BR102020026083A2

BR102020026083A2 - Composição de aditivo lubrificante para tratamento à frio de metais, uso da composição, máquinas e equipamentos e motores à combustão em geral, produto envasado e processo de fabricação e envasamento

Info

Publication number: BR102020026083A2
Application number: BR102020026083-9A
Authority: BR
Inventors: Flávio Azzi Pacheco Borba
Original assignee: Ideal Eficiência Energética Ltda.
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2022-06-28

Abstract

COMPOSIÇÃO DE ADITIVO LUBRIFICANTE PARA TRATAMENTO À FRIO DE METAIS, USO DA COMPOSIÇÃO, MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS E MOTORES À COMBUSTÃO EM GERAL, PRODUTO ENVASADO E PROCESSO DE FABRICAÇÃO E ENVASAMENTO. A presente invenção se refere a uma composição de aditivo lubrificante para tratamento à frio de metais com base em nanotecnologia, que compreende os seguintes componentes: a) pelo menos um hidrocarboneto de base sintética ou mineral; b) pelo menos um grafeno, que pode ser de base mineral natural ou sintética; c) pelo menos uma nano partícula de grafita natural cristalina de alta concentração de carbono; d) pelo menos um aditivo fenol estirenado antioxidante e anticorrosivo; e) pelo menos uma nano partícula de nióbio de base mineral natural. A composição preferencialmente compreende adicionalmente nano partículas selecionadas a partir do grupo que consiste em: carbono, grafeno, grafite cristalino, nióbio, molibdênio, titânio, tungstênio, prata, magnésio, níquel, zinco, dióxido de silício e suas misturas, preferencialmente carbono, grafite, nióbio, grafeno e seus derivados.

Description

COMPOSIÇÃO DE ADITIVO LUBRIFICANTE PARA TRATAMENTO À FRIO DE METAIS, USO DA COMPOSIÇÃO, MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS E MOTORES À COMBUSTÃO EM GERAL, PRODUTO ENVASADO E PROCESSO DE FABRICAÇÃO E ENVASAMENTO

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere a uma composição de aditivo lubrificante para tratamento à frio de metais com nanotecnologia, com o enriquecimento de carbono e sua aderência nas superfícies metálicas, que compreende uma mistura de componentes específicos, bem como seu uso em necessidades de lubrificação de precisão para máquinas, equipamentos industriais, bombas hidráulicas e motores à combustão em geral.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] São conhecidas do estado da técnica inúmeras composições de aditivos lubrificantes, que costumam compreender misturas de óleos básicos e aditivos de base sintética, aplicadas a máquinas, equipamentos industriais e motores à combustão.

[003] A escolha dos componentes específicos dessas misturas de óleos e aditivos podem envolver diversos fatores técnicos, geralmente alinhados de modo a otimizar o efeito de redução do atrito (i.e., coeficiente de atrito) entre as peças móveis e diminuição do desgaste, além da absorção de parte do calor gerado pelo trabalho mecânico do sistema aplicado e melhor balanceamento no consumo energético e impacto ambiental.

[004] Muitos dos lubrificantes fluidos utilizados atualmente dependem fortemente de aditivos contendo elementos que podem gerar impactos nocivos ao meio ambiente e à saúde humana, como fósforo, enxofre e cloro. Consequentemente, com a pressão de políticas governamentais, novas alternativas de aditivos ambientalmente amigáveis são necessárias para melhorar as características antidesgaste e de redução do atrito (i.e., coeficiente de atrito) de lubrificantes.

[005] Sistemas aditivos de lubrificação convencionais que utilizam derivados de óleos lubrificantes, ésteres e aditivos sintéticos, não possuem em sua composição, materiais que tenham a capacidade de reduzir o atrito (i.e., coeficiente de atrito) de forma satisfatória e segura, ocasionando a longo prazo e em grande parte das aplicações, a diminuição da vida útil dos sistemas instalados e aumento do sacrifício motor, provocados pela baixa diminuição do atrito (i.e., coeficiente de atrito) entre as partes móveis metálicas e possível perda das propriedades físico-químicas do próprio lubrificante, além de reações químicas adversas com vedações, juntas, anéis vedantes, silicones, borrachas e selantes, podendo ocasionar vazamentos e perda das propriedades lubrificantes motoras.

[006] Nesse sentido, é desejável toda e qualquer modificação no potencial dos aditivos lubrificantes que impacte positivamente no uso seguro e eficiente do sistema motor como um todo, com expressiva diminuição do coeficiente de atrito entre metais.

[007] É igualmente desejável que os aditivos lubrificantes tenham a capacidade de tratar e enriquecer, com átomos de carbono, as superfícies metálicas dos sistemas aplicados, para a neutralização do atrito e a obtenção do aumento da resistência mecânica e a diminuição do desgaste do sistema, gerando benefícios como a diminuição do ruído, queda da temperatura operacional, economia no consumo de energia ou combustível e melhoria nos índices de desempenho ao comparar com os aditivos convencionais utilizados atualmente.

[008] Assim, de acordo com as informações acima, nota-se que o estado da técnica atual segue em busca de composições ideais para o uso de aditivo lubrificante cujas misturas de componentes específicos sejam capazes de promover com segurança, uma diminuição do coeficiente de atrito entre as partes móveis metálicas, que desempenhe reduções significativas nos parâmetros tribológicos de sistemas sob diversas configurações, proporcione redução do consumo energético ou combustíveis, que tenham a capacidade de diminuir as emissões de gases poluentes no meio ambiente e aumentem o desempenho e durabilidade dos motores à combustão.

