Contaminação do Lubrificante

É um fato que cerca de 80% das falhas em máquinas estão relacionadas à lubrificação. Destas, mais de um terço resulta de lubrificantes contaminados. Esses dados destacam a necessidade de garantir que todos os sistemas de lubrificação permaneçam puros e livres de contaminantes.

Este artigo esclarece equívocos sobre o tema, aponta as principais causas e recomenda métodos adequados de prevenção. Além disso, destaca metodologias modernas de análise laboratorial, que identificam diretamente os contaminantes presentes, e enfatiza a necessidade de técnicas de amostragem precisas. Por fim, são apresentados estudos de caso de falhas mecânicas devido à contaminação em sistemas de lubrificação, juntamente com os caminhos tomados para evitá-las.

Equívocos sobre Lubrificantes

É frequentemente ignorado que a maioria dos lubrificantes líquidos que chegam a uma empresa já estão contaminados. Isso não se deve ao fabricante do lubrificante, mas principalmente porque o tambor ou recipiente não atende aos códigos ISO de limpeza interna. Em alguns casos, o nível de limpeza e a presença de partículas excedem esse padrão de cinco a dez vezes. Um método simples para garantir que esse lubrificante não cause problemas é utilizar um carrinho de filtração com filtros beta adequados, selecionados conforme a aplicação mais crítica.

O segundo equívoco é acreditar que a graxa lubrificante também é pura, mas, novamente, isso é uma falácia. Existem alguns métodos de purificação, sendo o mais simples a filtração.

Causas de Contaminação na Lubrificação

Sistemas de lubrificação industrial podem enfrentar diversos contaminantes que degradam seu desempenho e confiabilidade. Alguns contaminantes comuns incluem:

Contaminantes Externos:

• Poeira, sujeira e partículas aéreas de fontes externas.
• Umidade e consequentes ferrugem, corrosão, fuligem, micro-organismos e outras contaminações resultantes de contaminação por água.
• Contaminantes do processo.

Contaminantes Gerados:

• Detritos de desgaste.
• Produtos de degradação de aditivos.

Esses contaminantes podem levar a problemas como aumento de fricção, desgaste de componentes das máquinas, redução da eficiência dos lubrificantes, corrosão acelerada e, em geral, diminuição da confiabilidade e vida útil dos equipamentos. Portanto, práticas eficazes de filtração, monitoramento regular e manutenção são essenciais para mitigar esses riscos em sistemas de lubrificação industrial.

Como o Óleo e a Graxa Lubrificantes Se Contaminam?

O óleo e a graxa lubrificantes podem se contaminar por meio de vários mecanismos e fontes. A contaminação pode ocorrer durante a fabricação, armazenamento, transporte ou uso em máquinas e equipamentos. Aqui estão algumas maneiras comuns de os lubrificantes se contaminarem:

• Ingresso externo: Poeira, sujeira, areia e outras partículas podem entrar nos sistemas de lubrificação por meio de respiros, vedações ou aberturas em equipamentos durante a operação ou atividades de manutenção.
• Ingresso de água: A água pode entrar nos sistemas de lubrificação por condensação, vazamentos ou processos de lavagem. A contaminação por água pode acelerar a oxidação, reduzir a eficácia do lubrificante e levar à corrosão. (Sempre certifique-se de que o item possua um “respiro” adequadamente selecionado que impeça a entrada de ar úmido quando o sistema resfria e ocorre a inalação.)
• Contaminantes químicos: Contaminantes químicos como combustível, fluido de arrefecimento, solventes e agentes de limpeza podem se misturar com lubrificantes durante procedimentos de manutenção ou devido a falhas no equipamento.
• Detritos de desgaste: Partículas geradas pelo desgaste de componentes como engrenagens, rolamentos e vedações podem contaminar os lubrificantes. Dependendo dos materiais e condições de operação, essas partículas podem variar em tamanho e composição.
• Degradação de aditivos: Com o tempo, os aditivos do lubrificante podem se degradar devido à oxidação, degradação térmica ou reações químicas, alterando as propriedades do lubrificante e potencialmente causando maior desgaste.
• Crescimento microbiano: Em ambientes com contaminação por água e condições adequadas, micro-organismos podem crescer nos lubrificantes, levando à contaminação microbiológica que afeta o desempenho e a estabilidade do lubrificante.
• Manuseio inadequado: Práticas inadequadas de manuseio durante o armazenamento, transferência ou reposição de lubrificantes podem introduzir contaminantes de recipientes sujos, filtração inadequada ou vedação insuficiente.
• Contaminação cruzada: Lubrificantes podem se misturar inadvertidamente com óleos ou graxas incompatíveis durante reabastecimento ou atividades de manutenção, comprometendo seu desempenho e potencialmente danificando o equipamento.
• Fatores ambientais: Fatores ambientais como extremos de temperatura, umidade e exposição a poluentes aéreos podem contribuir para a degradação e contaminação do lubrificante ao longo do tempo.
• Condições operacionais: Condições operacionais severas, como altas temperaturas, cargas pesadas ou intervalos de serviço prolongados, podem acelerar a degradação do lubrificante e aumentar a suscetibilidade à contaminação.

