Óleo Lubrificante: Tipos, Usos e Desempenho

Contexto Histórico

Desde a era romana, diversos líquidos, incluindo água, têm sido utilizados como lubrificantes para minimizar o atrito, o calor e o desgaste entre peças mecânicas em contato. Atualmente, o óleo lubrificante, ou óleo lubrificante, é o lubrificante mais comum devido à sua ampla gama de aplicações. As duas categorias básicas são mineral e sintético. Os óleos minerais são refinados a partir de petróleo natural, ou petróleo bruto. Os óleos sintéticos são polialfaolefinas fabricadas, que são poliglicóis ou ésteres à base de hidrocarbonetos.

Embora existam muitos tipos de óleos lubrificantes, os óleos minerais são os mais utilizados porque a oferta de petróleo bruto os torna baratos; além disso, existe um grande volume de dados sobre suas propriedades e uso. Outra vantagem dos óleos minerais é que podem ser produzidos numa ampla gama de viscosidades — a viscosidade refere-se à resistência da substância ao fluxo — para diversas aplicações. Variam desde óleos de baixa viscosidade, compostos por cadeias de hidrogênio-carbono com pesos moleculares em torno de 200 unidades de massa atômica (uma), até lubrificantes altamente viscosos com pesos moleculares de até 1000 uma. Óleos minerais com diferentes viscosidades podem até ser misturados para melhorar o desempenho numa aplicação específica. O comum óleo de motor 10W-30, por exemplo, é uma mistura de óleo de baixa viscosidade (para fácil partida a baixas temperaturas) e óleo altamente viscoso (para melhor proteção do motor em temperaturas normais de funcionamento).

Utilizados pela primeira vez na indústria aeroespacial, os lubrificantes sintéticos são geralmente formulados para aplicações específicas nas quais os óleos minerais são inadequados. Por exemplo, os sintéticos são usados onde se encontram temperaturas operacionais extremamente altas ou onde o óleo lubrificante deve ser resistente ao fogo. Este artigo focará no óleo lubrificante à base mineral.

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 como uma mistura líquido inflamável, amarela a preta, de milhares de hidrocarbonetos (compostos orgânicos contendo apenas átomos de carbono e hidrogênio, que ocorrem em todos os combustíveis fósseis). Os depósitos de petróleo foram formados pela decomposição de minúsculas plantas e animais que viveram há cerca de 400 milhões de anos. Devido a mudanças climáticas e geográficas ocorridas naquela época na história da Terra, a decomposição desses organismos variou de região para região.

Devido às diferentes taxas de decomposição do material orgânico em vários locais, a natureza e a porcentagem dos hidrocarbonetos resultantes variam amplamente. Consequentemente, as características físicas e químicas dos óleos brutos extraídos de diferentes locais também variam. Por exemplo, enquanto o petróleo da Califórnia tem gravidade específica de 0,92 g/ml, o petróleo mais leve da Pensilvânia tem gravidade específica de 0,81 g/ml. A gravidade específica, que se refere à razão entre o peso de uma substância e o de um volume igual de água, é um aspecto importante do petróleo bruto. Em geral, a gravidade específica dos petróleos varia entre 0,80 e 0,97 g/ml.

Dependendo da aplicação, produtos químicos chamados aditivos podem ser misturados ao óleo refinado para lhe conferir propriedades físicas desejadas. Aditivos comuns incluem metais como chumbo ou sulfeto de metal, que melhoram a capacidade do óleo de prevenir engripamento e arranhões quando superfícies metálicas entram em contato sob pressões extremamente altas. Polímeros de alto peso molecular são outro aditivo comum: melhoram a viscosidade, contrabalanceando a tendência dos óleos de afinar em altas temperaturas. Nitrosaminas são empregadas 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 petróleo bruto, que passa por um processo preliminar de purificação (sedimentação) antes de ser bombeado para torres de fracionamento. Uma torre de fracionamento típica de alta eficiência, com 7,6 a 10,6 metros de diâmetro e até 122 metros de altura, é construída com aços de alta qualidade para resistir aos compostos corrosivos presentes nos petróleos brutos; internamente, é equipada com uma série ascendente de bandejas coletoras de condensado. Dentro de uma torre, os milhares de hidrocarbonetos no petróleo bruto são separados uns dos outros por um processo chamado destilação fracionada. À medida que os vapores sobem pela torre, as várias frações resfriam, condensam e retornam à forma líquida em taxas diferentes determinadas pelos seus respectivos pontos de ebulição (quanto menor o ponto de ebulição da fração, mais alto ela sobe antes de condensar). O gás natural atinge seu ponto de ebulição primeiro, seguido por gasolina, querosene, óleo combustível, lubrificantes e alcatrões.