[009] De forma surpreendente, os inventores da presente invenção desenvolveram composições de aditivo lubrificante compreendendo até cinco componentes ou matérias primas que resolvem os problemas do estado da técnica mencionados acima.

[010] Particularmente, a presente invenção revela que as composições deste aditivo lubrificante com base na nanotecnologia do grafeno em altas concentrações (o estado da técnica utiliza baixas concentrações) e contendo quatro componentes ativos e um componente utilizado como excipiente, buscam o enriquecimento da concentração de carbono na superfície metálica, com aderência através de uma reação atômica do carbono com o metal, aço-carbono, para que apresentem maiores valores de resistência, dureza, redução do coeficiente de atrito e performance energética, com segurança, estabilidade e aumento da confiabilidade operacional do sistema implementado.

Descrição resumida da Invenção

[011] Em um primeiro aspecto, a presente invenção se refere a composição de aditivo lubrificante para tratamento a frio de metais, compreendendo os seguintes componentes:

a) pelo menos um hidrocarboneto de base sintética ou mineral;
b) pelo menos um grafeno, que pode ser de base mineral natural ou sintética;
c) pelo menos uma nano partícula de grafita natural cristalina de alta concentração de carbono;
d) pelo menos um aditivo fenol estirenado antioxidante e anticorrosivo;
e) pelo menos uma nano partícula de nióbio de base mineral natural.

[012] Em uma concretização preferencial, o hidrocarboneto de base sintética ou mineral é N° CAS: 74869-22-0, e possui a função de excipiente.

[013] Em outra concretização preferencial, o grafeno é N° EC: 231-955-3.

[014] Em outra concretização preferencial, a nano partícula de grafita natural cristalina de alta concentração de carbono de cadeia aberta é N° CAS: 7782-42-5.

[015] Em outra concretização preferencial, o aditivo fenol estirenado antioxidante e anticorrosivo é N° CAS: 61788-44-1.

[016] Em outra concretização preferencial os componentes da composição de aditivo lubrificante para tratamento a frio de metais apresentam as seguintes proporções:

a) de 35 a 45%, em peso, de pelo menos um derivado de hidrocarboneto de base sintética ou mineral, em relação ao peso total da composição;
b) de 35 a 45%, em peso, de pelo menos um grafeno de base mineral natural, em relação ao peso total da composição;
c) de 15 a 25%, em peso, de pelo menos uma nano partícula de grafita natural cristalina de alta concentração de carbono, em relação ao peso total da composição;
d) de 1 a 2%, em peso, de pelo menos um aditivo fenol estirenado antioxidante e anticorrosivo, em relação ao peso total da composição;
e) de 0,1 a 0,2%, em peso, de pelo menos uma nano partícula de nióbio de base mineral natural, em relação ao peso total da composição.

[017] Em outra concretização preferencial, a composição de aditivo lubrificante para tratamento a frio de metais, compreende adicionalmente nano partículas, que preferencialmente apresentam tamanho de partícula que varia entre 1 e 20 nm.

[018] Em outra concretização preferencial, as nano partículas são selecionadas a partir do grupo que consiste em: grafeno, grafite, nióbio, molibdênio, titânio, tungstênio, magnésio, níquel, zinco, alumínio, prata, selênio, enxofre, estanho, cobre, dióxido de silício e suas misturas, preferencialmente grafite e seus derivados.

[019] Em outra concretização preferencial, a quantidade de nano partículas é de até 50% em peso ou volume, em relação ao peso total da composição.

[020] A presente invenção também se refere ao uso da composição, conforme definida acima, em necessidades de lubrificação de precisão para máquinas/ equipamentos industriais, caixas de transmissão, caixas de redução, engrenagens, rolamentos, correntes, armamentos, bombas hidráulicas, veículos, motocicletas, trens, aviões, embarcações, geradores, empilhadeiras e motores à combustão em geral.

[021] Um objeto adicional da presente invenção é o procedimento de produção e envase, que compreende em uma incorporação dos componentes da mistura através de equipamento dotado com tecnologia de ultrassom e estabilização estática por indução do envoltório externo, de forma a organizar a polaridade estática elétrica na mistura da composição do aditivo lubrificante para tratamento a frio de metais e também organizar a polaridade estática elétrica ambiente do recipiente, que armazena a composição do aditivo lubrificante para tratamento à frio de metais, conforme definida acima.

[022] Um outro objeto da presente invenção é um processo de fabricação e envase da composição de aditivo lubrificante para tratamento à frio de metais, conforme definida acima, compreendendo as etapas de:

a) processamento e nanotização (transformar em nano partículas) das matérias primas em ambiente estabilizado estaticamente por indução, somente com polaridade positiva induzida;
b) pesagem dos componentes da composição;
c) mistura da composição através do equipamento de ultrassom em ambiente estabilizado estaticamente por indução, somente com polaridade positiva induzida;
c) envaze da composição em ambiente e recipiente estabilizado estaticamente por indução, somente com polaridade positiva induzida.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[023] As Figuras 1A e 1B apresentam medições do nível de ruído da Máquina 01 (Marca KOMATSU, Modelo WA200, Número de Série B20394), com ADITIVO e a 800 RPM.

[024] As Figuras 2A e 2B apresentam medições do nível de ruído da Máquina 01 (Marca KOMATSU, Modelo WA200, Número de Série B20394), com ADITIVO e a 2.000 RPM.

