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Água no óleo, receita para o desastre!

 27 de dezembro

Embora saibamos que há sempre água no ar, desde que a concentração seja baixa, não vemos evidência visível da água na forma de condensação (orvalho), nevoeiro ou chuva. Mas, assim que os níveis de água na atmosfera aumentam ou a temperatura diminui, a água começa a sair visivelmente da solução. É por isso que, em uma manhã de primavera fria, muitas vezes começamos o dia com garoa ou neblina, especialmente em regiões costeiras, onde os níveis de água tendem a ser mais elevados.

Em relação ao óleo, não é diferente. Pequenas quantidades de umidade são facilmente atraídas para o óleo, situação que denominamos de “higroscópica”. Higroscópico simplesmente significa que o material – neste caso, o óleo – tem afinidade com a umidade. O grau a que um óleo absorverá a umidade dependerá de um número de fatores, que incluem o tipo e a idade do óleo base, a composição aditiva e o nível de contaminação.

Tipicamente falando, quanto mais polar o óleo base, mais água pode ser mantida em suspensão. Por essa razão, os óleos base polares, tais como ésteres de fosfato ou polialquilenoglicóis, são significativamente mais higroscópicos e, portanto, mantêm mais água na fase dissolvida do que os óleos derivados de petróleo. De igual modo, os óleos minerais altamente refinados e os sintéticos terão menos água na fase dissolvida do que os óleos minerais dos Grupos I ou II menos refinados, graças à ausência de ciclo aromático, naftenos e outras impurezas que tendem a absorver a umidade mais prontamente. Os fluidos envelhecidos também tendem a manter mais água em solução em razão do subproduto da degradação do óleo de base, que tende a ser mais polar do que as próprias moléculas de óleo de base.

Além dos óleos base, o aditivo também tem efeito dramático sobre a afinidade entre um óleo e a água. Em óleos pouco aditivados, tais como os de turbina e outros do tipo R & O, há baixa concentração de aditivos e, assim, um resultado mínimo na capacidade do óleo para absorver a umidade. No entanto, outros fluidos, tais como fluidos hidráulicos e óleos de engrenagens, contêm aditivos polares que tendem a aumentar a quantidade de umidade que um óleo manterá na fase dissolvida. Óleos altamente aditivados, como aqueles destinados a motores, têm afinidade ainda maior com a umidade, uma vez que contêm normalmente aditivos em qualquer parte de 15%-30% em volume, muitos dos quais são polares.

Óleos de motor, em particular, são propensos à absorção de água, já quea maioria desses óleos contém aditivos detergentes. Os aditivos detergentes são concebidos para ter extremidades polares e não polares, o que faz com que eles sirvam como uma “ponte”, ligando a água (polar) e o óleo (não polar) ao que é vulgarmente designado por “emulsão”. Uma emulsão é a mistura de óleo-água turva que, às vezes, se parece com a mistura de leite com chocolate. As emulsões podem ser descritas como estáveis ou instáveis. Uma emulsão estável refere-se a uma mistura óleo-água, fortemente ligada com pouca ou nenhuma tendência a separar-se, ao passo que uma emulsão instável tenderá a separar-se novamente em fases de óleo e água, particularmente a temperaturas elevadas.

De modo geral, os óleos pouco aditivados não formam emulsões, e se o fizerem, tendem a ser instáveis. Os óleos altamente aditivados, por outro lado, são muito mais propensos a formar uma emulsão estável. A capacidade que o óleo tem de separar da água é chamada de demulsibilidade.

Com exceção dos óleos usados para isolar os equipamentos elétricos, a água dissolvida em um óleo é de pouca preocupação à qualidade lubrificante ou ao desempenho do lubrificante. Mas, quando a água sai de uma solução e forma uma emulsão ou água livre no fundo do cárter, a confiabilidade do equipamento pode ser seriamente comprometida. Nos contatos dos rolamentos, a presença de água na fase emulsionada pode resultar em redução de até 75% na vida útil dos rolamentos (Figura 2), enquanto em contatos hidrodinâmicos,reduzindo o teor de água de 1.000 ppm para 250 ppm, pode aumentar a vida útil dos rolamentos em até 50%.

A água no óleo afeta as máquinas de várias maneiras. O primeiro é puramente mecânico. Simplificando, a água não lubrifica como o óleo. Em situações em que o lubrificante é submetido a uma mudança brusca de pressão, pode ocorrer vaporização instantânea, seguida de rápida condensação da água. Sob tais circunstâncias, o vapor de condensação rápida pode formar um microjet de vapor, que implode na superfície da máquina.

Um exemplo comum disso ocorre em uma bomba hidráulica, na qual o fluido hidráulico onde a água circula passa rapidamente a partir do ponto de baixa pressão no lado da sucção da bomba, até uma pressão muito alta no lado de descarga. Quando isso ocorre, pode haver danos mecânicos à bomba – efeito denominado “cavitação vaporosa”. Um efeito semelhante pode ser visto quando o óleo sob pressão baixa entra em contato hidrodinâmico com um rolamento. Novamente, uma mudança brusca de pressão pode resultar em vaporização instantânea da água e danos subsequentes nas superfícies de apoio.

