O que é óleo solúvel para usinagem?

Óleo solúvel é o fluido de corte (o líquido jogado onde a ferramenta corta o metal) que se compra concentrado e se mistura com água; em geral, fica branco como leite. A água esfria a ferramenta e a peça; o óleo, espalhado na água em gotas minúsculas, lubrifica o corte, e os produtos que vão junto (os aditivos) protegem a peça da ferrugem. Para render, a mistura precisa ser feita do jeito certo, despejando o óleo na água, nunca o contrário, e conferida com frequência, porque muda com o uso.

Para que é indicado o óleo solúvel?

O óleo solúvel é indicado para a usinagem em que esfriar pesa tanto quanto lubrificar, ou mais: o uso geral de torno, fresadora, furadeira e serra.

Pense na broca que sai quente da parede depois de um furo. Na usinagem acontece o mesmo, só que sem parar: a ferramenta arranca do metal uma lasca, o cavaco, e o calor se concentra no fio dela, a parte que corta. Calor demais gasta a ferramenta antes da hora e mexe na medida da peça.

Os metais em que ele trabalha:

• Aço, o caso mais comum.

• Ferro fundido, com uma ressalva: o pó fino que ele solta enferruja e vira lama, então o fluido precisa proteger bem e o tanque precisa de boa filtragem.

• Inox, no torneamento (o corte no torno), na furação e no fresamento; na rosca e no corte forçado, o óleo integral (usado puro, sem água) costuma render mais.

• Não ferrosos, os metais sem ferro (alumínio, cobre, latão e bronze). Para eles, a química do fluido precisa ser compatível: um fluido muito alcalino (o contrário de ácido), por exemplo, mancha o alumínio. A ficha do produto e a Equipe Técnica dizem se serve.

Dentro da mistura, cada parte tem um papel. Quem esfria é a água, e o jato arrasta o cavaco para longe do corte. O óleo e os aditivos lubrificam o contato entre o cavaco e a ferramenta e protegem a peça da ferrugem que a própria água causaria. São as quatro tarefas de todo fluido (refrigerar, lubrificar, limpar e proteger), explicadas no guia de fluido de corte para usinagem industrial.

Ele deixa de ser a primeira escolha no corte lento e forçado, como a rosca e o brochamento (o corte feito por uma ferramenta comprida, de muitos dentes, que passa uma vez pela peça). Ali a pressão no fio pesa mais que o calor, e costuma entrar o óleo integral.

Mas, se é óleo, como ele se mistura com a água?

O óleo solúvel se dissolve na água?

A rigor, não: ele se espalha na água em gotas pequenas demais para ver.

Lembre do molho de salada feito com azeite e vinagre. Agitado, ele fica turvo por um instante; parado, o óleo sobe e forma uma camada, porque as gotas se encostam e se juntam.

O leite de caixinha também é gordura em gotas dentro da água, e mesmo assim não separa no copo. A diferença é que cada gota de gordura tem uma capa que a impede de se juntar às outras.

Essa mistura de gotas de óleo espalhadas na água, com uma capa em cada gota, se chama emulsão. No óleo solúvel, quem faz a capa é o emulsificante, um aditivo que age como o detergente na panela engordurada: cada molécula dele tem uma ponta que gosta de água e outra que gosta de óleo.

O caminho, do tambor ao tanque, é este:

1. O concentrado cai na água sob agitação e se quebra em gotas.

2. O emulsificante cobre cada gota, com a ponta que gosta de óleo para dentro e a que gosta de água para fora.

3. Com essa capa, as gotas se repelem e não se juntam, o que leva a uma mistura que fica uniforme por muito tempo no tanque.

4. Gotas desse tamanho espalham a luz em todas as direções, o que leva ao aspecto branco de leite.

5. Quando alguma coisa estraga a capa (água dura, com muito cálcio e magnésio; bactéria; consumo dos aditivos com o uso), as gotas se fundem, o óleo sobe e forma camada, como no molho parado. É a emulsão quebrada, e ela não volta com agitação.