[025] As Figuras 3A e 3B apresentam medições do nível de ruído da Máquina 02 (Marca KOMATSU, Modelo WA200, Número de Série B20746), sem ADITIVO e a 800 RPM.

[026] As Figuras 4A e 4B apresentam medições do nível de ruído da Máquina 02 (Marca KOMATSU, Modelo WA200, Número de Série B20746), sem ADITIVO e a 2.000 RPM.

[027] A Figura 5A apresenta a medição de temperatura efetuada com a colocação do sensor de temperatura na saída de gases (i.e., o escapamento) da Máquina KOMATSU, Modelo WA200, enquanto a Figura 5B apresenta a referida Máquina KOMATSU, Modelo WA200.

[028] A Figura 6A apresenta a medição da Emissão de Gases da Máquina 01 (Marca KOMATSU, Modelo WA200, Número de Série B20394), com ADITIVO e a 800 RPM.

[029] A Figura 6B apresenta a medição da Emissão de Gases da Máquina 02 (Marca KOMATSU, Modelo WA200, Número de Série B20746), sem ADITIVO e a 800 RPM.

[030] A Figura 7 apresenta o resultado do teste de desempenho realizado em dinamômetro, com a utilização de aditivo lubrificante para tratamento a frio de metais com nanotecnologia a base de Grafeno (OILGRAPHE), em um automóvel de Marca Ford, Modelo Ranger Turbo Diesel Limited (vide Exemplo 3).

[031] A Figura 8 apresenta o resultado do teste de desempenho realizado em dinamômetro, com a utilização do aditivo lubrificante a frio de metais com nanotecnologia a base de Grafeno (OILGRAPHE), em um automóvel da Marca Honda, Modelo Civic (vide Exemplo 4).

[032] A Figura 9 apresenta o resultado do teste de desempenho realizado em dinamômetro, com a utilização de aditivo lubrificante para tratamento a frio de metais com nanotecnologia a base de Grafeno (OILGRAPHE), em um automóvel da Marca Volkswagen, Modelo Passat 2.0 Turbo (vide Exemplo 5).

[033] A Figura 10 apresenta o resultado do teste de desempenho realizado em dinamômetro, com a utilização do aditivo lubrificante para tratamento a frio de metais com nanotecnologia a base de Grafeno (OILGRAPHE), em um automóvel da Marca Volkswagen, Modelo Passat 2.0 (vide Exemplo 6).

[034] A Figura 11 apresenta o resultado do teste de desempenho realizado com a utilização do aditivo lubrificante para tratamento a frio de metais com nanotecnologia a base de grafeno (Oilgraphe) em um automóvel da Marca Volkswagen, Modelo Polo TSi 1.0 e com 16.000 quilômetros rodados (vide Exemplo 7).

[035] As Figuras 12A e 12B apresentam as especificações técnicas dos geradores diesel exemplificados na presente invenção.

[036] A Figura 13 apresenta a instalação dos geradores diesel exemplificados na presente invenção, conforme ilustrados nas Figuras 12A e 12B.

[037] As Figuras 14A e 14B apresentam a interface de controle dos geradores diesel exemplificados na composição para tratamento de superfícies metálicas, conforme ilustrados nas Figuras 12A, 12B e 13.

[038] As Figuras 15A 15B se referem a evolução do coeficiente de atrito com a distância de deslizamento realizado com óleo lubrificante puro (FIGURA 15A) e o gráfico típico da evolução do coeficiente de atrito com a distância de deslizamento realizado com a composição para tratamento de superfícies metálicas (GNH3).

[039] A Figura 16 representa o Tribômetro SRV 4- OPTMAL utilizado no teste do Exemplo 10.

[040] A Figura 17A e 17B, se referem aos gráficos da evolução do coeficiente de atrito realizado com a composição comparativa e a composição para tratamento de superfícies metálicas do exemplo 10;

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[041] A presente invenção se refere a um processo de fabricação e envase da composição de aditivo lubrificante para tratamento à frio de metais, que compreende uma mistura de cinco componentes, descritos a seguir:

a) pelo menos um hidrocarboneto de base sintética ou mineral;
b) pelo menos um grafeno de base mineral natural;
c) pelo menos uma nano partícula de grafita natural cristalina de alta concentração de carbono;
d) pelo menos um aditivo fenol estirenado antioxidante e anticorrosivo;
e) pelo menos uma nano partícula de nióbio de base mineral natural.

[042] Em uma concretização preferencial, o hidrocarboneto de base sintética ou mineral é N° CAS.: 74869-22-0, e possui a função de excipiente.

[043] Em outra concretização preferencial, o grafeno é N° EC.: 231-955-3.

[044] Em outra concretização preferencial, a nano partícula de grafita natural cristalina de alta concentração de carbono de cadeia aberta é N° CAS.: 7782-42-5.

[045] Em outra concretização preferencial, o aditivo fenol estirenado antioxidante e anticorrosivo é N° CAS.: 61788-44-1.

[046] Todos os cinco componentes da mistura devem estar presentes para que a melhor performance energética e os menores valores de coeficiente de atrito sejam obtidos, de acordo com a presente invenção.

[047] De maneira preferencial, os componentes da composição de fluido refrigerante estão presentes nas seguintes proporções:

[048] A proporção entre os componentes da presente invenção não é facilmente derivada do estado da técnica. Em particular, a concentração de 35 a 45% de grafeno foge do comumente utilizado, uma vez que este componente costuma ser utilizado em pequenas proporções, ou seja, em concentrações e percentuais muito menores.

