BRPI0815689B1 - Use of a lubricant oil composition, and method and composition of lubricant oil to improve energy consumption in a hydraulic system by reducing the time of lifting a load on a hydraulically operated lifting device - Google Patents

Description

“USO DE UMA COMPOSIÇÃO DE ÓLEO LUBRIFICANTE, E, MÉTODO E COMPOSIÇÃO DE ÓLEO LUBRIFICANTE PARA MELHORAR O CONSUMO DE ENERGIA EM UM SISTEMA HIDRÁULICO REDUZINDO O TEMPO DE LEVANTAMENTO DE UMA CARGA EM UM DISPOSITIVO DE LEVANTAMENTO OPERADO DE MANEIRA HIDRÁULICA” [001] A presente invenção diz respeito ao uso de uma composição de óleo lubrificante, em particular como um fluido hidráulico em um sistema hidráulico.

[002] As composições de óleo lubrificante são amplamente usadas como fluido hidráulicos por exemplo, na fabricação, construção e transporte.

[003] Na formulação de um fluido hidráulico “de múltiplos graus”, isto é, um fluido com um índice de Viscosidade relativamente alto (> 150) (VI) que pode ser usado em um equipamento onde as temperaturas de operação podem variar significantemente, o formulador pode obter o índice de Viscosidade desejado através da seleção apropriada do tipo e quantidades do óleo de base e melhorador de índice de Viscosidade.

[004] Os óleos minerais do grupo I da API têm comumente um índice de Viscosidade de 90 a 100. Outros tipos de óleos de base tais como polialfa-olefinas (PAOs) e ésteres podem ter um índice de Viscosidade de cerca de 135 e 160 respectivamente.

[005] Os “melhoradores do índice de Viscosidade”, “modificadores do índice de Viscosidade” ou “agentes de engrossamento” são usado para aumentar o índice de Viscosidade da composição intencionada. O agente de engrossamento ou índice de Viscosidade que adiciona energia de um modificador do índice de Viscosidade usualmente aumenta com seu peso molecular. Não obstante, com o aumento do peso molecular do melhorador de índice de Viscosidade a estabilidade de cisalhamento diminui. A “Estabilidade de cisalhamento” é a tendência das moléculas grandes (usualmente polímero) de degradar durante o uso ao passo que passam em tomo do sistema hidráulico.

[006] Portanto, o formulador necessita selecionar cuidadosamente o óleo de base (ou mistura de óleos de base), pó de engrossamento e estabilidade de cisalhamento de modo a formular uma composição que encontra os alvos desejados.

[007] Em tempos recentes, especialmente para as composições de óleo lubrificante intencionadas para o uso nos sistemas hidráulicos em baixas temperaturas (abaixo de 0°C), a tendência tem sido mudar a partir da formulação dos fluidos de alto índice de Viscosidade com índice de Viscosidade relativamente alto porém baixa estabilidade de cisalhamento para formular os fluidos que satisfazem os níveis mínimos requeridos do índice de Viscosidade considerando as condições climáticas das operações e uma ótima estabilidade de cisalhamento.

[008] Uma das razões para esta tendência mudar a partir dos fluidos de alto índice de Viscosidade é a presente suposição de que o consumo de energia de um fluido varia inversamente com o índice de Viscosidade do fluido. Em outras palavras, é suposto que com o aumento do índice de Viscosidade do fluido, o consumo de energia aumenta (ao passo que o fluido se toma mais viscoso), resultando em que mais energia é necessária para realizar uma operação quando usando o fluido em um sistema hidráulico. Com relação a isto, ver, por exemplo, A Figura 1 convencional e a discussão associada de S.N. Herzog, T.E. Marougy and P.W. Michael, “Fluid viscosity selection criteria for hydraulic pumps and motors”, Technical Paper Series number 100-9.12, apresentado na International Exposition for Power Transmission and Technical Conference de 4 a 6 de abril de 2000. O entendimento convencional é, portanto, que índice de Viscosidade menor resulta em um consumo de energia mais desejado.

[009] É um objetivo da presente invenção melhorar o consumo de energia de uma composição de óleo lubrificante, especialmente em temperaturas abaixo de 0°C.