Um contraste ajuda a reconhecer o problema no tanque. No leite cru, tirado direto da vaca, a gordura sobe e forma creme quando ele fica parado; são gotas que subiram sem se fundir, e uma sacudida as devolve à mistura. Na emulsão quebrada, as gotas já viraram uma camada só, e nenhuma sacudida desfaz isso.

Figura 1. Com a capa de emulsificante, duas gotas de óleo se encostam e se afastam sem se juntar; sem a capa, elas se fundem numa gota maior, que é o começo da emulsão quebrada.

Para quem precisa do número: na emulsão comum de fluido de corte, as gotas têm alguns micrômetros, isto é, alguns milésimos de milímetro (ScienceDirect Topics, "Microemulsion"; T. Norrby, STLE, 2017).

O emulsificante, porém, é só um dos ingredientes do concentrado.

Do que é feito o óleo solúvel?

Em geral, de um óleo básico mineral, o óleo de petróleo refinado que forma a base de quase todo lubrificante, mais um pacote de aditivos. Há também óleos solúveis com base de éster, um óleo de origem vegetal ou sintética. O básico tem um texto próprio, sobre o que são óleos básicos.

Estes são os grupos principais de um concentrado (a lista completa varia de fórmula para fórmula):

• Óleo básico (em geral mineral): lubrifica o corte e forma as gotas.

• Emulsificantes: mantêm as gotas separadas, com a capa que você acabou de ver.

• Inibidores de corrosão: protegem da ferrugem a peça, a mesa e o barramento, as guias por onde o carro da máquina desliza.

• Aditivos de lubricidade e de extrema pressão (EP): os de lubricidade reduzem o atrito; os de EP reagem com o metal quente e formam uma camada fina que protege o fio da ferramenta nas operações mais pesadas.

• Parte alcalina: ingredientes que deixam a mistura alcalina, o contrário de ácida. Isso ajuda os inibidores contra a ferrugem, atrasa a bactéria e mantém a emulsão estável. Essa parte alcalina funciona como uma reserva, a reserva alcalina, que se gasta com o uso; mais adiante você vai ver como.

• Antiespumante: corta a espuma que o jato e a bomba fazem.

• Controle de micróbios: biocidas, isto é, bactericida e fungicida, ou uma fórmula que resiste a eles, porque a água é onde bactéria e fungo crescem.

Na máquina, a mistura pronta é quase toda água, e o concentrado é a parte pequena. A proporção entre óleo, aditivos e água muda de um tipo de fluido para outro, e é essa receita que separa as famílias da próxima seção.

Para quem precisa do número: pelo manual de boas práticas de fluidos de usinagem da OSHA, a agência de segurança do trabalho dos Estados Unidos, o concentrado de óleo solúvel leva de 30% a 85% de óleo básico altamente refinado. Junto vão emulsificantes, aditivos EP, inibidores de corrosão, antiespumantes e bactericidas. O básico costuma ser naftênico ou parafínico, os dois tipos explicados no texto dos óleos básicos.

Qual o melhor óleo solúvel para usinagem?

O melhor é o que serve à operação mais exigente da máquina, ao metal da peça e à segurança do trabalho, sem as substâncias que o seu cliente (quem compra a peça) proíbe. E precisa ser bem cuidado no tanque.

No chão de fábrica, "óleo solúvel" virou nome de três fluidos com água, que se separam pela receita e pelo tamanho da gota. Para ver onde cada um fica, a lista traz os quatro tipos de fluido de corte, com o integral, que não leva água, só de comparação:

1. Integral: óleo puro, sem água, o que mais lubrifica.

2. Solúvel: o óleo solúvel deste texto, com mais óleo e gotas de alguns micrômetros; a mistura fica branca.

3. Semissintético: menos óleo e gotas bem menores, o que se chama microemulsão; a mistura vai de levemente leitosa a quase transparente.

4. Sintético: sem óleo mineral, com ingredientes que se dissolvem de verdade na água, como o açúcar. Isso é uma solução, e a mistura em geral fica transparente.

Do integral ao sintético, a lubrificação cai, e a refrigeração, a limpeza e a visão da peça sobem. Na retífica, o acabamento feito com o rebolo (um disco abrasivo que funciona como uma lixa redonda), esse disco esquenta muito e corta pouco por vez, então esfriar e enxergar a peça pesam mais que lubrificar. Por isso a maioria das retíficas usa semissintético ou sintético.