Quais são os Indicadores de Contaminação em Lubrificantes?

A contaminação do óleo lubrificante (e, às vezes, da graxa) pode levar a vários indicadores que podem ser observados por meio de inspeção visual, monitoramento de desempenho e testes analíticos. Esses indicadores podem ser diretos, como a inspeção visual ou testes de partículas, ou podem ser consequência da presença de contaminantes no óleo ao longo do tempo, como a oxidação ou o desgaste mecânico. Alguns dos principais indicadores são:

• Mudança de cor e clareza: O óleo lubrificante limpo é tipicamente translúcido e claro. A contaminação pode fazer com que o óleo se torne turvo, escuro ou mude de cor. Por exemplo, a contaminação por refrigerante pode causar uma aparência leitosa, enquanto a oxidação pode escurecer o óleo.
• Odor incomum: Lubrificantes contaminados podem emitir odores anormais que indicam a presença de produtos químicos, combustível, refrigerante ou produtos de degradação. Esses odores podem variar de doce (contaminação por refrigerante) a acre ou queimado (oxidação).
• Mudança na viscosidade: Contaminantes como fuligem, lama ou verniz podem alterar a viscosidade do óleo lubrificante. O aumento da viscosidade pode indicar contaminação por sólidos, enquanto a diluição pode ocorrer devido à contaminação por combustível ou degradação térmica.
• Espumação: Contaminantes como água ou ar podem causar uma espuma excessiva no óleo lubrificante. A espuma reduz a capacidade do óleo de lubrificar eficazmente e pode levar à entrada de ar no sistema.
• Partículas abrasivas: A presença de partículas visíveis ou sedimentos no óleo pode indicar contaminação por detritos de desgaste, sujeira ou outros contaminantes sólidos. Isso pode ser melhor observado em um plugue magnético, como em uma tigela de sedimentos e água (BS&W). Essas partículas podem causar desgaste abrasivo e danos aos componentes.
• Níveis elevados de metais de desgaste: Testes analíticos, como a análise elemental (Espectroscopia de Emissão Óptica por Plasma Acoplado Indutivamente (ICP-OES) ou Espectrometria de Massas por Plasma Acoplado Indutivamente (ICP-MS)), podem detectar níveis elevados de metais de desgaste (ferro, cobre, alumínio, etc.) no óleo lubrificante. Esses metais indicam desgaste de componentes e possível contaminação por partículas abrasivas.
• Aumento do Número de Acidez (AN): Um aumento no número de acidez do óleo lubrificante indica um aumento nas concentrações de ácido, muitas vezes resultante da degradação dos antioxidantes, oxidação do óleo base e contaminação por substâncias ácidas. Isso pode acelerar a degradação e corrosão das superfícies metálicas.
• Diminuição da eficácia dos aditivos: Contaminantes podem reagir com ou esgotar os aditivos presentes no óleo lubrificante, reduzindo sua eficácia. Isso pode diminuir a eficiência de agentes antidesgaste, detergentes, dispersantes e antioxidantes.
• Aumento da oxidação: A contaminação pode acelerar a oxidação do óleo lubrificante, levando ao aumento da viscosidade, formação de depósitos de lama ou verniz, e degradação das propriedades do óleo.
• Problemas de desempenho do equipamento: Lubrificantes contaminados podem reduzir a eficiência do equipamento, aumentar o atrito e o desgaste, causar superaquecimento, ruídos anormais e deterioração geral do desempenho.
• Contagem de partículas: A contagem de partículas envolve a medição do número e distribuição de tamanho das partículas no lubrificante. Isso geralmente é feito usando contadores de partículas a laser, capazes de detectar partículas de até poucos micrômetros. A contagem de partículas também pode ser feita usando técnicas de bloqueio de poros.
• Densidade ferrosa e ferroanálise: Esta técnica utiliza um campo magnético para separar e analisar detritos de desgaste do lubrificante. A análise da forma, tamanho e composição das partículas ajuda a identificar a origem do desgaste (como engrenagens e rolamentos).
• Análise espectrométrica: Isso inclui técnicas como espectroscopia infravermelha (IR), análise elemental e cromatografia (por exemplo, cromatografia gasosa-espectrometria de massa (GC-MS)), que podem ajudar a identificar e quantificar contaminantes, como combustível, refrigerante ou produtos de oxidação, bem como metais de detritos de desgaste.
• Análise de teor de água: A água é um contaminante comum em sistemas de lubrificação. Técnicas como titulação Karl Fischer ou analisadores de umidade infravermelhos podem medir o teor de água no lubrificante.
• Diminuição do Número de Base (BN): Esta medida avalia a alcalinidade do lubrificante, contribuída por detergentes sobrebases em óleos de motor. Uma diminuição no BN pode indicar contaminação por blow-by.
• Teste de mancha: Técnicas como teste de mancha ou análise gravimétrica podem avaliar o nível de limpeza do lubrificante, medindo a quantidade de contaminantes sólidos presentes em uma membrana filtrante.

