Participação da academia e indústria brasileira no “Leeds-Lyon Symposium on Tribology” de 2015.

06/11/2015

por Tiago Cousseau

O Simpósio e a representatividade Brasileira:

Tribologia é a ciencia que estuda atrito, desgaste e lubrificação. Um dos congressos mais tradicionais e respeitados na area é o “Leeds-Lyon Symposium on Tribology“, que teve sua 42ª edição em 07 a 09 de Setembro de 2015. O simpósio este ano teve como tema chave: Surfaces and interfaces mysteries across the interface. Em decorrência, debateu-se em detalhe a interação entre superfícies (óxidos, terceiro corpo, etc.) e lubrificantes (em especial, os aditivos). O 42 Leeds-Lyon contou com a presença de mais de 300 pesquisadores provenientes dos quatro cantos do mundo.

leeds simposium 1

O Brasil teve uma participação ativa por meio de 3 trabalhos do Laboratório de Fenômenos de Superfície (LFS), Escola Politecnica – USP (sendo um em parceria com a Universidade Sueca de Halmstad), 2 trabalhos da Universidade Federal do Rio Grande do Norte e a coordenação de uma sessão de apresentações (LFS/USP). Dada a importancia do simpósio, o LFS / USP tem tido uma presença constante no mesmo, em especial com trabalhos gerados pelo consórcio de P&D automotivo “Desafios Tribologicos de Motores Flex- Fuel” (projeto FAPESP Nº 2009/54891-8). Vide tabela 1 e 2.

Tabela 1 – Trabalhos desenvolvidos e apresentados no 42º Leeds-Lyon Symposium por autores Brasileiros (2015).

  • T. Cousseau; J.S.R Acero; A. Sinatora – USP. Tribological response of fresh and used engine oils: the effect of surface texturing, roughness and fuel type
  • Z. Dimkovski (Halmstad University), E. Tomanik, F. Profito – USP. Influence of surface waviness on predictions of friction between cylinder liner and oil control ring
  • A. Rodrigues; T. Yonami-me; E. Albertin; A. Sinatora – USP. Pin on disc tribotests with addition of Cu particles as an interfacial media: characterization of disc tribosurface using SEM-FIB techniques
  • S. Alves; V. Mello; E. Faria; A.P. Camarog- UFRN. Nanolubricants developed from tiny CuO nanoparticles
  • J.O. Junior; A. Medeiros; A. Farias- UFRN. Characterization of the dynamic behaviour of lubricity fuels using vibration signals and multiresolution analysis

Tabela 2 – Trabalhos desenvolvidos e apresentados no 40º e 41º Leeds-Lyon Symposium pelo LFS/USP

  • F. Profito,D. Zachariadis, E.Tomanik. Deterministic modelling of the lubrication regime on piston ring–cylinder liner contact (2014)
  • E.M. Bortoleto; R.M. Souza; M.G.V. Cuppari. Atomistic simulation on the sliding of a rigid indenter over aluminum with crystalline defects (2013)
  • E. Tomanik, F. Profito, D. Zachariadis. Modelling of the Hydrodynamic Support of Laser Surface Texturing on Cylinder Bore and Piston rings (2011)

Brasil e os centros de excelência em Tribologia:

Durante os 3 dias de intensa troca de conhecimento com pesquisadores de todo o mundo duas situações ficaram claras: i) os temas chave estudados pelo LFS/USP são os mesmos das escolas de tribologia mais antigas e renomadas da Europa; ii) e o “gap” de conhecimento em tribologia entre Brasil e Europa é cada vez menor. Atualmente o Laboratório de Fenômenos de Superfície da USP é um dos centros de investigação que está na liderança da pesquisa sobre o impacto dos biocombustíveis, em particular do etanol, nos sistemas lubrificados dos motores de combustão interna, apesar do interesse internacional crescente no tema. Isto decorre, principalmente: i) dos incentivos dos órgãos de fomento para a pesquisa em biocombustíveis a exemplo do Projeto “Desafios Tribológicos em Motores Flex-Fuel” financiado pela FAPESP em colaboração com a VW, RENAULT, FIAT, MAHLE, TUPY, PETROBRAS, Unicamp, UFABC e USP, coordenado pelo Prof. Dr. Amilton Sinatora da USP; ii) e das demandas crescentes na redução de emissões de poluentes, que impulsionam às empresas a desenvolverem tecnologias para atingir as metas estabelecidas.

