Desafios tribológicos para filmes finos em motores de empregam biocombustíveis

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Apresentação do professor Amilton Sinatora no Workshop Desafios Tribológicos para Motores a Biocombustíveis, realizado em 21 de agosto de 2009 no Centro de P&D da Mahle, reunindo universidades, institutos de pesquisa, empresas e governo.

Publicada em: Tecnologia, Negócios
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Desafios tribológicos para filmes finos em motores de empregam biocombustíveis

  1. 1. Escola Politécnica Universidade de São Paulo Uma abordagem fundamental  para os desafios tribológicos  para filmes finos que empregam  bio combustíveis Centro de P & D da MAHLE Rodovia Anhangüera, sentido interior – capital, Km 49,7. Jundiaí. 21 de agosto de 2009     1 sinatora@usp.br
  2. 2. Escola Politécnica Universidade de São Paulo UMA VISÃO TRIBOLÓGICA  “desafios tribológicos para filmes  finos em motores que empregam  bio combustíveis” Amilton Sinatora (sinatora@usp.br) Laboratório de Fenômenos de Superfície   Departamento de Engenharia Mecânica   2 Escola Politécnica Universidade de São Paulo sinatora@usp.br
  3. 3. Escola Politécnica Universidade de São Paulo 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     3 sinatora@usp.br
  4. 4. Escola Politécnica Universidade de São Paulo Pressupostos São fortes: tendência á economia de combustíveis redução de emissões CO2 São caminhos: redução de atrito aumento de temperatura     4 sinatora@usp.br
  5. 5. Escola Politécnica Universidade de São Paulo 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)     5 sinatora@usp.br
  6. 6. Integração de tribossistemas 1/2 motores como sucessão de sistemas tribológicos Escola Politécnica Universidade de São Paulo STr2  Admi­Exaust. STr1 ­ Injeção Análise de cada sistema  tem que  levar em consideração as entradas  provenientes de outros sistemas.  STr3  Combustão Conexão entre os sistema com  transferência de calor, forças,  velocidades, massas (efeito químico  e tribológico). STr4  Anel Camisa     6 sinatora@usp.br PvP STr5  Acionamento
  7. 7. Integração de tribossistemas  2/ 2 motores como sucessão de sistemas tribológicos Escola Politécnica Universidade de São Paulo STr1 STr2  Importância Pode explicar eventos de baixa  frequência (...ensaios) STr3   Tendência a adição de  nanopartículas para aumentar  STr4  condução em sistemas  STr5   semelhantes Caminhos Sistema com ou sem recirculação Adição de contaminante / defeito    Tanaka x Adelci  (gases blow by)   7 Fadiga de contato Linilson x Serrato sinatora@usp.br
  8. 8. Inter­relação aspecto térmico e tribológico Escola Politécnica Universidade de São Paulo Elevação do rendimento dos motores de combustão interna   Sistema Tribológico “n” anel ­ camisa Entradas do STr (n­1) Diminuição das  perdas de calor  através da camisa Diminuição do  ¨atrito” “anel­ camisa”     8 Saídas para STr (n+1) sinatora@usp.br
  9. 9. Interrelação aspecto térmico e tribológico Escola Politécnica Universidade de São Paulo As duas perdas podem ser superpostas nas regiões da camisa onde  ocorrer o escorregamento do anel   Sistema Tribológico “n” Tratar os dois  anel ­ camisa problemas em  Entradas do STr (n­1) conjunto Considerar os dois  aspectos  simultaneamente Diminuição do  ¨atrito” (T) “anel­ camisa”     9 Saídas para STr (n+1) sinatora@usp.br
  10. 10. Interrelação aspecto térmico e tribológico Escola Politécnica Universidade de São Paulo Variáveis importantes Exemplo 1 Valor 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 Superfície de Zn recoberta com óleo contendo (1%)  Reversibilidade do valor (e da  Ácido láurico = CH3(CH2)10COOH. (Tf 44,2oC) –  “durabilidade” ) do coeficiente de  Bowden e Tabor 1956 atrito.     10 Configuração sinatora@usp.br
  11. 11. As duas perdas ocorrem em escalas diferentes Escola Politécnica Universidade de São Paulo Ambas dependem de eventos que ocorrem em  escalas diferentes Térmico    X  Tribológico ~ 1 nm ~ 1o µm Escala da ligação química –  Escala da topografia –  natureza, concentração das     microestrutura – espessura    espécies no anel, camisa,  11 sinatora@usp.br filme óleo lubrificante
  12. 12. Interrelação aspecto térmico e tribológico Escola Politécnica Universidade de São Paulo Variáveis importantes Natureza do corpo Exemplo 2   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.     12 sinatora@usp.br Configuração
  13. 13. D E S A F I O TRIBOLÓGICO Diminuição do ¨atrito” (T) “anel­lubrificante/aditivo­camisa”  Escola Politécnica Universidade de São Paulo ESCALA DA TOPOGRAFIA Abordagem mais imediata – conhecimentos mais consolidados em nosso  meio TEMAS 1)Prover dados para as modelagens atuais Propriedades camisa – anel Topografia (t) Pressões 2) Melhoria da topografia camisa e anel   Prover óleo e aditivos Conexão  Sustentabilidade  conceitual com o  3) Materiais para reduzir o “atrito” do “par” próximo nível por  4) Metodologia (laboratório) intermédio da  Para medida de pressões molhabilidade –  Para medidas de valores de atrito tensão superficial Para medidas de desgaste     13 sinatora@usp.br
  14. 14. Desafios Tribológicos – Metodologia para  Escola Politécnica medida de desgaste com grandes dispersões e  Universidade de São Paulo visando confiabilidade Exemplo 3 β          Θ   2,04    160 000............................. 4,94 1 605 000............................. 3,24 2 789 000............................. 3,91 3 035 000............................. Objetivo:  elevar Θ e β Θ     14 Neves 2007 sinatora@usp.br
  15. 15. D E S A F I O TRIBOLÓGICO Escola Politécnica Diminuição do ¨atrito” (T) “anel­lubrificante/aditivo­camisa”  Universidade de São Paulo ESCALA DA LIGAÇÃO QUÍMICA Conhecimentos menos consolidade em nosso meio TEMAS Com 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)     15 sinatora@usp.br
  16. 16. Desafios Tribológicos – Atuar na escala da  Escola Politécnica ligação química com restrição do pacote de  Universidade de São Paulo aditivos Exemplo 4     µ = 0,45 µ = 0,1 µ = 0,45     16 Farías et all Wear 266 (2009) 873­ 877 sinatora@usp.br
  17. 17. Desafios Tribológicos – Atuar na escala da  Escola Politécnica ligação química sem restrição do pacote de  Universidade de São Paulo aditivos Exemplo 5 Alga unicelular    crescida em H2O Alga unicelular  crescida em D2O H H H  H H H H  H    H H H H  D DD D DD D DD D   DD  H H H H H H  H   H H H H H D DD D DD D DD D   DD Elevar a temperatura de uso aumentando a massa molecular. Aumentar a cadeia pode ser equivalente mas não é tão divertido!     17 Neihof et all Wear 131 (1989) 251­ 258 sinatora@usp.br fim
  18. 18. Escola Politécnica Universidade de São Paulo RESUMO VISÃO TRIBOLÓGICA 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     18 sinatora@usp.br

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