Cavaleiros Fantasmas que Assombram Seu Óleo

A definição de contaminante é qualquer “algo” estranho que entra em um lubrificante durante a formulação, embalagem, transporte, armazenamento ou serviço. Os contaminantes comprometem a integridade, desempenho e vida útil do lubrificante, além de causarem danos à máquina. Nenhum lubrificante está imune aos seus efeitos ou pode coexistir com segurança com contaminantes. Da mesma forma, não existem lubrificantes ou máquinas que possam ser realistamente definidos como livres de contaminantes.

Os riscos causados por vários tipos de contaminantes têm sido amplamente abordados. Mostramos como os danos podem progredir lentamente ou atacar de forma repentina e destrutiva. De qualquer maneira, os contaminantes são uma séria doença para o lubrificante, exigindo atenção vigilante por parte dos analistas de lubrificantes e profissionais de confiabilidade.

Contaminantes sólidos (também conhecidos como partículas) vêm em tamanhos, formas, dureza e composições variadas. Frequentemente, as partículas invisíveis à discussão sobre contaminação são os “cavaleiros fantasmas” que espreitam em seu óleo. Esses contaminantes, que passam despercebidos pela equipe de manutenção e não são medidos nem relatados pelos laboratórios de análise de óleo, precisam ser expostos e compreendidos. Sua capacidade destrutiva é imensa e, uma vez que os filtros convencionais não podem removê-los, devemos buscar outras soluções, como tecnologias de separação.

Mas primeiro, o que exatamente são os “cavaleiros fantasmas” e por que eles são tão destrutivos?

Definindo “Cavaleiros Fantasmas”

Os proprietários de ativos mecânicos lubrificados atualmente buscam minimizar os custos de manutenção e reparo. Consumíveis como lubrificantes são frequentemente alvo de redução de custos. Hoje em dia, os lubrificantes são formulados para serem cada vez mais robustos e resistentes à degradação química causada pelo calor, oxidação e condições operacionais. Essa estabilidade física e química permite reduzir a frequência de trocas de óleo e diminui o custo de consumo de lubrificantes.

Isso é positivo, mas infelizmente há um lado negativo nas trocas de óleo prolongadas ou, em alguns casos, a ausência de trocas de óleo. Quanto mais tempo um lubrificante permanece em serviço, mais tempo ele fica exposto à contaminação por partículas provenientes de várias fontes. Além disso, a maioria das partículas que invadem um lubrificante é muito pequena. Partículas pequenas entram com mais facilidade do que as grandes. Por exemplo, para cada partícula de 10 mícrons que entra no óleo, pode haver dez partículas de 3 mícrons.

Essa predominância de partículas pequenas é agravada ainda mais pela filtragem. A maioria das máquinas com óleo circulante possui filtros. No entanto, a maioria dos filtros remove partículas com base na exclusão por tamanho. Isso significa que eles não removem todas as partículas, mas apenas aquelas acima de tamanhos específicos de mícrons (com base no tamanho médio dos poros do meio filtrante). Para simplificar, podemos nos referir a isso como o limite de tamanho de partícula do filtro.

As partículas maiores que o limite de tamanho do filtro são convenientemente descartadas a cada troca do filtro. As partículas menores que o limite de tamanho do filtro permanecem no óleo e na máquina. Isso resulta em uma população crescente de partículas pequenas que não são controladas pela filtragem. Devido ao seu tamanho extremamente pequeno, elas também não tendem a se depositar (lei de Stokes), mas sim se incorporam firmemente ao óleo, mantidas pela viscosidade, circulação e movimento browniano (como corante alimentar na água).

A que tamanho de partículas estamos nos referindo? Bem, se o filtro tem um limite de 10 mícrons, então todas as partículas menores que 10 mícrons são chamadas de Cavaleiros Fantasmas (partículas invisíveis). Em peso total, a maioria dessas partículas pode ser submícron (ou seja, menos de 1 mícron de tamanho). Isso inclui matéria orgânica (contaminantes macios e insolúveis que podem levar a lodo e verniz) e partículas inorgânicas duras provenientes do pó ambiental e do desgaste. Lembre-se de que o olho humano pode ver partículas de até cerca de 45 mícrons. Portanto, podemos afirmar com confiança que os Cavaleiros Fantasmas só são visíveis com o auxílio de microscópios e métodos laboratoriais similares.

