Quando bons óleos estragam – Parte 6
Por Steven Lumley, gerente técnico da WearCheck
A descarga de faísca eletrostática desempenha um papel significativo na deterioração das condições do óleo. Esse é o tema do próximo artigo da série da WearCheck intitulada “Quando Bons Óleos se Estragam”.
A eletricidade estática é um daqueles pequenos incômodos aos quais geralmente não damos muita atenção a menos que você tenha cinco anos de idade, esteja munido de um balão e decidido a fazer seu cabelo ficar arrepiado.
É o mesmo fenômeno por trás daquela situação comum: você caminha arrastando os pés sobre um carpete, estende a mão para a maçaneta da porta e, de repente zap. Uma pequena faísca salta; você resmunga algo impublicável e a vida segue. É algo levemente irritante, que causa um susto momentâneo e, geralmente, é inofensivo.
No entanto, a eletricidade estática só é inofensiva porque a quantidade de energia envolvida é pequena e o ambiente onde ocorre é relativamente tolerante. Se aplicarmos esse mesmo fenômeno básico a um sistema de circulação de óleo no qual um óleo seco e de baixa condutividade flui em alta velocidade por filtros, tubulações e espaços restritos, aquela pequena faísca transforma-se em algo muito mais destrutivo.
No interior de um lubrificante, a eletricidade estática não causa apenas um susto; ela pode danificar filtros, gerar radicais livres, acelerar a degradação do óleo e desencadear a formação de verniz e borra.
Trata-se da descarga eletrostática por faísca: o momento em que a eletricidade estática deixa de ser um mero incômodo para se tornar um mecanismo de degradação.
O que é descarga de faísca eletrostática?
A descarga de faísca eletrostática, ou ESD, ocorre quando a eletricidade estática se acumula em um lubrificante e é subitamente liberada na forma de uma faísca.
À medida que o óleo flui pelo sistema, pode ocorrer a separação de cargas entre o óleo e as superfícies com as quais ele entra em contato. Esse fenômeno é mais provável quando o óleo está seco, limpo, apresenta baixa condutividade e circula rapidamente por folgas reduzidas ou meios filtrantes de alta eficiência. Se a carga não puder ser dissipada com segurança, ela se acumula até ser descarregada frequentemente em um elemento filtrante, em uma aresta viva, na superfície do reservatório ou em outro ponto de descarga.
A faísca pode ser microscópica, mas as temperaturas geradas podem ser extremas. Descreve-se frequentemente que as faíscas de ESD em óleo produzem temperaturas localizadas acima de 10.000°C nível suficientemente alto para causar estresse térmico ou fragmentar as moléculas de óleo quase instantaneamente.
É isso que torna a ESD tão perigosa. A temperatura geral do óleo pode parecer perfeitamente normal, mas, no ponto da descarga, o óleo sofre um evento térmico minúsculo e violento, capaz de desencadear uma degradação química grave.
Por que os sistemas de óleo modernos são mais vulneráveis
A descarga de faísca eletrostática não é um fenômeno novo, mas tornou-se mais evidente em turbinas modernas e em sistemas de óleo hidráulico e de circulação.
Uma das razões é a transição dos óleos básicos do Grupo I para os óleos dos Grupos II e III, que são mais altamente refinados. Esses óleos são mais limpos e mais resistentes à oxidação, mas frequentemente apresentam menor condutividade elétrica por conterem menos compostos polares.
Isso é importante porque a condutividade determina a facilidade com que o óleo dissipa a carga estática. Quanto menor a condutividade, maior o risco de a carga se acumular em vez de se dissipar de forma inofensiva.
O projeto de sistemas modernos pode agravar o problema. Reservatórios menores, vazões mais elevadas, filtragem mais fina, tubulações compactas e folgas reduzidas tudo isso aumenta a probabilidade de geração de carga. Os filtros são particularmente importantes, pois o óleo é forçado a passar por meios filtrantes finos em alta velocidade.
O problema não se resume simplesmente a “óleo ruim” ou “filtros ruins”. A descarga eletrostática (ESD) geralmente resulta de uma combinação crítica de fatores: baixa condutividade do óleo, alta velocidade de fluxo, filtragem fina, aterramento deficiente e projeto de sistema compacto convergem para criar as condições propícias à descarga estática.
O que acontece dentro do óleo?
A descarga de faísca eletrostática pode ser entendida como um processo de três etapas.
Primeiro, a carga estática acumula-se à medida que o óleo se desloca pelo sistema e interage com tubulações, elementos filtrantes, mangueiras, válvulas e reservatórios. Se o óleo apresentar baixa condutividade, a carga não consegue se dissipar com rapidez suficiente.
