Formação de verniz em sistemas de lubrificação – PARTE 1

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 formação de verniz em sistemas de lubrificação é um problema muito comum no âmbito da manutenção de equipamentos industriais. Normalmente, denominam-se “vernizes” aos depósitos carbonosos castanho-avermelhados que se originam dos subprodutos da degradação do óleo lubrificante e podem causar uma série de problemas de operação, particularmente graves, em turbinas a vapor, movidas a gás natural, hidráulicas e sistemas hidráulicos.

Figuras 1/2 – Turbina movida a gás natural e turbina hidráulica

A deposição desse material, insolúvel no óleo lubrificante,  em componentes vitais dos maquinários, caso não seja monitorada com instrumental suficientemente sensível e  preciso e controlada com ações corretivas adequadas, pode causar contratempos de variados tipos e gravidade.

Figuras 3/4 – Vernizes: depósitos carbonosos castanho-avermelhados

A formação de verniz leva a falhas

Como decorrência dos depósitos em forma de verniz estão o aumento do esforço de acionamento, a progressiva redução e, até,  obstrução de orifícios de passagem do óleo lubrificante em servo–válvulas, bem como o aumento das temperaturas de operação. O efeito final  pode ser o aumento do desgaste, falhas de operação e paralisação não programada de equipamentos vitais ao processo produtivo.

Figuras 5/6 – Verniz pode causar o emperramento de servo-válvulas

O problema envolvendo a formação de verniz deve ser abordado desde o primeiro momento da entrada em operação do óleo lubrificante visto que, ao se iniciar o processo de oxidação e de envelhecimento do óleo lubrificante, a formação de depósitos carbonosos em forma de verniz são decorrência. Todavia, é fato que a formação de verniz em sistemas de lubrificação tem atraído, cada vez mais, a atenção dos profissionais  que trabalham com equipamentos de elevada criticidade tais como turbinas hidráulicas ou movidas a vapor e a gás natural.

Figuras 7/8 – A formação de verniz deve ser investigada desde o seu início

A formação de verniz em superfícies metálicas de turbinas a vapor, movidas a gás natural, hidráulicas e sistemas hidráulicos pode ser devido a uma conjunção de variados fatores tais como:

– condições de operação muito mais severas

– tolerâncias muito mais rigorosas entre os elementos móveis

– formulações empregando óleos básicos com novas características físico-químicas

– regime severo de operação por períodos muito mais prolongados

O impacto que se segue ao surgimento dos depósitos em forma de verniz depende do tipo de maquinário móvel ou industrial.  Podemos mencionar como exemplos:

– em fábricas de papel este processo pode se refletir em uma piora na qualidade do papel decorrente  da redução no controle da sensibilidade dos cilindros secadores

– em injetoras de plástico a formação de verniz em servo-válvulas do sistema hidráulico reflete na qualidade dos artigos plásticos obtidos pelo processo de injeção sob pressão

Figuras 9/10 – A formação de verniz interfere na qualidade do papel e do plástico

– os gigantescos navios utilizados no transporte de  petróleo e seus derivados, contêineres e passageiros dependem enormemente da confiabilidade das válvulas de controle direcionais em seus sistemas hidráulicos para uma navegação segura.

Figuras 11/12 – A formação de verniz pode prejudicial a navegabilidade

Prejuízos na geração de energia elétrica

Porém, em nenhuma outra situação a formação de verniz é mais prejudicial  à condição de operação como no universo da geração de energia elétrica visto serem muito frequentes os problemas que ocorrem tanto em início de operação como durante a operação plena de grande turbinas movidas a gás natural em função do acúmulo dos subprodutos da oxidação em forma de verniz nas válvulas de regulação e comandos eletro-hidráulicos ( EHC ).

Plantas de geração de energia elétrica que utilizam hidrocarbonetos fósseis como combustível são sujeitas a custosas e frequentes paradas em função de engripamentos em válvulas de regulação causados por adesão de componentes móveis devido a depósitos em forma de verniz.

Figuras 13/14 – Turbinas movidas a gás natural e comando eletro-hidráulico

Recentemente,  plantas de geração hidroelétrica, após passarem a  utilizar sistemas automatizados de governação, passaram a experimentar problemas relacionados a acúmulo de depósitos em forma de verniz. Pode-se afirmar, então, que muitos prejuízos são causados anualmente, direta ou indiretamente, em função da formação de depósitos em forma de verniz. Não é, então, por acaso que a indústria de geração de energia elétrica busca com muita ansiedade soluções para tal inconveniente.

Figura 15/16 – Os prejuízos causados pelo verniz na geração de energia são imensos

O ciclo de vida do verniz

O primeiro passo na busca de soluções para o problema deve se dar na direção de se compreender as causas primárias do fenômeno. A principal causa do envelhecimento de um óleo lubrificante se define como processo denominado “oxidação” e a cadeia de reações responsável pela formação de depósitos em forma de verniz forma parte do que é dito “ciclo de vida do verniz”.

Figura 17 – Ciclo de vida do verniz

O momento inicial do “ciclo de vida do verniz” origina-se com o processo de oxidação do óleo lubrificante. Os subprodutos da degradação oxidativa são solúveis no óleo lubrificante e o processo dá início quando a aditivação antioxidante ( ex. fenóis e aminas ) sofre depleção a ponto de não mais restringir o fenômeno.

O processo avançando sem que nenhuma ação corretiva seja tomada leva à aglomeração dos compostos oriundos da oxidação, à sua condensação e, por fim, à sua polimerização, momento no qual se presencia a criação de macro-moléculas de elevado peso molecular.

Os citados compostos agregados, geralmente de dimensões inferiores a 0,1 micron, são menos solúveis no óleo lubrificante e, dependendo da temperatura do fluido,  tendem a se precipitar e dão origem a partículas pegajosas e altamente adesivas que são denominadas genericamente de “contaminação macia”.

Figuras 18/19 – “Contaminação macia”: depósitos pegajosos e adesivos

Após isto, os mencionados contaminantes tendem a se aglomerar e aumentar em dimensão até formarem depósitos aderentes que se fixam aos servo-mecanismos e outros componentes críticos. Esses compostos aglomerados são o ponto de partida para formação de mais precipitações que darão origem a depósitos em forma de verniz. Verifica-se, neste ponto, um comportamento biunívoco em questão de solubilização, precipitação, aglomeração e  formação de depósitos em forma de verniz confirmando, com isso,  que estamos diante de fenômenos reversíveis.

Caso a temperatura do óleo lubrificante  se eleve, as grandes moléculas insolúveis, precipitadas  podem voltar a entrar em solução no fluido. Neste ciclo as fases iniciais da oxidação e polimerização são as únicas que não podem ser revertidas.