[0010] É outro objetivo da presente invenção reduzir o tempo de levantamento em um dispositivo de levantamento operado de maneira hidráulica.

[0011] Um ou mais dos objetivos acima ou outros objetivos da presente invenção podem ser obtidos fomecendo-se o uso de uma composição de óleo lubrificante que compreende um óleo de base e um ou mais melhoradores do índice de Viscosidade, em que a composição de óleo lubrificante tem um IV (índice de Viscosidade; de acordo com ASTM D2280) de pelo menos 190 para melhorar o consumo de energia em um sistema hidráulico.

[0012] De acordo com a presente invenção, foi surpreendentemente descoberto que, especialmente em temperaturas abaixo de 0°C, o consumo de energia diminui quando usando um fluido tendo um índice de Viscosidade de mais de 190. Como um resultado, menos energia é necessária por exemplo, durante levantamento usando um dispositivo de levantamento operado de maneira hidráulica.

[0013] Além disso, foi descoberto de acordo com a presente invenção que, quando usando uma composição de óleo lubrificante tendo um índice de Viscosidade de pelo menos 190, o consumo de energia pode ser obtido na faixa de temperatura total de - 60°C a +75°C, preferivelmente de -40°C a +40°C, mais preferivelmente de -40°C a 0°C, ainda mais preferivelmente de -20°C a 0°C, especialmente de -20°C a -5°C e mais preferivelmente de -20°C a -10°C.

[0014] De acordo com a presente invenção não existe limitações particular com relação ao óleo de base na composição de óleo lubrificante da presente invenção. Preferivelmente, o dito óleo de base tem base em petróleo, base em hidrocarboneto sintético e/ou com base em éster. Se desejado, as misturas de dois ou more óleos de base podem ser usadas.

[0015] O óleo de base na composição de óleo lubrificante da presente invenção pode ser selecionado de óleos lubrificantes de base minerais e/ou sintéticos.

[0016] O dito óleo de base é preferivelmente presente em uma quantidade de pelo menos 50 % em peso, mais preferivelmente pelo menos 60 % em peso, e no máximo 90 %, mais preferivelmente no máximo 80 %, com base no peso total da composição de óleo lubrificante.

[0017] Os óleos lubrificantes de base mineral que podem ser convenientemente usados incluem óleos de petróleo líquidos e solventes tratados ou óleos lubrificantes minerais tratados com ácido do tipo parafínico, naftênico, ou parafínico/naftênico misturado que podem ser novamente refinados através de processos de hidrocraqueamento e hidroacabamento e/ou desparafinação.

[0018] Os óleos de base naftênico têm um baixo IV (índice de Viscosidade) (em geral de 40 a 80) e um baixo ponto de fluidez. Tais óleos de base são produzidos a partir de cargas de alimentação ricas em naftenos e com baixo teor de cera e são usados principalmente em lubrificantes em que a cor e a estabilidade da cor são importantes, e o índice de Viscosidade e estabilidade de oxidação são de importância secundária.

[0019] Os óleos de base parafínica têm um índice de Viscosidade maior (em geral > 95) e um alto ponto de fluidez. Os ditos óleos de base são produzidos a partir de cargas de alimentação ricas em parafinas, e são usados para lubrificantes em que o índice de Viscosidade e a estabilidade de oxidação são importantes.

[0020] Os óleos de base derivados de Fischer-Tropsch podem ser convenientemente usados como o óleo de base de óleo lubrificante na composição de óleo lubrificante da presente invenção, por exemplo, os óleos de base derivados de Fischer-Tropsch divulgados nas EP 776 959, EP 668 342, WO 97/21788, WO 00/15736, WO 00/14188, WO 00/14187, WO 00/14183, WO 00/14179, WO 00/08115, WO 99/41332, EP 1 029 029, WO 01/18156 eWO 01/57166.

[0021] Os processos sintéticos permitem que as moléculas sejam construídas a partir de substâncias mais simples ou tenham suas estruturas modificadas para fornecer as propriedades precisas necessárias.

