Quando realizar substituição do óleo lubrificante em sistemas hidráulicos

  • Página 25 |
  • Jan 2020 |
  • Marcos Lobo, Petrobras

Quando a cor de fluidos utilizados em sistemas hidráulicos é alterada da coloração original, incolor ou dourada (mel), para a cor marrom-escura, o que mudou de imediato? Sofrerão os componentes móveis do sistema hidráulico deficiência de lubrificação ou ocorreu alguma contaminação grosseira do fluido hidráulico? Ou será que está ocorrendo um processo de degradação (“envelhecimento”) natural do fluido hidráulico que pode ser aceito enquanto as análises das propriedades físico-químicas ficarem situadas dentro de parâmetros aceitáveis?

Estas perguntas são comuns quando se discute sobre manutenção de sistemas hidráulicos. Muitos profissionais da área de manutenção mecânica ou operadores de maquinário podem assemelhar a vida em serviço de fluidos utilizados em sistemas hidráulicos de equipamentos móveis ou industriais com os óleos lubrificantes que são utilizados em motores de combustão interna Ciclo Otto/Ciclo Diesel 4T.

Utilizando-se desta comparação inadequada, muitos usuários ou mantenedores de sistemas hidráulicos têm a convicção dogmática que tão logo a carga de óleo lubrificante utilizada no sistema hidráulico adquira a coloração marrom-escura deve ser imediatamente substituída, a despeito de quanto tempo esteja em serviço. Não devemos nos esquecer que o fluido utilizado em sistemas hidráulicos trabalha em ambiente bastante diverso do óleo lubrificante utilizado em motores de combustão interna Ciclo Otto/Ciclo Diesel 4T. Mudanças rápidas na coloração em fluidos utilizados em sistemas hidráulicos é uma boa razão para ficarmos alertas mas, ainda assim, não é uma razão suficiente para substituirmos, por impulso, a carga de óleo lubrificante por outra nova. É necessário, em primeiro lugar, determinar através de investigação cuidadosa a causa-raiz da mudança de coloração.

CAUSAS DO ESCURECIMENTO DOS LUBRIFICANTES HIDRÁULICOS

As duas causas mais comuns do escurecimento de fluidos utilizados em sistemas hidráulicos são a oxidação e o estresse térmico. Porém, nenhuma das duas causas é motivo para se substituir, de pronto, a carga de óleo lubrificante. Para se elucidar o que de fato está ocorrendo no sistema hidráulico deve-se, em primeiro lugar, coletar amostra representativa do fluido hidráulico em uso para análise. Muitos fluidos utilizados em sistemas hidráulicos com aspecto consideravelmente escurecido podem, ainda, permanecer em serviço com segurança. Inversamente, fluidos utilizados em sistemas hidráulicos e sem alteração na cor original podem não satisfazer os parâmetros necessários para prover a adequada proteção. A mudança de coloração, pura e simplesmente, não indica se um óleo lubrificante poderá ou não continuar em serviço.

O escurecimento do fluido utilizado em sistemas hidráulicos pode dar-nos indicações de potenciais problemas que necessitam ser tratados. Talvez no sistema hidráulico haja alguns dos chamados “pontos quentes”, áreas localizadas nas quais o fluido hidráulico passa por significativo aquecimento. Porém, após a passagem pelo local aquecido, a temperatura decresce novamente ao alcançar o reservatório de óleo lubrificante onde as temperaturas são consideravelmente menores.

Um fato interessante pode servir como exemplo, onde uma válvula direcional com funcionamento defeituoso forçava o fluido hidráulico a passar através de orifício de dimensão bastante reduzida, o que ocasionava significativa queda de Pressão Diferencial. Esta falha levava à geração de grande quantidade de calor localizado em área extremamente diminuta do sistema hidráulico e ocasionava, como consequência, escurecimento do fluido hidráulico. Porém, ao se analisar amostra verificou-se que o Número Ácido (AN) e a Viscosidade Cinemática não haviam sofrido qualquer alteração, o que eliminava a possibilidade de oxidação do fluido hidráulico e sugeria que a mudança de coloração era resultado de degradação térmica.