Figura 2. O tamanho da gota muda a cor: no solúvel, as gotas maiores espalham a luz e a mistura fica branca; no semissintético, gotas bem menores deixam passar parte da luz; no sintético, que não tem gota porque está dissolvido, a luz atravessa.

A escolha segue quatro passos:

1. A operação mais exigente da máquina escolhe o tipo de fluido.

2. O metal escolhe a química: alumínio, cobre e latão pedem um fluido formulado para eles, porque a química errada pode manchar o metal (a mistura muito alcalina, por exemplo, mancha o alumínio), e a ficha do produto ou a Equipe Técnica confirmam.

3. A segurança do trabalho e a lista do seu cliente cortam opções. O óleo mineral do solúvel pode entrar no laudo de insalubridade da fábrica, o documento em que a empresa registra os agentes que fazem mal à saúde no posto de trabalho (NR 15, a norma que define as atividades insalubres). Se entrar, pode haver adicional de insalubridade e exigência de proteção para o operador; quem avalia é o responsável pela segurança do trabalho da fábrica. Boro, cloro, nitrito e triazina (um bactericida) estão entre as substâncias que os clientes mais costumam proibir. Os motivos estão no guia do fluido de corte, na seção "Quais exigências de segurança e de química mudam a escolha?".

4. O teste na própria máquina confirma, acompanhado pela rotina de medida que este texto mostra adiante.

A Kelpen Oil formula a linha completa de fluidos para usinagem de metais: integral, solúvel, semissintético e sintético. A linha Keen Sol tem opções isentas de boro, de nitrito e de triazina, e a linha Micro Corte tem óleo solúvel sem cloro.

Fale com a Equipe Técnica para achar o fluido da sua operação. As opções estão na página de fluidos para usinagem de metais, parte dos produtos para trabalho de metais da Kelpen Oil.

Para quem precisa da norma: na ISO 6743-7 (família M, usinagem), os fluidos usados puros formam o grupo MH, e os misturados com água, o grupo MA. O grupo MA separa a emulsão leitosa, a emulsão translúcida (microemulsão) e a solução transparente, que correspondem, na linguagem do mercado, ao solúvel, ao semissintético e ao sintético. Na microemulsão, as gotas têm menos de uns 100 nanômetros, em geral algumas dezenas, isto é, milionésimos de milímetro (IUPAC, Gold Book, "microemulsion").

Escolhido o fluido, falta prepará-lo.

Como usar o óleo solúvel?

Sempre diluído, com o óleo despejado sobre a água.

A quantidade se dá pela concentração (quanto concentrado vai na mistura, em porcentagem): 5% quer dizer 5 litros de concentrado em cada 100 litros de mistura. O preparo tem cinco passos:

1. Limpe o tanque e o recipiente de preparo. Restos de emulsão velha, cavaco e borra (a lama grudenta que junta no fundo) levam bactéria para a carga nova, a mistura nova que enche o tanque limpo. Não misture produtos diferentes no mesmo tanque.

2. Calcule o concentrado: volume do tanque vezes a concentração que o fornecedor indica para a operação.

3. Use água limpa, de dureza baixa a moderada, na faixa que a ficha do produto indicar. O porquê vem logo abaixo.

4. Ponha a água no tanque primeiro e despeje o concentrado devagar, com agitação: misturador, bomba de recirculação ou dosador, o aparelho que puxa concentrado e água já na proporção.

5. Confira a concentração antes de liberar a máquina. O jeito de conferir está na próxima seção.

A água conta porque nem toda água é igual. A crosta branca na chaleira é o calcário que o cálcio e o magnésio da água dura deixam. Esses sais reagem com boa parte dos emulsificantes e formam um sabão que não se dissolve, o que leva a uma emulsão instável ou quebrada, a borra no filtro e no fundo do tanque e a menos proteção contra ferrugem. No outro extremo, a água mole demais, com pouquíssimo cálcio e magnésio, faz espuma.

