Artigo Técnico
CONTROLE DE CONTAMINAÇÃO
PARA FLUIDOS LUBRIFICANTES
Alexandre Drausio Vieira (UNIA)
[email protected]
Flavio Luis Dalavia (UNIA)
[email protected]
Wagner Olimpio (UNIA)
[email protected]
Tarciso Roberto G. Solis (UNIA)
[email protected]
Fernando Luis Santos (UNIA)
[email protected]
Kátia Aparecida Abade (UNIA)
[email protected]
Desenvolveu-se uma metodologia simples e prática, apresentando de forma clara e
abrangente a importância do controle de contaminação para fluidos lubrificantes e
hidráulicos, não levando em conta o nível de conhecimento do assunto. Portanto, foi
apresentada a importância do assunto, pois grandes partes das falhas de sistemas
apresentadas são resultantes diretas de contaminantes. Esta contaminação, que ocorre na
forma de sujeira, partículas de desgaste de metal, tinta, enfim, qualquer corpo estranho
dentro de um fluido, acelera o desgaste dos componentes, roubando a eficiência do
equipamento. Os estudos aqui apresentados comprovam que 75 a 85% das falhas
ocorridas em sistemas hidráulicos são diretamente ligadas à contaminação, e como as
folgas são mínimas nos sistemas hidráulicos modernos, mesmo as partículas invisíveis a
olho nu podem acarretar o início do desgaste de um componente, e aumentar a perda de
eficiência de todo o sistema. O objetivo do controle da contaminação é aumentar a vida
útil dos componentes e a produtividade das máquinas, diminuindo os custos para o cliente,
em média uma redução de 95%, aumentando a sua
satisfação, ao mesmo tempo, que este controle evitará a ocorrência de defeitos, acidentes,
interrupções e reparos dispendiosos.
Palavras-chaves: controle de contaminação, fluidos lubrificantes, manutenção proativa.
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1. Introdução – justificativas
Os contaminantes são influências não desejadas que podem destruir a integridade dos
fluidos dos sistemas hidráulicos. A menos que estes contaminantes forem controlados, o
controle dos contaminantes nos fluidos lubrificantes tem como finalidade que o
equipamento alcance sua vida útil de serviço prevista.
Um dos objetivos desse trabalho é servir como uma referência e um guia aos
coordenadores, aos técnicos, e aos operadores praticando que devem projetar, manter, e
operar os fluidos hidráulicos e de lubrificantes.
Esse trabalho enriquece a teoria da manutenção (preditiva/preventiva), tendo como foco
explorar todas as causas e efeitos provocados pelos contaminadores e a real necessidade de
seu controle.
O custo crescente de manutenção é um problema sério para os negócios. Segundo estudos,
“manutenção é a maior despesa independente controlável numa fábrica: em muitas
empresas freqüentemente excede o lucro líquido anual”.
A manutenção preventiva, quando bem implantada, mostrou gerar economias acima de
25% e, além disso, seus benefícios alcançam rapidamente o ponto de retomo dos
investimentos. De acordo com estudo, um de cada três dólares gasto em manutenção
preventiva é desperdiçado.
Relatos mostram que “60% das bombas hidráulicas enviadas para reparo não têm nada de
errado com elas”. Essas ineficiências são os resultados da manutenção executada de acordo
com uma programação (trabalho de suposição) em oposição às verdadeiras condições e
necessidades da máquina.
Mais recentemente, a manutenção preditiva (também conhecida como monitoramento da
condição operacional) tem liderado o caminho para economias adicionais em relação à
manutenção preventiva. O uso de tempo real ou instrumentos portáteis, tais como monitores
de vibração, termografia, ferrografia etc. têm sido eficazes no reconhecimento de sintomas
de falha iminente da máquina. O maior benefício é a disponibilidade de um alerta anterior,
de umas poucas horas a poucos dias, que reduzem o número de falhas “catastróficas”.
