O documento discute uma abordagem tribológica para os desafios dos sistemas de filmes finos em motores que usam biocombustíveis. Ele propõe analisar os sistemas tribológicos do motor de forma integrada, considerando a troca de massa e energia entre eles, e explorar a relação entre aspectos térmicos e tribológicos, melhorando a capacidade de prever eventos e implementar inovações nesses sistemas.

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. 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. 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. 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. 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. 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. 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
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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. 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. 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. 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. 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. 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
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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. 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. 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. 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. 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