Resumo dos trabalhos apresentados pelo LFS da USP:

Cousseau, T, Ruiz, S. J., Sinatora, A. Tribological response of fresh and used engine oils: the effect of surface texturing, roughness and fuel type.

Superfícies anisotrópicas lisas e rugosas foram testadas em ensaios de movimento alternado com lubrificantes comerciais novos e usados em dinamômetro abastecidos por etanol e por gasolina em condições controladas. Verificou-se que tanto o sentido de deslizamento ( ou //) quanto o grau de envelhecimento do lubrificante afetam significativamente a eficiência do sistema uma vez que estes fatores estão diretamente relacionados com o funcionamento dos aditivos lubrificantes. O efeito da textura dá-se pela maior ou menor facilidade de remoção de óxido das superfícies durante o contato, que é considerado um requerimento para o funcionamento dos aditivos redutores de atrito; já o efeito de uso do óleo foi atribuído a degradação térmica do aditivo modificador do atrito e da interação do mesmo com o combustível brasileiro, o qual inibe o efeito de redução de atrito. Estes resultados estão resumidos na Figura 3, a qual mostra que apenas o lubrificante novo quando o ensaio foi realizado com deslizamento no sentido perpendicular às linhas de retificação mostrou redução de atrito (5W30).

leeds symposium 2

Figura 3 – Coeficiente de atrito em função do tempo medido no sentido paralelo e perpendicular às linhas de retificação.

Dimkovski Z., Profito F., Tomanik E. Influence of surface waviness on predictions of friction between cylinder liner and oil control ring.

Os efeitos de forma, ondulação e asperezas de cilindros de motor de combustão interna foram analisados quando em contato com o anel de terceiro canalete (anel de controle de óleo) utilizando uma análise multi-escala. Esta análise mostrou que as condições de contato alteram-se significativamente devido à utilização de filtros, prática atual comum. Estes filtros geram uma distribuição mais uniforme de asperezas (ver Fig. 4),de modo que o atrito (Friction Mean Effective Pressure – FMEP) gerado no regime limítrofe de lubrificação diminui e a parte hidrodinâmica aumenta para uma dada velocidade, podendo gerar interpretações errada dos resultados.

Figura 4 - Contato de asperezas da superfície de um cilindro de um motor após 320h de rodagem (área escura). Distribuição depende do filtro utilizado. Da esquerda para direita: Superfície sem filtragem, superfícies filtrada utilizando filtro Gaussiano robusto com 2,5mm, 0,8mm e 0,25mm.

Figura 4 – Contato de asperezas da superfície de um cilindro de um motor após 320h de rodagem (área escura). Distribuição depende do filtro utilizado. Da esquerda para direita: Superfície sem filtragem, superfícies filtrada utilizando filtro Gaussiano robusto com 2,5mm, 0,8mm e 0,25mm.

A.C.P. Rodriguesa*, T. Yonamineb, E. Albertinb A. Sinatorac, C.R.F. Azevedoa. Pin on disc tribotests with the addition of cu particles as an interfacial media: characterization of disc tribosurfaces using sem-fib techniques.