Geralmente, a manutenção preditiva é implantada juntamente com a manutenção preventiva
e objetiva tanto os sinais de alerta de falha iminente como o reconhecimento de falhas
pequenas que iniciam a reação em cadeia que leva às falhas grandes (isto é, controle de
danos).
A contaminação de fluidos lubrificantes tornou-se mais preocupante nos últimos anos com
o surgimento de uma nova geração de equipamentos, onde os componentes
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internos têm folgas cada vez menores para gerar elevadas pressões de trabalho e maior
força aos equipamentos.
2. Gerenciamento e análise
O controle de contaminação, como alicerce da manutenção preventiva e proativa, é
implantado em 3 passos simples:
a) Estabelecer os níveis-alvo de limpeza do fluido para cada máquina e sistema.
b) Selecionar e instalar equipamento de filtragem (ou melhorar a classificação atual do
filtro) e técnicas de eliminação de contaminante para atingir os objetivos de níveis
de limpeza.
c)
Monitorar a limpeza do fluido em intervalos regulares para assegurar que os
objetivos sejam atingidos. Ajustar as técnicas de filtragem e eliminação de
contaminante, conforme requerido, para estabilizar os objetivos de limpeza.
Fundamentos do Gerenciamento da Contaminação – Os processos de verificação de
contaminação do sistema hidráulicos por elementos sólidos podem ser realizados da
seguinte maneira:
- Contagem de partículas e Contagem óptica (Hidac, 2006);
- Teste de Membrana (Parker, 2006).
Caracterização de Partículas – Para a determinação da severidade, modo e tipos de desgaste
em máquinas por meio da identificação da morfologia, acabamento superficial, coloração,
natureza e tamanho das partículas encontradas em amostras de óleos ou graxas lubrificantes
de qualquer viscosidade, consistência e opacidade são utilizados vários métodos tais como:
- Ferrografia (Hidac, 2006);
- Ferrografia quantitativa e Ferrografia analítica (Revista Química, 2006);
- Espectrofotometria;
- Espectrometria de absorção atômica e Espectrometria de infravermelho (AGA, 2006).
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Em decorrência das menores folgas, os equipamentos hidráulicos se tornaram mais
sensíveis aos contaminantes sólidos em suspensão nos fluidos e o controle dessa
contaminação passou a ser indispensável para assegurar o funcionamento e a longa vida de
válvulas, bombas e motores.
Há portanto a necessidade de se determinar, com clareza e precisão, qual o nível de limpeza
que o fluido deve ter, para garantir o perfeito funcionamento dos sistemas hidráulicos.
Há muitos anos, organizações como ISO, NAS, entre outras, têm estabelecido critérios para
determinar o nível de contaminação dos fluidos. Atualmente as normas internacionais mais
aceitas são a ISO 4406 e a NAS 1638 (HDA, 2006).
Contaminação por água – A contaminação por água em um fluído apresenta-se em 3
fases (Hidac, 2006):
- Água Dissolvida: Quando a presença de água é inferior ao ponto de saturação do fluído,
em geral abaixo de 1000 ppm, a fase de contaminação não apresenta alteração na coloração
do fluído; não há indicação visual.
- Água Emulsificada: Presença de água próximo à tangência do ponto de saturação; início
de aparecimento de micro bolhas de água e mudança no aspecto visual do fluído,
apresentando aparência leitosa (branqueamento) do fluído.
- Água Livre: Presença de água acima do ponto de saturação do fluído; apresenta separação
de fases; é visualmente identificada através de presença de água; índice de contaminação
muito além do aceitável para sistemas hidráulicos, causando em curto período avarias
permanentes no fluído e em componentes internos ao sistema.
Contaminação por óleo – efeitos:
- Alteração da constituição do óleo;
- Corrosão;
- Diminuição da viscosidade dinâmica.
