2 Et innblikk i politietaten
2.5 Kjernebegreper
Nesse capítulo são mostrados todos os resultados dos ensaios realizados no fluido em análise e do fluido de corte comercial e tecer discussões a respeito desses resultados Como houve repetição dos ensaios os resultados aqui apresentados tratam-se médias e o desvio padrão.
O primeiro ensaio realizado foi o da densidade onde através da Eq. (1)
Tabela 6 – Densidade à 26º C
Fluido Densidade em (g/cm³) Desvio Padrão
EOS 01 881,7192 0,285048
EOS 02 883,1826 0,235412
FCC 890,9994 0,1006
O segundo ensaio realizado foi o de viscosidade dinâmica. A haste usada foi a e número um que é indicada para baixas viscosidades, com rotação de 50RPM para todas as três amostras.
Tabela 7 – Viscosidade Dinâmica à 26º C
Fluido Viscosidade Dinâmica (mPa.s) Desvio Padrão
EOS 01 6,158 0,07596
EOS 02 6,158 0,03563
FCC 85,3 0,37423
A viscosidade cinemática foi calculada a partir da Eq 6 para as três amostras.
57 Tabela 8 – Viscosidade Cinemática à 26º C
Fluido Viscosidade Cinemática (mm²/s) Desvio Padrão
EOS 01 0,00698 8,40366E-05
EOS 02 0,006972 4,1324E-05
FCC 0,095735 40,55E-05
A densidade, a viscosidade dinâmica e cinemática do FCC foram maiores do que o EOS 01 e EOS 02. Isso já era esperado, pois as duas amostras passaram pelo processo de transesterificação que diminui a viscosidade segundo a literatura. Uma alta viscosidade diminui o atrito entre as partes, no entanto a viscosidade induz uma resistência ao escoamento do fluido o que dificulta, para essa aplicação, o contato com a ferramenta diminuindo seu poder refrigerante.
O terceiro ensaio foi o de ponto de fulgor conforme Tab. 9.
Tabela 9 – Ponto de Fulgor vaso fechado.
Fluido Ponto de Fulgor (°C) Desvio Padrão
EOS 01 122,333 4,496
EOS 02 139,667 13,650
FCC 115,333 0,577
A amostra de éster EOS 01 apresentou PF inferior ao EOS 02, uma diferença de 12,4%. Essa diferença só pode ser explicada por alguma incoerência em uma das medições já que em todos os outros ensaios o as duas amostras de éster apresentaram os mesmo resultados, de qualquer forma esses valores foram superiores ao Fluido de Corte Comercial. Para verificar quais dos dois valores encontravam-se coerente buscou-se na literatura um valor de referência, mas o trabalho mais próximo do realizado foi o de Rossi (1999) que apresentou o ponto de fulgor do Ester produzido a partir do óleo de soja após a fritura, cujo valor foi de 151°C para uma metodologia vaso aberto. O valor do ponto de fulgor método vaso fechado é menor do que o método vaso aberto, mas como não há uma relação
58 direta entre esses dois métodos de medição, pode-se dizer apenas que o valor do EOS 01 e EOS 02 estão coerentes de acordo com a literatura.
A Tabela 10 apresenta os resultados da condutividade térmica.
Tabela10 – Condutividade Térmica
Fluido Temperatura Média (°C) Desvio Padrão Condutividade Térmica (W/mK) Desvio Padrão EOS 01 24,4 0,7160 0,1513 0,0085 EOS 02 25,80375 0,7701 0,1505 0,0024 FCC 26,64 0,3 0,1235 0,0014
O resultado da condutividade térmica dos dois ésteres foram praticamente os mesmos e ambos maiores do que o FCC o que implica em que os EOS é melhor dissipador de energia térmica do que o Fluido de Corte Comercial (FCC), o que é coerente já que para líquidos a condutividade térmica diminui com o aumento do peso molecular segundo Incropera (1988)
A acidez está na Tab 11.