[0022] Os óleos lubrificantes de base sintética incluem os óleos de hidrocarbonetos tais como oligômeros de olefína (também conhecidos como polialfa-olefinas (PAOs)). Óleos de base sintética de hidrocarboneto vendidos pelo grupo Shell sob a indicação “XHVI” (marca registrada) podem ser convenientemente usados.

[0023] Os óleos de base de óleo lubrificante preferidos para o uso na composição de óleo lubrificante da presente invenção são os óleos de base do grupo I, grupo II, grupo III, grupo IV ou grupo V, polialfa-olefinas, óleos de base derivados de Fischer-Tropsch e misturas destes.

[0024] Por “grupo de I a V” os óleos de base na presente invenção são intencionados significar os óleos de base de óleo lubrificante de acordo com as definições do American Petroleum Institute (API) categorias I a V. Tais categorias API são definidas em API Publication 1509, 15a Edição, Apêndice E, abril de 2002.

[0025] Os óleos de base do grupo I contem menos do que 90 % de saturados (de acordo com ASTM D2007) e/ou mais do que 0,03 % de enxofre (de acordo com ASTM D2622, D4294, D4927 ou D3120) e têm um índice de Viscosidade de mais do que ou igual a 80 e menos do que 120 (de acordo com ASTM D2270).

[0026] Os óleos de base do grupo II contêm mais do que ou igual a 90 % de saturados e menos do que ou igual a 0,03 % de enxofre e têm um índice de Viscosidade de mais do que ou igual a 80 e menos do que 120, de acordo com os métodos ASTM acima mencionados.

[0027] Os óleos de base do grupo III contêm mais do que ou igual a 90 % de saturados e menos do que ou igual a 0,03 % de enxofre e têm um índice de Viscosidade de mais do que 120, de acordo com os métodos ASTM acima mencionados.

[0028] Como descrito na US 6.180.575 e US 5.602.086, as polialfa-olefinas e sua fabricação são bem conhecidas na técnica. As polialfa-olefinas preferidas que podem ser usadas nas composições de óleo lubrificante da presente invenção podem ser derivadas de alfa olefinas de C2 a C32.

[0029] As cargas de alimentação particularmente preferidas para as ditas polialfa-olefinas são 1-octeno, 1-deceno, 1-dodeceno e 1-tetradeceno.

[0030] Preferivelmente, os óleos de base de óleo lubrificante que podem ser convenientemente usados nas composições de óleo lubrificante da presente invenção têm uma viscosidade cinemática a 100 °C (de acordo com ASTM D445) na faixa de 1 a 300 mm2/s, mais preferivelmente na faixa de 1 a 100 mm2/s.

[0031] Preferivelmente, a composição de óleo lubrificante da presente invenção tem uma viscosidade cinemática na faixa de 15 a 150 mm2/s a 40°C (de acordo com ASTM D445), mais preferivelmente na faixa de 20 a 100 mm2/s, e mais preferivelmente na faixa de 25 a 68 mm2/s.

[0032] Um óleo de base lubrificante preferido para o uso em uma forma de realização aqui fornecida é um óleo de base do grupo V, em particular um óleo de gás naftênico. São particularmente adequados os óleos de gás naftênico tendo um baixo ponto de fluidez, tipicamente menos do que -50°C. Um exemplo de um óleo de gás naftênico adequado é comercialmente disponível da Shell Petroleum Co. Ltd. Sob o nome comercial de Risella 907.

[0033] De acordo com a presente invenção não existem limites particulares particular com relação aos melhoradores do índice de Viscosidade na composição de óleo lubrificante da presente invenção.

[0034] Os exemplos de melhoradores do índice de Viscosidade incluem melhoradores do índice de Viscosidade do tipo não dispersante tais como polimetacrilatos e copolímeros de olefina tais como copolímero de etileno/propileno e copolímero de estireno/dieno, e melhoradores do índice de Viscosidade do tipo de dispersão tais como aqueles obtidos os copolimerizando com monômeros contendo nitrogênio. A quantidade adicionada destes pode ser convenientemente de 0,1 a 35 % em peso, preferivelmente de 10 % em peso a 35 % em peso, mais preferivelmente de 20 % em peso a 30 % em peso, com base na composição total de óleo lubrificante.

