Acompanhando o óleo de turbocompressor pelo teste RPVOT

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.

Estudo de caso interessante é o de turbo-compressor alimentado a Gás Natural Comprimido ( GNC ) em que, no acompanhamento por condição de serviço do óleo lubrificante,  averiguou-se o ensaio de RPVOT (Standard Test Method for Oxidation Stability of Steam Turbine Oils by  Rotating Pressure Vessel: ASTM D2272-14a)  apresentar valor inferior a 25%. O volume do óleo lubrificante no sistema de lubrificação era de 28000 litros e a vida útil em serviço, então, de 06 anos.

O  protocolo  de  acompanhamento  estabelecido  pela  norma técnica  ASTM  D4378-13 (Standard  Practice  for  In-Service  Monitoring  of  Mineral Turbine Oils for Steam, Gas, and Combined Cycle Turbines)  define como sendo de 25% do RPVOT ( Standard Test Method for Oxidation Stability of Steam Turbine Oils by  Rotating Pressure Vessel: ASTM D2272-14a )  do  óleo lubrificante novo ( Linha Base ), o Limite Crítico Inferior para o RPVOT do óleo lubrificante em uso. Quando o valor do RPVOT do óleo lubrificante em uso está se aproximando de 25% do valor obtido para o óleo lubrificante novo recomenda-se, em conjunto com os prováveis valores crescentes que devem  estar  sendo verificados para o Número Ácido ( AN ), o planejamento da substituição da carga de óleo lubrificante.

Figuras 1/2 – Turbinas movidas a GNC: substanciais volumes de óleo lubrificante.

A dúvida do staff de manutenção, considerando-se o elevado valor financeiro envolvido no processo,  era da necessidade ou não  da  substituição  da  carga  de  óleo  lubrificante  em  função  do  baixo  resultado  encontrado no ensaio do RPVOT ( Standard Test Method for Oxidation Stability of Steam Turbine Oils by  Rotating Pressure Vessel: ASTM D2272-14a ).

Com vistas a se ter mais informações para uma tomada de decisão optou-se por se coletar nova amostra do óleo lubrificante em circulação e efetuar-se os ensaios:

1. RPVOT ( Standard Test Method for Oxidation Stability of Steam Turbine Oils by Rotating Pressure Vessel ou Método de Teste Padrão para Estabilidade à Oxidação de Óleos para Turbinas a Vapor através de Vaso de Pressão Rotativo: ASTM D2272-14a ).

Figuras 3/4 – O ensaio de  RPVOT avalia a vida remanescente do óleo lubrificante em uso comparada com produto novo.

Entendendo o Teste RPVOT

O RPVOT ( Standard Test Method for Oxidation Stability of Steam Turbine Oils by  Rotating Pressure Vessel: ASTM D2272-14a ) é ensaio que avalia a vida remanescente de um óleo lubrificante em uso, quando comparado com o óleo lubrificante novo, em função da oxidação. É importante frisar que a finalidade deste ensaio não é comparar  02 óleos lubrificantes novos  e nem comparar óleos lubrificantes de diferentes composições químicas. Curiosamente, alguns óleos lubrificantes novos com elevados valores de RPVOT tem apresentado, em testes laboratoriais, vidas úteis mais curtas que a de óleos lubrificantes com valores de RPVOT mais baixos.

2. RULER Test ( Remaining Useful Life Evaluation Routine by Linear Sweep Voltammetry – LSV ou Rotina de Avaliação da Vida Útil Remanescente por Voltametria de Varredura Linear ).

Aminas aromáticas e fenólicas são antioxidantes primários que compõe a formulação de óleos lubrificantes utilizados em muitas aplicações industriais e em turbinas hidráulicas, acionadas a vapor e alimentadas por Gás Natural Comprimido ( GNC ) com aditivação isenta de zinco ( zinc-free ). Ao se medir a taxa de depleção dos compostos antioxidantes, em conjunto com algumas outras análises físico-químicas, é possível monitorar-se de forma bastante confiável a condição de serviço do óleo lubrificante em uso.

Figura 5 – Turbina alimentada a Gás Natural Comprimido ( GNC ).

O RULER Test ( Remaining Useful Life Evaluation Routine by Linear Sweep Voltammetry – LSV ) mensura o conteúdo de aminas antioxidantes aromáticas e fenólicas, analisando quantitativamente as concentrações relativas de antioxidantes nos óleos lubrificantes novo e usado com vistas a se monitorar de forma confiável a taxa de depleção do pacote de aditivação antioxidante na carga de óleo lubrificante.

Figuras 6/7 – Aparelhagem para o RULER Test.

