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Papo de Garagem Técnica

Especial Lubrificantes, parte 1: rótulos e especificações

Lubrificante é assunto difícil e complicado. Nem tanto pela ciência e tecnologia envolvidas, mas principalmente porque todo mundo, de frentistas a bons mecânicos, acreditam ser especialistas no tema, quando poucos entendem realmente os lubrificantes nos aspectos técnicos. O resultado é que muito do que se fala é simplesmente o oposto da verdade.

Não se trata necessariamente de má fé e é até fácil de entender como as pessoas se confundem – quase sempre há uma lógica válida por trás de princípios mal interpretados. Mas nas condições extremas em que a combustão ocorre em um motor – como mostra o incrível vídeo abaixo, filmado com uma micro-câmera especial – mesmo o mais bem-intencionado dos enganos pode ter consequências terríveis.

O objetivo desta série é ajudar a entender os conceitos e premissas fundamentais dos lubrificantes para motores. É possível que em certos momentos alguns pontos se tornem repetitivos ou redundantes, mas estes são justamente os pontos em que é necessário reforçar o entendimento.

Os conceitos contidos aqui são resultado de alguns anos de experiência com lubrificantes automotivos (tanto do lado dos fabricantes, quando dos usuários), e em geral são embasados em material e informações técnicas. É possível que alguém não entenda, ou apenas discorde… Isso não é problema, e outros técnicos poderão ser consultados para tentar esclarecer eventuais dúvidas de forma a permitir discussões produtivas.

Por último, mas não menos importante, com o objetivo de permitir uma leitura minimamente agradável e interessante, termos técnicos serão minimizados, e alguns números arredondados. Caso alguém tenha interesse em entender aspectos mais científicos, ou números mais exatos, tentarei ajudar pelos comentários, mas a internet é rica em informações deste tipo, e encorajo a todos que façam suas pesquisas!

 

 

Princípios Básicos: Lubrificação vs. Fluidez vs. Viscosidade

De forma simplificada podemos dizer que viscosidade é uma medida de resistência de fluidos, e que os mais viscosos tendem a fluir de forma menos rápida do que os menos viscosos. A viscosidade dos lubrificantes varia conforme sua temperatura. Por isso, em carros de passeio, o padrão é que os lubrificantes sejam multiviscosos – o que significa que foram desenvolvidos para que suas viscosidades compensem (até certo ponto) mudanças em sua temperatura .

Lubrificação

É justamente na questão da multiviscosidade que reside a primeira confusão, decorrente de um sistema de rotulação antigo e contraintuitivo. Um exemplo desta confusão é quando alguém diz que é melhor usar um óleo 10W-30, por que um 0W-30 é muito “fino” (baixa viscosidade) para seu carro.

Os fabricantes de motores definem a especificação do lubrificante de acordo com as características do projeto e para condições normais de funcionamento, o que em carros de passeio implica em temperatura de aproximadamente 100˚C. A viscosidade do óleo a 100˚C é representada pelo número depois do W, por exemplo: xxW-30. Na prática, em temperatura de funcionamento normal, tanto o 0W-30 quanto o 10W-30 terão o mesmo patamar de viscosidade.

O número que vem antes do W se refere ao patamar de viscosidade no momento de partida do motor, que é considerado um momento de grande desgaste em motores de carros de passeio. Mas antes de entrarmos nesta questão, é importante esclarecer a confusão causada pela rotulação dos lubrificantes.

Um óleo 10W-30 Mineral tem, na prática, as seguintes viscosidades (em centistoke) conforme sua a temperatura (temperatura do óleo no motor, e não da água no sistema de refrigeração):

25˚C ~ 100

100˚C ~ 10

viscosidade10w30

Para complicar mais as coisas, nem todos os óleos xxW-30 (por exemplo), apresentam viscosidade de exatamente 10cks a 100˚C. A rotulação considera uma graduação criada pela SAE, que usa números (20, 30, 40, 50 e 60) para classificar diferentes patamares de viscosidade, e dentro de cada patamar cabem uma série de viscosidades, portanto, para saber a viscosidade exata de um óleo a 100˚C seria necessário aferir empiricamente, ou ler a sua ficha técnica.

