Aprimoramentos da ASTM para Identificação e Documentação Microscópica de Partículas

Em 1982, Daniel Anderson publicou seu influente livro, “Atlas de Partículas de Desgaste”, que descreve, dimensiona e classifica as partículas encontradas em óleo.

As partículas de maior importância são os metais de desgaste, embora outras partículas, como fibras e materiais estranhos, também sejam identificadas.

Ainda amplamente referenciado nos dias de hoje, o “Atlas de Partículas de Desgaste” serve como referência fundamental para as várias técnicas de análise de partículas de desgaste que estão sendo desenvolvidas. Isso inclui abordagens microscópicas e digitais.

A avaliação microscópica das partículas requer que elas sejam depositadas em uma superfície estática e inspecionadas com um microscópio. Técnicas de identificação digital de partículas medem os pixels associados às partículas, que são dinamicamente mensurados enquanto fluem por um conjunto de detectores.

A Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM) está ativamente envolvida no desenvolvimento de padrões para aprimorar o valor e a utilidade de ambas as abordagens.

Microscopia para Avaliação de Partículas de Desgaste

A utilização de um microscópio para inspecionar partículas extraídas de amostras de óleo é uma técnica avançada de monitoramento de condição de óleo poderosa e universalmente adotada. A ASTM padronizou isso e constatou que a classificação e identificação das partículas não eram aplicadas uniformemente pela comunidade de usuários finais.

Como resultado, foi desenvolvida a norma ASTM D7684 para padronizar a terminologia e descrição de formas, texturas e cores das partículas. As normas ASTM D7670 (filtros de membrana) e D7690 (Ferrografia) foram criadas para dar suporte a métodos de teste que podem ser usados para separar e depositar as partículas do óleo em substratos de patch ou vidro para análise visual.

Apesar dessa técnica ser amplamente utilizada, existem vários problemas com esse método de longa data e confiável. A avaliação microscópica das partículas requer um olho treinado e experiente. O conhecimento tanto da morfologia das partículas quanto da metalurgia da máquina é necessário para executar corretamente a avaliação microscópica das partículas.

Além da subjetividade desse método, os relatórios de inspeção microscópica de partículas não são padronizados. Muitas organizações possuem processos que geram um relatório com base em uma única amostra, que aborda várias caracterizações de partículas usando uma escala de “poucas para muitas”. Essa escala descreve a densidade dos diferentes tipos de partículas encontradas. Relatórios de outras organizações expandem esse conceito, mas apresentam amostras anteriores em um formato tabular para fornecer indicações comparativas da condição da máquina.

Um Novo Conceito para Relatórios de Análise de Partículas de Desgaste

Com o intuito de abordar a padronização dos relatórios de análise de partículas de desgaste, os membros do Subcomitê ASTM D02 CS96 introduziram um conceito aprimorado que foi publicado no ASTM STP1634, Padrões e Práticas de Apoio à Indústria de Monitoramento das Condições dos Lubrificantes.

O conceito de documentar caracterizações comparativas das partículas das amostras foi ampliado para incluir um passo de identificação dos tipos de partículas presentes e caracterização de seis atributos comuns a cada tipo de partícula.

Os atributos incluem:

1. Densidade relativa ou concentração de cada tipo de partícula em comparação com outras partículas em exame.
2. Tamanho observado típico.
3. Tamanho máximo observado.
4. Textura.
5. Cor.
6. Composição.

Os resultados da classificação dos atributos de cada tipo de partícula são então incorporados a uma ferramenta de análise de tendências, que permite ao avaliador monitorar mudanças nos atributos das partículas e nos tipos de partículas presentes. Esses conceitos inovadores ainda estão em discussão dentro da ASTM.

Contagem de Partículas e o Impacto da Imagem Digital

As técnicas históricas de contagem de partículas não diferenciam entre partículas duras e macias, ou entre partículas que são microscópicas gotas de água ou bolhas de ar. Essa falta de detalhes requer que suposições estatísticas sejam feitas sobre o nível e o tipo de danos que um grupo de partículas pode causar. Ferramentas digitais que permitem medições de partículas podem identificar e dimensionar tanto gotas de água quanto bolhas de ar.

Em alguns casos, como no caso de aprisionamento de ar, emulsão de água ou espuma, a presença e concentração de gotas de água ou bolhas de ar podem se tornar de maior interesse. Em outros casos, os metais de desgaste rígidos são de preocupação primordial, pois estão relacionados à condição da máquina. Nesse caso, bolhas e gotas podem se tornar informações enganosas. Ser capaz de excluir gotas, bolhas ou metais de desgaste da população torna a análise de partículas digitais mais poderosa. O uso de um conjunto de fotos torna essas decisões possíveis.

O reconhecimento digital de partículas de óleo utiliza matrizes bidimensionais de pixels que compõem as partículas. Uma câmera é usada para essa medição e pode ser empregada de duas maneiras:

A partir de uma posição fixa sobre um grupo estático de partículas.
De um sistema dinâmico onde uma fina camada de partículas flui diante da câmera e é medida conforme passa pela matriz.
As caracterizações das partículas são feitas em nível de pixel por meio de forma e cor. As informações resultantes são organizadas aplicando uma série de regras para determinar os atributos das partículas e as formas gerais básicas. Instrumentação está disponível no mercado para medir digitalmente partículas em óleo. O padrão ASTM D7596 está em vigor para realizar isso.

O próximo passo necessário para melhorar a qualidade dos dados digitais é desenvolver uma terminologia tecnológica comum, definições e metodologia em relação a como as informações dos pixels são atribuídas aos tipos de partículas. Ao fazer isso, o usuário final pode esperar uma caracterização de partículas consistente, independentemente da tecnologia utilizada. Melhorar e padronizar o uso da imagem digital para análise de partículas de desgaste é um esforço contínuo da ASTM.

O comitê D02 da ASTM oferece à indústria de monitoramento de condições uma voz e um espaço para aprimorar a profissão e a tecnologia. O subcomitê CS96 do D02 gerencia e cria padrões de monitoramento de condições de lubrificantes em serviço. A responsabilidade principal do subcomitê é desenvolver padrões que promovam conhecimento e inovação, garantindo ao mesmo tempo que os testes apropriados sejam realizados e que os dados resultantes sejam implementados corretamente.

A ASTM, uma organização global de padrões conduzida por voluntários, desempenha um papel significativo na indústria de monitoramento de condições atual. A ASTM é conhecida por métodos de teste de laboratório que fornecem instruções usadas para obter dados consistentes e confiáveis. Além dos métodos de teste, os produtos da ASTM incluem Guias e Práticas que fornecem recomendações úteis sobre “como fazer”, incluindo critérios de aceitação de teste e níveis de ação que podem ser usados para aprimorar a eficácia das práticas comuns de manutenção e no uso de dados de teste de monitoramento de condições. A ASTM é uma fonte de pesquisa e inovação que moldou e continuará a moldar o futuro da indústria de monitoramento de condições.

Agradecimentos

Um agradecimento especial a K. Shamabanse, Palo Verde, e T. Canty, Canty Process Technology.

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Por Lisa Williams e Bryan Johnson