[049] Ademais, a presença do carbono aberto e grafeno em escala nanométrica, por exemplo, implica em uma otimização da redução do coeficiente de atrito entre as partes moveis metálicas, que impacta em diminuição do desgaste, ruído, temperatura operacional, vibração, consumo de energia ou combustível e aumento da vida útil do sistema aplicado.

[050] Em uma concretização preferencial, a composição do aditivo lubrificante para tratamento à frio de metais, compreende adicionalmente nano partículas, que preferencialmente apresentam tamanho de partícula que varia entre 1 e 20 nm.

[051] As nano partículas são preferencialmente dispersas na mistura do aditivo lubrificante para tratamento à frio de metais, atuando na diminuição do coeficiente de atrito da superfície entre as partes metálicas moveis. Desta forma, é possível diminuir a temperatura do óleo e, principalmente, a temperatura do cárter dos motores e equipamentos, proporcionando ganho de eficiência e ganho com a redução no consumo de energia ou combustível, diminuição das vibrações e consequente aumento de performance e desempenho do sistema como um todo.

[052] Dessa forma, a presença das nano partículas de grafeno, nano partículas de nióbio e nano partículas de carbono aberto na composição do aditivo lubrificante para tratamento à frio de metais da presente invenção, proporciona expressivo ganho de economia no consumo total de energia, combustível e potência consumida pelo sistema aplicado, com aumento de desempenho e rendimento do equipamento ou sistema implementado. Ainda, aumenta a vida útil do óleo lubrificante e, consequentemente, do equipamento ou sistema com motor à combustão implementado. Além da diminuição das emissões de gases e particulados poluentes, proporcionais a diminuição do consumo de combustíveis fósseis dos sistemas aplicados.

[053] Como destacado acima, as nano partículas proporcionam uma diminuição considerável no coeficiente de atrito causado pelas ranhuras metálicas das peças moveis. As nano partículas se aderem na superfície metálica e preenchem as ditas ranhuras metálicas, diminuindo praticamente em 99% (noventa e nove por cento) o coeficiente de atrito entre as superfícies das partes metálicas moveis, bem como na própria superfície de contato com o sistema implementado, proporcionando um nano polimento entre as partes moveis metálicas, formando também uma camada ou película protetora com o excedente do aditivo que não se aderiu ao metal, com consequente aumento da qualidade na lubrificação. Isso diminui a temperatura operacional de trabalho do óleo lubrificante e melhora a proteção, durabilidade e eficiência energética do sistema aplicado como um todo.

[054] A presença das nano partículas também causa aumento do deslizamento entre as superfícies metálicas, potencializando a diminuição do coeficiente de atrito e o ganho operacional do sistema de maneira mais eficiente, podendo gerar ganhos de liberação de potência e com isso reduzir o consumo, em média na ordem de 10-20% de economia direta de combustíveis ou energia. Além da redução das emissões de gases e particulados poluentes também na mesma média de 10-20%, principalmente de gases CO2, CO e NOX.

[055] Uma vez que a composição de aditivo lubrificante para tratamento à frio de metais da presente invenção compreende uma mistura de componentes (“blend”), as nano partículas de carbono têm papel importante no enriquecimento e aderência do carbono na superfície metálica.

[056] De maneira preferencial, as nano partículas são selecionadas a partir do grupo que consiste em: carbono, grafeno, grafite cristalino, nióbio, molibdênio, titânio, tungstênio, prata, magnésio, níquel, zinco, dióxido de silício e suas misturas, preferencialmente carbono, grafite, nióbio, grafeno e seus derivados.

[057] Em uma concretização preferencial, as nano partículas estão presentes em grandes quantidades e percentuais, particularmente de até 50% em volume e proporção, em relação ao volume total da composição. Em uma realização preferencial, a quantidade de nano partículas envasadas variam de 2060% em volume ou proporção.

[058] As composições de aditivo lubrificante para tratamento à frio de metais da presente invenção, apresentam potencial de destruição da camada de ozônio (ODP) e potencial de aquecimento global (GWP) praticamente igual a zero, índices muito baixos em relação às composições conhecidas do estado da técnica.

[059] A presente invenção possui forte apelo sustentável (VERDE), uma vez que com a neutralização do atrito proporcionada com o enriquecimento de carbono nas partes moveis dos motores à combustão, gera por consequência além dos benefícios relatados acima, uma diminuição no consumo de combustíveis fósseis, que por sua vez gera proporcionalmente uma redução nas emissões dos gases poluentes, tais como o dióxido de carbono (CO2), que é considerado por muitos como o principal causador do aquecimento global; o monóxido de carbono (CO), que é toxico e venenoso; material particulado, como a fuligem (C) e outros gases oriundos da presença de impurezas, como os óxidos de enxofre e de nitrogênio (NOX), que causam chuvas ácidas.

[060] Ainda, as composições de aditivo lubrificante para tratamento a frio de metais da presente invenção podem ser utilizadas e são compatíveis com qualquer tipo de óleo lubrificante existente no mercado, tais como mineral, sintético ou semissintético, com classificação API ou SAE, podendo ser aumentando sua versatilidade e permitindo sua aplicação em diferentes sistemas, máquinas, equipamentos e motores à combustão.