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1. Potencial de mercado
Monitoramento das condições de fluidos hidráulicos e lubrificantes é importante, já que
esses óleos servem para a transmissão de potência, lubrificação, dissipação de calor e
proteção contra corrosão.
Para que os sistemas hidráulicos e de lubrificação operem de modo confiável é imperativo
que o fluido de trabalho esteja em perfeitas condições. Hoje é um fato bem conhecido que
70 a 80% das falhas dos sistemas hidráulicos são causadas por uma contaminação muito
alta do fluido de trabalho. Na prática, existe um reaparecimento de um fator principal o
qual afeta o fluido: contaminação devido a partículas sólidas. Elas são responsáveis pelo
desgaste e pela quebra dos componentes, mas também são responsáveis pela falha do
sistema.
Se este estado de contaminação for sistematicamente controlado, pode ser atingido um
aumento substancial na confiabilidade, vida útil e economia de uma instalação, tomando-se
providências específicas no cuidado com o óleo. A chave para uma
manutenção preventiva e proativa e para um procedimento de qualidade assegurada, será,
portanto, detectar a real contaminação por elementos sólidos on-line no sistema.
Quer em máquinas ferramentas ou em escavadeiras, na energia eólica ou em empilhadeiras,
construtores de máquinas e de instalações mudam de meros fabricantes de produtos para
serem fornecedores de disponibilidades, fixadas em contrato, custos operacionais e de
peças definidos. Quer seja na base de Leasing ou também através de contratos de
assistência técnica plena, para o fabricante de máquinas, a vantagem sobre o concorrente e
comprometimento perante seus clientes são as crescentes conseqüências, não só através de
vantajosos preços de venda primários. A consideração e a redução de custos do “ciclo de
vida útil”, ou seja, os custos que incidem sobre o completo ciclo de vida de uma máquina
ou de uma instalação, deslocam-se para a posição central nas considerações dos
construtores e seu desenvolvimento.
O dimensionamento de componentes e sistemas deve considerar as alterações anteriormente
citadas. Metas como maior disponibilidade das instalações, intervalos de manutenção
planejadas e conservação orientada no estado exige por outro lado um sistema de sensores
de monitoramento econômicos e robustos que monitora e registra o estado das máquinas
on-line. Um papel decisivo em tais sistemas de monitoramento de condições é atribuído ao
monitoramento de fluidos hidráulicos e lubrificantes. Estes óleos servem, sobretudo para a
transmissão de potência, lubrificação, dissipação de calor e proteção contra corrosão.
Atrito, desgaste, fugas internas e temperaturas excessivas deixam nos fluidos resíduos em
formas de partículas sólidas e água. Além disso, os próprios fluidos também estão sujeitos a
processos de envelhecimento que igualmente resultam em corrosão e falhas. O estado do
óleo é de certo modo a impressão digital do estado de uma instalação como um todo.
Portanto, a determinação
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econômica e robusta de contaminação por partículas, teor de água e estado do óleo,
atualmente possível, demonstra ser um processo eficiente para o monitoramento em
instalações hidráulicas e técnicas de lubrificação.
Com isto, danos em estado inicial, por exemplo, em mancais deslizantes e de rolamento, ou
em componentes hidráulicos podem ser detectados, e trabalhos de manutenção em função
do estado executados a tempo.
Contaminação por partículas é a causa principal de avarias em sistemas hidráulicos e de
lubrificação Desta maneira, a medição on-line de classes de pureza e a contagem de
partículas são atribuídos a um papel decisivo no reconhecimento de desgastes e diagnóstico
precoce de danos.
Uma vantagem decisiva, por exemplo, em relação a uma retirada de amostra, é a captação
contínua da contaminação. Observa-se não só uma tomada momentânea casual, porém
justamente um desenvolvimento por um período mais prolongado do estado do óleo.
Também no monitoramento de transmissões, o emprego de sensores de partículas é útil.
