Óleo lubrificante

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Antecedentes

Desde a era romana, muitos líquidos, incluindo água, têm sido usados ​​como lubrificantes para minimizar o atrito, o calor e o desgaste entre as peças mecânicas em contato umas com as outras. Hoje, o óleo lubrificante, ou óleo lubrificante, é o lubrificante mais comumente usado devido à sua ampla gama de aplicações possíveis. As duas categorias básicas de óleo lubrificante são minerais e sintético. Os óleos minerais são refinados a partir do petróleo natural ou petróleo bruto. Os óleos sintéticos são polialfaolefinas manufaturadas, que são poliglicóis à base de hidrocarbonetos ou óleos de éster.

Embora existam muitos tipos de óleos lubrificantes para escolher, os óleos minerais são os mais comumente usados ​​porque o fornecimento de petróleo bruto os tornou baratos; além disso, já existe um grande corpo de dados sobre suas propriedades e uso. Outra vantagem dos óleos lubrificantes à base de minerais é que eles podem ser produzidos em uma ampla gama de viscosidades - viscosidade se refere à resistência ao fluxo da substância - para diversas aplicações. Eles variam de óleos de baixa viscosidade, que consistem em cadeias de hidrogênio-carbono com pesos moleculares de cerca de 200 unidades de massa atômica (uma), a lubrificantes altamente viscosos com pesos moleculares de até 1000 uma. Óleos à base de minerais com diferentes viscosidades podem até mesmo ser misturados para melhorar seu desempenho em uma determinada aplicação. O óleo de motor 1OW-30 comum, por exemplo, é uma mistura de óleo de baixa viscosidade (para fácil partida em baixas temperaturas) e óleo altamente viscoso (para melhor proteção do motor em temperaturas normais de funcionamento).

Usados ​​pela primeira vez na indústria aeroespacial, os lubrificantes sintéticos são geralmente formulados para uma aplicação específica para a qual os óleos minerais são inadequados. Por exemplo, sintéticos são usados ​​onde temperaturas operacionais extremamente altas são encontradas ou onde o óleo lubrificante deve ser resistente ao fogo. Este artigo se concentrará no óleo lubrificante à base de minerais.

Matérias-primas

Os óleos lubrificantes são apenas uma das muitas frações ou componentes que podem ser derivados do petróleo bruto, que emerge de um poço de petróleo como uma mistura líquida amarela com preta inflamável de milhares de hidrocarbonetos (compostos orgânicos contendo apenas carbono e hidrogênio átomos, estes ocorrem em todos os combustíveis fósseis). Os depósitos de petróleo foram formados pela decomposição de pequenas plantas e animais que viveram há cerca de 400 milhões de anos. Devido às mudanças climáticas e geográficas que ocorreram naquela época da história da Terra, a decomposição desses organismos variou de região para região.

Por causa das diferentes taxas nas quais o material orgânico se decompõe em vários lugares, a natureza e a porcentagem dos hidrocarbonetos resultantes variam amplamente. Conseqüentemente, o mesmo ocorre com as características físicas e químicas dos óleos crus extraídos de diferentes locais. Por exemplo, enquanto o petróleo bruto da Califórnia tem uma gravidade específica de 0,92 grama / mililitro, o petróleo mais leve da Pensilvânia tem uma gravidade específica de 0,81 grama / mililitro. (gravidade específica, que se refere à relação entre o peso de uma substância e um volume igual de água, é um aspecto importante do petróleo bruto.) No geral, a gravidade específica dos óleos crus varia entre 0,80 e 0,97 gramas / mililitro.

Dependendo da aplicação, produtos químicos chamados aditivos podem ser misturados com o O óleo lubrificante é refinado do petróleo bruto. Após passar por um processo de purificação e sedimentação coletada, o óleo cru é aquecido em enormes torres de fracionamento. Os vários vapores - que podem ser usados ​​para fazer combustível, ceras ou propano, entre outras substâncias - fervem e são coletados em diferentes pontos da torre. O óleo lubrificante coletado é filtrado e, em seguida, os aditivos são misturados ao óleo refinado para dar-lhe as propriedades físicas desejadas. Os aditivos comuns incluem metais como chumbo ou sulfureto de metal, que aumentam a capacidade do óleo lubrificante de evitar escoriações e arranhões quando as superfícies de metal entram em contato sob pressões extremamente altas. Polímeros de alto peso molecular são outro aditivo comum:eles melhoram a viscosidade, neutralizando a tendência dos óleos de diluir em altas temperaturas. Nitrosomines são empregados como antioxidantes e inibidores de corrosão porque neutralizam ácidos e formam filmes protetores em superfícies metálicas.

O processo de fabricação

O óleo lubrificante é extraído do óleo cru, que passa por um processo de purificação preliminar (sedimentação) antes de ser bombeado para as torres de fracionamento. Uma típica torre de fracionamento de alta eficiência, de 25 a 35 pés (7,6 a 10,6 metros) de diâmetro e até 400 pés (122 metros) de altura, é construída com aços de alto grau para resistir aos compostos corrosivos presentes nos óleos crus; por dentro, ele é equipado com uma série ascendente de bandejas de coleta de condensado. Dentro de uma torre, os milhares de hidrocarbonetos do petróleo bruto são separados uns dos outros por um processo denominado destilação fracionada. Conforme os vapores sobem pela torre, as várias frações resfriam, condensam e retornam à forma líquida em taxas diferentes determinadas por seus respectivos pontos de ebulição (quanto mais baixo o ponto de ebulição da fração, mais alto ela sobe antes de condensar). O gás natural atinge primeiro seu ponto de ebulição, seguido pela gasolina, querosene, óleo combustível, lubrificantes e alcatrões.