[0035] A composição de óleo lubrificante da presente invenção também pode compreender um ou mais aditivos tais como aditivos anti-desgaste, inibidores de corrosão, anti-oxidantes, inibidores de espuma, desemulsificadores, diminuidores do ponto de fluidez e outros. A quantidade dos ditos aditivos presentes na composição de lubrificação depende dos compostos específicos usados. Como os aditivos acima mencionados e outros são bem conhecidos na técnica, não são aqui descritos em maiores detalhes. A quantidade total adicionada dos aditivos pode ser convenientemente de 0,1 a 15,0 % em peso, com base na composição de óleo lubrificante total.

[0036] Os Exemplos de aditivos anti-desgaste são os aditivos anti-desgaste com base em zinco ou isento de zinco ou sem resíduos.

[0037] Os Exemplos de inibidores de corrosão são os ácidos N-alquilsarcosínicos, acetatos de fenóxi alquilados, imidazolinas, os sais de metal alcalino terroso de ésteres de fosfato divulgados na EP 0 801 116 e succinato de alquenila com base em inibidores de corrosão de éster.

[0038] Os Exemplos de anti-oxidantes são os anti-oxidantes com base em aminas, com base em enxofre, com base em fenol e com base em fósforo. Estes antioxidantes podem ser individualmente usados, ou uma pluralidade pode ser usada em combinação.

[0039] Os exemplos de inibidores de espuma são os organo-silicatos tais como dimetilpolissiloxano, silicato de dietila e fluoro-silicone, e inibidores de espuma que não de silicone tal como acrilatos de polialquila.

[0040] Os Exemplos de desemulsificadores são os tensoativos não iônicos com base em polialquileno glicol tais como éteres de polioxietileno alquila, éteres fenílicos de polioxietileno alquila e éteres naftílicos de polioxietileno alquila.

[0041] Os Exemplos de diminuidores do ponto de fluidez são os polímeros com base em polimetacrilato.

[0042] A composição de óleo lubrificante de acordo com a presente invenção pode ser convenientemente preparada misturando-se junto um ou mais óleos de base, o um ou mais melhoradores do índice de Viscosidade e um ou mais outros aditivos.

[0043] Em outro aspecto, a presente invenção fornece o uso da composição de óleo lubrificante para reduzir o tempo de levantamento de uma carga em um dispositivo de levantamento operado de maneira hidráulica.

[0044] Os exemplos não limitantes de um dispositivo de levantamento operado de maneira hidráulica são uma empilhadeira, um caminhão de lixo, elevador de plataforma, equipamento de mineração aberto, etc.

[0045] Além disso, a presente invenção fornece um método de ar o consumo de energia em um sistema hidráulico usando-se a composição de óleo lubrificante como aqui descrito.

[0046] Além disso, a presente invenção fornece um método de reduzir o tempo de levantamento de uma carga em um dispositivo de levantamento operado de maneira hidráulica usando-se a composição de óleo lubrificante como aqui descrito.

[0047] A presente invenção é descrita abaixo com referência aos seguintes Exemplos, os quais não são intencionados limitar o escopo da invenção de nenhuma maneira.

EXEMPLOS

[0048] As formulações foram misturadas em uma maneira convencional usando os óleos de base e aditivos especificados na Tabela 1 de modo a obter as propriedades de viscosidade como resumido na Tabela 2.

[0049] As quantidades na Tabela 1 estão em % em peso, com base no peso total da formulação.

[0050] Os óleos de base de 1 a 4 como usado nas formulações das Tabelas 1 e 2 foram os seguintes: - O óleo de base 1 é um óleo de base do grupo V da API, indicado como um “óleo de gás naftênico” comercialmente disponível da Shell Petroleum Co. Ltd. Sob o nome comercial de Risella 907; - O óleo de base 2 é um óleo de base naftênica do grupo V da API tendo uma viscosidade cinemática a 40°C (ASTM D445) entre 7,9 e 8,9 mm2/s; - O óleo de base 3 é uma mistura dos óleos de base do grupo I da API disponíveis da Shell Petroleum Co., Ltd sob o nome comercial de “HVI 60”, “HVI 100” e “HVI 160”, a mistura sendo ajustada para fornecer as viscosidades como dadas na Tabela 2; e - O óleo de base 4 é um óleo de base do grupo III da API disponível da Fortnum Neste OY sob o nome comercial de “Nextbase 3050”.