Contudo, a água tem outros efeitos catastróficos sobre um sistema de lubrificação. Por exemplo, à medida que o lubrificante se degrada, são formadossubprodutos solúveis em óleo. Embora esses sejam normalmente em solução no óleo, na presença de água livre ou emulsionada, tais subprodutos podem ser extraídos do óleo, fazendo com que se forme um material resinoso e pegajoso no sistema, bem como ácidos. Mesmo que nem sempre seja o caso, muitas vezes, a formação de borras e vernizes pode ser diretamente atribuída à presença de umidade no óleo.

Em alguns tipos de fluido, tais como sintéticos à base de éster, a água pode reagir quimicamente com o óleo base sob certas condições, processo conhecido como “hidrólise”. Se não for controlada, a hidrólise pode resultar na formação de borras, ácidos e depósito em todo o sistema. Os sistemas de Controle Eletro-Hidráulico (EHC) em turbinas a vapor,que historicamente utilizaram fluidos resistentes ao fogo de ésteres de fosfato, são particularmente suscetíveis à hidrólise.

Mesmo em líquidos à base de petróleo, a água tem um efeito sobre o óleo base. Ainda que não reaja com hidrocarbonetos, a própria água ajuda a promover e a catalisar a oxidação do óleo base, particularmente na presença de certos metais catalíticos como cobre, ferro e estanho. Na verdade, menos de 0,1% de água no óleo pode aumentar a taxa de oxidação de um óleo em até dez vezes sob certas condições.

Finalmente, há os efeitos químicos diretos nas superfícies da máquina, principalmente a ferrugem, que causa a perda do perfil da superfície, a fragilização da superfície e a formação de depósitos à medida que as partículas de ferrugem se descascam das superfícies e caem no sistema de óleo lubrificante. Isso não só destrói o acabamento superficial, mas propicia que as partículas de ferrugem então circulem por todo o sistema, causando falhas induzidas por partículas, como a abrasão.

Enquanto todas as máquinas estão sob risco, de especial preocupação são aquelas que operam em ambientes de alta umidade e/ou têm variação de temperatura. A razão para isso é bastante simples: a solubilidade da água no óleo é dependente da temperatura – quanto mais quente a temperatura, mais água pode ser dissolvida no óleo. Uma vez que se aproxime do ponto de ebulição da água (100°C à pressão atmosférica), a água começará a evaporar a partir do óleo. Mas, considerando que a maioria das nossas máquinas não opera em alta temperatura, a água prontamente se dissolverá no óleo, se estiver presente no processo ou no ambiente.

Os ambientes úmidos são particularmente problemáticos porque o ar e o óleo em contato tentam manter a mesma umidade relativa. Esta é baseada na Lei de Henry, que afirma: “A uma temperatura constante, a quantidade de um dado gás (vapor de água) dissolvido em um determinado tipo e volume de líquido (óleo) é diretamente proporcional à pressão parcial desse gás em equilíbrio com esse líquido”. Simplificando, se o espaço ocupado pelo ar estiver saturado, o óleo também estará saturado, significando que grande parte da água presente no óleo será livre ou emulsionada.

Isso pode ser uma preocupação particular para o equipamento, no qual os turnos de produção ou o uso intermitente significam que as temperaturas do óleo variam de operação (alta) a média (baixa) frequentemente. Enquanto o óleo pode estar abaixo da saturação durante o funcionamento, à medida que a temperatura esfria, a água sai da solução e torna-se livre ou emulsionada. Como exemplo, um óleo lubrificante circulante a 60°C pode ter 500 ppm de água (0,05%) presente na fase dissolvida, mas, após o resfriamento desse óleo até 26°C, pode resultar em até 400 ppm saindo da solução.

Então, não basta admitir a contaminação porque seu processo utiliza água, ou seu equipamento opera em condições de umidade ambiental alta. Uma solução comprovada por estudos de caso é a microfiltragem, em que a captação de contaminação se torna ainda mais eficiente e possibilita uma melhora no desempenho dos equipamentos, reduzindo os riscos de manutenções corretivas no futuro.

A técnica garante ainda menor desgaste das peças e dos equipamentos, aumentando a vida útil do maquinário e promovendo sua plena produtividade.

Leia este artigo http://www.manutencaopreditiva.com/filtragem/5-motivos-para-utilizar-microfiltragem-de-oleo

Escrito por: Maurício Carvalho – Gestor e especialista na área de análise de óleo e lubrificação na Oilcheck.

Comentários:

Pedro Hernandes | 19 de junho
Olá Cristiano, ficamos felizes com o interesse, segue, é o Professor Baroni: https://www.linkedin.com/in/tarcisio-baroni-8a820910

Comentários:

Cristiano Alves | 15 de junho
Olá! Tenho muito interesse nos assuntos relativos à manutenção preditiva e, em especial, à análise de condição de óleo lubrificantes e de transmissão hidráulica. Gostaria de segui o autor deste artigo no LinkedIn - como encontrá-lo?

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