Formação de verniz em sistemas de lubrificação – PARTE 2

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Marcos Thadeu Lobo

Engenheiro Mecânico Graduado Pela Universidade Estadual De Campinas ( Unicamp ) em 1985. Ingressou na Petrobras Distribuidora S/A em 1986 como profissional de Suporte Técnico em Produtos. E atualmente exerce a função de Consultor Técnico Sênior.

A inversão do processo no decorrer do “ciclo de vida do verniz” evidencia os efeitos que as mudanças nas condições de operação ou as intervenções corretivas podem ter sobre o sistema eletro-mecânico, de maneira positiva ou negativa, havendo consideráveis variações em função da condição própria do sistema.

Para exemplificar podemos citar o uso de operação de filtração eletrostática do fluido lubrificante com filtros separadores eletrostáticos visando a melhoraria do Nível Geral de Limpeza, por remover contaminantes insolúveis e, por meio de processo de ionização, efetuar a remoção dos compostos solúveis, com o intento de prevenir, inverter ou remover o verniz.

 

 

 

 

 

 

Figuras 1/2 – Modo de operação do filtro separador eletrostático

As relações entre cada uma das quatro fases reversíveis (solubilização, precipitação, aglomeração e formação de verniz) baseiam-se no  Princípio de Le Chatelier.

 

 

 

 

 

 

 

Figuras 3/4 – Princípio de Le Chatelier: equilíbrio de reações em sistema

Segundo tal lei, o equilíbrio de reações reversíveis pode ser modificado mediante intervenção sobre os reagentes em um dos extremos de própria reação. Em outras palavras, removendo-se os produtos de uma reação em equilíbrio em determinado lado tal processo dinâmico tende a mudar a nova condição de equilíbrio para esta direção. Isto significa que a remoção dos aglomerados através de operação de filtração eletrostática desloca o verniz já formado, novamente,  para a solução.

 

 

 

 

Figuras 5/6 – A filtração eletrostática muda a dinâmica da formação do verniz

Estando a  situação dos aglomerados relacionada à dos precipitados, é fato que a remoção dos aglomerados favorecerá, também, a retirada dos precipitados. Pode-se afirmar, então, que o verniz age como agente catalítico da elevação do nível de oxidação do óleo lubrificante.

vernizFiguras 7/8 – O verniz age como agente catalisador do processo de oxidação

Em função da íntima relação existente entre o verniz pré-existente e as novas ligações oxidativas, a Gestão Proativa da condição do óleo lubrificante deve ser algo a que os técnicos em manutenção devem dar detida atenção. Um monitoramento bem realizado sobre a condição do óleo lubrificante pode identificar o fenômeno da formação do verniz desde a fase inicial do processo.

Infelizmente, a abordagem tradicional no que diz respeito às análises físico-químicas de óleos lubrificante utilizadas nas práticas de Manutenção Preventiva, mesmo quando  realizada com grande nível de aprofundamento, podem não ser suficientes para se predizer com suficiente eficácia a presença no óleo lubrificante dos agentes precursores do verniz.

As técnicas de análise de espectrometria por emissões atômicas ICP-AES ( Inductively  Coupled Plasma – Atomic Emission Spectroscopy) ou RDE-AES (Rotating Disc Electrode  – Atomic Emission Spectroscopy) tem se mostrado pouco sensíveis aos contaminantes de origem carbonosa.

Figuras 9/10 – ICP e RDE: pouca sensibilidade a materiais carbonosos

A técnica de espectroscopia  por emissão ou absorção FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) somente torna possível a detecção do verniz em concentrações muito elevadas dificultando, em função disto, gestão eficaz de programa de Manutenção Proativa no que diz respeito à detecção precoce dos depósitos em forma de verniz.

A variação da viscosidade cinemática do óleo lubrificante é influenciada pela ocorrência deste fenômeno degradativo. Porém, variações significativas da viscosidade cinemática são, normalmente, sinais tardios e bastante danosos da ocorrência dos depósitos em forma de verniz.