O efeito da adição de cobre como meio interfacial (400 μm, 20 μm and 50 nm) na microestrutura e topografia da tribosuperfície de discos após ensaios pino contra disco (aço/aço) foi evidenciada pela comparação com a condição sem adição de meio interfacial. Microscopia eletrônica de varredura (MEV), feixe de íons focalizado (FIB) e mapeamento de raios X (XEDS) foram as técnicas utilizadas para caracterizar a composição química, microestrutura, tribofilme e camadas deformadas plasticamente na superfície dos discos. A caracterização topográfica mostrou a presença de terceiro corpo e plateaus com marcas de desgaste, e, para algumas condições, a formação de uma camada de transferência de óxido. Observou-se com o mapeamento de raios X a presença de oxigênio associado ao ferro para todas as condições. Adicionalmente, foi observada a adesão expressiva de partículas de cobre nas tribos-superfícies das condições 20 μm e 50 nm. As seções transversais em FIB revelaram a heterogeneidade da superfície, mostrando a formação de camadas transformadas tribologicamente (STT); trincas sub-superficiais; destacamento de regiões plasticamente deformadas e a formação de debris. A formação de uma camada oxidada, compacta e contínua foi apenas observada nas condições sem adição de meio interfacial e com adição de cobre a 400μm.

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Volta às aulas. Nova bibliografia em tribologia. Volta aos posts.

29/07/2010

Livro aborda a tribologia do ponto de vista da Física.

O início dos semestres é (embora os alunos não acreditem) sempre estressante para os professores. Se não é estressante para todos, certamente é estressante para mim, mesmo ministrando o “mesmo curso” de Materiais para Engenharia Mecânica há quase 25 anos e Introdução à Tribologia há quase vinte.

Uma das razões do estresse são as aspas acima, uma vez que nunca é o mesmo curso. Um curso é como um rio, é sempre o mesmo e, simultaneamente, nunca é o mesmo, como já diziam filósofos gregos e Fernando Pessoa. Nos cursos mudam os alunos, que têm a cada ano a mesma idade, e mudam os professores, posto que envelhecem. Mudam também os conhecimentos, e como mudam!
A ciência hoje é produzida em fábricas de ciência, as universidades de pesquisa, ou em empresas de pesquisa. O ritmo de geração do conhecimento é, pois, industrial, potencializado pela informatização que coloca na telinha diante de cada um de nós milhares de revistas de altíssima qualidade que retratam a produção diuturna de conhecimento pelos cientistas. A telinha também dá acesso aos cursos homônimos aos nossos de renomadas universidades pelo mundo afora, o que enseja de nossa parte e de parte dos alunos comparações nem sempre lisonjeiras e nem sempre justas diante da disparidade de apoio ao ensino e da disparidade da tradição acadêmica entre nossos melhores centros e os melhores centros do mundo.
Para aliviar um pouco o nosso sofrimento e permitir uma rápida e refrescante atualização em tribologia está disponível no mercado o excelente Surface and Interfacial Forces, de autoria dos físicos alemães Hans-Jürgen Butt e Michael Kappl (importado por R$ 200,00), Whiley VCH, 2010, 421 páginas e, pasmem 1.461 referências bibliográficas!
O ótimo capítulo sobre mecânica do contato e adesão é seguido por um excelente capítulo sobre atrito, ambos de leitura rápida e ao mesmo tempo capaz de ampliar a visão tradicional sobre os dois tópicos – o que se deve à formação de ambos os autores. A visão “de físicos” que eles nos trazem é renovadora e calçada sobre a preocupação constante em identificar a natureza das forças em jogo nos tribossistemas. Ou seja, eles buscam insistentemente identificar o caráter sempre eletromagnético das forças envolvidas, numa abordagem que segue e amplia a de Israelachvili no clássico Intermolecular and Interfacial Forces, que também recomendo.
Com este post retomo minhas atividades pós-férias no blog do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies!
Amilton Sinatora

Publicar ou perecer (3). Por que NÃO publicar? – Leonardo da Vinci

28/05/2010

Leonardo DaVinci

Meu colega o Prof. Deniol K. Tanaka e eu tivemos o privilégio de discutir por mais de uma vez o papel do artista Leonardo da Vinci na tribologia, em especiar suas contribuições no estudo do fenômeno de atrito e seus estudos sobre desgaste.