A ordem também tem motivo. Com a água embaixo, o óleo que cai é sempre a parte pequena e vira gota. Quando se joga água sobre o concentrado, no começo há pouca água dentro de muito óleo, e a mistura sai ao contrário: gotas de água presas no óleo. É a emulsão invertida, grossa e gordurosa como a manteiga, que é justamente água em gotinhas presa dentro da gordura. Depois, nem toda essa parte se desfaz direito, e sobram grumos e óleo boiando sobre uma mistura mais fraca do que a conta previa.

Figura 3. À esquerda, o óleo despejado sobre a água vira gotas finas e a mistura fica branca e uniforme; à direita, a água jogada sobre o óleo forma a emulsão invertida, com creme, grumos e óleo boiando.

Com a máquina rodando, o tanque perde mistura de dois jeitos: a água evapora sozinha, e a mistura inteira sai grudada na peça e no cavaco.

Como evapora só água, a mistura que resta no tanque fica mais concentrada, mais forte; por isso o que se repõe é mistura mais fraca que a da carga, e a concentração se confere todo dia, como a próxima seção mostra.

Se a concentração medida ficar abaixo do alvo, suba-a completando com mistura mais forte preparada à parte, nunca com concentrado puro, que forma creme e grumos onde cai.

Os sais da água também ficam quando ela evapora e se acumulam a cada reposição; por isso a água de reposição precisa estar na faixa da ficha.

Figura 4. A evaporação tira só água e deixa os sais no tanque; a peça e o cavaco levam a mistura inteira. Por isso a reposição é mais fraca que a carga e a água de reposição também conta.

Para quem precisa do número: um tanque de 200 litros a 5% leva 10 litros de concentrado e 190 de água (conta de exemplo; a concentração vem do fluido em uso). A proporção 1:20 tem duas leituras: 1 litro de concentrado em 20 litros de mistura (5%) ou 1 litro de concentrado para 20 litros de água (cerca de 4,8%). A conta do fornecedor e a do operador precisam ser a mesma. A dureza da água no tanque pode chegar a perto de dez vezes a da água de reposição (Lubes'N'Greases, "Dos and Don'ts of Emulsifying Coolant", 2018; o manual da OSHA também pede reposição na diluição adequada).

Em todos esses passos aparece o mesmo verbo: conferir.

Como medir a concentração do óleo solúvel com refratômetro?

Com um aparelho de bolso, o refratômetro, que lê uma gota da mistura, e uma conta simples que transforma essa leitura em porcentagem.

Ponha um canudo num copo d'água: ele parece quebrado, porque a luz muda de direção ao passar do ar para a água. Quanto mais coisa misturada na água, mais a luz desvia. O refratômetro de mão mede esse desvio numa gota: quanto mais concentrada a mistura, mais alta a leitura.

A escala do aparelho é em °Brix, unidade criada para medir açúcar em sucos e caldas e usada aqui como leitura de referência. Como cada fluido desvia a luz de um jeito, a leitura se multiplica pelo fator do refratômetro, o número de cada produto que transforma °Brix em porcentagem. Ele vem do fornecedor do fluido, na ficha técnica.

A medida, passo a passo:

1. Zere o refratômetro com a água do preparo, com o aparelho e a amostra na mesma temperatura, ou use um modelo com compensação automática de temperatura (ATC), porque o desvio da luz muda com o calor.

2. Tire a amostra do tanque em funcionamento, abaixo da superfície, e limpe o prisma, a janela de vidro onde vai a gota.

3. Leia a linha entre o campo azul e o branco.

4. Multiplique pelo fator do seu produto. O fator de outro fluido dá concentração errada.

Figura 5. No visor do refratômetro, a linha entre o campo azul e o branco marca 4,0 °Brix; vezes o fator 1,25 do exemplo, dá 5,0% de concentração.

O erro mais comum vem do óleo contaminante (também chamado de óleo estranho ou parasita), o óleo que vaza da própria máquina e cai no tanque. Parte dele boia e escapa da amostra, mas parte a própria mistura espalha em gotas, e essa parte desvia a luz no refratômetro: a leitura sai mais alta que a real, e você acaba dosando concentrado de menos.