Inspeção realizada no sistema hidráulico com câmara termográfica localizou rapidamente superaquecimento em válvula direcional. Ao se substituir a válvula direcional defeituosa verificou-se que significativa quantidade de verniz havia se formado no local onde estava sendo gerado excesso de calor. Análises físico-químicas mostraram que o fluido hidráulico estava em perfeitas condições de uso e como o sistema não apresentava qualquer mudança perceptível na condição de operação, a falha na válvula direcional poderia muito bem passar despercebida até que houvesse interrupção no funcionamento do sistema hidráulico, não fosse a mudança de coloração no fluido hidráulico (escurecimento).

Visto o fenômeno da oxidação - união química entre as moléculas de um óleo lubrificante e oxigênio - ser uma causa comum da redução da estabilidade química de fluidos utilizados em sistemas hidráulicos, o mesmo não se pode dizer da mudança de sua coloração, por a alteração de cor não ser indicação confiável do seu grau de oxidação. Os antioxidantes reagirão quimicamente com vistas a cumprir a sua função de retardar o fenômeno da oxidação e frequentemente induzirão variações de coloração de amarelo brilhante a negra.

Há um número significativo de fatores que provocam consideráveis mudanças na coloração de fluidos utilizados em sistemas hidráulicos e que não se devem ao processo oxidativo. Por exemplo, formulação, condições de operação, contaminantes etc. Embora mudanças na coloração em fluidos utilizados em sistemas hidráulicos possam gerar preocupação, pode ocorrer que o produto, a despeito do escurecimento, ainda retenha bom potencial antioxidante e uma série de reações químicas ainda terão que ocorrer antes que o processo oxidativo se torne crítico, a resistência à oxidação tenha se exaurido completamente e a troca da carga de óleo lubrificante se torne premente. Novamente, é bom que se frise: a forma mais segura para se averiguar se a oxidação está em níveis críticos é através de análise do fluido hidráulico em uso, quando teremos elevação da Viscosidade Cinemática e do Número Ácido (AN).

A presença de partículas metálicas de catálise, o calor, o oxigênio e a água contribuirão para a oxidação do fluido hidráulico. À medida que o Número Ácido (AN) se eleva, haverá maior propensão de corrosão em componentes metálicos. A elevação da Viscosidade Cinemática do fluido hidráulico passa a ocorrer à medida que começam a se formar óxidos solúveis que se dissolvem na carga fluida e levam à formação de depósitos em forma de verniz, borras e resinas que são depositados como fina película de material insolúvel em toda a extensão das superfícies metálicas internas do sistema hidráulico, sendo o processo de oxidação acelerado devido à exposição continuada aos citados elementos causadores.

A oxidação pode ser mantida sob controle através de práticas simples de manutenção. A velocidade das reações químicas, incluindo a oxidação, aproximadamente dobra a cada aumento de 10ºC da temperatura de serviço. Para a maioria dos sistemas hidráulicos que utilizam fluidos hidráulicos de base mineral, a temperatura máxima de serviço recomendável é 60ºC. Uma elevação de temperatura de serviço do fluido hidráulico para 70ºC, por exemplo, já seria suficiente para provocar uma redução significativa em sua vida útil bem como acelerar a formação de depósitos em forma de borra e verniz.

A pressão de operação do sistema hidráulico faz muita diferença, também. À medida que a pressão de operação se eleva, haverá um aumento momentâneo e brusco da Viscosidade Cinemática do fluido hidráulico na área sob pressão e, consequentemente, elevação do atrito interno e geração de calor. O aumento da pressão de serviço leva, também, a um aumento de ar (oxigênio) entranhado no fluido hidráulico e o oxigênio adicional presente acelerará as reações químicas que provocam a oxidação. Recomenda-se, se possível, que as pressões de serviço em sistemas hidráulicos sejam mantidas as mais próximas possíveis das recomendadas pelos OEMs (tão baixas quanto possível), com vistas a se manter boa eficiência, confiabilidade e disponibilidade do maquinário, assim como vida em serviço estendida do fluido hidráulico.