Sedimentação

• 1 O petróleo bruto é transportado do poço de petróleo até a refinaria por oleoduto ou navio-tanque. Na refinaria, o óleo sofre sedimentação para retirar toda a água e contaminantes sólidos, como areia e rocha, que porventura nele estejam suspensos. Durante esse processo, o óleo cru é bombeado para grandes tanques de retenção, onde a água e o óleo podem se separar e os contaminantes se depositam no óleo.

Fracionamento

• 2 Em seguida, o petróleo bruto é aquecido a cerca de 700 graus Fahrenheit (371 graus Celsius). Nessa temperatura, ele se decompõe em uma mistura de vapor quente e líquido que é então bombeado para o fundo da primeira das duas torres de fracionamento. Aqui, os vapores de hidrocarbonetos quentes flutuam para cima. À medida que esfriam, eles se condensam e são coletados em diferentes bandejas instaladas em diferentes níveis da torre. Nesta torre, a pressão atmosférica normal é mantida continuamente, e cerca de 80 por cento do petróleo bruto vaporiza.
• 3 Os 20% restantes do óleo são reaquecidos e bombeados para uma segunda torre, onde a pressão do vácuo reduz o ponto de ebulição do óleo residual para que possa vaporizar a uma temperatura mais baixa. Os compostos mais pesados ​​com pontos de ebulição mais altos, como o alcatrão e os compostos inorgânicos, ficam para trás para processamento posterior.

Filtragem e extração com solvente

• 4 Após o processamento posterior para remover compostos indesejados, o óleo lubrificante que foi coletado nas duas torres de fracionamento é passado por vários filtros ultrafinos, que removem as impurezas remanescentes. Os aromáticos, um desses contaminantes, contêm anéis de seis carbonos que afetariam a viscosidade do óleo lubrificante se não fossem removidos em um processo chamado extração por solvente. A extração por solvente é possível porque os aromáticos são mais solúveis no solvente do que a fração de óleo lubrificante. Quando o óleo lubrificante é tratado com o solvente, os aromáticos se dissolvem; mais tarde, após a remoção do solvente, os aromáticos podem ser recuperados dele.

Aditivos, inspeção e embalagem

• 5 Finalmente, o óleo é misturado com aditivos para dar-lhe as propriedades físicas desejadas (como a capacidade de resistir a baixas temperaturas). Nesse ponto, o óleo lubrificante é submetido a uma variedade de testes de controle de qualidade que avaliam sua viscosidade, gravidade específica, cor, clarão e pontos de fogo. O óleo que atende aos padrões de qualidade é então embalado para venda e distribuição.

Controle de qualidade

A maioria das aplicações de óleos lubrificantes exige que eles sejam não resinosos, de cor clara, inodoros e resistentes à oxidação. Mais de uma dúzia de testes físicos e químicos são usados ​​para classificar e determinar o grau dos óleos lubrificantes. Os testes físicos comuns incluem medições de viscosidade, gravidade específica e cor, enquanto os testes químicos típicos incluem aqueles para pontos de fulgor e fogo.

De todas as propriedades, a viscosidade, a resistência de um óleo lubrificante para fluir em temperaturas e pressões específicas, é provavelmente a mais importante. A aplicação e a faixa de temperatura de operação são fatores-chave para determinar a viscosidade adequada para um óleo. Por exemplo, se o óleo for muito viscoso, ele oferece muita resistência às partes metálicas que se movem umas contra as outras. Por outro lado, se não for suficientemente viscoso, será espremido entre as superfícies de contato e não será capaz de lubrificá-las o suficiente. O Viscosímetro Universal Standard Saybolt é o instrumento padrão para determinar a viscosidade de lubrificantes de petróleo entre 70 e 210 graus Fahrenheit (21 e 99 graus Celsius). A viscosidade é medida no Say bolt Universal segundo, que é o tempo em segundos necessário para que 50 mililitros de óleo sejam esvaziados de um copo do viscosímetro Saybolt através de um orifício de tubo calibrado em uma determinada temperatura.

A gravidade específica de um óleo depende do método de refino e dos tipos de aditivos presentes, como chumbo, o que dá ao óleo lubrificante a capacidade de resistir a pressões extremas de superfície de acoplamento e temperaturas frias. A cor do óleo lubrificante indica a uniformidade de um determinado grau ou marca. Os pontos de fulgor e fogo do petróleo variam de acordo com a origem do petróleo bruto. O ponto de inflamação é a temperatura à qual um óleo deve ser aquecido até que vapor inflamável suficiente seja expelido, de modo que ele pisque ao entrar em contato com uma chama. O ponto de fogo é a temperatura mais alta na qual o vapor de óleo continuará a queimar quando inflamado.

Os óleos de motor comuns são classificados por viscosidade e desempenho de acordo com as especificações estabelecidas pela Society of Automotive Engineers (SAE). Os fatores de desempenho incluem prevenção de desgaste, formação de depósitos de borra de óleo e espessamento de óleo.

O Futuro

O futuro do óleo lubrificante à base de minerais é limitado, porque os suprimentos naturais de petróleo são finitos e não renováveis. Os especialistas estimam o total recuperável de reservas de petróleo leve a médio em 1,6 trilhão de barris, dos quais um terço já foi usado. Assim, os óleos de base sintética provavelmente serão cada vez mais importantes à medida que as reservas naturais diminuem. Isso é verdade não apenas para o óleo lubrificante, mas também para os demais produtos resultantes do refino do petróleo.