[061] Em particular, as composições da presente invenção podem ser aplicadas na área de refrigeração, climatização, engrenagens, correntes, armamentos e motores a combustão em geral. Mais especificamente, é possível a implementação em equipamentos de ar-condicionado de todos os modelos, ar-condicionado automotivo, geladeiras, câmaras frigoríficas, balcões frigoríficos, equipamentos refrigerados ou frigorificados de todo tipo, aquecedores de piscina, compressores de ar-comprimido, geradores estacionários, armamentos, embarcações, máquinas agrícolas, caminhões, ônibus, automóveis, motocicletas, bicicletas, esteiras, escadas rolantes, empilhadeiras, trens, locomotivas, aviões e em toda ou qualquer aplicação onde se exija uma lubrificação de alto desempenho, com melhor eficiência e precisão dos resultados.

[062] A composição de aditivo lubrificante para tratamento à frio de metais da presente invenção proporciona um ganho de consumo, proteção, durabilidade e eficiência energética aos aparelhos, equipamentos, sistemas e motores à combustão.

[063] A presente invenção também se refere ao uso da composição, conforme definida acima, aplicadas a máquinas/ equipamentos industriais e motores à combustão, e a composição do aditivo lubrificante para tratamento à frio de metais conforme definida acima.

[064] Como destacado acima, pode ser aplicado a máquinas/ equipamentos industriais e motores a combustão em geral, assim como para máquinas agrícolas, máquinas pesadas, equipamentos de ar-condicionado, ar-comprimido, armamentos, automóveis, motocicletas, embarcações, empilhadeiras, aviões, caminhões e ônibus.

[065] Ainda, outro objeto da presente invenção é um produto envasado que compreende um envoltório externo estável no campo da estática, que armazena a composição de aditivo lubrificante, conforme definida acima.

[066] A composição de aditivo lubrificante para tratamento à frio de metais, pode ser envasada via transferência de líquidos em sistema de bombeamento, via bomba de vácuo inoxidável e compressores de sucção, pesagem e envase da composição com controle estático induzido do ambiente, para arranjo de polaridade ambiente dos prótons e elétrons nos componentes. Em uma concretização particularmente preferencial, a composição de aditivo lubrificante para tratamento a frio de metais é misturada através de moinho coloidal contínuo de aço inoxidável e envazada em conjunto com as nano partículas, permitindo sua fácil aplicação a diferentes sistemas e soluções de lubrificação.

EXEMPLOS

[067] Foi realizada análise termodinâmica da performance da composição de aditivo lubrificante para tratamento à frio de metais da presente invenção, em sistemas de refrigeração e climatização que se utilizam de compressores e fluidos refrigerantes.

[068] Foi verificada a influência da formulação da presente invenção aditivo lubrificante para tratamento a frio de metais, eficiente com a composição relacionada dos componentes, juntamente as nano partículas de carbono, grafeno, grafite e nióbio, com estabilidade estática de sua polaridade, sobre a performance de sistemas de refrigeração e climatização.

[069] Foram realizados ensaios de abaixamento de temperatura e ciclagem conforme normas NBR12866 e NBR12869, respectivamente, para obter os resultados de aumento de performance em sistemas de refrigeração e climatização como um todo, observando-se um expressivo ganho nos seguintes parâmetros operacionais:

- Diminuição dos índices de ruídos do equipamento;
- Diminuição dos índices de vibração do equipamento,
- Diminuição do número de ciclos /delta-t/ por hora;
- Diminuição das pressões de sucção e descarga;
- Porcentagem de tempo de funcionamento do equipamento
- quantidade de acionamento;
- Diminuição da temperatura do óleo no cárter do compressor;
- Melhora da temperatura evaporação / insulflamento;
- Diminuição da temperatura de condensação;
- Condutividade térmica /k/ nos trocadores de calor;
- Consumo de energia até set-point da temperatura;
- Consumo total de energia e potência consumida;
- Lubrificação, miscibilidade e viscosidade do óleo lubrificante com o aditivo lubrificante para tratamento à frio de metais.

[070] Constatou-se ainda aumento da condutividade térmica com a diminuição do coeficiente de atrito causado entre ranhura na parede da tubulação de cobre e o fluido refrigerante, e neutralização do atrito na parede do cabeçote e pistão do compressor, com melhoria das características de lubrificação e da viscosidade do óleo lubrificante devido a atuação das nano partículas no sistema base.

[071] A composição de aditivo lubrificante se mostrou miscível com todos os tipos de óleos lubrificantes existentes no mercado, dentre eles o óleo mineral, óleo sintético poliéster /POE/ e óleo alquibenzeno.

[072] Ainda, constatou-se o expressivo ganho de performance termodinâmica na temperatura do óleo lubrificante, com ganho na ordem de 25,9% de eficiência térmica perante outros aditivos convencionais de mercado.

[073] Devido as características de diminuição de ruídos, vibrações, das pressões de sucção e descarga, a composição de aditivo lubrificante para tratamento a frio de metais foi considerada segura para o uso com utilização direta/”drop-in”/ de qualquer equipamento de climatização ou refrigeração convencional existente de mercado.

[074] O alívio do sistema de refrigeração como um todo, devido ao ganho dos parâmetros e variáveis térmicas com a neutralização do atrito, o aumento significativo da condutividade térmica /K/, a diminuição das pressões de sucção e descarga, diminuição da temperatura do óleo no cárter, diminuição dos níveis de ruído e vibração, geram um significativo aumento da vida útil do equipamento onde foi implementado o aditivo lubrificante para tratamento à frio de metais de alto desempenho, especialmente com a atuação das nano partículas presentes na composição, sendo considerado mais seguro a sua utilização em sistemas de refrigeração e climatização, em comparação com os aditivos de lubrificação comuns de mercado.

