Análise de lubrificantes

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Análise de lubrificantes

  1. 1. CONTROLO DE CONDIÇÃO POR ANÁLISE DE LUBRIFICANTESA manutenção de maquinaria nas mais diversificadas indústrias engloba umainfindável variedade de avarias de componentes lubrificados. Frequentemente pareceque o lubrificante ou o mecanismo de lubrificação contribuíram para essas avarias.Contudo, uma análise mais detalhada de cada caso revela que raramente o defeitoprovém do lubrificante, se as boas regras da lubrificação foram observadas.Assim, o papel do lubrificante na avaria de um componente de uma máquina só podeser determinado através de uma análise objectiva.As causas de avaria mais frequentemente detectadas são deficiências de concepçãoou utilização, defeitos de materiais ou de fabrico, e condições desfavoráveis defuncionamento ou manutenção.A última categoria engloba as avarias relacionadas com o uso de um lubrificante dequalidade inadequada as quais são induzidas pelo próprio utilizador do equipamento.Portanto, as avarias imputáveis ao uso de um lubrificante deteriorado apenas podemser controladas e adiadas, e nunca totalmente eliminadas.A deterioração de um lubrificante assume as mais variadas formas, como sejam, apresença de sujidade ou água, filtros sujos, acidez do lubrificante, débito insuficientede lubrificante, ou mesmo um grau de viscosidade inadequado.Estas deteriorações provocam avarias dos componentes mecânicos lubrificados, eresultam como é óbvio do não cumprimento das boas regras da lubrificação, atrásreferidas.No entanto, mesmo quando o circuito de lubrificação de um mecanismo éirrepreensível quanto à sua concepção e manutenção, podem ser observadas avarias.Estas resultam mais uma vez da deterioração do lubrificante, devido à emissão departículas de desgaste pelos sólidos em contacto no interior do mecanismo, ou devidoà alteração das propriedades fisico-químicas do lubrificante durante o funcionamento.Os vários aspectos atrás referidos mostram o quão importante pode ser a análiseperiódica de um lubrificante em serviço, de modo a avaliar o seu grau de deterioração,e assim poder inferir da probabilidade de avaria de um dado componente lubrificado.A análise de lubrificantes em serviço é portanto uma das técnicas de diagnósticoutilizável em Manutenção Condicionada.
  2. 2. 5.2 Contaminação e Degradação em Serviço de um Lubrificante IndustrialEm determinadas condições, dependentes de vários factores, um lubrificante podedeteriorar-se no sentido em que deixa de poder cumprir a função que lhe estavadestinada.Durante o funcionamento de um mecanismo, o seu fluido lubrificante pode tornar-sedemasiado sujo ou viscoso, tornar-se corrosivo ou formar depósitos prejudiciais aosistema. Pode ainda ser contaminado com partículas abrasivas ou corrosivas para omecanismo, e a acção dos seus aditivos pode desaparecer com o tempo.A deterioração de um lubrificante é usualmente função do tempo de serviço, datemperatura do sistema, das condições ambientais e das solicitações a que estásubmetido.A deterioração resulta de acções físicas e químicas, geradas internamente pelolubrificante ou devidas a fenómenos externos.Contaminação do LubrificanteA deterioração física, frequentemente designada por contaminação, é materializadapela presença de materiais externos ao lubrificante, como por exemplo, água, areiasde fundição, partículas de escória de soldadura, aparas metálicas, poeiras abrasivas epartículas de desgaste.Os contaminantes externos penetram no circuito de lubrificação devido,nomeadamente, à deterioração ou ineficácia dos sistemas de vedação, atesto a nívelcom um lubrificante inadequado, etc.. Entre os contaminantes internos encontramos aspartículas de desgaste, as partículas de ferrugem e elastómeros provenientes dossistemas de vedação.Degradação do LubrificanteA deterioração química de um lubrificante é frequentemente designada pordegradação. Entre os processos de degradação a oxidação do lubrificante é semdúvida o mais comum, sendo provocada pela elevada temperatura de funcionamento(ou ambiental), ou pelo oxigénio contido no ar.Quando o lubrificante se oxida, os seus constituintes mais instáveis combinam-se como oxigénio, formando ácidos, resinas, vernizes e depósitos carbonosos. Por outro ladoa oxidação produz um aumento da viscosidade do lubrificante, o que por si só podeafectar a "performance" do mecanismo, podendo também obstruir orifícios e os filtrosprovocando uma diminuição do débito.Outras degradações do lubrificante podem resultar de temperaturas de funcionamentoexcessivas. A degradação térmica provoca a chamada decomposição do lubrificante.