3. MPC ( Membrane Patch Colorimetry ou Análise Colorimétrica de Membrana ).

O ensaio de MPC ( Membrane Patch Colorimetry) é realizado para avaliar a presença de materiais insolúveis em óleos lubrificantes para uso em turbinas hidráulicas, acionadas a vapor e alimentadas por Gás Natural Comprimido ( GNC )  e que, frequentemente, resultam em formação de depósitos sob a forma de verniz.

Figura 8 – Ensaio de MPC: Análise Colorimétrica de Membrana.

O processo do ensaio envolve tratar a amostra de óleo lubrificante com reagentes químicos especialmente formulados para isolar  e aglomerar subprodutos insolúveis no óleo lubrificante de forma a ficarem retidos em membrana filtrante. O espectro de cor dos materiais coletados serão, então, avaliados  e, dependendo da intensidade da coloração do material retido na membrana filtrante,  faz-se a classificação segundo escala de cor específica que avalia o potencial de formação de verniz que o óleo lubrificante apresenta ( VALOR MPC ). A membrana filtrante pode, também, ser pesada como forma de se determinar a concentração de insolúveis presentes no óleo lubrificante. Os laboratórios de análise de óleos lubrificantes utilizam esta técnica cada qual com seu método de ensaio específico e a ASTM vem trabalhando com vistas a se  normatizar este método de ensaio com base nos citados conceitos.

Os laudos de análise referentes à segunda amostra apresentaram os seguintes resultados:

Com base nos resultados das análises físico-químicas obtidas na reamostragem da carga de óleo lubrificante decidiu-se pela não substituição da carga de óleo lubrificante, evitando-se elevados gastos com indisponibilidade de maquinário e óleo lubrificante. Muitos gastos desnecessários poderão ser evitados com substituição prematura de cargas de óleo lubrificante se forem efetuados estudos mais pormenorizados da situação.

Figuras 9/10 – Máquinário indisponível custa caro.

A título de exemplo pode-se mencionar que, a despeito do protocolo de acompanhamento estabelecido pela norma ASTM  D4378-13 ( Standard  Practice  for  In-Service  Monitoring  of  Mineral Turbine Oils for Steam, Gas, and Combined Cycle Turbines ) definir como sendo de 25% do RPVOT ( Standard Test Method for Oxidation Stability of Steam Turbine Oils by  Rotating  Pressure  Vessel: ASTM D2272-14a ) do óleo lubrificante novo ( Linha Base ) o Limite Crítico Inferior para o óleo lubrificante em uso, não se recomenda tomar decisões com base, apenas, neste valor.

Figuras 11/12 – O importante é estudar a condição de serviço da carga de óleo lubrificante de forma ampla antes de decidir pela substituição.

Ou seja, quando o valor do RPVOT ( Standard Test Method for Oxidation Stability of Steam Turbine Oils by  Rotating Pressure Vessel: ASTM D2272-14a ) do óleo lubrificante em uso estiver se aproximando de 25% do valor obtido para o óleo lubrificante novo recomenda-se analisar, em conjunto com os resultados de outros ensaios físico-químicos ( ex. AN; MPC; FTIR; RULER Test ), a condição de serviço da carga de óleo lubrificante e, então, averiguar se é necessária a sua substituição. É fundamental considerar o uso do RPVOT dentro de um contexto com vistas a não se tomar decisões equivocadas e evitar-se, desta forma, gastos desnecessários e desperdício de fluido lubrificante.

Figuras 13/14 – RPVOT: método de avaliação de estabilidade à oxidação.

O RPVOT ( Standard Test Method for Oxidation Stability of Steam Turbine Oils by  Rotating Pressure Vessel: ASTM D2272-14a ) é um método de ensaio físico-químico que avalia de forma indireta a estabilidade à oxidação de óleos lubrificantes utilizados em turbinas hidráulicas, movidas a vapor e alimentadas por Gás Natural Comprimido ( GNC ) podendo haver variação de resultados entre diferentes laboratórios de análise de óleos lubrificante em uso conforme o instrumental utilizado e os procedimentos utilizados pelos técnicos laboratoriais, com precisão estimada de mais ou menos 40% e que deve ser utilizado em conjunto com outros métodos de avaliação da estabilidade à oxidação.

Figura 15 – RPVOT: ensaio físico-químico válido, mas que tem suas limitações.

Quando se trata de mecanismo de falha associado com  baixo  resultado  de RPVOT ( Standard Test Method for Oxidation Stability of Steam Turbine Oils by  Rotating Pressure Vessel: ASTM D2272-14a ), em realidade, o mais importante são os depósitos em forma de verniz que se acumulam sobre as superfícies metálicas em contato com o óleo lubrificante decorrentes de um baixo resultado do RPVOT, que o valor do RPVOT em si mesmo.