EXEMPLO 1

[075] Uma composição de aditivo lubrificante para tratamento à frio de metais de acordo com a presente invenção, foi testada em um equipamento de refrigeração LG 12.000 Btu/h.

[076] Os dados obtidos estão compilados nas tabelas abaixo:

[077] O gráfico da Figura 1 demonstra a diminuição de potência obtida com a composição de aditivo lubrificante para tratamento à frio de metais de acordo com a presente invenção.

EXEMPLO 2

[078] Objetivo do teste: Avaliar os parâmetros de performance, entre duas máquinas KOMTSU modelo WA200, uma com a implementação da composição da presente invenção e outra não, avaliando nível de ruído, temperatura de saída de gases e emissões de gases poluentes.

[079] A Máquina 01 é uma KOMATSU, Modelo WA200, Ano 2016, Número de Série B20394, com 9.200 horas de funcionamento, conforme pode ser observada na Figura 5B.

[080] A Máquina 02 é uma KOMATSU, Modelo WA200, Ano 2018, Número de Série B20746, com 9.200 horas de funcionamento.

[081] De acordo com o manual do fabricante, o modelo WA200 possui um nível de potência sonora (Lwa) de 104 dBA (de acordo com a Diretiva de Ruído Ambiental 2000/14/EC Estágio II), e um nível de pressão sonora (Lpa) no ouvido do operador de 70 dB(A) (de acordo com a norma ISO 6396 de teste dinâmico).

[082] A seguir, as Tabelas 4 e 5 evidenciam os dados obtidos com as medições realizadas para as Máquinas 01 e 02, respectivamente.

[083] De acordo com as medições de temperatura realizadas na saída de gases dos equipamentos Máquinas 01 e 02 (vide Figura 5A), os seguintes valores foram obtidos:
- Máquina 01 (COM a composição da presente invenção)
Temperatura a 800 rpm: 86 °C.
Temperatura a 2.000 rpm: 121 °C.
- Máquina 02 (SEM a composição da presente invenção)
Temperatura a 800 rpm: 93 °C.
Temperatura a 2.000 rpm: 138 °C.

[084] De acordo com as medições realizadas para a emissão de gases dos equipamentos Máquinas 01 e 02 (vide Figuras 6A e 6B), a 800 rpm, os seguintes valores foram obtidos:

EXEMPLO 3

[085] Em uma concretização da presente invenção, a composição para tratamento de superfícies metálicas foi testada em conjunto com óleo lubrificante para um veículo de marca Ford, modelo Ranger Turbo Diesel Limited.

[086] O gráfico obtido com o teste de desempenho realizado em dinamômetro pode ser observado na Figura 7, sendo alguns dos valores deste gráfico expressos na tabela 7 a seguir.

[087] O gráfico da Figura 7 demonstra claramente o aumento de potência, desempenho e torque obtidos com o uso da composição da presente invenção no óleo lubrificante do veículo testado. Estes resultados foram obtidos graças a redução do coeficiente de atrito entre as partes móveis do motor do veículo que tiveram contato com o óleo lubrificante compreendendo a composição da presente invenção.

EXEMPLO 4

[088] Em uma concretização da presente invenção, a composição para tratamento de superfícies metálicas foi testada em conjunto com óleo lubrificante para um veículo de marca Honda, modelo Civic.

[089] O gráfico obtido com o teste de desempenho realizado em dinamômetro pode ser observado na Figura 8, sendo alguns dos valores deste gráfico expressos na tabela 8 a seguir.

[090] O gráfico da Figura 8 demonstra claramente o aumento de potência, desempenho e torque obtidos com o uso da composição da presente invenção no óleo lubrificante do veículo testado. Estes resultados foram obtidos graças a redução do coeficiente de atrito entre as partes móveis do motor do veículo que tiveram contato com o óleo lubrificante compreendendo a composição da presente invenção.

EXEMPLO 5

[091] Em uma concretização da presente invenção, a composição para tratamento de superfícies metálicas foi testada em conjunto com óleo lubrificante para um veículo de marca Volkswagen de modelo Passat 2.0 Turbo.

[092] O gráfico obtido com o teste de desempenho realizado em dinamômetro pode ser observado na Figura 9, sendo alguns dos valores deste gráfico expressos na tabela 9 a seguir.

[093] O gráfico da Figura 9 demonstra claramente o aumento de potência, desempenho e torque obtidos com o uso da composição da presente invenção no óleo lubrificante do veículo testado. Estes resultados foram obtidos graças a redução do coeficiente de atrito entre as partes móveis do motor do veículo que tiveram contato com o óleo lubrificante compreendendo a composição da presente invenção.

EXEMPLO 6

[094] Em uma concretização da presente invenção, a composição para tratamento de superfícies metálicas foi testada em conjunto com óleo lubrificante para um veículo de marca Volkswagen de modelo Passat 2.0.

[095] O gráfico obtido com o teste de desempenho realizado em dinamômetro pode ser observado na Figura 10, sendo alguns dos valores deste gráfico expressos na tabela 10 a seguir.

[096] O gráfico da Figura 10 demonstra claramente o aumento de potência, desempenho e torque obtidos com o uso da composição da presente invenção no óleo lubrificante do veículo testado. Estes resultados foram obtidos graças a redução do coeficiente de atrito entre as partes móveis do motor do veículo que tiveram contato com o óleo lubrificante compreendendo a composição da presente invenção.