Fora do alvo, o prejuízo aparece nos dois sentidos:

• Abaixo: falta aditivo contra ferrugem e bactéria, o que leva a ferrugem, ferramenta gastando antes e tanque que apodrece.

• Acima: espuma, resíduo pegajoso, mais risco de irritar a pele do operador e concentrado gasto sem retorno.

A segunda medida é o pH, que diz o quanto a mistura é ácida ou alcalina, numa escala em que 7 é neutro e acima de 7 é alcalino. O limão é ácido; o sabão é o contrário, alcalino. A mistura nova é alcalina, como o sabão.

Isso ajuda os inibidores a segurar a ferrugem, atrasa a bactéria e mantém a emulsão estável; quando o pH cai, as três coisas pioram juntas. No outro sentido, pH acima da faixa do produto irrita a pele e mancha o alumínio.

O pH se mede com fita ou com medidor. O pH da carga nova, medido na concentração de trabalho e anotado no primeiro dia, vira a referência daquele tanque. Compare o pH de hoje com o da carga nova, sempre com as duas misturas na mesma concentração, porque o pH muda um pouco com ela. A faixa certa de cada produto vem na ficha dele.

Quanto à frequência: olhe e cheire o tanque todo dia e meça a concentração todo dia. O pH se mede no mínimo uma vez por semana, e mais vezes quando o tanque der sinal.

Para quem precisa do número: concentração = leitura em °Brix × fator do produto; no exemplo da Figura 5, 4,0 °Brix × 1,25 = 5,0% (fator ilustrativo, de nenhum produto). Mistura velha também lê mais alto que a real, porque acumula sais, óleo contaminante e restos. Nesse caso, a referência é uma medida química de laboratório: a titulação, que mede a alcalinidade da mistura e, comparada com a do produto novo, dá a concentração; ou a quebra com ácido, que separa e mede o óleo. Quem faz é o fornecedor do fluido ou um laboratório. Frequência mínima (HSE, a agência britânica de saúde e segurança no trabalho, guia MW5): inspeção visual e de cheiro diária; concentração, pH e contagem de bactérias semanais.

Chega um dia, no entanto, em que acertar a concentração não resolve mais.

Quando trocar a emulsão do óleo solúvel?

Quando a correção não traz o tanque de volta: pH que continua caindo depois de acertar a concentração, cheiro forte que volta, mistura que quebra ou ferrugem com a concentração no alvo.

Na maioria das vezes, o pH cai por causa das bactérias. Ao se alimentar do fluido, elas soltam ácidos, e esses ácidos gastam a reserva alcalina, a capacidade da parte alcalina da fórmula de segurar o pH alto mesmo quando entra ácido. Enquanto a reserva dura, o pH quase não se mexe; quando ela acaba, o pH despenca.

Figura 6. Enquanto a reserva alcalina dura, o pH fica perto do da carga nova; quando ela acaba, o pH cai, e se a correção da concentração não o segura, é hora de trocar a emulsão.

Cada sinal tem uma medida, uma causa provável e uma resposta; a última coluna diz quando basta corrigir e quando é hora de trocar. A lâmina de cultura, citada na tabela, é uma plaquinha que se mergulha no tanque e mostra as colônias de bactéria depois de um ou dois dias.

Na hora da troca, a ordem é esta:

1. Antes de drenar, circule na mistura velha um limpador de sistema, produto de limpeza do circuito que solta o lodo das paredes e das mangueiras, pelo tempo que o fornecedor indicar.

2. Drene e enxágue.

3. Só então prepare a carga nova, porque tanque sujo contamina a mistura nova.

4. Dê destino à emulsão usada. Ela é efluente oleoso, água com óleo que não pode ir para o esgoto nem para rio sem tratamento e sem autorização. O destino é a estação de tratamento da própria fábrica ou uma empresa licenciada pelo órgão ambiental.

Para quem precisa do número: pelo manual da OSHA, se a camada de óleo, depois de afastada, volta a cobrir a superfície em menos de 5 a 8 segundos, há óleo contaminante demais. A Resolução CONAMA 430/2011, do Conselho Nacional do Meio Ambiente, art. 16, limita os óleos minerais a 20 mg/L no efluente lançado direto em rio ou córrego. Uma emulsão a 5% carrega cerca de mil vezes esse limite (de umas 650 a quase 2 mil vezes, pela faixa de 30% a 85% de óleo da OSHA e com o óleo a cerca de 0,87 kg/L).