Nestas discussões chegamos sempre ao ponto de que Leonardo fazia o possível para não ser lido! Escrevia de modo que a leitura de seus textos pudesse ser feita apenas lendo-os em espelhos, pois quase sempre escrevia “ao contrário”.  O genial italiano temia ter suas idéias roubadas.
Afinal, de um lado, ele trabalhou como engenheiro militar para para o sanguinário Ludovico Sforza, Duque de Milão e, na mesma função, para o devasso e sanguinário César Borgia, Duque de Bologna. Por  outro lado, Leonardo tinha pendências com a igreja católica e devia temer a fogueira. Publicar talvez não fosse mesmo a melhor política!
Leonardo também não divulgava nem fazia cópia de seus escritos. No fim da vida, entretanto, passou um bom tempo organizando e classificando as milhares de anotações que fez ao longo da vida. Suas anotações, os chamados códigos (codici) que nos chegaram, trazem muitíssimas informações, e são apenas uma fração que chegou até nós, sendo que todo o resto se perdeu. Leonardo não teve o cuidado de enviá-los (nem de deixar em testamento que fossem) a uma biblioteca, igreja ou a algum de seus muitos patronos.
Com isto, seu trabalho se perdeu e suas contribuições ao estudo do atrito apenas chegaram até nós quando seus escritos foram redescobertos. Por isto as “leis” do atrito (e aqui destaco que não as defendo enquanto leis”) são atribuídas na literatura tradicional a Amontons e a Coulomb.
Se ele houvesse publicado, teríamos a seguinte cronologia de contribuições fundamentais sobre o fenômeno de atrito:
Da Vinci – 1495
L1) A força de atrito é proporcional à força normal.
L2) O coeficiente de atrito independe da área aparente de contato.
L3) O coeficiente de atrito depende dos materiais. (Esta descoberta de Leonardo é raramente relatada nos textos, mesmo os recentes.)
Amontons – 1699
L1,2, 3) Confirmaria as duas descobertas de Da Vinci de forma independente num belo exercício do método científico.
Coulomb – 1785
L4) O coeficiente de atrito independe da velocidade (nem sempre como relata o próprio Coulomb, mas esta ressalva é sempre esquecida na literatura contemporânea)‏. Coulomb muitas vezes recebe o crédito pela L3, o que mostra que mesmo publicando (Amontons), às vezes o trabalho de pesquisa não é adequadamente reconhecido!
Greenwood Williamson –  1968
L5) A área REAL de contato aumenta com o aumento da força aplicada. Esta descoberta finalmente justifica as “leis” 1 e 2.
Mas não foi assim que aconteceu e, então, as “leis do atrito” são conhecidas como leis de Amontons ou leis de Coulomb, sendo que os físicos (mais estudiosos) preferem “leis de Amontons” enquanto que os engenheiros (mais comodistas) preferem a expressão “leis de Coulomb”.
Para aqueles menos geniais e menos perseguidos que Leonardo, talvez não reste mesmo outro caminho se não ….publicar, a menos que seus patronos estejam comprando seus segredos de pesquisa!
Amilton Sinatora
Referência
SINATORA, Amilton; TANAKA, Deniol Katsuki. As leis do atrito: da Vinci, Amontons ou Coulomb?. Revista Brasileira de Ciências Mecânicas, Rio de Janeiro, v. 12, n. 1, p. 31-34, out.2007

Mais recursos para reduzir atrito em motores de combustão externa

12/02/2010

Otimizar o projeto de componentes, engrenagens, anéis, camisas e pinos é um caminho arduamente perseguido pelos engenheiros de projetos de motores para reduzir o atrito. Os químicos concentram-se no desenvolvimento de óleos cada vez menos resistentes ao movimento. Os que se dedicam à engenharia dos materiais buscam novos revestimentos com baixo atrito.