EXEMPLO 7

[097] Em uma concretização da presente invenção, a composição para tratamento de superfícies metálicas foi testada em conjunto com óleo lubrificante para um veículo de marca Volkswagen de modelo Polo TSi 1.0 com 16.000 km rodados.

[098] O gráfico obtido com o teste de desempenho realizado em dinamômetro pode ser observado na Figura 11, sendo alguns dos valores deste gráfico expressos na tabela 11 a seguir.

[099] O gráfico da Figura 11 demonstra claramente o aumento de potência, desempenho e torque obtidos com o uso da composição da presente invenção no óleo lubrificante do veículo testado. Estes resultados foram obtidos graças a redução do coeficiente de atrito entre as partes móveis do motor do veículo que tiveram contato com o óleo lubrificante compreendendo a composição da presente invenção.

EXEMPLO 8

[100] Em uma concretização preferencial, a composição para tratamento de superfícies metálicas da presente invenção foi aplicada como aditivo lubrificante em um gerador diesel da marca Cummins (vide Figuras 12A, 12B, 13, 14A e 14B).

[101] Na tabela 12 a seguir, são especificados os dados do gerador a diesel utilizados na presente concretização, cujo objetivo foi avaliar a performance da composição da presente invenção.

[102] Após a realização de dois testes com os geradores G-01 e G-02 utilizados na presente concretização, os seguintes resultados foram alcançados.

[103] A análise técnica realizada teve como parâmetro de comparação o consumo de óleo do gerador especificado pelo fabricante, assim como a norma ISO 3046 (vide Tabela 15 abaixo).

Observação:
O motor acima foi testado de acordo com a ISO 3046 nas seguintes condições:
Pressão Barométrica = 100 kPa (29.53 em Hg)
Altitude acima do nível do mar - 110 m (316 ft)
Temperatura ambiente = 25 °C (77° F)
Unidade Relativa = 30%.

[104] Após uma análise técnica das medições realizadas, verifica-se nitidamente que os valores obtidos na medição dia ‘Teste-02 2307-2020’, onde o resultado foi de 0,295 litro/KWh para o gerador G -02, e a mesma da tabela informada pelo fabricante a qual, foi ajustada e colocada na condição de Prime (condições normais de uso, em concordância com as determinações estipuladas pelo fabricante).

[105] Ainda, para a primeira medição ‘Teste -01 16-07-2020’, o gerador G-02 também obteve um consumo de óleo de 0,302 litro/kWh, próximo dos valores na condição Prime, conforme tabela 15 a seguir.

[106] Após as medições realizadas, conclui-se que a colocação da composição para tratamento de superfícies metálicas da presente invenção no óleo lubrificante do gerador G-01, trouxe para este uma economia de consumo de óleo lubrificante em torno de 16,51% (vide Tabela 13 acima).

[107] Neste sentido, é possível afirmar que uma economia mínima de 12,4% no consumo de óleo lubrificante é possível de ser alcançada com o uso da composição para tratamento de superfícies metálicas (vide resultado do ‘Teste-02’ da Tabela 13 acima).

[108] Neste quesito, cumpre notar que a composição da presente invenção pode ser empregada na proporção de até 10% da referida composição para o volume total de óleo lubrificante no caráter da máquina industrial e/ou equipamento de refrigeração e/ou motor de combustão. Contudo, na presente concretização, a composição da presente invenção foi adicionada na proporção de 3,5% de composição para o volume total de óleo lubrificante no cárter dos geradores testados, G-01 e G-02.

EXEMPLO 9

[109] Em uma concretização preferencial, a composição para tratamento de superfícies metálicas da presente invenção foi testada em relação ao seu comportamento tribológico (ensaio de durabilidade). O ensaio de durabilidade foi realizado utilizando a configuração cilindro-plano (recíproco) e através do método de lubrificação escassa (apenas 10 μl de óleo lubrificante).

[110] A Figura 15A (apenas óleo lubrificante convencional puro -POE) mostra o gráfico típico da evolução do coeficiente de atrito com a distância de deslizamento realizado com óleo lubrificante puro (POE) e a Figura 15B (a composição para tratamento de superfícies metálicas) mostra o gráfico típico da evolução do coeficiente de atrito com a distância de deslizamento realizado com a composição da presente invenção (POE + GNH3) (Grafeno).

[111] As pistas de desgaste das amostras lubrificadas com óleo POE puro e POE+GNH3 foram subsequentemente analisadas utilizando interferometria de luz branca e MEV (Figuras 15A e 15B).

[112] Nas Figuras 15A e 15B, observar-se que mesmo com uma distância de deslizamento percorrida 2,5 vezes maior, que no caso da Figura 15A (62 m versus 25 m), o corpo lubrificado com a composição para tratamento de superfícies metálicas POE+GNH3 (Grafeno) Figura 15B, apresentou uma redução no desgaste de aproximadamente 30% a menos (Figura 15B) em comparação com (Figura 15A).

[113] Como pode ser observado na Figura 15B, a presença das nanopartículas de grafeno aditivadas no óleo POE causou um aumento significativa na durabilidade do tribosistema apresentado, onde é observado um aumento significativo na distância de deslizamento: de 25 m para o sistema lubrificado com POE puro (Figura 15A), para 62 m com o sistema lubrificado com POE+GNH3 (Figura 2).

EXEMPLO 10

[114] Em uma realização preferencial, um teste de Tribologia sobre disco com movimento alternado: Reciprocating, foi realizado.