Figuras 11/12 – FTIR e Viscosidade Cinemática: detecção tardia do verniz

A monitoração da condição do óleo lubrificante através do Número Ácido ( AN ), também, não tem se mostrado muito eficaz nesta questão porque muito dos precursores da formação do verniz são quimicamente neutros.

Figuras 13/14 – AN e Contagem de Partículas: eficiência limitada

As técnicas usuais de Contagem de Partículas ( Microscopia Óptica – ISO 4407; Contagem Ótica Automática de Partículas – ISO 11500; Contagem de Partículas por Bloqueio de Poros – BS3406 ) tem se mostrado pouco eficazes na detecção da presença dos agentes precursores do verniz no óleo lubrificante por conta da baixa sensibilidade às partículas com dimensões inferiores a 4 micron.

 

 

 

 

 

Figuras 15/16 – As técnicas de Contagem de Partículas tem se mostrado pouco eficazes na detecção dos agentes precursores do verniz.

Recentemente, foi esclarecido que na origem do fenômeno da formação de verniz ocorre um desequilíbrio entre os aditivos amínicos e fenólicos (antioxidantes adicionados aos óleos básicos para neutralizar os radicais livres nos óleos lubrificantes utilizados em turbinas hidráulicas ou movidas a vapor e gás natural) que pode desencadear o processo de formação de verniz.

O ensaio RPVOT – Rotating Pressure Vessel Oxidation Test – ASTM D 2272 realizado em óleos básicos submetidos a processos mais severos de refino como os básicos do Grupo II e Grupo III  também tem mostrado baixa eficácia em identificar de maneira pontual os sinais débeis da existência dos agentes precursores da formação de verniz.

Figuras 17/18 – RPVOT: eficiência limitada na detecção da formação do verniz

Diante deste quadro, foram desenvolvidas algumas técnicas como forma de se detectar a formação do verniz, em estágios iniciais, em sistemas de lubrificação de turbinas hidráulicas,   movidas a vapor ou a gás natural e sistemas hidráulicos. São  ensaios que utilizam inspeção visual dos compostos orgânicos, prática que pode ser utilizada a qualquer instante da vida de serviço do maquinário e que pode evitar a paralisação não programada do equipamento e os elevadíssimos custos decorrentes.

Pode-se citar algumas técnicas utilizadas na detecção dos compostos precursores da formação dos depósitos em forma verniz:

  1. VARNISH TENDENCY INDEX ( VTI ): trata-se de avaliação quantitativa da tendência à formação de verniz para uso em sistemas de lubrificação de turbinas hidráulicas,   movidas a vapor ou a gás natural e sistemas hidráulicos

Figuras 19/20 – Ensaio Varnish Tendency Index (VTI 

  1. ENSAIO DA ULTRA-CENTRIFUGADORA (UC TEST): uma pequena quantidade de óleo lubrificante colocada em um tubo de ensaio é centrifugada por 30 minutos a 18000 rpm em ultra-centrifugadora.

Figura 21 – Ensaio da Ultra-Centrifugadora (UC Test)

Por submeter-se a amostra de óleo lubrificante às forças centrífugas (G-forces) os contaminantes insolúveis presentes no óleo lubrificante degradado com dimensões muito pequenas,  tipicamente associados com o verniz e com dificuldades para serem detectados pelo ensaio usual de Contagem de Partículas ou serem removidos através de filtração mecânica,  serão extraídos.

Figuras 22/23 – Ensaio da Ultra-Centrifugadora (UC TEST)

A densidade do material aglomerado é comparada a uma escala para obter-se o chamado Valor UC (1 – 8). Quando o Valor UC exceder a 4, condição de alerta é reportada.

O mecanismo da formação de depósitos em forma de verniz pode ser acompanhado através de ensaios especificamente destinados a este propósito,  instrumentos que permitem monitoramento bastante eficaz tanto da condição do óleo lubrificante como da condição do maquinário e permitindo, desta forma, aperfeiçoar a Gestão Proativa da operação dos sistemas de lubrificação dos  grandes sistemas mecânicos  industriais. Fato é:  monitoramento de verniz não pode ser negligenciado.

Figuras 24/25 – Depósitos em forma de verniz: inimigo silencioso

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