Teste de Dispersão

A fuligem é um subproduto da combustão incompleta em motores a diesel e, na minha opinião, um dos aspectos menos compreendidos na análise de óleo. A fuligem pode se acumular no óleo do motor ao longo do tempo e é uma das razões pelas quais o óleo precisa ser trocado. Quando os níveis de fuligem no óleo se tornam muito altos, isso pode causar uma série de problemas, incluindo desgaste, redução de aditivos e depósitos.

Embora os sistemas de injeção tenham melhorado significativamente nos motores modernos para maximizar a produção de calor do combustível, e as misturas com biodiesel sejam usadas para reduzir a geração de material particulado, também foram incorporados sistemas de recirculação de gases de escape que produzem mais fuligem no motor. A fuligem sempre existiu, apenas está mais presente agora.

O óleo do motor é formulado para controlar a fuligem gerada pelo motor por meio do óleo base, aditivos detergentes e dispersantes. Os motores também podem incorporar sistemas de filtragem centrífuga que podem remover a fuligem.

Quando um motor gera fuligem, o aditivo a dispersa por meio de uma estabilização esférica baseada no princípio da polaridade (atração entre compostos polares) entre a partícula de fuligem e o composto polar do aditivo. O aditivo possui uma seção solúvel em óleo e, dessa forma, permanece em suspensão no óleo. Ao cercar a partícula de fuligem com aditivos dispersantes, sua polaridade é desativada, impedindo que as partículas de fuligem se aglomerem e mantendo-as em um tamanho entre 0,02 e 0,2 µm. Com o aumento das horas de operação, o aditivo dispersante pode se esgotar se a quantidade de fuligem gerada na combustão for muito alta ou devido a intervalos prolongados entre as trocas de óleo.

Quando o aditivo dispersante se esgota, a fuligem começará a se aglomerar e crescer, formando aglomerados de 2µm ou maiores. Essas partículas de fuligem aglomeradas causarão um aumento na viscosidade do óleo, atuando como partículas sólidas abrasivas e podendo formar depósitos no motor. Estudos sobre o efeito de óleo contaminado com fuligem no desgaste do motor indicam que um excesso de fuligem pode interagir negativamente com aditivos anti-desgaste ou competir com eles nas superfícies metálicas, diminuindo sua proteção. Isso tem um impacto maior nas áreas e componentes que operam em regimes de lubrificação limítrofe e mista.

Ao avaliar o desempenho de uma frota ou buscar estender os intervalos de troca de óleo, poucos consideram a capacidade do lubrificante em dispersar cargas de fuligem, geralmente confiando na correlação entre o aumento da viscosidade e a concentração de fuligem no óleo. Essa correlação, embora correta, pode ser um sinal muito tardio quando se trata de encontrar o momento ideal de troca de óleo e a confiabilidade do motor. Um aumento na viscosidade causado pela fuligem significa que já é tarde demais para trocar o óleo. A viscosidade aumenta quando o dispersante é esgotado e agora a fuligem está aglomerada e depositada nas superfícies do motor. Uma simples troca de óleo não será capaz de remover essa fuligem, e a nova carga de óleo verá sua capacidade de proteger o motor diminuída.

Medir a concentração de fuligem é muito importante, pois permite identificar a eficiência da combustão do motor e detectar modos de falha relacionados à operação, ao sistema de injeção e à admissão de ar. Mudanças nas tendências de formação de fuligem devem ser investigadas para evitar problemas graves. No entanto, medir a concentração de fuligem no óleo não é suficiente quando se trata de aumentar a confiabilidade desses motores — também é necessário medir a dispersão da fuligem.

Para medir a eficácia do óleo na dispersão da fuligem, o método ASTM D7899-19 “Método de Teste Padrão para Medir o Mérito de Dispersibilidade de Óleos de Motor em Serviço pelo Método do Ponto de Mancha em Papel Absorvente” é o método mais preciso. Ao contrário do teste tradicional de ponto de mancha em papel, que depende da interpretação visual de um especialista e é subjetivo, esse método define um método padrão de preparação do papel absorvente para garantir consistência e usa um dispositivo de carga acoplada (CCD) para fotografar a gota e analisá-la pixel a pixel, medindo diferentes parâmetros, como a distância percorrida pela gota no papel, o tamanho do centro da gota e a relação de homogeneidade da opacidade da gota em comparação com um padrão de referência teórico de 32 mm de diâmetro.

Para qualificar a condição de dispersão do óleo, o método define sete zonas de observação que permitem identificar a quantidade e o tipo de contaminantes no óleo. Devido ao fenômeno físico de laminação, partículas do mesmo tamanho serão depositadas no papel em zonas concêntricas. Os compostos de tamanho e peso maiores estarão na zona mais próxima do centro, enquanto as partículas de tamanho médio e pequeno, juntamente com os produtos de oxidação, estarão nas zonas seguintes; na extremidade mais externa, pode-se formar um halo transparente, correspondente ao óleo base. A distribuição de partículas nas diferentes zonas determina a condição de dispersão do óleo.

Quanto mais partículas contaminantes o óleo tiver, mais escura será a gota e maior será o diâmetro da gota, melhor será a capacidade de dispersão do óleo. Quando a dispersão falha, as partículas de fuligem se aglomeram e não se misturam com o óleo base, resultando em um centro preto pequeno e pastoso e um halo externo transparente e grande.

O tipo de papel é tão importante quanto a quantidade de óleo ao preparar a gota. O método especifica que uma gota de 20 µl de óleo deve ser colocada em um forno a 80 °C por uma hora para facilitar a formação da gota, que deve ser inspecionada dentro dos próximos 60 minutos, pois a gota pode continuar crescendo.

O equipamento de teste (AD Systems DT 100 DL Dispersancy Tester) calcula o diâmetro e o Índice de Contaminação (CI) medindo a escala de cinza de cada pixel na gota e dividindo pelo número total de pixels. O software então calcula o Mérito de Dispersão (MD) medindo a homogeneidade e a distribuição da opacidade da gota e comparando-a com uma referência ideal de 32 mm.

O resultado mais importante é o valor do Mérito de Dispersão (MD), que indica a capacidade do óleo de suspender a fuligem e é expresso como um número de 0 a 100. (MD = 0; dispersão ruim: os contaminantes estão todos concentrados no centro da mancha de óleo no teste; a fuligem está aglomerada. MD = 100; dispersão excelente: a distribuição da fuligem no papel de filtro é homogênea). Além disso, pode-se considerar o Índice de Contaminação (CI), que é a concentração de fuligem insolúvel no óleo do motor a diesel e é expresso como uma porcentagem em peso, podendo variar de 0% a 4,8%. Também é possível calcular Desmeritórios Ponderados usando a seguinte fórmula: DP=(100-MD) *CI.

Nos próximos anos, veremos cada vez mais frotas buscando estender os intervalos de troca de óleo para reduzir sua pegada de carbono. O teste de dispersão será essencial para alcançar esse objetivo em relação à confiabilidade do motor.

 

[Por Gerardo Trujillo, Noria México]