Como mencionei acima, o momento em que damos a partida do motor é crítico em termos de desgaste. Há estudos que indicam que a partida a frio é responsável por 90% de todo o desgaste. Assim, para garantir a longevidade de um motor, é importante entender como o lubrificante se comporta neste momento.

A temperatura do óleo no momento da primeira partida do dia tende a ser próxima da temperatura ambiente. Em uma manhã fazendo 25˚C o óleo deve estar mais ou menos a esta temperatura, o que no caso de um óleo Mineral 10W-xx, significa uma viscosidade de ~100cks (patamar entre 85 e 140cks). Não são necessários muitos cálculos para perceber que nestas condições, um motor projetado para funcionar com um lubrificante de viscosidade de 10cks não terá uma lubrificação ideal.

O desgaste é inevitavelmente maior quando a viscosidade está mais alta que o ideal. A razão disso é que lubrificação depende fundamentalmente de fluidez, que será reduzida pela altíssima viscosidade inicial. O papel da lubrificação é de separar partes móveis para reduzir contato entre elas, e a relação entre fluidez e separação é direta. A pressão também é importante, mas como ela varia conforme a viscosidade do fluído, deve ser mantida dentro de um patamar ideal. Um bom começo seria obter aproximadamente 10 psi para cada 1000 RPM.

Em resumo, podemos dizer que na temperatura ideal de funcionamento, o patamar de viscosidade de um óleo xxW-30 Mineral será o mesmo, independentemente do número antes do W na embalagem. Já no momento da primeira partida do dia, a viscosidade de qualquer óleo estará sempre mais alta do que o ideal, aumentando o desgaste do motor pela menor fluidez. Daí a tendência de desenvolvimento de produtos com capacidade de manter viscosidade mais baixa em baixas temperaturas (ex: 0W-xx).

A escolha da viscosidade do óleo deve levar em consideração as características do projeto e o tipo de uso principal do motor. No primeiro caso, o manual do carro é uma fonte de informação importante. Considere que o manual leva em conta aspectos técnicos da época da fabricação, e também econômicos (previsão de custo de manutenção durante período de garantia, por exemplo), por isso, dependendo do caso, podem haver opções mais adequadas para o seu caso especifico – inclusive pela evolução técnica dos lubrificantes e mudanças nos combustíveis.

Em relação ao tipo de uso principal (passeio ou competições), pondere que a temperatura do óleo em uso normal é de ~100˚C, mas em ritmo de corrida pode chegar a 150˚C. As embalagens apenas informam a classificação da viscosidade do lubrificante a 0˚C (número antes do W), e a 100˚C (número após o W), por isso para uso em competição a ficha técnica do produto deve ser consultada. Mas trataremos desse tipo de uso mais à frente nesta série.

Rotulo

 

Classificações API/ACEA/Fábricas

Outra informação contida nas embalagens é a classificação API (Instituto Americano de Petróleo), que classifica os lubrificantes de acordo com especificações cada vez mais sofisticadas. Essas classificações começaram a ser usadas nos anos 30, partindo da SA, chegando recentemente à classificação atual – SN.

A cada nova classificação os padrões técnicos se tornam mais rigorosos. Atualmente, quanto mais próximo de SN (ex: SM, SL…), melhor será o óleo do ponto de vista técnico. Esta classificação é, teoricamente, o aspecto mais concreto na avaliação prévia de um óleo para motor, e abrange a capacidade de proteção, eficiência usando biocombustíveis, performance com novas tecnologias (injeção direta, turbocompressores, etc), resistência contra formação de borra, economia de combustível, entre outros.

API GRAFICO

Por outro lado é importante notar que a API não realiza estes testes. Os testes ficam a cargo dos próprios fabricantes de lubrificantes, que apenas devem apresentar os resultados que comprovem o atendimento dos padrões para receber a certificação.