Micropittings e manchas cinzentas podem ser descobertas precocemente, freqüentemente
meses antes de uma parada de produção. Assim, investigações para a análise de danos em
mancais mostram muitas vezes um aumento do número de partículas, por exemplo através
de análise de oscilação, ainda antes que um dano possa ser diagnosticado.Nos sistemas de
medição, a determinação do número de partículas e o tamanho efetuam-se mediante
detectores óticos. Neste caso, conforme a necessidade, a montagem pode ser efetuada na
linha de pressão ou também na linha de retorno. Intensidade e duração do sombreamento da
luz, causado por uma partícula que a atravessa, em conjunto com o conhecimento da
velocidade do fluxo, permitem a determinação da classe de pureza.
A vantagem destes aparelhos de medição é sua grande faixa de medição, a precisão de
medição, a capacidade de autodiagnóstico e a reprodutibilidade para padrões de calibração
reconhecidos (ISO 11943 para medições on-line). Além disso, deve-se destacar sua
insensibilidade com relação ao turvamento do fluido causado por contaminação; este
turvamento é compensado mediante reajustes da intensidade de luz no compensador de
contaminação.
Em concordância com a ISO 4406 (1999), a avaliação do estado é efetuada através da
determinação do número de partículas em três diferentes classes de tamanho (> 4 μm(c), >
6 μm(c), > 14 μm(c)). Conforme a ISO 4406 (1999), neste caso um aumento ou uma
diminuição do valor numérico em 1, corresponde na duplicação respectivamente na divisão
pela metade do número de partículas.
Há aproximadamente 10 anos surgiram no mercado, pela primeira vez, contadores de
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partículas robustos e portáteis, concebidos para o emprego na assistência conforme o
princípio descrito acima. A FCU (Fluid Control Unit), unidade de controle de fluido,
equipada com impressora e aparelho indicador em seu modelo FCU 2000 aprimorado,
continua sendo um aparelho necessário na assistência técnica, prestando auxílio na medição
in loco. Estes aparelhos são conectados aos sistemas hidráulicos (até 450 bar), através de
ligações Minimess, e documentam o estado do óleo através de LED„s, impressora e
interfaces para processador PC. Com o sensor de contaminação CS 2000, foi apresentado
há 4 anos um aparelho para instalação estacionária em bancadas de teste, instalações de
enchimento ou de grande porte. Instalado fixo, com diversas saídas analógicas,
comutadoras e para processador PC, desgastes em sistemas podem ser observados de forma
contínua.
Estudos de casos
O que é importante para os sistemas hidráulicos e de lubrificação não é apenas reduzir o
nível de contaminação para o patamar exigido e sim manter constantemente o nível de
contaminação de acordo com o exigido.
O nível de contaminação depende do controle e do gerenciamento, uma vez que
conseguimos abaixar o nível de contaminação do equipamento hidráulico é de extrema
importância que dimensionemos um sistema de filtragem para manter o nível no patamar
que exigido pela máquina.
Todo sistema hidráulico sem exceção gera contaminantes sólido, isso é uma geração em
cadeia e exponencial, partículas gerando partículas descontroladamente.
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Em uma siderurgia um Laminador de Tiras a Frio foi realizada uma análise e constatou-se
que o nível de contaminação encontrado estava no patamar NAS 9. Realizou-se então uma
melhoria utilizando filtros absolutos e controlando nível de contaminação do óleo
adequando para as exigências da máquina. Com o controle e monitoramento da
contaminação conseguisse reduzir o nível para NAS 6, conforme podemos observar na
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TESTEMUNHO DO CLIENTE: “Trocávamos servo-válvulas a cada 2/3 meses... ao
atingir NAS 9 trocávamos todo o óleo. Reduzimos muito o consumo de servo-válvulas
(apenas uma este ano)... principalmente devido à melhoria da filtração o Push-up opera
dentro dos parâmetros de controle ... não trocamos mais o óleo” .
