J.P.C. GUTIERREZ - MANUTENÇÃO INDUSTRIAL/ANÁLISE DE ÓLEO LUBRIFICANTE
A análise de contaminação do óleo pode revelar deterioração ou quebra do óleo, contaminação do sistema com água ou detritos particulados e desgaste do maquinário lubrificado.
Água ou impurezas no óleo lubrificante podem ser claramente vistas na inspeção visual das amostras. A água pode ser vista na forma de emulsificação ou como uma camada distinta de água. O nível geral de limpeza do óleo lubrificante também pode ser determinado por um teste visual de amostras. Uma vez filtrados, os detritos devem ser examinados visualmente antes do exame microscópico. A presença de água no óleo lubrificante também pode ser detectada no papel filtro usado para análise do óleo. Isso é visto na forma de áreas circulares claras no papel de filtro. Às vezes, a água também oxida o material ferroso, e a presença de ferrugem pode indicar a entrada de água. A água afeta a viscosidade do óleo lubrificante, reduzindo consideravelmente o efeito do óleo lubrificante e aumentando as taxas de desgaste.
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| Análise preliminar: Cor do óleo |
A cor de um óleo vem da transmissão de luz através dele. Diferentes cores são formadas dependendo da concentração e tipo de grupos de absorção de luz suspensos no óleo.
Esses compostos "cromóforos" são comumente chamados de corpos coloridos. Com o óleo novo, quanto maior a viscosidade, maior a probabilidade de ocorrência natural de corpos coloridos.
Além disso, óleos básicos naftênicos e óleos com alto teor de enxofre e aromáticos são tipicamente de cor mais escura.
A degradação e contaminação de óleos usados podem ter um efeito marcante na claridade e cor resultantes. Coque e insolúveis de carbono de falha térmica (altas temperaturas localizadas) podem escurecer drasticamente um óleo.
A mistura de óleos incompatíveis pode causar escurecimento do floco aditivo e outros produtos de reação que se formam. Contaminantes como fuligem, produtos químicos de processo, detergentes e ar aprisionado podem causar alterações na cor e no brilho do óleo. As reações fotocatalíticas (UV) da exposição à luz solar (lubrificadores de garrafas, etc.) podem descolorir drasticamente o óleo.
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| J.P.C. Gutierrez - Manutenção Industrial: Redutor de velocidade em manutenção. |
A análise de detritos de desgaste é uma técnica para analisar os detritos, ou partículas, presentes no óleo lubrificante que podem indicar desgaste, especialmente desgaste mecânico. Este método fornece exame microscópico e análise de detritos/partículas encontrados em um óleo lubrificante. Essas partículas consistem em matérias metálicas e não metálicas. As partículas metálicas geralmente indicam uma condição de desgaste que separa diferentes tamanhos e formas de poeira metálica de componentes como rolamentos, engrenagens e, em geral, quaisquer componentes que possam ser molhados pelo óleo lubrificante. Partículas não metálicas podem consistir em sujeira, areia ou partícula metálica corroída. A ferrografia analítica é um dos métodos usados na análise de detritos de desgaste; está entre as ferramentas de diagnóstico mais poderosas para monitoramento de condições.
Quando implementada corretamente, a análise de detritos de desgaste fornece informações muito úteis sobre o maquinário em operação. Ainda não é de uso comum para todas as máquinas por causa de seu preço comparativamente alto e uma incompreensão geral de seu valor. A análise de detritos de desgaste também pode ajudar a melhorar a eficiência e a frequência da filtragem do óleo lubrificante para a limpeza e troca do óleo lubrificante. O desempenho do maquinário pode ser melhorado por meio da filtragem adequada do óleo. A lubrificação com óleo limpo é sempre mais eficaz.
O procedimento de análise de detritos de desgaste em sua forma abrangente é demorado e requer a habilidade de analistas e especialistas treinados. Como tal, há custos significativos para um procedimento abrangente de análise de detritos de desgaste. No entanto, a maioria dos especialistas em máquinas concorda que os benefícios superam significativamente os custos e optam por incorporar automaticamente esse método quando um desgaste anormal é encontrado.
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| Controle visual de nanolubrificantes à base de ferrita a) no momento do preparo, b) uma semana após o preparo, c) & d) duas semanas após o preparo. Da esquerda para a direita, a concentração de Fe 3 O 4 - OA NPs dos nanolubrificantes são 0,010, 0,015, 0,020 e 0,025 % em peso |
Uma amostra de óleo contém partículas que foram produzidas em vários momentos. Isso dificulta a análise dos detritos de desgaste. As causas principais das falhas de desgaste em maquinários podem incluir uma combinação de cargas mecânicas, como tensões ou deformações, o ambiente do processo e a química do óleo da superfície. O ambiente do processo de desgaste pode incluir contaminação por calor, poeira e água. A química do óleo de superfície para superfícies molhadas de óleo pode ser benigna ou sob ataque químico, dependendo da condição do óleo, presença de contaminação corrosiva do óleo e outros detalhes do processo.
