Quando bons óleos estragam – Parte 4
Por Steven Lumley, gerente técnico da WearCheck
O quarto artigo da série “Quando Bons Óleos se Deterioram” (When Good Oils Go Bad), da WearCheck, analisa a fundo a degradação térmica.
Estresse é algo com que todos estamos intimamente familiarizados. Pode ser a impressora travando cinco minutos antes de um prazo final, o motorista que fecha você no trânsito ou o atraso para uma reunião importante. Em cada caso, o resultado é o mesmo: a pressão aumenta, a tolerância é posta à prova e, por fim, algo acaba cedendo.
Com os lubrificantes, não é diferente.
Eles são projetados para operar sob condições exigentes, mas, no mundo das máquinas, o estresse se manifesta de diversas formas — desde carga e contaminação até as condições de operação e poucos fatores são tão implacáveis quanto o calor. E, assim como nós, todo lubrificante tem um limite. Se for levado ao extremo, ele simplesmente não consegue dar conta.
Esse ponto crítico é conhecido como degradação térmica.
Ao contrário da oxidação, que envelhece o óleo lentamente ao longo do tempo, a degradação térmica ocorre quando as temperaturas ultrapassam o limite que o lubrificante consegue suportar quimicamente. Não se trata de um declínio gradual; é o momento em que o óleo deixa de cumprir sua função e começa a falhar.
Pois, quando o óleo não suporta o calor, ele não apenas sofre para atuar ele se decompõe.
O que é a ruptura térmica?
Em sua essência, a degradação térmica é a decomposição das moléculas do lubrificante causada pelo calor excessivo.
À medida que a temperatura aumenta, ela acaba superando a força das ligações químicas que mantêm unidas as moléculas de hidrocarbonetos. Uma vez ultrapassado esse limiar conhecido como limite de estabilidade térmica , essas ligações começam a se romper. Esse processo é comumente chamado de craqueamento térmico.
Normalmente, isso se torna significativo em temperaturas acima de aproximadamente 200°C, ponto em que o lubrificante deixa de ser estável e começa a se degradar rapidamente. Nessas condições, o óleo não está apenas “envelhecendo”; ele está sofrendo uma decomposição química em nível molecular.
O que acontece dentro do óleo?
Quando ocorre o craqueamento térmico, o lubrificante não se degrada por meio de um único mecanismo. Em vez disso, ocorrem dois processos concorrentes:
Clivagem molecular e volatilização.
Grandes moléculas de hidrocarbonetos se fragmentam em moléculas menores e de menor massa molecular durante o craqueamento térmico. Embora muitas delas permaneçam relativamente leves, algumas podem se recombinar em estruturas mais pesadas e instáveis que contribuem para a formação de depósitos.
Ao mesmo tempo, algumas dessas moléculas menores são leves o suficiente para evaporar e deixar o sistema completamente, o que significa que não se formam depósitos a partir dessa parte do processo. Como resultado, o volume de óleo pode diminuir e a volatilidade aumenta, fazendo com que os componentes mais leves do óleo efetivamente se percam por evaporação.
Condensação e formação de carbono
As moléculas restantes comportam-se de maneira muito diferente. Na ausência de oxigênio, elas podem recombinar-se e condensar-se, passando por rearranjos estruturais e formando estruturas de carbono cada vez mais complexas.
Com o tempo, isso leva à formação de lacas, resíduos carbonosos e, por fim, coque a forma final e mais severa de depósito. Esses depósitos são duros e quebradiços, aderindo fortemente às superfícies, ao contrário das borras mais macias e das finas películas de verniz tipicamente associadas à oxidação.
O Efeito Característico: Perda de Viscosidade
Um dos indicadores mais importantes da degradação térmica é o seu efeito sobre a viscosidade. À medida que grandes moléculas de hidrocarbonetos se quebram em moléculas menores e mais leves, o óleo torna-se progressivamente menos viscoso. Essa redução no tamanho molecular reflete-se diretamente em uma diminuição da viscosidade.
Essa diferença é fundamental na análise de óleo e frequentemente fornece a primeira pista sobre qual mecanismo de degradação é predominante.
Simultaneamente, o sistema de aditivos também é submetido a estresse. Antioxidantes, dispersantes e aditivos antidesgaste possuem limites térmicos e, sob temperaturas elevadas, podem se degradar ou perder a eficácia, acelerando ainda mais a falha do lubrificante.
Onde e por que ocorre
A degradação térmica raramente é um fenômeno que afeta todo o sistema; em vez disso, tende a ocorrer em pontos quentes localizados, onde as temperaturas se elevam bruscamente, ultrapassando em muito a temperatura média do óleo.
