Controle de contaminação

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Três categorias de contaminação

A contaminação dos fluidos industriais se divide em três categorias com estratégias de controle distintas. A contaminação de origem vem da fabricação: cavacos de usinagem, areia de fundição, carepa de tubulações, rebarbas de elastômero e resíduos de montagem. Um sistema hidráulico novo sem flushing de comissionamento pode apresentar ISO 22/20/17 ou pior antes da primeira operação. A contaminação por entrada ocorre durante a operação: poeira do ar que passa por vedações de eixo desgastadas ou pelos respiros, água por condensação em reservatórios ventilados e partículas introduzidas durante a manutenção (equipamentos de abastecimento contaminados, pontos de abastecimento abertos). A contaminação gerada é produzida internamente por desgaste, erosão por cavitação, degradação térmica do fluido e oxidação. A contaminação gerada é ao mesmo tempo consequência da contaminação já presente e causa de mais desgaste. As três categorias devem ser controladas em sequência: remover a contaminação de origem com flushing, vedar contra a entrada e monitorar a contaminação gerada.

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A faixa crítica de partículas de 5–15 µm

A distribuição de tamanhos de partícula em um fluido contaminado segue uma relação inversa: as partículas pequenas são ordens de grandeza mais numerosas que as grandes. Para cada partícula de 100 µm há aproximadamente 10,000 partículas de 10 µm e 1,000,000 de 2 µm. A importância da faixa de 5–15 µm para a engenharia vem de sua relação com as folgas de funcionamento dos componentes: os mancais principais do motor trabalham com folgas de 5–15 µm, os dentes de engrenagens com 5–25 µm, os carretéis de servoválvulas com 1–4 µm e as pontas das palhetas de bombas de palhetas com 2–5 µm. As partículas dentro da faixa da folga não ficam simplesmente presas: elas são arrastadas através dela, desgastam as duas superfícies e geram detritos de desgaste secundários. Partículas muito maiores que a folga ficam bloqueadas na entrada e causam dano relativamente limitado. A ISO 4406 informa as contagens a ≥4 µm, ≥6 µm e ≥14 µm justamente porque essa faixa abrange a zona crítica de desgaste.

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Definição da meta ISO 4406

Os códigos de limpeza alvo são definidos pelo componente mais sensível (o de menor folga) do circuito de fluido. O código de três números (por exemplo, 16/14/11) informa as faixas de contagem de partículas a ≥4 µm, ≥6 µm e ≥14 µm por mililitro. Cada aumento de uma unidade de código dobra a contagem de partículas; duas unidades de código equivalem a uma mudança de 4 vezes no nível de contaminação. Códigos alvo representativos por tipo de componente: servoválvulas e válvulas proporcionais, ISO 14/12/9 a 16/14/11; bombas e motores de pistão, ISO 17/15/12; bombas de palhetas, ISO 17/15/12; bombas de engrenagens, ISO 18/16/13; mancais do motor, ISO 16/14/11; caixas de engrenagens, ISO 18/16/13. O óleo novo do tambor costuma apresentar ISO 18/16/13: não atende à especificação de circuitos sensíveis sem filtração adicional. Operar duas ou mais unidades acima do código alvo (por exemplo, trabalhar em ISO 18/16/13 em vez de ISO 16/14/11) reduz a vida dos mancais em aproximadamente 50%.

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Pontos de entrada e estimativa da taxa

Quantificar a taxa de entrada permite dimensionar o sistema de filtração para manter o código de limpeza alvo em operação estável. Caminhos de entrada e taxas típicas: respiros de reservatório (sem filtro), 10–50 mg/h conforme a poeira ambiente e os ciclos de pressão; vedações de eixo (retentores de lábio desgastados), 1–10 mg/h por vedação; pontos de abastecimento na manutenção (baldes abertos, bicos contaminados), 50–500 mg por abastecimento; vedações de haste de cilindros (curso estendido), 1–5 mg/h por cilindro. A soma de todas as taxas de entrada define a carga de contaminação que o sistema de filtração deve igualar ou superar em taxa de remoção para manter a limpeza estável. Essa análise identifica quais pontos de entrada têm o maior impacto marginal: muitas vezes, trocar um respiro aberto por um filtro de 3 µm é a medida que mais reduz a contaminação por dólar investido.

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Projeto do sistema de filtração

O projeto do sistema de filtração traduz o orçamento de contaminação em especificações de filtro. A relação Beta necessária em cada tamanho de partícula é derivada do código de limpeza alvo e da taxa de entrada em regime estável. A relação fundamental é: C_downstream = C_upstream / β_x, em que C é a contagem de partículas no tamanho x. Em um circuito hidráulico com meta ISO 16/14/11 e filtro de retorno, a relação Beta do filtro deve ser suficiente para reduzir o fluido que entra no retorno do seu nível de contaminação até a meta. Filtros de retorno de alta eficiência com β₁₀(c) ≥ 200 são padrão em circuitos com servoválvulas. Circuitos kidney-loop off-line com altas relações Beta fazem o polimento contínuo do fluido independentemente da operação do sistema, e são especialmente eficazes para remover partículas abaixo de 10 µm que as vazões de retorno não capturam com eficiência. A área do filtro (número de pregas × altura × densidade das pregas) determina a capacidade de retenção de sujeira e, portanto, o intervalo de serviço: filtros subdimensionados saturam rapidamente e podem aumentar os eventos de bypass.

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Protocolo de flushing de comissionamento

O flushing de comissionamento remove a contaminação de origem de sistemas novos ou reconstruídos antes da primeira operação com carga. Sem flushing, os resíduos de usinagem e a contaminação da montagem saturam imediatamente os filtros do sistema, provocam bypass precoce e podem riscar os carretéis das servoválvulas e as superfícies das bombas antes que a operação estável se estabeleça. Procedimento de flushing: encher o sistema com fluido de flushing (o mesmo fluido de operação ou um óleo de flushing compatível), instalar placas de bypass temporárias nos componentes sensíveis (servoválvulas, válvulas proporcionais), circular a 1.5–2 vezes a vazão de operação para obter um flushing turbulento, amostrar e analisar a cada 2 horas e continuar até que duas amostras consecutivas atendam ao código de limpeza alvo. Em um sistema hidráulico típico, o flushing de comissionamento leva 4–16 horas. Filtros de retorno temporários de alta capacidade (10 µm absolutos) durante o flushing evitam a saturação dos filtros do sistema na fase de remoção de contaminantes.

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Monitoramento contínuo

O monitoramento contínuo da contaminação alerta com antecedência sobre a degradação do sistema antes que ela cause a falha de um componente. Frequência de amostragem de óleo: uma vez a cada 250–500 horas em sistemas hidráulicos; uma vez a cada 250 horas em circuitos de lubrificação críticos de motores; e após qualquer evento de manutenção ou troca de componente. A escolha do ponto de amostragem é crítica: colete em zonas turbulentas das linhas de retorno ou em válvulas de amostragem dedicadas, não em ramais estagnados nem no fundo dos reservatórios. Use frascos pré-limpos (ISO 14/12/11 ou melhor) para que a contaminação do frasco não distorça os resultados. A tendência informa mais do que leituras isoladas: um código ISO que sobe em amostras sucessivas indica mais entrada ou uma filtração falhando antes que o componente atinja o limite de dano. A espectroscopia elementar (ICP) do óleo lubrificante acrescenta a tendência dos metais de desgaste: ferro em alta indica desgaste de mancais ou camisas; silício em alta indica entrada de poeira; cobre em alta indica falha do revestimento dos mancais.

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