Métodos de análise de partículas
Os principais aspectos da análise de detritos de desgaste são números quantitativos e fatos qualitativos. Em relação aos aspectos qualitativos dos detritos, a cor, a forma e a textura são importantes. Como primeiro passo, a morfologia das partículas de desgaste deve ser examinada visualmente por um especialista treinado. Depois disso, a digitalização do computador e o reconhecimento da imagem devem ser aplicados. Os avanços nos computadores e no reconhecimento de imagens possibilitam a avaliação automática da morfologia das partículas. Pode ser caracterizado por um conjunto de características numéricas e, em seguida, métodos de classificação apropriados podem ser usados para identificação de partículas de desgaste.
Cor e características das partículas
A cor das partículas e detritos é uma característica importante na análise de detritos de desgaste. Se a forma e a textura permitem diferenciar as partículas de desgaste de acordo com sua pré-história de formação, a cor pode ajudar a definir a composição dos detritos ou outros dados úteis. A composição das partículas de desgaste é determinada pelos materiais das superfícies desgastadas, contaminantes e produtos de reações químicas. Em contatos metálicos lubrificados, aço, cobre, chumbo, estanho, cromo e prata geralmente podem ser gerados como partículas de desgaste. Os óxidos ferrosos encontrados nos óleos lubrificantes geralmente podem ser divididos em dois grupos: óxidos vermelhos ou óxidos pretos. O exame da cor permite definir a fonte de geração de partículas e a gravidade.
Partículas não ferrosas brancas, geralmente alumínio ou cromo, aparecem como partículas brancas brilhantes. Eles são depositados aleatoriamente na superfície do slide com partículas maiores sendo coletadas contra as cadeias de partículas ferrosas. As cadeias de partículas ferrosas podem atuar como um filtro, coletando contaminantes, partículas de cobre e partículas de Babbitt. As partículas de cobre geralmente aparecem como partículas amarelas brilhantes, mas a superfície pode mudar para azinhavre após o tratamento térmico. As partículas de Babbitt geralmente consistem em estanho e chumbo; As partículas de Babbitt aparecem cinza, às vezes com manchas antes do tratamento térmico. Após o tratamento térmico do slide, essas partículas ainda aparecem principalmente cinza, mas com manchas de azul e vermelho na superfície manchada do objeto. Além disso, após o tratamento térmico, essas partículas tendem a diminuir de tamanho. Essas partículas não ferrosas geralmente aparecem aleatoriamente na lâmina, muitas vezes não em cadeias com partículas ferrosas. Os contaminantes geralmente são sujeira (sílica) e outras partículas que não mudam de aparência após o tratamento térmico. Eles podem aparecer como cristais brancos e são facilmente identificados pela fonte de luz transmitida - ou seja, podem ser um tanto transparentes.
Fibras, normalmente de filtros ou contaminação externa, são fios longos que permitem que a luz transmitida brilhe. Às vezes, essas partículas podem atuar como um filtro, coletando outras partículas.
Quantidades aumentadas de ferro são comuns, uma vez que muitas peças de máquinas são compostas de ferro (diferentes graus de aço), enquanto um aumento no teor de metais menos comuns, como a prata, pode indicar com precisão qual componente está sendo desgastado de forma anormal. O exame visual e microscópico da amostra é uma fonte de informação tão importante quanto o teste regular das amostras de detritos. Antes de filtrar a amostra, o exame visual da amostra pode fornecer informações úteis. O tamanho e a forma do material de desgaste geralmente diferenciam os mecanismos de desgaste.
Tamanho e forma de partícula
O dimensionamento é um dos aspectos importantes do estudo dos detritos de desgaste. Três parâmetros - tamanho médio de partícula, tamanho máximo de partícula e distribuição de tamanho de partícula - são importantes. Como uma indicação aproximada, o estado de dano do maquinário pode ser proporcional ao tamanho das partículas. Isso é definitivamente verdade para alguns itens de máquinas, como redutores. Como indicação, a seguinte classificação de tamanho é apresentada para análise de detritos de desgaste:
- fino: menos de 5 mícrons
- pequeno: menos de 20 mícrons
- médio: 20-50 mícrons
- grande: acima de 50 mícrons.
Como uma indicação muito grosseira, partículas acima de 20 mícrons podem indicar um estado de dano potencialmente perigoso para máquinas. A forma da partícula de desgaste pode dar uma indicação quanto ao mecanismo de dano pelo qual essa partícula foi removida. As plaquetas, partículas bidimensionais, são normalmente produzidas por deslizamento metal-metal. Partículas esféricas, ou 3D, são produzidas por fadiga do rolamento ou por falha no óleo lubrificante, resultando em superaquecimento local. Espirais ou similares são mais freqüentemente produzidos por uma superfície mais dura abrasiva em uma mais macia. Partículas grossas são geralmente produzidas por um mecanismo de fadiga.