A ACEA (Associação Europeia de Fabricantes de Automóveis) também tem um sistema de classificação que, de forma geral, tem o mesmo objetivo da API, mas por ser mais complexo e menos divulgado, não recebe tanta atenção. Uma atualização estava prevista para este ano, mas até agora a classificação mais alta é a ACEA Cx.

acea

Fabricantes de motores também têm suas classificações independentes, e aprovam lubrificantes de acordo com elas. Nestes casos são usados fatores técnicos mais específicos e testes possivelmente mais rigorosos, mas assim como nas demais classificações há uma série de fatores políticos envolvidos. É um fato que as Marcas de lubrificantes pagam para obter status de “recomendação” no manual, por isso, mais importante do que a recomendação da Marca de óleo, é a recomendação técnica específica dos fabricantes para cada motor – Procure Siglas como MB2xx.x (Mercedes), VW50x.xx (Volkswagen), que devem constar no Manual do carro e embalagens de lubrificantes.

 

Mineral ou Sintético:

O terceiro aspecto relacionado a embalagens, também de grande importância, é relativo a sua origem – Mineral ou Sintética. Talvez este seja o ponto mais complicado, uma vez que os conceitos podem parecer contraintuitivos e até conflitantes com o senso comum.

Lubrificantes minerais são derivados de petróleo, e embora sejam refinados, ainda contêm moléculas desuniformes e impurezas que não contribuem para a lubrificação (parafinados, por exemplo), além disso, para alcançar suas especificações finais, recebem aditivos VII (“otimizadores” do índice de viscosidade), que perdem eficiência com o tempo e uso.

Lubrificantes sintéticos são normalmente produzidos por um processo químico conhecido como Fischer-Tropsch. Por não partir do óleo cru (em geral partem de gases etilenos), não contêm contaminantes, suas moléculas tendem a ser muito uniformes, e não necessitam dos aditivos VIIs, o que se traduz em melhores propriedades mecânicas, especialmente quando em temperaturas extremas (altas ou baixas).

As moléculas de óleo (sintéticos ou minerais) não se quebram, mas moléculas menores tendem a evaporar em altas temperaturas, e os VII contidos nos Minerais se desgastam. Como sintéticos tem moléculas uniformes e não necessitam de VII, sofrem menos. Além disso, as propriedades dos sintéticos resultam em menor atrito, consequentemente permitem que o motor funcione dentro da temperatura ideal por mais tempo, e como sabemos, temperaturas acima do ideal aumentam o desgaste do motor.

Óleos sintéticos têm também maior capacidade de lubrificar o motor na partida a frio. Embora as especificações possam ser as mesmas a 100˚C, óleos minerais costumam ter viscosidade bem maior que sintéticos (de mesma classificação SAE/API) em temperaturas mais baixas. Graças a sua melhor fluidez em temperaturas mais baixas, os sintéticos protegem melhor o motor na partida a frio.

Embora os sintéticos partam de base com viscosidade mais alta que os minerais de mesma classificação API/SAE, e ambos tenham características semelhantes em regime de funcionamento normal, quando em baixas temperaturas, os sintéticos apresentam viscosidade mais baixa, ajudando assim a proteger o motor nesta condição. São também mais estáveis em alta temperatura e tendem a ter maior durabilidade.

representaçãomoleculas de oleoExistem outros tipos de sintéticos, cujas propriedades são similares, mas não exatamente iguais as do citado (e mais comum) do tipo PAO. O Ester, por exemplo, é utilizado, inclusive em conjunto com sintéticos PAO, por sua alta capacidade de lubrificação, proteção em baixas temperaturas, excelente ação detergente, resistências térmica e a oxidação. Mas sua compatibilidade com outros óleos e alguns materiais usados em retentores deve ser previamente verificada.

 

Sintetizando… Conceitos e princípios…

Em regime normal de funcionamento a viscosidade ideal de um óleo varia conforme o projeto. Se o fabricante do motor recomenda um óleo xxW30, é exatamente isso que se deve usar. E atenção, congestionamentos e estradas de terra não afetam esta recomendação, mas afetam os intervalos de troca (uso em pista é uma outra história, e assunto para outro post).