  3. 3. Expectativa de Vida de um LubrificanteA vida de um lubrificante, em termos de expectativa de vida, é limitada por trêsfactores primordiais: a oxidação, a decomposição térmica e a contaminação.Estes factores influenciam de modo igual a vida característica de um lubrificante. Noentanto uma análise detalhada da deterioração de um lubrificante mostra que umadiminuição linear das propriedades de um óleo lubrificante provoca uma diminuiçãoexponencial da sua vida remanescente.Filtragem e LimpezaA contaminação pode ser reduzida, e eventualmente evitada, recorrendo a sistemasde filtragem do lubrificante, e eliminando regularmente as partículas decantadas nofundo dos reservatórios.No circuito de lubrificação de uma máquina em funcionamento normal, a quantidadede partículas geradas pelos fenómenos de desgaste tende a equilibrar as partículaseliminadas do circuito por decantação e filtragem.Este equilíbrio pode ser afectado por várias circunstâncias como o período derodagem de um mecanismo novo, durante o qual se produzem quantidadessignificativas de partículas, ou a passagem de um processo de desgaste normal a umprocesso de desgaste severo ou catastrófico.O principal objectivo de uma operação de vigilância de uma máquina é detectar o maiscedo possível a aparição de fenómenos de contaminação anormais, em particular noque diz respeito ao desgaste.5.3 Amostragem do LubrificanteA análise de lubrificantes é realizada em alguns ramos da indústria de um modoregular e continuado. Qualquer análise de um lubrificante em serviço envolve quatrooperações básicas.(1) Obtenção de uma amostra,(2) Realização de análises fisico-químicas,(3) Interpretação dos resultados - Diagnóstico,(4) Validação do diagnóstico.Todos os procedimentos envolvidos numa determinada análise devem estar correcta ecompletamente documentados, de modo a evitar qualquer tipo de ambiguidade ouconfusão. A responsabilidade por cada uma das operações deve ser claramentedelegada a um determinado agente.
  4. 4. Frequência da AmostragemA frequência com que determinado lubrificante deve ser examinado depende de váriosfactores operacionais, tais como:(1) Importância do equipamento,(2) Tempo total de serviço,(3) Escala de afectação à produção,(4) Razões de segurança,(5) Tempo até à avaria após detecção,(6) Tratar-se de um equipamento novo com características de manutenção ainda desconhecidas.Esta frequência é ainda fortemente influenciada pela variação das tendências exibidaspelos resultados de análises anteriores.Na figura 46 são apresentados alguns exemplos típicos de frequências deamostragem. Estas frequências têm no entanto de ser ajustadas aos factores atrásenumerados. Equipamento Horas Reactores de avião 50 Sistemas hidráulicos de aviões 50 Motores secundários de aviões 50 Motores a diesel 200 Transmissões 200 Sistemas hidráulicos 200 Turbinas a gás pesadas 250 - 500 Turbinas a vapor 250 - 500 Grandes motores alternativos 250 - 500Figura 46 - Exemplos de intervalos de amostragemObtenção de uma AmostraEstão estabelecidas regras e procedimentos para se obterem amostras delubrificantes em serviço, que sejam genuínas e representativas.O método que permite obter a amostra mais representativa consiste na recolha deuma amostra, a partir da tubagem de circulação do lubrificante, num ponto situadoimediatamente após uma zona considerada vulnerável e antes do filtro, através deuma válvula de drenagem.Outro processo consiste na recolha da amostra directamente do tanque usando umabomba de vácuo. Neste caso a recolha deve ser realizada aproximadamente a meiaprofundidade, evitando a superfície do lubrificante e o fundo do tanque, contrariandoassim o problema da decantação do lubrificante e da acumulação no fundo.