Sedimentação

• 1 O petróleo bruto é transportado do poço para a refinaria por oleoduto ou navio-tanque. Na refinaria, o óleo passa por sedimentação para remover água e contaminantes sólidos, como areia e rocha, que podem estar em suspensão. Durante este processo, o bruto é bombeado para grandes tanques de armazenamento, onde a água e o óleo se separam e os contaminantes se depositam no fundo.

Fracionamento

• 2 Em seguida, o petróleo bruto é aquecido a cerca de 371 °C (700 °F). Nesta temperatura, ele se decompõe numa mistura de vapor quente e líquido que é bombeada para o fundo da primeira de duas torres de fracionamento. Aqui, os vapores de hidrocarbonetos quentes flutuam para cima. À medida que resfriam, condensam e são coletados em bandejas instaladas em diferentes níveis na torre. Nesta torre, a pressão atmosférica normal é mantida continuamente, e cerca de 80% do petróleo bruto vaporiza.
• 3 Os 20% restantes do óleo são então reaquecidos e bombeados para uma segunda torre, onde a pressão de 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 alcatrão e compostos inorgânicos, permanecem para processamento adicional.

Filtragem e Extração por Solvente

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

Aditivos, Inspeção e Embalagem

• 5 Finalmente, o óleo é misturado com aditivos para lhe conferir as propriedades físicas desejadas (como a capacidade de suportar baixas temperaturas). Neste ponto, o óleo lubrificante é submetido a uma variedade de testes de controle de qualidade que avaliam sua viscosidade, gravidade específica, cor, ponto de fulgor e ponto de incêndio. 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 sejam não resinados, 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. Testes físicos comuns incluem medições de viscosidade, gravidade específica e cor, enquanto testes químicos típicos incluem os de ponto de fulgor e ponto de incêndio.

De todas as propriedades, a viscosidade, a resistência do óleo lubrificante ao fluxo em temperaturas e pressões específicas, é provavelmente a mais importante. A aplicação e a faixa de temperatura operacional são fatores-chave na determinação da viscosidade adequada para um óleo. Por exemplo, se o óleo for muito viscoso, oferece muita resistência às peças metálicas em movimento relativo. Por outro lado, se não for viscoso o suficiente, será espremido entre as superfícies de contato e não conseguirá lubrificá-las suficientemente. O Viscosímetro Universal Saybolt Padrão é o instrumento padrão para determinar a viscosidade de lubrificantes de petróleo entre 21 e 99 °C (70 e 210 °F). A viscosidade é medida em Segundos Saybolt Universal, que é o tempo em segundos necessário para 50 mililitros de óleo esvaziarem de uma xícara do viscosímetro Saybolt através de um orifício calibrado a uma dada temperatura.

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

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

O Futuro

O futuro do óleo lubrificante à base mineral é limitado, porque os suprimentos naturais de petróleo são finitos e não renováveis. Especialistas estimam as reservas totais recuperáveis de petróleo leve a médio em 1,6 trilhão de barris, dos quais um terço já foi usado. Assim, óleos à base sintética provavelmente se tornarão cada vez mais importantes à medida que as reservas naturais diminuem. Isso vale não apenas para o óleo lubrificante, mas também para outros produtos resultantes do refino de petróleo.