Os Perigos Ocultos das Pequenas Partículas

Não assuma que está completamente seguro apenas porque possui um bom filtro, mesmo que seja um filtro de 3 mícrons de alta eficiência de captura. Sim, os filtros são importantes e muitos oferecem desempenho excepcional ao mitigar a exposição e os riscos da contaminação por partículas. Quando partículas maiores são rapidamente filtradas do óleo, elas não conseguem danificar as superfícies da máquina e não podem ser esmagadas em partículas menores na faixa de tamanho dos nossos “cavaleiros fantasmas” (partículas pequenas). Certamente, uma boa filtragem é essencial para o controle da contaminação.

As preocupações e riscos associados às pequenas partículas variam dependendo do tipo de lubrificante e do tipo de máquina. A seguir, apresento uma breve lista dos perigos e danos causados aos lubrificantes e máquinas pela presença anormal de pequenas partículas:

Polimento e Aumento do Atrito Mecânico

Muitas máquinas estão expostas à lubrificação de limite periódica ou contínua. Isso significa que, devido à baixa velocidade e/ou alta carga unitária, o lubrificante não consegue manter um filme de óleo. Isso resulta em superfícies que se friccionam mecanicamente em zonas de deslizamento. O desgaste é controlado apenas pela ação mitigadora de aditivos de extrema pressão (EP) e anti-desgaste. No entanto, esses aditivos pouco impedem os danos abrasivos causados por pequenas partículas, levando a superfícies polidas e desgastadas em condições de limite comuns. Quanto maior a população dessas pequenas partículas, maior o dano por desgaste resultante. É claro que, onde há desgaste, há atrito excessivo, maior consumo de energia e consequências ambientais negativas, o que não é bom.

Bloqueio por Sedimentos

Pequenas partículas são comumente referidas como partículas do tamanho de sedimentos ou apenas sedimentos. Essas partículas podem obstruir caminhos estreitos de óleo, gaxetas e orifícios. Elas podem restringir o fluxo de óleo, levando à escassez de lubrificante e prejudicando o movimento mecânico (por exemplo, em uma válvula servo), causando impedimento de movimento.

Retenção de Aditivos

Uma alta densidade de pequenas partículas expõe o óleo a uma quantidade extensa de área superficial (as superfícies externas coletivas de todas as partículas). Muitos aditivos do lubrificante são polares, o que significa que são naturalmente atraídos para as superfícies tanto da máquina quanto das partículas. Exemplos incluem modificadores de fricção, dispersantes, inibidores de ferrugem, desativadores de metal, detergentes, aditivos anti-desgaste e de extrema pressão. Quando esses aditivos “pegam carona” nas partículas, perdem seu valor funcional para o óleo e a máquina. As partículas ocupam (retêm) essa função no lugar deles. A remoção dos aditivos pelas pequenas partículas é um mecanismo comum de depleção de aditivos. Quanto mais partículas, maior a depleção. Isso resulta em perda ou comprometimento da proteção contra corrosão, estabilidade à oxidação, resistência do filme lubrificante, controle de dispersão (combustão de fuligem) e controle de depósitos.

Perda de Demulsibilidade

Muitas partículas são agentes emulsificantes. Em outras palavras, elas inibem o assentamento natural da água livre fora do óleo em movimento e, em vez disso, ligam a água em uma emulsão coesa dentro do corpo do óleo. Isso permite que a água seja transportada para zonas de atrito, levando ao desgaste acelerado, e também expõe o aditivo polar do óleo a pequenas bolhas de água, contribuindo para a hidrólise e depleção. Partículas pequenas de ferrugem são particularmente propensas a formar emulsões óleo-água.

Oxidação por Catalisadores Metálicos

Partículas metálicas (especialmente ferro e cobre) promovem ou catalisam a oxidação do óleo base. Essa condição é mais pronunciada quando as partículas estão em presença de níveis anormais de calor e contaminação por água. Os resíduos de desgaste são a principal fonte de partículas metálicas no óleo. Se esses resíduos não forem rapidamente filtrados, essas partículas podem ser esmagadas em partículas menores. A cominuição de partículas expõe uma maior área superficial de metal ao óleo e seus aditivos. Eventualmente, os inibidores de oxidação são esgotados (totalmente depletados) e o óleo base atinge o ponto de ruptura, seguido por um estado descontrolado de oxidação. Não há como remediar a oxidação além de uma drenagem completa, limpeza e troca de óleo.