No curso do professor Etsion, ministrado entre 2 e 5  de fevereiro de 2010 no Departamento de Engenharia Mecânica da USP, explorou-se um outro recurso, a texturização das superfícies. O pesquisador relatou sua vasta experiência na texturização por laser de selos mecânicos, mancais e anéis de pistão de motores de combustão interna. Mostrou resultados de até 4% de economia de combustível obtidos apenas com a texturização parcial dos anéis. Mais do que isto, o pesquisador, apresentou para os 40 participantes de 9 empresas e 3 instituições os fundamentos que permitem explicar e modelar os fenômenos causados pela texturização.

Com isto ganha a engenharia de superfícies no Brasil que encontrou neste curso apoio para acelerar suas contribuições à redução de atrito empregado esta técnica. Para saber mais veja o programa do curso e a bibliografia de cada aula

Amilton Sinatora


Os motores flex e o livro de Bowdem e Tabor. Procuram-se candidatos para a pesquisa!

26/11/2009
Não sei o que está acontecendo com os motores flex. Entretanto, um dos candidatos a responsável pelos problemas de durabilidade, é a alteração do efeito lubrificante do…lubrificante.
Num livro muito instrutivo e agradável de ler, publicado em re-edição em 1966, The Friction and Lubrication of Solids (Oxford Classics Texts in the Physical Sciences), F. P. Bowdem e D. Tabor descrevem com detalhes de quem trabalhou muito no assunto a interação entre lubrificantes e os metais.
Eles ensinam que é importante separar o efeito do lubrificante do efeito do óleo base. Em linguagem de hoje, o efeito dos aditivos e do óleo lubrificante. O óleo base, fornecido pelas empresas de prospecção de petróleo, tem efeito importante na lubrificação hidrodinâmica e não tem efeito significativo na lubrificação limítrofe. Nesta, importante no início do funcionamento dos componentes lubrificados, o que interessa mesmo são os aditivos.
Muitos aditivos são ácidos orgânicos ou seus derivados. Aqueles pesquisadores mostraram que o efeito lubrificante é mais intenso (menor coeficiente de atrito) e mais duradouro (manutenção daquele coeficiente por mais tempo ou até temperaturas mais elevadas) quanto maior a cadeia carbônica, mais forte a ligação química entre a cadeia e o aço e maior a concentração da especie química do aditivo – boas pistas para os que têm que resolver os problemas dos motores flex.
Tudo isso é história e pode ser encontrado nos livros e cursos (esta apresentação trata do assunto)  Verificar se estas conclusões são válidas para os materiais empregados nos motores modernos, com os lubrificantes atuais é tarefa para o qual precisamos de investimentos e jovens talentosos. Candidados podem contatar o autor deste blogue ou o Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies!!
Amilton Sinatora