[0051] Os melhoradores do índice de Viscosidade como usados nas formulações das Tabelas 1 e 2 foram aqueles disponíveis da Rohmax GmbH sob os nomes comerciais “Viscoplex 8-238” (melhorador de índice de Viscosidade 1) e “Viscoplex 8-200” (melhorador de índice de Viscosidade 2).

[0052] As formulações das Tabelas 1 e 2 também compreenderam uma combinação de aditivos de aditivos convencionais em quantidades convencionais para agir como inibidores de corrosão, desemulsificadores, agentes anti-desgaste, anti-oxidantes, dimiduidores do ponto de fluidez e inibidores de espuma.

[0053J O Exemplo 1 está de acordo com a presente invenção enquanto os Exemplos restante nas Tabelas 1 e 2 são comparativos por natureza (e indicados como Exemplos Comparativos de 1 a 4). TABELA 1 - Componentes das formulações Componente [% em peso| Ex. 1 Ex. Comp, 1 Ex. Comp. 2 Ex, Comp. 3 Ex, Comp. 4 TABELA 2 - Viscosidades Teste de consumo de energia / Teste de tempo de levantamento médio [0054] As formulações como descritas nas Tabelas l e 2 foram testadas quanto o consumo de energia.

[0055] Para esta finalidade, as formulações das Tabelas 1 e 2 foram usadas no sistema hidráulico eletricamente ligado de um Jungheinrich empilhadeira, modelo EFG-DH 12,5 330, com uma capacidade de levantamento de 1,25 toneladas métricas.

[0056] Os controles da empilhadeira foram operados de maneira pneumática, e controlados para garantir a mesma precisão de operação para cada uma das formulações.

[0057] Cada formulação foi testada na configuração ligado elevando-se e abaixando-se um contêiner padrão contendo 1 tonelada métrica de água e agente anti-congelamento (tal que o conteúdo do contêiner permaneceu líquido a -20°C) 40 vezes nas seguintes temperaturas de ambiente: -20°C, -15°C, -10°C, -5°C, 0°C, 5°C, 10°C, 20°C, 40°C.

[0058] Para permitir que o sistema hidráulico da empilhadeira e as formulações se adaptem às seguintes temperatura, a sequência de temperatura foi dividida em 2 partes: a) a sequência fria começando a -20°C até -5°C; e b) uma sequência quente começando com +40°C até 0°C. Cada uma das sequências foram conduzidas em um dia com testes repetidos no dia seguinte.

[0059] A temperatura da formulação foi continuamente medida na unidade de controle, no reservatório e na saída para o cilindro hidráulico (a “estrutura de levantamento”). A pressão do óleo foi medida na unidade de controle, na saída da bomba e na estrutura de levantamento.

[0060] A velocidade da operação da empilhadeira e a altura do levantamento foram medidas com um sensor a distância de alta precisão. Cada ciclo de elevação do contêiner teve contagem de tempo, e a corrente DC através do motor da bomba e a voltagem deste medida. O produto do tempo (em segundos), corrente (amperes) e voltagem (volts) fornece o consumo total de energia em kWh como segue: [0061] O dispositivo de teste foi limitado à temperatura de teste até o reservatório da formulação estar na temperatura alvo. Em testes posteriores, o dispositivo de teste foi limitado até todos os três pontos de temperatura estarem dentro de ±2°C do alvo.

Resultados [0062] A Tabela 3 abaixo mostra o consumo de energia elétrica cumulativa (em Wh) após levantar o contêiner dez vezes para cada formulação.

