ameaças invisíveis: Os efeitos nocivos da água e dos contaminantes sólidos nos óleos lubrificantes em máquinas industriais

Introdução: O papel crítico da pureza lubricante

Lubricantes servem como sangue de vida de máquinas industriais, desempenhando funções essenciais muito além da redução da fricção. Elas dissipam calor, prevenem corrosão, selam limpezas críticas e transportam contaminantes para filtros. No entanto, quando comprometidos pela água ou partículas sólidas, suas capacidades de proteção deterioram rapidamente. Estudos indicam que 60-80% das falhas do sistema hidráulico diretamente ligado à contaminação de fluidos, com custos associados superiores a 20 bilhões de dólares anuais em setores de fabricação. Este artigo disseta os mecanismos multifacetados através dos quais as impurezas de água e partículas degradam a funcionalidade lubricante e desencadeam danos mecânicos irreversíveis.

Secção 1: Contaminação da água – Mecanismos de Destrução

1.1 Hidrolise e Depressão Additiva

As moléculas de água se ligam aos aditivos nos lubrificantes através da hidrólise, alterando irreversivelmente sua química. - Aditivos anti-usuário-chave como dialquilditiofosfato de zinco (ZDDP) formam subprodutos ácidos quando hidrolizados, acelerando a oxidação. Os testes mostram que óleos com 0,2% de experiência de contaminação de água taxas de oxidação 300% mais rápidas do que equivalentes secas. A taxa de esgotamento correla fortemente com a temperatura; a 60°C, a hidrólise ocorre 10 x mais rápido que a 25°C. Essa degradação química diminui o desempenho de pressão extrema, proteção de lubricação fronteiriça e inibição da espuma.

1.2 Embrimento de hidrogênio e Micro-Pitting

Em condições de lubrificação fronteiriças (por exemplo, pontos de mesagem de ferramentas), a água se dissocia em hidrogênio atômico sob pressões extremas (>1 GPa). Esse hidrogênio se difunde em superfícies metálicas, causando abraçamento sub-superfícieMicro-fossas iniciam quando essas microestruturas saturadas por hidrogênio experimentam estresse cíclico. Pesquisas confirmam que os leitores que operam com óleo contaminado com água (≥500 ppm) mostram densidades de micro-pitting 8× mais altas do que aqueles com petróleo seco. Esses defeitos de superfície se tornam locais de nucleação para falhas de espalhamento e macropiting.

1.3 Emulsificação e Distribuição da Viscosidade

A água existe em lubricantes como estados dissolvidos, emulsionados ou livres. A água emulsionada (gotas de 2-10 µm) causa os movimentos mais graves de viscosidade. O óleo ISO VG 220 com 10% de experiências de água emulsionada reduções de viscosidade de 35-60%, componentes críticos de fome de suporte de filmes hidrodinâmicos. Emulsões também mantêm partículas abrasivas 3-7× mais do que óleo puro devido à tensão alterada da superfície. Em ambientes frios, água emulsionada forma cristais de gelo que gougem superfícies como papel de areia.

Secção 2: Contaminantes de partículas – Máquinas de Guerra Abrasiva

2.1 Mecanismo de Abrasão Tricorporal

As partículas rígidas (sílica, uso de metais) entre superfícies em movimento criam abração de terceiro corpo. A gravidade depende:

• Dureza das partículas (sílica = 800-1200 HV; aço portador = 700-900 HV)

• Concentração (Códigos ISO 4406 22/20/18 vs. 16/14/12 causam taxas de uso 50× mais elevadas)

• Tamanho das partículas (partículas de 1-5 µm causam uso m áximo enquanto penetram zonas de desvio)

Experimentos demonstram que 5 g de pó de sílica de 3 µm em 500 L de óleo reduz a duração de vida da bomba por 90% comparado ao petróleo filtrado.

2.2 Cansaço Espalhamento de partículas incorporadas

Partes menores do que espessura de filme de petróleo incorporadas em superfícies de bearing suave (babbitt, bronze). Sob carga cíclica, elas criam aumentadores localizados de estresse (Kt = 2,5–4,0) que iniciam quebrações subsurfácicas. Para os bearings de bola, uma única partícula de silicate incorporada de 30 µm reduz a vida de fadiga L10 por 40-60%. Espalhamento induzido por contaminantes mostra distintivo “ ala de borboleta microestruturas em torno de lugares de partículas, detectáveis através de análise microscópica de resíduos de uso.