Tribologia no 29o SENAFOR

04/11/2009
Quase trinta anos de estrada é sinal de muita saúde. Foi o que pude ver no 29o  SENAFOR (14 a 16 de outubro no SESC Campestre em Porto Alegre). Todos os stands vendidos e o tempo das apresentações diminuído para que todos os trabalhos inscritos pudessem ser apresentados. As  sessões de estampagem de forjamento, muito concorridas.  Mais um sucesso devido ao trabalho do Professor Lirio Schaefer.
Diversos trabalhos trataram de tribologia em seus três aspectos,  desgaste, atrito e lubrificação. Mostraram-se soluções de lubrificação voltadas para redução de custos neste momento de crise (ainda forte na Europa e Estados Unidos), soluções que abrangem e consideram sistemicamente a ferramenta, o material processado e o arranjo empregado no forjamento.
O desgaste foi tratado de diversas formas. Com sobrenome, desgaste apenas, foi até chamado de corrosão! O que importa é a voracidade com que este fenômeno reduz a vida das ferramentas, prejudica o acabamento das superfícies das peças, aumenta ociosidade dos equipamentos, eleva custos e é temido pelos participantes.
O atrito é um caso a parte. Fenômeno por sí difícil de compreender e difícil de estudar. Ele aparece como vilão esbanjador de energia e como incógnita nos muitos trabalhos de modelamento por elementos finitos.
Estas considerações mostram a enorme oportunidade de colaboração entre a comunidade dos tribologistas  com os colegas de forjamento e estampagem. Cada aspecto a melhorar na definição dos fenômenos de atrito, desgaste e lubrificação é uma enorme oportunidade de elevação de qualidade e redução de custos dos produtos forjados e estampados!
Amilton Sinatora
Quase trinta anos de estrada é sinal de muita saúde. Foi o que pude ver no 29o  SENAFOR (14 a 16 de outubro no SESC Campestre em Porto Alegre). Todos os stands vendidos e o tempo das apresentações diminuído para que todos os trabalhos inscritos pudessem ser apresentados. As  sessões de estampagem de forjamento, muito concorridas.  Mais um sucesso devido ao trabalho do Professor Lirio Schaefer.
Diversos trabalhos trataram de tribologia em seus três aspectos,  desgaste, atrito e lubrificação. Mostraram-se soluções de lubrificação voltadas para redução de custos neste momento de crise (ainda forte na Europa e Estados Unidos), soluções que abrangem e consideram sistemicamente a ferramenta, o material processado e o arranjo empregado no forjamento.
O desgaste foi tratado de diversas formas. Com sobrenome, desgaste apenas, foi até chamado de corrosão! O que importa é a voracidade com que este fenômeno reduz a vida das ferramentas, prejudica o acabamento das superfícies das peças, aumenta ociosidade dos equipamentos, eleva custos e é temido pelos participantes.
O atrito é um caso a parte. Fenômeno por si difícil de compreender e difícil de estudar. Ele aparece como vilão esbanjador de energia e como incógnita nos muitos trabalhos de modelamento por elementos finitos.
Estas considerações mostram a enorme oportunidade de colaboração entre a comunidade dos tribologistas  com os colegas de forjamento e estampagem. Cada aspecto a melhorar na definição dos fenômenos de atrito, desgaste e lubrificação é uma enorme oportunidade de elevação de qualidade e redução de custos dos produtos forjados e estampados!
Amilton Sinatora

Três demandas globais e a tribologia

15/09/2009

Existem três grandes demandas mundiais que orientam políticas e, conseqüentemente, o desenvolvimento técnico: economia de energia, proteção do meio ambiente e melhoria do bem estar dos idosos. Elas fazem frente a três contingências do desenvolvimento da humanidade: uma insaciável demanda por energia, a degradação desenfreada do meio ambiente e o progressivo envelhecimento da população em todo o mundo.

As três demandas estão intimamente ligadas à tribologia e, portanto, à atuação do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies e dos grupos de pesquisa que o constituem.
A economia de energia está diretamente relacionada com as perdas por atrito. Se estas são, por um lado, inexoráveis em todos os sistemas – uma decorrência inevitável das leis da física – por outro, estas perdas podem ser diminuídas com o emprego de lubrificantes, com a seleção de materiais que minimizem a força de atrito ou com projeto adequado dos componentes.
A proteção ao meio ambiente está associada às perdas por desgaste, com enormes consumos de materiais para repô-las. Basta, por exemplo, pensar no consumo de pneus de automóveis. Ao mesmo tempo, a proteção ambiental depende de diminuição do coeficiente de atrito para que os equipamentos possam funcionar com menores consumos de energia e, conseqüentemente, com menor emprego de combustíveis poluentes.
A melhoria do bem estar dos idosos passa pelo desenvolvimento de próteses dentárias, ortopédicas, cardíacas, de pele e outras, que permitam a substituição dos nossos órgãos desgastados pelos cada vez mais longos anos de existência. Como se vê, o bem estar de todos, em um futuro perfeitamente previsível, passará, inapelavelmente, pelo desenvolvimento de materiais ou de superfícies capazes de resistir a períodos cada vez maiores de funcionamento com segurança e conforto.
Amilton Sinatora