  5. 5. É normalmente muito útil poder dispor de uma amostra de óleo virgem, pois que osresultados da sua análise são uma base de referência para acompanhar a variaçãodas suas características no tempo.Refira-se, finalmente, que é imprescindível realizar uma mudança de lubrificante apóso período de rodagem. Nesta fase produzem-se níveis de contaminação elevados, queiriam dificultar o acompanhamento da evolução da contaminação do lubrificante,podendo impedir a detecção de sinais percursores de uma eventual avaria.Precauções na AmostragemA recolha de uma amostra genuína e representativa de lubrificante, implica aobservação de determinadas precauções:(1) Utilizar recipientes limpos e secos.(2) Ter extremo cuidado durante a recolha do lubrificante de modo a impedir a contaminação externa.(3) As recolhas de amostras devem ser realizadas com o equipamento em serviço, com o lubrificante à temperatura de funcionamento.(4) A amostra deve ser convenientemente identificada e incluir todas as informações consideradas pertinentes e úteis.5.4 Métodos de AnáliseO grau de deterioração física e química do lubrificante, isto é, o grau de contaminaçãoe degradação, pode ser avaliado através de um conjunto de ensaios normalizados eespecializados.A degradação de um lubrificante pode ser avaliada através da medida de algumas dassuas propriedades e comparação com os valores correspondentes ao lubrificantevirgem. A contaminação de um lubrificante pode ser medida através da realização devários testes.Em ambos os casos o objectivo é obter informações qualitativas e quantitativas sobreo lubrificante em si mesmo e sobre os mecanismos que ele lubrifica. Tais informaçõespermitem resolver problemas de avarias, estabelecer intervalos adequados demudança de lubrificante, e sobretudo apoiar as decisões do sistema de manutençãocondicionada.Existem "kits" que permitem realizar testes de campo e medir nomeadamente aviscosidade, o teor em água, a quantidade de partículas e o grau de oxidação, eassim avaliar a deterioração do lubrificante.5.4.1 Análises laboratoriais
  6. 6. Estas análises permitem medir várias propriedades dos lubrificantes e avaliar a suadegradação. As análises em seguida apresentadas são algumas das mais divulgadas.1. ViscosidadeÉ a mais importante propriedade individual de um lubrificante. As variações deviscosidade são muito úteis para o acompanhamento de um lubrificante em serviço.Uma diminuição de viscosidade está normalmente relacionada com a adição de umproduto de menor viscosidade. Tal facto pode ser devido a contaminação por umsolvente ou, no caso dos motores, por diluição com combustível.Um aumento de viscosidade está frequentemente relacionado com a adição deprodutos de maior viscosidade, mas pode ser devido a contaminação ou pela oxidaçãodo lubrificante. Um aumento de viscosidade entre 10 a 20% é considerado demasiadosevero na maioria das aplicações.2. Índice de viscosidadeUm aumento do índice de viscosidade indica, normalmente, a contaminação por outroproduto. Uma redução do índice de viscosidade também pode ocorrer, e estárelacionada com a destruição da estrutura molecular dos aditivos poliméricos, usadosem determinados produtos, resultante da acção das tensões de corte no interior dosfilmes lubrificantes.3. CôrO escurecimento do lubrificante entre duas análises consecutivas é, normalmente, umsinal evidente de oxidação do lubrificante.4. ÁguaA presença de água no lubrificante favorece a corrosão e oxidação. Num lubrificantecom um teor de água superior a 0.1% esta deve ser removida por centrifugação,filtragem ou tratamento no vácuo.5. AcidezO TAN (do inglês "Total Acid Number"), é a medida mais corrente da acidez de umlubrificante. O TAN é a medida do grau deterioração por oxidação de um lubrificante.A interpretação deste parâmetro requer algum cuidado já que em determinadascircunstâncias, podem ser medidos valores invulgarmente elevados.Para a maioria dos lubrificantes o TAN apresenta um valor inicial baixo, que vaiaumentando gradualmente durante a vida em serviço do lubrificante.6. Outras propriedadesExistem outros parâmetros que podem ser avaliados, mas cujo interesse em termosde análise de lubrificantes em serviço é mais reduzido. Podem-se citar a gravidadeespecífica, a temperatura "Flash", o teor em insolúveis, a tensão interfacial (IFT), adesmulsibilidade, a esfumagem, e o teste de ferrugem, e o teor em cinzas.5.4.2 Análise de Contaminantes
  7. 7. As técnicas de análise de contaminantes mais usadas na análise de condição delubrificantes, são a espectrometria, a ferrografia e as buchas ou bujões magnéticos.Existem ainda outros métodos, designadamente a filtragem por membrana e acontagem de partículas, ou ainda a espectrometria por infravermelhos, a cromatografiagasosa e líquida, a difracção e a flurescência por raios X.

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