Em segundo lugar, a carga acumulada é liberada na forma de uma faísca. O evento é extremamente localizado e de curta duração, mas a temperatura no ponto de descarga pode ser alta o suficiente para romper ligações químicas no lubrificante.
Em terceiro lugar, a faísca desencadeia a degradação química. As moléculas de óleo se fragmentam, formam-se radicais livres e iniciam-se reações de polimerização. À medida que essas reações progridem, são produzidos precursores de verniz, borra e produtos de degradação insolúveis.
É por isso que a ESD está tão fortemente associada à formação de verniz. A faísca em si é apenas o começo, mas os danos reais decorrem da cadeia de reações químicas que se segue.
Diferentes Gatilhos, Diferentes Danos
A descarga eletrostática por faísca é frequentemente agrupada com a degradação térmica e o microdieselamento, pois todos os três processos envolvem degradação altamente localizada. No entanto, não se trata do mesmo mecanismo.
A degradação térmica é provocada pelo calor excessivo e pelo craqueamento molecular. O microdieselamento é causado pela compressão rápida e pelo colapso de bolhas de ar aprisionadas. A ESD começa com o acúmulo de carga estática, seguido por uma descarga em forma de faísca.
Os resultados também diferem. A degradação térmica tende a reduzir a viscosidade do óleo e a formar depósitos carbonosos. O microdieselamento produz fuligem, alcatrões, borra e materiais do tipo verniz. A ESD gera radicais livres que promovem a polimerização, resultando principalmente na formação de verniz, borra e insolúveis.
As principais diferenças estão resumidas a seguir.
Onde ocorre a ESD?
A descarga eletrostática está mais comumente associada a sistemas de circulação de óleo, particularmente óleos de turbinas, sistemas hidráulicos e transformadores. É mais provável que ocorra onde óleos de baixa condutividade se deslocam rapidamente através de filtros finos, passagens estreitas ou zonas de alta velocidade.
Os filtros mecânicos são locais comuns de ocorrência. Meios filtrantes de porosidade fina e altas taxas de fluxo através do filtro podem gerar uma carga estática significativa, resultando em descargas por faísca breves, porém intensas, que submetem o óleo a estresse térmico e consomem aditivos antioxidantes.
Sinais de alerta práticos incluem sons tênues de estalo, tique-taque, zumbido ou crepitação próximos aos filtros ou reservatórios enquanto o sistema está em operação. Marcas de queimadura ou pequenos furos no meio filtrante também são indicadores clássicos de que pode estar ocorrendo descarga estática.
Consequências para o maquinário
A descarga de faísca eletrostática danifica tanto o lubrificante quanto a máquina.
No óleo, ela acelera a degradação, esgota os antioxidantes e promove a formação de precursores de verniz, borra e partículas insolúveis. O óleo pode escurecer, tornar-se mais viscoso ou apresentar um potencial elevado de formação de verniz antes que surjam sintomas mecânicos evidentes.
Na máquina, o verniz pode travar servoválvulas, restringir o fluxo de óleo, reduzir a transferência de calor, obstruir filtros e aumentar o desgaste. As faíscas também podem perfurar o meio filtrante, permitindo a passagem de partículas em vez de sua retenção.
Detecção de ESD por meio da análise de óleo
A descarga de faísca eletrostática pode ser difícil de confirmar utilizando apenas um teste de análise de óleo. Geralmente, ela é identificada por meio de uma combinação de observações em campo, resultados de inspeções e tendências observadas em laboratório.
Indícios úteis incluem sons de estalo ou tique-taque próximos aos filtros, elementos filtrantes queimados ou com perfurações (tipo “furo de agulha”), formação anormal de verniz, aumento do teor de insolúveis e depleção inexplicada de antioxidantes.
Os principais testes e indicadores utilizados para avaliar a descarga de faísca eletrostática e os efeitos de degradação associados a ela estão resumidos a seguir:
Consideração Final
O perigo da descarga de faísca eletrostática reside na sua escala. A faísca é microscópica, o evento é breve e a temperatura da massa de óleo pode parecer perfeitamente normal. No entanto, cada descarga pode romper moléculas de óleo, gerar radicais livres, consumir antioxidantes e iniciar a lenta formação de verniz e borra.
A troca do óleo pode eliminar os sintomas, mas não resolverá o problema se o sistema continuar a gerar e descarregar eletricidade estática.
Em sistemas de lubrificação, a eletricidade estática pode ser inevitável, mas descargas prejudiciais não o são. Se a carga não puder ser dissipada com segurança, ela pode retornar através do óleo e, quando os sinais surgirem, o dano já poderá ter começado.
Fique atento ao próximo artigo desta série, no qual abordaremos o esgotamento de aditivos quando o óleo perde sua eficácia.
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