2.3 Filter Bypass e System Clogging

A carga de partículas sobrecarrega os sistemas de filtração através de três mecanismos:

1. O colapso da razão beta a alta pressão diferencial abre válvulas de bypass

2. Modo de filtração de bolo aumenta a queda de pressão exponencialmente

3. Aglomeração de partículas suaves (lama de óleo oxidada) cega os poros filtrados

Um filtro bloqueado de 10 µm permite partículas de 20 a 30 µm para passar pelo circuito bypass. Essas partículas então migram para válvulas de servo onde as despertações m édias são de 1-3 µm, colheres de bloqueio e orifícios erosivos.

Secção 3: Modos de fracasso sinérgico – Quando água e partículas colidem

3.1 Geração de partículas induzidas por Rust

A água desencadea corrosão de componentes ferrosos (por exemplo, abrigos, habitações). As partículas rustas (Fe2O3) atuam como catalisadores para oxidação de petróleo, dobrando as taxas de formação de peróxido. Esses óxidos frescos atraem moléculas de água, formando ácidos corrosivos como sulfato de ferro (FeSO4)O resultado é um ciclo de degradação autocatalítica:
Água → partículas de corrosão → Catalizadores de oxidação → Formação de ácido → Mais corrosão
Sistemas com 200 ppm de água e códigos de partículas ISO 4406 20/18 geram 5-8 mg/kg/dia de partículas frescas de óxido de ferro.

3.2 Complexo de Contaminação Microbiológica

A água (≥500 ppm) permite o crescimento microbiano (fungos, bactérias) no petróleo. Os micróbios formam biofilmes que:

• Produzir ácidos orgânicos reduzindo o pH para 4,0-5,5

• Metabolizar aditivos anti-uso

• Trapa partículas em depósitos de lama

Colônias bacterianas como Pseudomonas aeruginosa geram sulfeto de hidrogênio (H ₂S), liga de cobre corrodante em arbustos e lavadores de empurrão. Os depósitos de lodo isolam os trocadores de calor, elevando as temperaturas do petróleo em 15-25°C.

Secção 4: Estudos de casos de fracasso

4.1 Fallo catastrófico da turbina de vento

Condições: ISO VG 320 óleo sintético, 0,15% água (emulsionada), ISO 4406 21/19
Sequência:

1. A água hidroliza o óleo de base de ester → a viscosidade cai 2 graus ISO

2. Micro-pitting inicia em roupas intermediárias

3. 30 µm de fadiga espalhas liberam partículas de aço portadora

4. As partículas marcam os dentes de equipamento, aumentando a vibração

5. O lodo bloqueia mais frio, picos temporários do petróleo a 95°C

6. Bloqueios portadores de planetas → corte de dentes

Custo: Reparação de 340 mil dólares 8 semanas

4.2 Pontuação de Cilindros de Imprensa Hidráulicos

Condições: AW 46 óleo mineral, 0,3% água livre, ISO 4406 23/21
Progressão do fracasso:

• A água lava o filme de óleo de parede de cilindros

• Formulações de rust durante o fim de semana

• As partículas de raíz entram em limpezas de selos de pistão

• Puntuações abrasivas de uso de placa cromática

• O fluido hidráulico passa a pistão → perda de pressão

Resultado: 120 toneladas de força de imprensa caim 22%, rasgando 28.000 dólares em partes

Secção 5: Melhoras Práticas de Controlo da Contaminação

5.1 Comparação das tecnologias de remoção

5.2 Protocolo de monitoramento

Implementar uma estratégia de análise escalada:

• Diariamente: Verificações visuais/sensoriais (bruma, odor), contadores de partículas portátiis

• Semanalmente: Teste de quebra para água, testes de viscosidade

• Mesualmente: FTIR para oxidação, quantificação de água (Karl Fischer), número de ácido

• Quartalmente: Espectroscopia elemental, ferrografia analítica

limiares de alarme crítico:

• Água: > 500 ppm (hidráulica), > 200 ppm (caixas)

• Partes: código ISO superior ao alvo por 2 códigos

• Silício: > 10 ppm indicando quebra de filtro de ar

Conclusão

Água e contaminantes de partículas atuam como insidiosos assassinos de máquinas, operando através de vias químicas, físicas e biológicas interconectadas. Implementar defesas multicamadas – incluindo filtração de alta eficiência, sistemas de controle da umidade e análise rigorosa de fluidos – reduz taxas de fracasso em 65-80%. As instalações mais avançadas integram sensores dielétricos em tempo real e sistemas de purificação automatizados para manter a integridade dos lubricantes, provando que o controle da contaminação não é apenas manutenção – é preservação estratégica dos ativos.