Tabela 11 - Índice de Acidez Total (mgKOH/g)
EOS 01 0,28619
EOS 02 0,40898
FCC 6,5753
Entre o EOS 01 e EOS 02 o EOS 01 apresentou uma acidez em torno de 30% menor do que o EOS 02, podendo ser justificada por um possível resquício de ácido proveniente do processo de transesterificação.
Apesar do comentário anterior, a acidez dos EOS foi bem menor do que a do FCC, e mostraram-se próximo da neutralidade, assim além de não atacar a peça, o operador fica seguro em caso de contato com o fluido de corte.
59 Antes do ensaio tribológico foram feitas duas medições, uma foi o peso das amostras que se encontra na Tab. 13 e a outra foi a rugosidades das seções da haste, Tab 12, a fim de relacionar o desgaste do corpo de prova com o acabamento superficial do contra-corpo. Como a rugosidade medida antes do ensaio, nas três seções, foi pequena e com valores muito próximos, pode-se dizer que não influenciou no processo de desgaste do corpo de prova
Tabela 12 - Rugosidade da seção da haste
Seção Fluido Lubrificante Rugosidade Média
Ra (µm) Desvio Padrão
1 EOS 02 0,531429 0,037607
2 EOS01 0,558571 0,070189
3 FCC 0,605714 0,065434
Os resultados dos ensaios tribológicos podem ser verificados na figura Fig 35, para as amostras EOS 01; EOS 02 e FCC.
60 Figura 36 – Temperatura média dos pares tribológicos lubrificado com os três
fluidos
A medição do desgaste, em um primeiro momento, foi associada à massa do CP. Então foi medida sua massa antes do ensaio e depois para calcular a diferença mostrada na Tab 13.
Tabela 13 – Variação da massa, em gramas, dos corpos de prova.
Média CP 01 CP 02 CP 03
Antes do ensaio 16,7320 16,7686 16,8330
Após o ensaio 16,7360 16,7740 16,8440
Variação 0,004 0,0054 0,011
A Tabela 13 mostra que houve um aumento de massa no lugar de uma diminuição, que era esperado. Esse aumento é em virtude do material do corpo de prova e do contra-corpo serem os mesmos, havendo uma transferência de massa do contra corpo para o corpo de prova através de uma adesão. Partindo do ponto que o lubrificante age formando um filme que impede o contato metal- metal, pode-se considerar que o par tribológico que houve menor transferência de massa foi aquele em que o lubrificante formou um melhor filme.
Além dessa análise foi medida a profundidade e a área transversal ao sulco formado em todos os corpos de prova. A área foi calculada a partir do
61 programa do próprio rugosímetro. A profundidade e a área foram medidas em três pontos e com isso calculou-se uma média.
A Figura 37 mostra o sulco do CP 01 e as Fig 38, Fig 39, Fig 40 o gráfico gerado pelo rugosímetro.
Figura 37 – Sulco no CP 01 com indicação dos pontos de medição da depressão e da área.
62
Figura 38 – Valor da depressão máxima e da área no ponto 01 do CP 01
Figura 39 – Valor da depressão máxima e da área no ponto 02 do CP 01
Figura 40 – Valor da depressão máxima e da área no ponto 03 do CP 01
Em seguidaa Fig 41 mostra o sulco do CP 02 e as Fig 42, Fig 43, Fig 44 mostrando os gráficos.
63
Figura 41 – Sulco no CP 02 com indicação dos pontos de medição da depressão e da área
64
Figura 43 – Valor da depressão máxima e da área no ponto 02 do CP 02
Figura 44 – Valor da depressão máxima e da área no ponto 03 do CP 02
Por último o CP 03 com a foto no sulco na Fig 45 e os gráficos com a profundidade e área nas Fig 46, Fig 47, Fig 48.
