Guerra de vapor: Como a invasão de água compromete o desempenho lubricante e a confiabilidade da máquina

Introdução: Água - Sabotador de Lubricantes Stealthy

A contaminação da água permanece a segunda causa mais prevalente de falhas relacionadas com lubrificantes após a entrada de partículas. Com solubilidade variando de 50 ppm em óleos minerais a 1.500 ppm em algumas sintéticas, a presença de água muitas vezes fica indetectada até que se manifestem danos. Este artigo examina as complexas interações da água com química lubricante e tribologia, apoiadas por dados empíricos sobre aceleração de fracassos e tecnologias de mitigação modernas.

Secção 1: Vias e formas de entrada em água

1.1 Mecanismos comuns de Intrusão

• Condensação: O ciclo de temperatura nos reservatórios traz ar húmido através dos respiradores. Um reservatório de 1000 litros com ciclos diários de 20°C ingere 200 ml/ano de água em 60% de ambientes de RH.

• Seal Ingress: Focos de bastão usados em cilindros hidráulicos permitem entrada de água durante a operação chuvosa. - Os bearings submersos em bombas sofrem permeação de selos.

• Fugas mais frias: Defeitos de buracos em trocadores de calor de petróleo para água contaminam 40% mais sistemas do que fontes externas.

• Agua de Processo: Fabricas de aço, máquinas de papel e processamento de alimentos expõem lubrificantes ao contato direto com água.

1.2 Os três Estados da água de petróleo

• Dissolto: dispersão molecular (<50-500 ppm). Invisível; requer a titração de Karl Fischer para detecção.

• Emulsionado: 0,1-10 µm gotas estabilizadas por surfactantes. causa cebola persistente. A forma mais prejudicial.

• Água livre: Capas ou gotas estabelecidas > 20 µm. Promote o crescimento microbiano.

Tabela: Solubilidade de água por tipo de óleo de base

Secção 2: Vias de degradação físicoquímica

2.1 Hidrolise de lubrificantes baseados em esteres

Esteres sintéticos, comuns em compressores e lubricantes biodegradáveis, são submetidos a hidrólise:
RCOOR’ H₂O → RCOOH R’ OH
Os ácidos carboxílicos (RCOOH) gerados catalisam mais hidrólise, criando degradação fugida. Os picos de número ácido de 0,1 a 4,0 mg de KOH/g em 500 horas de operação são documentados em fluidos de turbina contaminados pela água. Esse surgimento ácido corrode componentes de cobre e ataca revestimentos de reservatórios époxi.

2.2 Separação de Fase Additiva

A água compete com aditivos polares para solubilidade. Consequências comuns:

• Demulsificadores migram para gotas de água, perdendo o controle da espuma

• Inibidores da raça (por exemplo, sulfonato de cálcio) hidrolizar em álcool ineficaz

• anti-usuário ZDDP formam precipitados de hidróxido de zinco

Nos óleos de artesanato, 0,2% de água causa 60% de depósito de ZDDP em 100 horas, verificado através da espectroscopia XANES.

2.3 Perda de viscosidade estrutural

gotas de água emulsionadas perturbam a reologia lubricante:

• VI melhoradores fina e fina perto das interfaces de água/petróleo

• As bobinas de polimero contraem, reduzindo a espessura do filme hidrodinâmico

• A viscosidade efetiva cai de 1 a 2 graus ISO a 0,1% de água emulsionada

Jornal bearings experimenta 25% redução da espessura mínima do filme, aumentando a probabilidade de contato metal.

Secção 3: Mecanismos de prejuízo mecânico

3.1 Cansaço da corrosão

A água inicia corrosão eletroquímica:

1. Reação anódica: Fe → Fe²⁺ 2e⁻

2. Reação catódica: ½O₂ H₂ O 2e ⁻ → 2OH⁻
   Buracos de corrosão formam locais de concentração de estresse (Kt > 3). Sob cargas cíclicas (bearings, gears), quebraços iniciam-se de bases de fossas. - Pesquisas mostram força da cansação da corrosião cai 35-60% em ambientes contaminados com água em comparação com condições secas.

3.2 Cracking induzido pelo hidrogênio

hidrogênio atômico (H ⁺) gerada pela descomposição de água penetra no aço:

• Difusos ao longo dos limites de grãos

• Recombina como H ₂ em vazios, criando > 10.000 psi de pressão

• Induz blistering e cracking passo a passo

Evidença micrográfica revela fraturas intergranulares nos dentes da turbina eólica com concentrações de hidrogênio superiores a 5 ppm.

3.3 White Etching Cracks (WEC)

A contaminação da água é um acelerador primário de ECE em bearings:

1. A água perturba os filmes da EHL → contato de asperidade

2. Temperaturas locais > 800°C geram martensita

3. O hidrogênio da água se difunde em estrutura transformada

4. Microcracking brittle propaga ao longo de caminhos de dissolução de cimento

Os fracassos do WEC ocorrem em apenas 15-20% de vida calculada de L10 em sistemas contaminados pela água.

Secção 4: Tecnologias avançadas de detecção e remoção

4.1 Tecnologias de Sensão

• Sensores de capacidade: Detectar mudanças constantes dielétricas (εwater=80 vs. εoil=2,2)

• Espectroscopia NIR: Identifica concentrações de água a partir da absorção de O-H a 1.940 nm

• Impedança da RF: Medir mudanças de resistência a partir de íons dissolvidos

4.2 Sistemas de Removação

• Cámaras de desidratação de vácuos: Reduzir a água para < 50 ppm através da gotura a 50 mbar

• Separadores de carbono: Eliminar água emulsionada a 200 ppm

• Filtros de profundidade da celulose: Absorbem água livre enquanto prendem partículas

• membranas avançadas: As membranas hidrofóbicas do PTFE bloqueam a água enquanto permitem fluxo de petróleo

Secção 5: Estratégias de proteção específicas para a indústria

5.1 Turbinas marinhas

• Usar lubricantes PAG (alta tolerância à água)

• Instalar respiradores desicantes com alarmes de saturação RH de 90%

• O teste mensual de Karl Fischer

5.2 Petróleos de máquinas de papel

• Aplicar separadores centrífugos de água nas linhas de circulação

• Especifique os óleos com demulsibilidade < 15 minutos para ASTM D1401

• Evitar aditivos de zinco para evitar a formação de depósitos

5.3 Hidráulica Móvel

• Seleccione fluidos baseados em esteres hidrofóbicos

• Integrar filtros de rotação absorventes pela água

• Utilizar projetos de reservatórios de tipo balde para minimizar o contato aéreo

Conclusão

A luta contra a contaminação da água requer entender suas estratégias de ataque multifacetas, desde a descomposição química até danos mecânicos. A tecnologia moderna dos sensores permite monitorar a umidade em tempo real, enquanto sistemas avançados de desidratação mantêm seca lubricante. Com bearings operando a 0,1% de contaminação de água mostrando uma vida reduzida de 5× em comparação com aquelas em 0,01%, a busca de lubrificação ultra seca não é teórica - ela’ é um imperativo de confiabilidade.