Permanência Elevada de Ar

Todos os lubrificantes possuem níveis significativos de ar dissolvido (invisível a olho nu). Mudanças na pressão e temperatura do óleo podem fazer com que o ar evolua de um estado dissolvido para um estado de bolhas de ar (Lei de Henry). Pequenas partículas auxiliam na transição, fornecendo locais de nucleação para bolhas de ar emergentes. Lubrificantes altamente puros têm uma maior tendência a produzir grandes bolhas de ar flutuantes (liberação rápida de ar). Por outro lado, óleos altamente contaminados, incluindo aqueles ricos em sólidos orgânicos, levam à formação de pequenas bolhas de ar, que prejudicam a flutuabilidade e resultam em uma eliminação mais lenta do ar (efeitos da Lei de Stokes). Conforme discutido anteriormente nesta revista, há várias consequências negativas para o óleo com presença de bolhas de ar.

Revelando Cavaleiros Fantasmas através da Análise de Óleo

Muitas máquinas que contêm grandes volumes de óleo circulante não possuem um intervalo programado para troca de óleo. Em vez disso, a análise de óleo é utilizada para alertar sobre o fim iminente da vida útil restante (RUL). Isso é conhecido como troca de óleo baseada em condição. Essa abordagem funciona muito bem se os testes conduzidos pelo laboratório avaliarem completamente todos os fatores que definem a saúde e a condição do óleo.

Por exemplo, se você monitorar apenas a estabilidade da oxidação, o esgotamento prematuro de inibidores de corrosão pode passar despercebido. As trocas de óleo baseadas em condições dependem da vigilância e da avaliação abrangente de todos os fatores e atributos importantes da saúde e desempenho do lubrificante. Alguns laboratórios fazem um bom trabalho nesse aspecto, enquanto outros tomam atalhos.

Muitos métodos comuns de laboratório têm importantes pontos cegos quando se trata de quantificar a concentração real de pequenas partículas no óleo. Isso é verdade para a contagem de partículas, espectroscopia elementar, densidade ferrosa, ferrografia analítica e outros. A Tabela 1 apresenta uma lista de vários testes de análise de óleo e a capacidade desses métodos de quantificar ou mesmo indicar aproximadamente a presença de partículas “cavaleiros fantasmas” no óleo.

Um teste se destaca devido à sua capacidade de relatar um único valor numérico para sólidos totais (duros e moles). Esse teste é a análise gravimétrica. Ele pode ser aprimorado usando solventes como tolueno e hexano para isolar e quantificar separadamente as partículas moles insolúveis e as partículas duras. Outros testes nesta tabela também podem ser eficazes, especialmente quando combinados com métodos de teste adicionais. Por exemplo, dados de dois ou mais dos seguintes testes podem fornecer uma compreensão prática da contaminação por partículas pequenas: ultracentrífuga, MPC, teste de mancha de papel-filtro, espectroscopia elementar e teste de submicrón.

Remoção dos Cavaleiros Fantasmas do seu óleo e máquina

Alguns tipos de filtros de profundidade têm a capacidade de remover muitas partículas, inclusive aquelas em faixas submicrônicas. Isso pode proporcionar um controle significativo, especialmente se os filtros forem utilizados ao longo da vida útil do óleo. Frequentemente, a eficácia desses filtros pode variar dependendo do tamanho e composição das partículas. Existem também separadores de partículas carregadas de diversos tipos que podem se mostrar eficazes.

Houve também desenvolvimentos interessantes nas tecnologias de separação combinadas com contratos baseados em desempenho, como a Double-Separation Technology (DST) da SKF RecondOil. Soluções holísticas como essa são uma ótima maneira de adotar uma abordagem mais proativa para lidar com a contaminação por partículas “cavaleiros fantasmas”, pois elas tratam do acúmulo de partículas em escala nanométrica.

Quando todas as outras tentativas falham, a solução mais prática pode ser simplesmente realizar a troca do óleo. Essa é uma escolha mais lógica para máquinas de pequeno porte em comparação com aquelas que armazenam milhares de galões de óleo.