65
Figura 45 – Sulco no CP 03 com indicação dos pontos de medição da depressão e da área
66
Figura 47 – Valor da depressão máxima e da área no ponto 02 do CP 03
Figura 48 – Valor da depressão máxima e da área no ponto 03 do CP 03 Tabela 14 – Área média da seção transversal ao comprimento do sulco
CP Área Média (µm)² Desvio Padrão
01 6080,666 6,0806 E.-3
02 8031,333 8,0313 E.-3
03 11877,00 11,0118 E.-3
Pela Tab. 14 percebe-se que o Corpo de Prova (CP) que apresentou menor desgaste foi o CP 01 que foi lubrificado com a EOS 02 apresentando perda menor do que o lubrificado com o Fluido de Corte Comercial (FCC).
Analisando o resultado de desgaste do CP 03 e o resultado de acidez do FCC pode-se dizer que eles estão associados, já que a acidez elevada induz desgaste na peça.
67 Assim, para o ensaio no torno mecânico foi usado o EOS 02 e comparada com os FCC. Na Figura 49 pode-se ver o comportamento da temperatura do ensaio no torno, onde a temperatura da base e da ferramenta estão apresentadas na forma de coluna enquanto que a temperatura ambiente é mostrada é indicada pela linha.
68
Tabela 15- Temperaturas médias na usinagem do aço 1045 com EOS 02 e o FCC
T amb (°C) T base (°C) T fer (°C) ∆T base (°C) ∆T fer (°C) Primeira Usinagem EOS 02 Média 7,35 39,55 39,27 12,2 11,92 Desvio padrão 0,3640 2,2907 1,7633 2,1459 1,7533 Primeira Usinagem FCC Média 27,5 44,37 45,5 16,87 18 Desvio padrão 0,5 2,4968 2,6925 2,4717 2,7386 Segunda Usinagem EOS 02 Média 27,75 40,87 37,68 13,12 9,93 Desvio padrão 0,4031 2,4329 0,4594 2,4268 0,8320 Segunda Usinagem FCC Média 27,87 41,75 42,5 13,87 14,62 Desvio padrão 0,3307 1,4790 1,5 1,3635 1,4086
Pela Tabela 15 verifica-se que as temperaturas médias do ensaio lubrificado com o EOS foram menores do que os lubrificados com FCC, o que é condizente com o ensaio de condutividade térmica e reafirmando que a capacidade do EOS de dissipar energia térmica é maior do que a do FCC. A variação na base e na ferramenta de corte pode ser visto nas Fig 50 e Fig 51.
69
Figura 51– Variação de temperatura na ferramenta da peça usinada de Aço 1045 Após a usinagem com o Aço 1045 foi feito o ensaio para o ferro fundido, onde os gráficos com os resultados podem ser vistos na Fig 52
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Tabela 16. Tabela de temperaturas médias na usinagem do ferro fundido com EOS e o FCC T amb (°C) T base (°C) T fer (°C) ∆T base (°C) ∆T fer (°C) Primeira Usinagem EOS Média 28,12 38,75 40,25 10,62 12,12 Desvio padrão 0,3307 1,9202 5,4256 1,9960 5,5099 Primeira Usinagem FCC Média 27 35,50 37,75 8,50 10,75 Desvio padrão 0 1,5 1,561249 1,5 1,5612 Segunda Usinagem EOS Média 27,75 36,37 38,37 8,62 10,62 Desvio padrão 0,6614 0,1110 1,3169 0,1110 1,2183 Segunda Usinagem FCC Média 28,0 35,75 37,0 7,75 9,0 Desvio padrão 0 1,0897 1,2247 1,0897 1,2247
Observando a Tab 16 acima verifica-se que na segunda usinagem feita no ferro fundido, com os fluidos em análise, as variações médias de temperaturas na base da peça usinada e na ponta da ferramenta de corte foram próximas. No entanto na primeira usinagem esses valores se distanciaram, embora não houve nenhuma variação nos parâmetros de usinagem. Agora se feita uma média entre os dois ensaios de cada fluido as variações de temperaturas seriam praticamente as mesmas.
A variação da temperatura na base e na ferramenta de corte pode ser visto nas Fig 53 e Fig 54.