[115] Particularmente, foram realizados ensaios de desgaste na configuração esfera sobre disco com movimento alternado, com as seguintes especificações:

• Tribômetro SRV 4 - OPTIMOL (Figura 16);
• Disco: Aço H13;
• Esfera: aço 5120;
• Frequência: 10Hz;
• Stroke: 5 mm;
• Temperatura: 25 °C, 80 °C e 120 °C;
• Força normal de 50 N;
• Tempo de ensaio de 3 horas;
• Ensaios preliminares com temperatura de 80 °C e força normal de 30, 50, 70 e 90 N;
• Lubrificantes: Composição comparativa (Lubrificante com a especificação 5W30) e a composição para tratamento de superfícies metálicas (Mistura de um lubrificante com a especificação 5W30 + 10% Hadron6);
• Monitoramento do Coeficiente de atrito.

[116] Resultados do teste foram apurados em análise comparativa entre Figura 17A e Figura 17B. Foi observada variação do coeficiente de atrito com o uso da composição para tratamento de superfícies metálicas, na ordem de redução em 20% para as condições analisadas e demonstradas nos gráficos acima (Figura 17A e Figura 17B). O ensaio crítico (rampas de força normal) realizado em temperatura de 80 °C mostrou que existe uma tendência de continuidade na redução do coeficiente de atrito para a força de 30 N quando utilizada a composição para tratamento de superfícies metálicas (Figura 17B), em comparação a composição comparativa (com uso do óleo lubrificante com a especificação 5W30 (Figura 17A)).

[117] Como bem compreendem os técnicos no assunto, são possíveis numerosas modificações e variações da presente invenção à luz dos ensinamentos acima, sem se afastar do seu escopo de proteção, conforme delimitado pelas reivindicações anexas.

Claims

COMPOSIÇÃO ADITIVO DE ADITIVO LUBRIFICANTE PARA TRATAMENTO A FRIO DE METAIS, caracterizada por compreender os seguintes componentes:
- a) pelo menos um hidrocarboneto de base sintética ou mineral;
- b) pelo menos um grafeno de base mineral natural;
- c) pelo menos uma nano partícula de grafita natural cristalina de alta concentração de carbono;
- d) pelo menos um aditivo fenol estirenado antioxidante e anticorrosivo;
- e) pelo menos uma nano partícula de nióbio de base mineral natural.
COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo hidrocarboneto de base sintética ou mineral possuir N° CAS: 74869-22-0.
COMPOSIÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizada pelo o grafeno possuir N° EC: 231-955-3.
COMPOSIÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pela nano partícula de grafita natural cristalina de alta concentração de carbono possuir N° CAS: 7782-42-5.
COMPOSIÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo componente fenol estirenado antioxidante e anticorrosivo possuir N° CAS: 61788-44-1.
COMPOSIÇÃO; de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelos componentes apresentarem as seguintes proporções:
- a) de 35 a 45%, em peso, de pelo menos um derivado de hidrocarboneto de base sintética ou mineral, em relação ao peso total da composição;
- b) de 35 a 45%, em peso, de grafeno de base mineral natural, em relação ao peso total da composição;
- c) de 15 a 25%, em peso, de pelo menos uma nano partícula de grafita natural cristalina de alta concentração de carbono, em relação ao peso total da composição;
- d) de 1 a 2%, em peso, de pelo menos um aditivo fenol estirenado antioxidante e anticorrosivo, em relação ao peso total da composição;
- e) de 0,1 a 0,2%, em peso, de pelo menos uma nano partículas de nióbio de base mineral natural, em relação ao peso total da composição.
COMPOSIÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada por compreender adicionalmente nano partículas.
COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelas nano partículas apresentarem tamanho de partícula que varia entre 1 e 20 nm.
COMPOSIÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 8, caracterizada pelas nano partículas serem selecionadas a partir do grupo que consiste de: carbono, grafeno, grafite cristalino, nióbio, molibdênio, titânio, tungstênio, prata, magnésio, níquel, zinco, dióxido de silício e suas misturas, preferencialmente carbono, grafite, nióbio, grafeno e seus derivados.
COMPOSIÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizada pelas nano partículas serem de carbono, grafeno, grafite e nióbio.
COMPOSIÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 10, caracterizada pela quantidade de nano partículas ser de até 50% em peso, em relação ao peso total da composição.
USO DA COMPOSIÇÃO, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado por ser em máquinas, equipamentos e motores à combustão em geral.
MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS E MOTORES À COMBUSTÃO EM GERAL, caracterizado por compreender pelo menos um sistema de transmissão ou engrenagens, pelo menos um sistema de partes móveis metálicas, pelo menos um sistema motor propulsor, e a composição de aditivo lubrificante para tratamento à frio de metais com base em nanotecnologia, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 11.
PRODUTO ENVASADO, caracterizado por compreender uma estabilização do envoltório externo, de forma a organizar a polaridade ambiente dos íons do recipiente que armazena a composição do aditivo lubrificante para tratamento a frio de metais, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 11
PROCESSO DE FABRICAÇÃO E ENVASAMENTO, da composição de aditivo lubrificante para tratamento a frio de metais, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado por compreender as etapas de:
- a) processamento e nanotização (transformar em nano partículas) das matérias primas em ambiente estabilizado estaticamente, somente com polaridade positiva;
- b) pesagem dos componentes da composição;
- c) mistura da composição em ambiente controlado;
- c) envaze da composição em recipiente estabilizado estaticamente, somente com polaridade positiva.