[0063] A Tabela 4 mostra os dados expressados como uma diferença de porcentagem, enquanto usando o Exemplo Comparativo 1 (índice de Viscosidade = 95) corno uma linha de base de referência [0064] Além disso, a Tabela 5 mostra o tempo de levantamento médio para dez ciclos em segundos. TABELA 3 - Consumo cumulativo de energia [Wh] TABELA 4 - Consumo Cumulativo dc energia como diferença de porcentagem com relação ao Exemplo Comparativo 1 (índice de Viscosidade = 95 %) TABELA 5 - Tempo de levantamento médio para 10 ciclos de levantamentos [segundos] Avaliação [0065] Pode ser visto nas Tabelas 3 e 4 que nenhuma correlação linear simples existe entre a viscosidade ou índice de Viscosidade e consumo de energia, como foi suposto no campo. Como uni exemplo, os Exemplos Comparativos 2, 3 e 4 mostram uma tendência por meio da qual em algumas temperaturas (acima de 0°C) um benefício no consumo de energia é observado em algumas temperaturas (acima de 0°C) uma perda, ou dentro da precisão do método de teste nenhum benefício perceptível (0,1 %).

[0066] Não obstante, o Exemplo 1 de acordo com a presente invenção mostra um benefício sobre a faixa de temperatura inteira testada (-20 a +40°C).

[0067] De acordo com a presente invenção, foi descoberto que na maioria das temperaturas, um índice de Viscosidade acima de 190 melhora de modo surpreendente o consumo de energia. A tendência é mais positiva abaixo de 0°C.

[0068] Voltando para os dados de tempo de levantamento médio da Tabela 5, que representa o tempo que levaria para uma empilhadeira levantar uma carga (em um depósito por exemplo), um benefício surpreendente também foi observado. Embora deve ser esperado que para efetuar a operação mais rapidamente mais energia seria necessária, os dados na tabela 5 mostram que a formulação tendo o índice de Viscosidade mais alto (Exemplo l) opera mais rapidamente, em particular, em temperaturas abaixo de 0°C.

[0069] O técnico habilitado entenderá prontamente que é altamente vantajoso reduzir o tempo de levantamento para uma tal operação por exemplo, cm um depósito e consequentemente aumenta a produtividade.

REIVINDICAÇÕES

Claims (10)

1. Uso de uma composição de óleo lubrificante, caracterizado pelo fato de que compreende um óleo de base e um ou mais melhoradores do índice de Viscosidade, em que a composição de óleo lubrificante tem um IV (índice de Viscosidade; de acordo com ASTM D2280) de pelo menos 190 para melhorar o consumo de energia em um sistema hidráulico reduzindo o tempo de levantamento de uma carga em um dispositivo de levantamento operado de maneira hidráulica.

2. Uso de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição de óleo lubrificante tem um índice de Viscosidade de pelo menos 200, preferivelmente de pelo menos 210.

3. Uso de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a composição de óleo lubrificante tem um índice de Viscosidade de no máximo 350, preferivelmente no máximo 310, mais preferivelmente no máximo 300.

4. Uso de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de ser na faixa de temperatura de -60°C a +75°C.

5. Uso de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de ser na faixa de temperatura de -40°C a 0°C.

6. Uso de acordo com qualquer unia das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de ser na faixa de temperatura de -20°C a G°C.

7. Método para melhorar o consumo de energia em um sistema hidráulico reduzindo o tempo de levantamento de uma carga em um dispositivo de levantamento operado de maneira hidráulica, caracterizado pelo fato de usar a composição de óleo lubrificante como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6.

8. Composição de óleo lubrificante para melhorar o consumo de energia em um sistema hidráulico reduzindo o tempo de levantamento de uma carga em um dispositivo de levantamento operado de maneira hidráulica. a composição de óleo lubrificante caracterizada pelo fato de que compreende de 50% em peso a 90% em peso de um óleo de base e de 10% em peso a 35% em peso de um ou mais melhoradores do índice de Viscosidade, em que a composição de óleo lubrificante tem um IV (índice de Viscosidade; de acordo com ASTM D2280) de pelo menos 190 e em que o óleo de base é um óleo naftcnico do grupo V.

9. Composição de óleo lubrificante de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o óleo de base está presente em um nível de 50% em peso a 80% em peso.

10. Composição de óleo lubrificante de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizada pelo fato de que os melhoradores do índice de Viscosidade estão presentes em um nível total de 20% em peso a 30% em peso.