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Figura 53 – Variação de temperatura na base da peça usinada de ferro fundido
Figura 54 – Variação de temperatura na ponta da ferramenta utilizada para usinar o ferro fundido
Nas figuras que tratam do perfil de variação de temperatura na ferramenta para o aço 1045 e para o ferro fundido, respectivamente, observa-se que a temperatura no primeiro ensaio foi, no geral, inferior ao segundo ensaio o que não se esperava. Como no segundo ensaio o diâmetro da peça é menor, pela Eq 7, a velocidade é menor, com menor velocidade relativa entre as partes móveis tem-se uma menor temperatura.
Além das temperaturas foi analisado o desgaste da ferramenta de corte. Com uma lupa ampliou-se a imagem da ferramenta e fotos foram tiradas antes e depois do uso da mesma. Todas as fotos encontram-se no anexo, no texto tem somente uma representação na Fig 55 e Fig 56.
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Figura 55 – Ferramenta antes da primeira usinagem no Aço 1045 a ser lubrificada com o FCC
Figura 56 - Ferramenta após a primeira usinagem no Aço 1045 lubrificada com o FCC
Observando as Fig 55 e 56 pode-se perceber o desgaste na ponta da ferramenta. O mesmo comportamento observa-se em todos os casos, no entanto o desgaste na ferramenta que usinou o ferro fundido foi menor do que a que usinou o Aço 1045 como já era esperado já que o ferro fundido possui lubrificante sólido na
73 sua composição. Como o desgaste na ferramenta influencia no acabamento superficial a rugosidade foi medida e comparada e pode ser observada na Fig 57.
Figura 57 – Rugosidade em função do comprimento da haste de ferro fundido
A rugosidade no Aço 1045 não foi uniforme como no ferro fundido, houve muita variação, mas no geral foi menor para a peça usinada com o EOS. Já na peça de ferro fundido a rugosidade foi menor naquela lubrificada com o FCC, o que é incoerente ao comparar as temperaturas das peça lubrificadas com EOS e com o FCC, que foram próximas, e o desgaste observado na ferramenta, conforme anexos, foram similares; logo a diferença na rugosidade pode ter sido devido à diferença de vibração do sistema, porém essa não foi analisada.
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5 – CONCLUSÕES
Com base nos resultados apresentados conclui-se que o EOS é viável para aplicação como fluido de corte, por ser mais seguro ao operador, por se tratar de um fluido com base vegetal e por apresentar menor acidez do que o FCC.
Além disso, os resultados mostram a viabilidade do uso no que diz respeito às análises físico-químicas como também no ensaio dinâmico e o comportamento no torno já que os melhores resultados físico-químicos, menor desgaste no tribômetro foi do EOS 01 e EOS 02.
Já no trono mecânico, as menores variações de temperaturas para o EOS foi no ensaio aplicado no aço 1045 assim como menores níveis de rugosidade Ra diferente do ferro fundido. Dessa forma, a aplicação do EOS como fluido de corte apresenta vantagens quando aplicado no aço 1045, sendo necessário para afirmar sua aplicação em outros materiais analisar seu desempenho no processo de usinagem.
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6 - SUGESTÕES
1. Como o ensaio tibológicos e de usinagem são dinâmicos, os mesmo podem ser repetidos para ter um espaço amostral maior e com isso fazer um tratamento estatístico aprofundado.
2. Como o OS foi analisado somente o Ester, sem nenhum tratamento químico, pode-se adicionar aditivos para melhorar suas propriedades como extrema pressão e anti-desgaste.
3. Pode-se verificar a estabilidade oxidativa do EOS.
4. Para melhorar seu poder refrigerante pode-se trabalhar uma emulsão água/óleo ou óleo/água com o EOS.
5. Pode-se fazer um levantamento de custo para verificar, se mesmo viável é vantagem usar o EOS para essa aplicação.
6. Pode-se controlar a vibração para relacionar com a rugosidade
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