Essas técnicas são frequentemente combinadas para fornecer uma análise abrangente dos contaminantes presentes em sistemas de lubrificação. Isso permite que as equipes de manutenção avaliem a condição das máquinas e tomem as ações corretivas adequadas para prevenir falhas no equipamento.

Histórias de Casos de Prevenção de Contaminantes

Estudo de Caso #1

Durante um programa de palestras apresentado para uma refinaria de petróleo de destaque sobre redutores, foi levantada a questão de falhas repetidas em uma série de unidades ultragrandes e ultrapesadas, medindo mais de 3 metros de altura e essenciais para a continuidade das operações. No estado em que estavam instalados, esses redutores não possuíam nenhum método de purificação de óleo, e a recomendação foi projetar e instalar unidades de filtragem em bypass que não apenas purificavam o óleo, mas também o resfriavam. Essa solução potencial resultou em um aumento do Tempo Médio Entre Falhas (MTBF) que superou o intervalo de parada (turnaround), tendo um grande impacto nas metas de produção. Um diagrama simplificado, mas holístico, é mostrado abaixo. Esta configuração pode variar dependendo da complexidade da aplicação.

Estudo de Caso #2

Em uma usina de açúcar onde todas as unidades da linha de frente eram acionadas hidraulicamente, estavam sendo incorridos custos excepcionalmente altos, pois todo o equipamento era fornecido e mantido por um fornecedor comercial. A gerência solicitou a criação de um departamento de hidráulica, o que resultou em uma oficina especializada na fábrica, com pessoal treinado para instalar e manter todos esses equipamentos. Diversas mudanças foram feitas para atingir a meta de zero tempo de inatividade. A marca de óleo foi alterada para a recomendada para cargas extremamente pesadas. As bombas de engrenagens foram substituídas por bombas de pistão fabricadas na Suécia, instaladas abaixo de reservatórios de óleo em aço inoxidável (sucção inundada). Os anéis de pistão nessas bombas mostraram desgaste mínimo após cinco anos de operação. Houve uma melhoria significativa na redução do desgaste em comparação com as bombas de engrenagens originais (quase zero atrito).

Uma máquina de crimpagem de mangueiras foi doada, e a fábrica mudou de conexões rosqueadas para conexões crimpadas, reduzindo significativamente os vazamentos. Todas as mangueiras foram fabricadas internamente, um registro de mangueiras foi criado, e as horas de trabalho/flexão foram monitoradas como um método de substituição planejada. Unidades paralelas de filtragem de óleo de retorno com mídia de 4 mícron foram instaladas, com troca automática ativada por controle de pressão diferencial. Os resultados gerais dos testes de pureza do óleo foram impressionantes, e economias substanciais de custos foram alcançadas.

Por Dr. Charles Palmer.
Traduzido pela equipe de conteúdos da Noria Brasil.
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ML 07/2024: "Lubricant Contamination - The Prime Cause of Mechanical Machinery Failure"