Quando nem o refratômetro nem o pH explicam o que está acontecendo, a resposta vem de outro lugar.

Como a Kelpen Oil ajuda a controlar o fluido?

Pela rotina da máquina e, quando ela não basta, pela Equipe Técnica.

Na máquina, a rotina deste texto: concentração com o fator do produto e pH comparado com a referência do tanque. A Equipe Técnica Kelpen Oil ajuda a montar essa rotina e a ler o que ela mostra.

Quando o tanque não explica o sintoma, fale com a Equipe Técnica Kelpen Oil. O laboratório próprio em Arujá (SP) faz 25 análises, descritas no texto sobre análise em laboratório; no fluido de corte, a análise é feita no concentrado, como serviço pago; para a mistura que já está no tanque, a Equipe Técnica orienta.

Para quem precisa da norma: o laboratório tem o ensaio de corrosão em lâmina de cobre (NBR 14359, equivalente à ASTM D130), que dá indicação sobre o concentrado; a mistura no tanque se acompanha pela rotina da máquina.

Perguntas frequentes

Para que serve o óleo solúvel sintético? O nome é de chão de fábrica: sem óleo mineral, ele forma com a água uma solução transparente e serve à maioria das retíficas e à usinagem leve; os tipos estão na seção sobre o melhor óleo solúvel.

Para que serve o óleo solúvel de torneiro mecânico? É o mesmo óleo solúvel deste texto, com o nome que ganhou na oficina: a mistura que esfria e lubrifica torno, fresadora e furadeira. O preparo é igual, com o óleo sobre a água e a concentração conferida.

Qual a diferença entre óleo solúvel e óleo integral? O integral é usado puro, sem água, e lubrifica mais; o solúvel trabalha diluído em água e esfria mais. Corte lento e forçado costuma pedir integral; corte rápido e quente costuma pedir fluido com água (solúvel, semissintético ou sintético), conforme a operação.

Dá para fazer óleo solúvel caseiro? Não com o mesmo resultado. Sem emulsificante, inibidor de corrosão, parte alcalina e controle de bactéria na medida, a mistura quebra no tanque, enferruja a peça e expõe a pele do operador a produtos sem controle. O guia do fluido de corte explica as alternativas, na seção "O que substitui o fluido de corte?".

Glossário

• Emulsão: gotas de óleo espalhadas na água, cada uma com uma capa que a impede de se juntar às outras; no óleo solúvel, a mistura fica branca.

• Emulsão quebrada: mistura em que as gotas se fundiram e o óleo subiu em camada; não volta com agitação.

• Concentração: quanto concentrado vai na mistura, em porcentagem; 5% são 5 litros em cada 100 litros de mistura.

• Água dura: água com muito cálcio e magnésio, que reage com boa parte dos emulsificantes e forma borra.

• Refratômetro: aparelho de bolso que mede o desvio da luz numa gota da mistura; a leitura em °Brix vezes o fator do produto dá a concentração.

• pH: medida de quanto a mistura é ácida ou alcalina; 7 é neutro e acima de 7 é alcalino.

• Reserva alcalina: capacidade da parte alcalina da fórmula de segurar o pH alto mesmo quando entra ácido.

Fale com a Equipe Técnica

A Equipe Técnica Kelpen Oil olha os metais, as operações e a mais exigente delas, o tanque, a água disponível e as substâncias que o seu cliente proíbe, e indica o fluido adequado para o seu caso. Se a emulsão já está na máquina, a Equipe Técnica ajuda a ler as anotações do tanque; a análise do concentrado no laboratório de Arujá (SP) é serviço pago.

Antes de trocar de fluido, anote por uma semana a concentração de cada dia e o pH de pelo menos dois dias, com o cheiro e o aspecto do tanque: a maior parte dos problemas aparece nessas anotações. Salve este artigo ou envie para quem prepara o fluido da usinagem na sua empresa.