Modificadores de índice de viscosidade
O índice de viscosidade (IV) é uma característica comumente utilizada para indicar a variação da viscosidade de um fluido em diferentes temperaturas. Quanto menor a variação da viscosidade, maior o IV. Os modificadores de índice de viscosidade permitem modificar esta propriedade, ajudando a manter uma lubricidade adequada em diferentes temperaturas, o que é uma característica fundamental dos lubrificantes.
Viscosidade
Viscosidade é a propriedade que determina a resistência de um fluido ao cisalhamento.
É uma das propriedades mais importantes em lubrificantes, pois é responsável por determinar a espessura do filme do óleo, melhorando a lubricidade do sistema e diminuindo o atrito e o desgaste, o que evita manutenções não programadas.
Além disso, a viscosidade influencia na geração de calor em alguns sistemas; determina o efeito selante de um óleo e consequentemente sua taxa de consumo; e também define a facilidade com a qual máquinas iniciarão o trabalho em condições de baixa temperatura.
A viscosidade pode ser determinada medindo a força requerida para superar a fricção do fluido em um filme de dimensões conhecidas. Quando obtida dessa maneira, é chamada de viscosidade dinâmica ou absoluta, a qual é geralmente reportada com a unidade Poise (P).
Já a viscosidade cinemática pode ser obtida com a divisão do valor da viscosidade dinâmica do fluido pela sua densidade, quando medidos na mesma temperatura. A unidade mais utilizada para essa propriedade é centistokes(cSt).
A viscosidade cinemática pode ser obtida com o auxílio de viscosímetros capilares de vidro calibrados, medindo o tempo necessário para que um volume específico do fluido submetido a força da gravidade escoe através do capilar. Uma das metodologias de referência mais reconhecidas para essa análise é a ASTM D445.
A medição da viscosidade Saybolt também é feita com o auxílio de um viscosímetro, o qual possui seção cilíndrica e um orifício ao fundo. A viscosidade é obtida cronometrando o tempo em que 60ml do fluido demora para escoar para outro recipiente. O método que descreve essa análise é a ASTM D88 – 07 e o resultado é reportado com a unidade Segundo Universal Saybolt (SSU).
Índice de viscosidade
O índice de viscosidade (IV) é a propriedade de um fluido que quantifica a relação da viscosidade com a temperatura. Um baixo IV indica uma maior diferença nessa relação, enquanto um alto IV indica uma mudança relativamente pequena, o que é importante para que a lubricidade dos equipamentos não seja afetada em diferentes temperaturas.
O IV de óleos minerais produzidos através da rota convencional de refino varia dependendo da base do mesmo, podendo ser abaixo de 0 e até pouco acima de 100. Óleos minerais hidrotratados e alguns óleos sintéticos podem ter um IV acima de 120. O IV é considerado muito baixo quando é menor que 0, baixo entre 0 e 40, médio entre 40 e 80, alto entre 80 e 120 e muito alto acima de 120.
O IV é calculado baseado em uma escala empírica criada por Dean e Davis, a qual conta com padrões com duas séries de óleos: uma arbitrariamente considerada como IV igual a 100 e outra designada como IV igual a 0.
Para que o IV de um óleo seja calculado, é necessário que sejam analisadas as viscosidades a 40°C e a 100°C do mesmo. Então, o cálculo é feito a partir de sua viscosidade a 40°C e das viscosidades a 40°C dos padrões, tendo uma viscosidade a 100°C igual à do óleo cujo IV se busca determinar, conforme fórmula abaixo:
Onde:
L = viscosidade a 40°C de um óleo do padrão de IV = 0, tendo a mesma viscosidade a 100°C do óleo em estudo;
H = viscosidade a 40°C de um óleo do padrão de IV =100, tendo a mesma viscosidade a 100°C do óleo em estudo;
U = viscosidade a 40°C do óleo em estudo.
No método ASTM D2270 é possível consultar as tabelas para determinação do IV de Dean e Davis tendo como base a viscosidade cinemática ou a viscosidade Saybolt a 40°C e a 100°C.
Modificadores de índice de viscosidade
Os modificadores de índice de viscosidade são polímeros de cadeia longa e alto peso molecular, que funcionam proporcionando um aumento da viscosidade relativa de um óleo maior a altas temperaturas do que a baixas temperaturas. Isso geralmente acontece devido a forma com que o polímero altera sua configuração física com o aumento da temperatura da mistura.
Foi observado que a molécula do polímero assume uma forma contraída a baixas temperaturas, pois o poder solvente do óleo é menor, fazendo com que as moléculas do polímero se atraiam mutualmente.
Já a altas temperaturas o poder solvente do óleo aumenta, fazendo com que as moléculas do polímero se desenrolem e aumentem de volume. A interação do óleo com essas longas moléculas causa um aumento da viscosidade da mistura.
Os principais compostos utilizados como modificadores de índice de viscosidade são:
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- Poliisobuteno (PIB);
- Polimetacrilatos;
- Copolímeros de vinil-acetato;
- Copolímeros de olefinas – etileno-propileno, estireno-butadieno, etc;
- Poliacrilatos;
- Poliestirenos alcoilados
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Todos esses polímeros possuem estrutura linear e a escolha de qual usar dependerá da aplicação final do lubrificante acabado.
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