Na mesma Siderurgia, em um Laminador de Tiras a Quente o nível de contaminação antes
encontrado estava no patamar NAS 8, conforme podemos observar na Figura 2. Com o
controle e monitoramento da contaminação, conseguiu-se reduzir o nível para NAS 5. Aqui
se realizou uma melhoria utilizando filtros absolutos e controlando nível de contaminação
do óleo adequando para as exigências da máquina.
TESTEMUNHO DO CLIENTE: “Eliminação total de agarramento em válvulas
proporcionais... diminuição de manutenção nas bombas de pistões e no consumo de óleo...
redução da quantidade de paradas influenciando a produtividade da laminação”
Um laminador a quente em condição de operação o nível de contaminação antes encontrado
estava no patamar NAS 7, conforme podemos observar na Figura 3. Com o controle e
monitoramento da contaminação conseguiu-se reduzir o nível para NAS 3. Aqui foi
realizada uma melhoria utilizando filtros absolutos e controlando nível de contaminação do
óleo adequando para as exigências da máquina.
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TESTEMUNHO DO CLIENTE: “Deixamos de trocar o óleo ... antes vida máxima da
servoválvula 1 ano ... 8 válvulas ... US$ 60.000/ano ... desequilíbrio na eletrônica e
agarramento das servos devido alta contaminação do óleo ... reflexo na produção e na
qualidade. Há quase 2 anos que não mais trocamos nem o óleo e nem servo-válvulas”
Resultados da implementação do controle de contaminantes em fluidos
Antes da adequação do filtro havia um nível de contaminação elevado conforme
constatamos nos casos anteriores. Após a adequação dos filtros o nível de contaminação foi
reduzido e conseqüentemente a redução dos custos de manutenção conforme podemos
observar no gráfico da Figura 4.
Todas as análises são fatores fundamentais para a determinação do tempo de vida útil dos
equipamentos.
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Conclusões
O controle da contaminação dos fluidos é apresentado como meio importante para curar as
causas da falha raiz e aumentar a vida útil da máquina. O controle da contaminação dos
fluidos é estabelecido como técnica essencial para a economia substancial em sistemas
hidráulicos, mancais, motores e turbinas a gás são confirmados com base em estudos de
caso envolvendo aplicações. São dados numerosos exemplos de melhorias de dez vezes nos
custos de manutenção.
Com a implantação do sistema de monitoramento de fluidos, diminui-se consideravelmente
as falhas e avarias, sabendo através deste que a determinação contínua da quantidade de
partículas, do teor de água e estado do óleo, demonstra ser, portanto, um processo eficiente
para um monitoramento das condições. Assim, perigos previsíveis para os componentes
hidráulicos podem ser detectados a tempo, podendo-se executar trabalhos de manutenção
em função do estado do fluido hidráulico.
Finalmente, parece inevitável que as máquinas futuras incluam sensores de contaminante a
bordo, para manutenção proativa e controle de condição em tempo real. Softwares de
sistemas inteligentes combinados com sensores e transdutores (por exemplo, pressão,
temperatura, vibração, viscosidade, detritos do desgaste e umidade) localizados
estrategicamente, oferecerão monitoramento compreensivo da saúde da máquina para as
mais sofisticadas aplicações futuras.
Agradecimentos
Este trabalho não poderia ser terminado sem a ajuda de diversas pessoas às quais
expressamos nossos agradecimentos: aos nossos respectivos pais, esposas e namoradas pelo
incentivo, a nossa orientadora Kátia Ap. Abade e aos professores e colegas de classe, que
ajudaram de forma direta e indireta na confecção deste trabalho.
Referências
AGA.www.hiq.aga.com.br/International/Web/LG/Br/likelgspgbr.nsf/DocByAlias/analinfra.
HDA - ACESSÓRIOS E EQUIPAMENTOS LTDA. www.hda.com.br.
HIDAC TECNOLOGIA. www.hydac.com.br.
REVISTA QUÍMICA. www.quimica.com.br/revista/qd382/oleos.
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