Análise espectrométrica de óleo
A análise espectrométrica de óleo (SOA) revela a composição química das partículas metálicas suspensas nas amostras de óleo. Ao comparar os resultados com a composição química conhecida de várias peças do maquinário, o desgaste anormal das peças do maquinário pode ser identificado e a manutenção do maquinário pode ser iniciada, evitando assim, às vezes, reparos dispendiosos ou até mesmo falhas catastróficas.
Ele tem sido usado para muitas máquinas, particularmente turbinas a gás aeroderivadas e máquinas críticas pequenas e médias que usam rolamentos de elementos rolantes. Este método é útil para levar em consideração a perda de partículas de desgaste com o uso do óleo ou pela drenagem e reposição do óleo. Esses fatores são de particular importância por causa da alta taxa de óleo lubrificante usado em turbinas a gás aeroderivadas ou outras e os pequenos tamanhos de partícula envolvidos; este é o tamanho ao qual os espectrômetros são mais sensíveis.
Partículas de desgaste
Partículas de desgaste adesivas deslizantes são encontradas na maioria dos óleos lubrificantes. Eles geralmente são uma indicação de desgaste normal. Eles são produzidos em grande número quando uma superfície de metal se move sobre outra. As partículas são vistas como finos flocos assimétricos de metais com superfícies altamente polidas. O desgaste abrasivo de corte produz outros tipos de partículas, por exemplo, espirais, laços e roscas. A presença de algumas dessas partículas pode não ser significativa, mas, se houver várias centenas, pode ser uma indicação de sério desgaste do corte. Um aumento repentino e dramático na quantidade de partículas de corte indica que uma quebra pode ser esperada.
Monitoramento de óleo on-line
A ideia básica de alguns métodos de monitoramento da condição do óleo lubrificante para detecção de falhas é a identificação precoce do envelhecimento químico do óleo lubrificante e seus aditivos sob a influência de altas cargas dinâmicas nos componentes úmidos, como rolamentos ou engrenagens. Isso pode usar métodos online e pode oferecer benefícios extremamente importantes. O sistema de diagnóstico online mede os componentes da impedância complexa específica do óleo lubrificante. Por exemplo, moléculas de óleo quebradas, formando ácidos ou sabões de óleo, resultam em um aumento da condutividade elétrica, que se correlaciona diretamente com o grau de contaminação do óleo lubrificante. Para óleos lubrificantes com aditivos, o estágio de degradação dos aditivos também pode ser derivado de mudanças nas medições online, como a constante dielétrica. A determinação da redução na qualidade do óleo lubrificante por contaminações e a avaliação quase contínua do desgaste e envelhecimento químico podem ser combinadas pela abordagem holística de um monitoramento online em tempo real. Outro conceito é o monitoramento online de detritos de desgaste no óleo lubrificante. Os sensores on-line podem controlar com eficiência as condições de operação adequadas de muitas peças críticas de maquinário, por exemplo, rolamentos e engrenagens.
Monitoramento multimétodo
Se as taxas de partículas de detritos de desgaste forem altas, isso pode indicar que o maquinário não está em boas condições e pode exigir trabalho de manutenção. Por outro lado, a medição do total de partículas de desgaste pode ser enganosa e pode dar sinais errados sobre um problema. A medição total de detritos de desgaste é mais comum, mas geralmente não reflete o estado de operação do maquinário, mudança e integridade do maquinário.
Quando apenas um método ou um sensor é utilizado, a previsão geralmente não é confiável. A chave para a análise adequada do óleo lubrificante é usar diferentes técnicas independentes para obter resultados de monitoramento antecipados e confiáveis. Por exemplo, quando três sensores e métodos, como monitoramento on-line de viscosidade, sensor dielétrico e análise de detritos de desgaste no local, são usados simultaneamente, a qualidade do monitoramento é significativamente melhorada e uma previsão de precisão pode ser obtida.
Outras melhorias podem ser obtidas combinando diferentes métodos de análise de óleo e detritos de desgaste com outros sistemas de monitoramento de condição, como um sistema de monitoramento de vibração online. Se todos esses métodos indicarem um mau funcionamento em desenvolvimento em um componente – por exemplo, um rolamento – tal previsão pode ser confiável.
Para evitar dados descaracterizados, diferentes métodos de monitoramento devem ser usados. Eles podem ser fatorados usando diferentes pontos de dados-chave para permitir a identificação correta das mudanças ao longo do tempo. Por exemplo, diferentes métodos de análise de óleo, sensores de detritos de desgaste, detalhes de contaminantes no óleo de lubrificação e outros, como monitoramento de vibração, devem ser considerados juntos e, se todos apontarem para o mesmo problema, esse monitoramento geralmente é preciso.