- Locais típicos incluem:
- Rolamentos sob alta carga
- Zonas de contato entre dentes de engrenagem
- Zonas dos anéis de pistão
- Áreas de descarga do compressor
Estas são áreas onde:
- A geração de calor é elevada
- O fluxo de óleo é limitado
- A remoção de calor é limitada
Mesmo quando a temperatura média do óleo parece aceitável, essas zonas localizadas podem ultrapassar 200°C, desencadeando o craqueamento térmico.
Temperatura: O Ponto Crítico
A temperatura é o principal fator de degradação térmica. Embora o aumento da temperatura acelere todos os processos de degradação como a oxidação , a decomposição térmica ocorre quando o lubrificante é levado além de seu limite de estabilidade térmica.
Uma regra prática útil é que, para cada aumento de 10°C acima de aproximadamente 75°C, a vida útil do óleo é efetivamente reduzida à metade. Quando as temperaturas se aproximam de 200°C, essa redução torna-se extrema, e a vida útil do lubrificante cai para uma fração de sua vida útil prevista. Nessas condições extremas, a degradação deixa de ser um processo químico lento e passa a ser um mecanismo de falha rápida.
Decomposição Térmica versus Oxidação
A decomposição térmica e a oxidação são frequentemente confundidas e, embora possam ocorrer simultaneamente, são processos fundamentalmente diferentes.
Enquanto a oxidação é um processo de envelhecimento progressivo, a decomposição térmica está mais diretamente associada à falha rápida do lubrificante. É importante ressaltar que ambos podem interagir. Em temperaturas elevadas, o craqueamento térmico gera moléculas instáveis e altamente reativas que aceleram a oxidação, intensificando o processo de degradação.
As principais diferenças entre a decomposição térmica e a oxidação estão resumidas na tabela abaixo:
Consequências para o maquinário
A degradação térmica tem consequências imediatas e frequentemente graves. À medida que o óleo perde viscosidade, a película lubrificante torna-se mais fina, aumentando a probabilidade de contato metal com metal e acelerando as taxas de desgaste.
Simultaneamente, começam a se formar depósitos carbonosos que aderem às superfícies, restringindo o fluxo de óleo, prejudicando a transferência de calor e favorecendo o surgimento de novos pontos de superaquecimento.
Em casos extremos, isso pode levar a um ciclo de retroalimentação no qual o calor impulsiona a degradação, a degradação gera depósitos e esses depósitos geram ainda mais calor, resultando, por fim, na falha rápida de componentes.
Detecção de degradação térmica por meio da análise de óleo
A degradação térmica nem sempre é evidente em seus estágios iniciais, mas existem vários indicadores que podem apontar para a sua ocorrência. Um dos sinais mais precoces e visíveis é a alteração na cor do óleo. À medida que a degradação térmica avança, o óleo geralmente escurece devido à formação de produtos de degradação carbonáceos e insolúveis. Em casos mais severos, o óleo pode apresentar uma coloração marrom-escura ou até mesmo preta, indicando estresse térmico significativo. Os principais testes utilizados para avaliar a degradação térmica estão resumidos a seguir:
Ao contrário do que ocorre com a oxidação, o índice de acidez pode apresentar pouca ou nenhuma alteração nos estágios iniciais, tornando-se um indicador menos confiável quando utilizado isoladamente para detectar a degradação térmica. Consequentemente, a degradação térmica é mais bem identificada por meio de uma combinação de inspeção visual e tendências analíticas complementares, em vez de um único teste definitivo.
A realidade da degradação térmica
A degradação térmica não é um processo de envelhecimento inevitável; geralmente, é um sinal de que algo não vai bem. Ela reflete problemas subjacentes, como calor excessivo, resfriamento inadequado, sobrecarga ou limitações de projeto que levam à formação de pontos quentes localizados. Embora a filtragem possa remover alguns dos depósitos resultantes, ela não ataca a causa raiz. Se o problema de temperatura persistir, o óleo continuará a se degradar.
Consideração Final
Se a oxidação é o envelhecimento gradual do óleo, a degradação térmica é o seu colapso repentino.
Compreender essa diferença é fundamental. Afinal, enquanto a oxidação pode ser controlada, a degradação térmica exige intervenção. Se não for contida, ela não apenas degrada o óleo, mas elimina completamente sua capacidade de funcionamento. E, quando isso acontece, a falha é iminente.
Fique atento à parte 5 desta série, na qual exploramos o microdieselamento aquelas explosões que você nunca ouve, mas que o seu óleo certamente sente!
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