Figuras 16 – RPVOT: útil no monitoramento dos depósitos em forma de verniz.

Esta maneira de proceder é apoiada pelo padrão ASTM  D4378-13 ( Standard  Practice  for  In-Service  Monitoring  of  Mineral Turbine Oils for Steam, Gas, and Combined Cycle Turbines ) que menciona: “Na proporção em que a reserva da estabilidade oxidativa do fluido lubrificante diminui, agentes ácidos são produzidos e catalisam reações adicionais que resultam na formação de compostos químicos mais complexos. O resultado final destes processos são vernizes insolúveis, borras e lacas.”

Figuras 17/18 – Borras e vernizes: diminuição na reserva da estabilidade oxidativa.

A natureza altamente refinada das bases lubrificantes ( ex. Grupo II ) empregadas na formulação de fluidos lubrificantes para uso em turbinas hidráulicas, movidas a vapor e alimentadas por Gás Natural Comprimido ( GNC ) traz, como efeito adverso, uma reduzida capacidade de dissolver vernizes e borras, sendo esta a principal razão para se monitorar a reserva da estabilidade à oxidação. Deve-se, em função do exposto, tolerar o menor nível de oxidação possível no fluido lubrificante haja vista os consideráveis riscos de formação de depósitos em forma de borras e vernizes em caixas de mancais de deslizamento, retentores, engrenagens, reservatórios e êmbolos de servo-válvulas e válvulas direcionais.

Figuras 19/20 – A oxidação deve ser mantida no menor nível possível.

Levando-se em conta as exposições, anteriormente,  efetuadas pode-se mencionar como indicador não totalmente confiável em substituições da carga de óleo lubrificante em turbinas hidráulicas, movidas a vapor e alimentadas por Gás Natural Comprimido ( GNC )  o valor de 25% do RPVOT ( Standard Test Method for Oxidation Stability of Steam Turbine Oils by  Rotating  Pressure  Vessel: ASTM D2272-14a ) do óleo lubrificante novo ( Linha Base ) ou Limite Crítico Inferior para a condição de serviço do óleo lubrificante em uso. O RPVOT é teste de grande utilidade na prevenção à questão primordial, a formação de depósitos em forma de borras e vernizes que são os reais causadores da indisponibilidade do maquinário.

Figuras 21/22 – O RPVOT é bastante útil no monitoramento de depósitos.

O Limite Crítico Inferior no valor de 25% obtido no ensaio de RPVOT ( Standard Test Method for Oxidation Stability of Steam Turbine Oils by  Rotating  Pressure  Vessel: ASTM D2272-14a ) do óleo lubrificante novo ( Linha Base ) associado com elevado valor no ensaio físico-químico de AN ( Acid Number ou Número Ácido ) pode servir como parâmetro para se avaliar se o óleo lubrificante utilizado em turbinas hidráulicas, movidas a vapor e alimentadas por Gás  Natural  Comprimido ( GNC )  está se aproximando do  final  da  sua  vida  em  serviço.

A norma  técnica ASTM D6971-04 ( Standard Test Method for Measurement of Hindered Phenolic and Aromatic Amine Antioxidant Content in Non-zinc Turbine Oils by  Linear Sweep Voltammetry ) fornece um modo bastante confiável  em  se avaliar a vida útil remanescente de fluido lubrificante em serviço. Portanto, a avaliação dos níveis de compostos  químicos antioxidantes ( ex. aminas aromáticas e fenólicas; fenóis ), ainda, existentes no óleo lubrificante através de ensaios como o RULER Test, por exemplo, resultam ser modos mais precisos e confiáveis de se mensurar a estabilidade à oxidação de fluidos lubrificantes utilizados em turbinas hidráulicas, movidas a vapor  e  alimentadas por Gás Natural Comprimido ( GNC ).

Figura 23/24 – RULER Test: método de avaliação da estabilidade à oxidação.

Tendo em vista que os depósitos em forma de borras e vernizes são a uma importante causa de falha e indisponibilidade em turbinas hidráulicas, movidas a vapor  e  alimentadas  por Gás  Natural  Comprimido ( GNC ), o Limite Crítico Inferior no valor de 25% obtido no ensaio de RPVOT ( Standard Test Method for Oxidation Stability of Steam Turbine Oils by  Rotating  Pressure  Vessel: ASTM D2272-14a ) deve ser considerado em conjunto com elevados valores de AN ( Acid Number ) e MPC ( Membrane Patch Colorimetry ) para se melhor avaliar a estabilidade à oxidação e a vida útil remanescente do fluido lubrificante antes que se valer, apenas, dos resultados obtidos no teste do RPVOT.