Uma História da Análise de Óleo

Nesta primeira parte da nossa série de história, iremos analisar a origem e ascensão da análise de óleo. Especificamente, estaremos olhando para o desenvolvimento e implementação da espectroscopia elemental, ferrografia e espectroscopia infravermelha.

Lubrificantes têm sido inspecionados e monitorados há tanto tempo quanto são usados. Mas até a segunda metade do século XX, a inspeção e o monitoramento se limitavam à temperatura, pressão e verificação ocasional da cor e viscosidade do óleo. Também há referências a testes de manchas em papel para lubrificantes em uso no final do século XIX.

Antes do uso generalizado da análise de óleo de rotina para monitoramento de condição, havia numerosos métodos para examinar as propriedades físicas, químicas e de desempenho de novos lubrificantes. Essas propriedades incluíam viscosidade, ponto de fulgor, ponto de fluidez, densidade, insolúveis totais e contaminação por água. Esses testes iniciais foram promovidos por empresas de petróleo como uma forma de caracterizar as propriedades básicas de diferentes lubrificantes e garantir a qualidade do seu produto. Esses testes também serviram para defender legalmente o fabricante de lubrificantes em caso de falha da máquina.

Entre 1946 e 1948, a Denver e Rio Grande Railroad começaram a usar espectroscopia elemental para testar lubrificantes em busca da presença anormal de metais desgastados, nomeadamente alumínio, cobre, ferro e chumbo. Essa prática foi implementada com o interesse de evitar acidentes e reduzir falhas mecânicas. O foco nos metais desgastados pode ser creditado por uma mudança de paradigma em relação aos testes de lubrificantes, deslocando o foco (embora não totalmente) do teste de saúde e desempenho do lubrificante para o monitoramento da saúde da máquina. Esse esforço visando a confiabilidade foi bem-sucedido, e outras empresas ferroviárias logo implementaram práticas semelhantes.

Uso Inicial da Espectroscopia Elemental

A análise elementar inicial feita pela indústria ferroviária utilizava a espectroscopia de absorção atômica. Era um método lento e tedioso de testes de bancada realizado um metal de cada vez. Devido a isso, a análise de metais desgastados permaneceu em grande parte confinada à indústria ferroviária até o final dos anos 1950, quando o Dr. Walter Baird, presidente da Baird Automatic, Inc., inventou o espectrômetro de emissão atômica semiautomático (AES). Esse dispositivo, comumente referido como o espectrômetro Baird, oferecia análise rápida e multi-elementar de fluidos, reduzindo o tempo necessário para testes de horas para minutos.

O escopo inicial de seu novo espectrômetro eram ferrovias e grandes plantas industriais. Essas eram organizações que mais se beneficiariam da análise rápida de óleo. Mas espectrômetros automatizados tornaram possível o surgimento de um mercado comercial para a nova tecnologia. Na década de 1960, Edward Forgeron, físico e gerente de vendas na Baird Atomic, Inc., viu o potencial da tecnologia. Ele imaginou um laboratório equipado com AES que pudesse receber e testar amostras de várias organizações de usuários em todo o país. A Analysts, Inc., em Oakland, Califórnia, tornou-se o primeiro laboratório a oferecer AES para análise de lubrificação em serviço nos Estados Unidos.

Desenvolvimento contínuo

No final da década de 1960, aeronaves militares dos Estados Unidos estavam apresentando falhas devido à fadiga do rolamento de elementos rolantes. A tecnologia de detecção de partículas usada pelo militar na época eram detectores de chip ferromagnético e espectroscopia elementar. Nenhum desses métodos era eficaz na detecção de pequenas partículas associadas ao início precoce do desgaste dos rolamentos, eles só podiam fornecer um alerta para condições de falha de rolamento iminente ou precipitada.

Para remediar esse problema, pelo menos em parte, o militar dos EUA contratou Vernon Westcott, fundador da Trans-Sonic Corporation, para desenvolver uma tecnologia alternativa. No início da década de 1970, Westcott introduziu o ferrograma como um novo instrumento de laboratório para detectar e analisar visualmente partículas de todos os tamanhos. Inicialmente, o ferrograma foi usado por universidades, incluindo a Oklahoma State University e a University of Swansea (País de Gales).

No início da década de 1980, foi observada uma aceitação mais ampla do ferrograma, especialmente pelo militar. Por exemplo, a ferrografia foi usada pelos britânicos para prever falhas na transmissão de helicópteros durante a Guerra das Malvinas. A ferrografia também ganhou popularidade no setor privado. Em 1982, foi realizada a primeira Conferência Internacional sobre Avanços em Ferrografia.

Westcott e seus colegas continuaram a pesquisar e desenvolver métodos melhores de usar a ferrografia, eventualmente desenvolvendo a ferrografia analítica, seguida pela ferrografia de leitura direta. Esta última foi um desenvolvimento especialmente útil, pois revelou a proporção de partículas pequenas para grandes, permitindo que o desgaste fosse quantificado com mais facilidade.

Ao mesmo tempo, ocorreram outros avanços na análise de óleo usado. Por exemplo, a espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) começou a entrar no cenário do laboratório de óleo. Este tipo de espectrômetro forneceu informações quantitativas e qualitativas sobre a química do óleo e certos contaminantes, não metais de desgaste. Ao contrário de um espectrômetro atômico que olha para os átomos, os espectrômetros FTIR são moleculares. Eles podem detectar mudanças anormais na química do óleo básico e do aditivo, incluindo oxidação, nitração e sulfatação. Água, fuligem, diluição de combustível e anticongelante também podem ser detectados.

À medida que novas tecnologias de instrumentos começaram a inundar o campo da análise de óleo (e outras aplicações em química analítica), o custo de realizar análises de qualidade começou a cair. Na década de 1990, o reconhecimento de padrões por meio do uso de software de imagem de partículas também se tornou disponível, permitindo a caracterização de detritos de desgaste habilitado por computador. Dispositivos acoplados por carga (CCDs) também encontraram uso em contadores de partículas e outros instrumentos.

Por volta do início do século XXI, os testes online e no local começaram a se tornar mais prevalentes, em grande parte devido aos avanços na tecnologia de sensores e à disponibilidade de instrumentos menores e mais portáteis. Conforme a primeira década do século XXI progrediu, também progrediu a tecnologia de análise de óleo. O final da década viu a introdução de analisadores semiportáteis e com preços acessíveis, bem como espectrômetros de IV portáteis. Ao entrarmos na terceira década do século, a atenção está sendo focada em inteligência artificial e na Internet das coisas industrial (IIoT).

Fique ligado para futuras edições para obter mais história, incluindo explorações da análise de óleo como um campo de monitoramento de condições, a evolução dos métodos de amostragem e seleção de testes, a disseminação de laboratórios de análise de óleo em toda a América do Norte e o desenvolvimento de muitas outras tecnologias, incluindo viscosimetria, contagem de partículas por titulação, cromatografia gasosa, teste de ponto de fulgor, cromatografia por mancha em papel, análise de graxas e muito mais.

Também abordaremos alguns dos primeiros pioneiros no campo da lubrificação de máquinas – na próxima parte de nossa série, abordaremos Elijah McCoy, que inventou sistemas de lubrificação para motores a vapor.