Os contaminantes (internos e externos) também contribuem para a elevação da taxa de oxidação. A presença de 1% de borra em fluido hidráulico poderá dobrar a taxa de oxidação se a compararmos com a taxa existente em fluido hidráulico sem nenhuma borra presente.

Certos elementos metálicos são potentes catalisadores das reações de oxidação. A presença de água e partículas de cobre, ocorrências muito comuns quando há vazamentos em permutadores de calor, potencializa bastante o fenômeno da oxidação.

Quando se verificar escurecimento do fluido utilizado no sistema hidráulico, não se deve achar, de imediato, que é necessário substituí-lo. Pode ser que a Vida Útil Remanescente (RUL) do produto ainda seja suficiente para vários anos de serviço. Nestes casos, deve-se coletar amostra representativa e enviá-la para análise. O chamado Ponto de Amostragem Primária (P) com vistas a se coletar amostra representativa de fluido hidráulico seria após a bomba hidráulica e os componentes móveis do sistema hidráulico (cilindro hidráulico, motor hidráulico, válvulas de bloqueio e direcionais etc). Ponto de coleta representativo, por exemplo, seria na tubulação de retorno do óleo lubrificante ao reservatório hidráulico e antes do filtro de óleo lubrificante. Amostra coletada em reservatório de fluido hidráulico pode ser utilizada na verificação da condição de serviço do fluido hidráulico, não sendo representativa para verificação da real condição de desgaste dos componentes móveis. A coleta por registro de drenagem não é a melhor opção para a coleta de amostras em reservatório de fluido para uso em sistemas hidráulicos, sendo o ideal a coleta em ponto intermediário do nível de fluido hidráulico, de forma a não se coletar sedimentos (borras, água emulsionada ou livre e material particulado sólido).

Periodicidade interessante para se dar início ao Plano de Amostragem em fluidos hidráulicos é a cada três meses, sendo que esta frequência poderá ser ajustada no decorrer do programa conforme os resultados obtidos pelas análises. Com os resultados dos laudos de análise, pode-se traçar curvas de tendência referentes às propriedades físico-químicas do produto, estado de contaminação e taxa de desgaste dos componentes móveis. Desta forma, será possível conhecer a real condição e operacionalidade do fluido hidráulico.

Sistema hidráulico x motor: comparação não adequada
Sistema hidráulico x motor: comparação não adequada.
“Pontos quentes” geram depósitos em forma de verniz
“Pontos quentes” geram depósitos em forma de verniz.
 Partículas metálicas e água geram oxidação e borras
Partículas metálicas e água geram oxidação e borras.
Inspeção por termografia para se localizar “pontos quentes”
Inspeção por termografia para se localizar “pontos quentes”.
Formas de retirar amostras de lubrificantes para inspeção
Formas de retirar amostras de lubrificantes para inspeção.

O que representa a mudança de cor

1) A mudança de coloração dos fluidos hidráulicos é parâmetro bastante útil a ser considerado no monitoramento da condição de operação de sistemas hidráulicos por meio de inspeções sensoriais rápidas e frequentes.

2) Mudança brusca de coloração em período de tempo muito inferior ao normalmente percebido em situações de operação normal do sistema hidráulico é motivo de investigação imediata e detalhada da causa-raiz desta ocorrência.

3) A condição em serviço deve ser monitorada através de análises físico-químicas, sendo o seu escurecimento parte do processo de perda gradativa de propriedades e natural degradação (“envelhecimento”).


Marcos Lobo, Petrobras

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