Os fabricantes de motores conhecem os princípios da lubrificação, eles sabem como e porque ocorrem aumentos e reduções da viscosidade, etc, e levam isso em consideração em suas recomendações. Sintéticos costumam ter recomendações de trocas mais espaçadas, mas não existe esse negócio de “óleo para 5.000 ou 10.000 kms”. Em teoria, um óleo sintético nunca perde suas propriedades, mas os aditivos são consumidos, e sujeira e metais do motor o contaminam. Por isso, para uso normal a recomendação de intervalos de trocas do manual deve ser respeitada.

A partida a frio é um momento crítico para o motor. Abaixo de 40˚C, até mesmo as especificações mais amplas (0W-xx), estarão com viscosidade mais alta do que o ideal. Essa é uma das razões para que os fabricantes recomendem óleo com viscosidade “W” baixa. É possível (respeitando determinadas condições) usar um lubrificante com viscosidade “W” mais baixa que a indicada no seu Manual, desde que a viscosidade em regime normal seja a mesma, e a classificação API/ACEA/Montadora seja igual ou superior à recomendação.

viscositycomparison2

É possível, e às vezes benéfico, utilizar a classificação API/ACEA/Montadora mais recente, assim como, em geral, não há problemas em usar a classificação da época do manual. Mas nunca utilize óleos com API/ACEA/Montadora anterior a da recomendação de fábrica. Em carros com alta quilometragem que sempre usaram óleos minerais, a troca por sintéticos, especialmente do tipo Ester, pode remover sujeira impregnada e entupir filtros e passagens.

Óleos sintéticos não são todos iguais, mas de forma geral permitem melhor lubrificação, e por isso ajudam a manter temperaturas mais baixas no motor. Além disso, não usam VII (que se desgastam com o tempo), e apresentam viscosidade mais baixa que os minerais no momento da partida a frio, exigindo menor esforço do motor de arranque, consumindo menos energia da bateria e consequentemente do alternador. O aspecto negativo dos sintéticos é simplesmente o preço.

Óleos tendem a ter aumento na viscosidade quando expostos ao frio. Isso é um problema mais comum nos minerais, mas quando ocorre, uma espécie de borra/cera se forma e as consequências costumam ser trágicas. Portanto não guarde embalagens, especialmente após abertas, por muito tempo.

Há quem recomende o uso de aditivos independentes, mas tome sempre muito cuidado. Os sintéticos PAO não dissolvem bem os aditivos, a não ser quando combinados com sintéticos Ester, cuja compatibilidade com óleos minerais (que costumam ser base dos aditivos) e retentores, nem sempre é total. Benefícios visíveis, mas de curtíssimo prazo, ou fora do regime/contexto de uso, não devem ser tomados como evidência.

Pessoalmente já vi e ouvi muitos casos de formação de borra associados ao uso de aditivos, especialmente em motores de competição. É interessante notar que a Dupont, maior fabricante de PTFE/Teflon do mundo, não mais comercializa aditivos para óleo de motor a base de Teflon, por ter concluído que podem reduzir a fluidez e aumentar o desgaste em certas condições.

Isso não quer dizer que não existam aditivos com eficácia comprovada. O ZDDP, por exemplo, na quantidade certa, é um redutor de atrito eficiente, antioxidante e anticorrosivo, e por isso esteve na fórmula de muitos lubrificantes de todas as marcas nos últimos 70 anos. Porém, em quantidades maiores o efeito é justamente o contrário – ele aumenta o desgaste por atrito, além de destruir o catalisador. Sem contar sua toxidade.

Muito do que se fala em termos de aditivos e lubrificantes tem origem em crenças, ou realidades de décadas atrás, que não necessariamente ainda são válidas. Materiais, mecanismos e funcionamento dos motores mudaram nos últimos 40 anos, a própria tecnologia chegou ao ponto de permitir estudos e análises mais precisas, que serão a base para o desenvolvimento de novos lubrificantes.

No próximo post, vamos explorar mais as questões físicas dos lubrificantes, e seus impactos nos problemas mais comuns, como a formação de borra.

Fiquem ainda com o vídeo abaixo do Engineering Explained, que ajuda a entender melhor a quantidade de ciência e tecnologia por trás do desenvolvimento de lubrificantes.

Até a próxima!

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