“Você se dá bem como óleo e água”. Essa expressão irônica descreve duas entidades incompatíveis que, na verdade, se dão bem não “se dar bem”. Em termos simples, a água é mais densa e mais polar do que o óleo; se não for perturbada, a entrada de água em um reservatório de óleo se apresenta como uma camada separada de água na base de um recipiente.
Da mesma forma, se for introduzido ar suficiente em um reservatório de óleo, ele também desejará se separar do óleo. Entretanto, como o ar é menos denso, em vez de afundar no fundo como a água, ele subirá à superfície. A estabilização como uma camada de espuma dependerá da presença de aditivos, da viscosidade, da tensão superficial do fluido, do tamanho do recipiente e de outros fatores. A introdução de ar em um lubrificante por agitação mecânica é natural e pode ocorrer algum nível de formação de espuma. Portanto, vale a pena entender em que ponto o ar se torna um problema.
Entrada de ar vs. espuma
Vamos começar com o óbvio: o ar está ao nosso redor; ele permeia todos os cantos e recantos, e até mesmo fica preso e dissolvido em fluidos. Em cada recipiente de óleo, quantidades microscópicas de ar dissolvido existem – bolhas minúsculas que não são fortes o suficiente para se elevar contra a viscosidade do fluido e escapar. O ar dissolvido pode ser introduzido à medida que os fluidos a granel são bombeados de um recipiente para outro na produção ou na transferência do lubrificante de seu recipiente para um reservatório. Em concentrações tão pequenas, o ar dissolvido não apresenta problemas para a aplicação de uso final.
Arrastamento de ar é o próximo estágio da introdução de ar. Nesse caso, os distúrbios relacionados à aplicação na superfície do reservatório de óleo forçam a entrada de ar no fluido. A maior concentração de bolsas de ar insolúveis faz com que o fluido pareça mais turvo ou embaçado. O ar arrastado pode ocorrer em engrenagens lubrificadas por respingos, em reservatórios de correntes lubrificadas por imersão de movimento rápido, em entradas de recaptação de óleo de circulação que retornam ao reservatório ou até mesmo em lubrificante de “recarga” despejado em um reservatório como uma cachoeira. Quanto maior a viscosidade do fluido, mais lentamente o ar arrastado sobe à superfície. Quanto maior a bolha, mais rápido ela sobe à superfície.
Eventualmente, a concentração de bolhas de ar de baixa densidade sobe para a superfície e forma uma camada espumosa de espumaVocê pode distinguir as bolhas de ar do fluido a granel por sua cor mais clara. A camada de bolhas de ar aprisionadas deve agora superar a tensão superficial do fluido antes de escapar para o espaço livre do reservatório. O ideal é que as microbolhas de ar aprisionado se combinem em bolhas maiores e que a pressão aumente até que o lamela ou as paredes da bolha se rompem. Os aditivos dos lubrificantes ajudam a acelerar esse processo. Quanto maior for a área de exposição da superfície do óleo, mais rapidamente o ar escapará. Portanto, os reservatórios maiores desgaseificarão rapidamente.
Aditivos antiespumantes
A maioria das formulações de lubrificantes inclui algum meio de incentivar a liberação de ar, que combate o ar arrastado, ou antiespumante, que impede o crescimento/estabilização da camada de espuma. Existem aditivos antiespumantes à base de silicone e não silicone (polímeros). Esses compostos podem ser considerados “modificadores de tensão superficial” que proporcionam um ponto fraco para que as bolhas se rompam ou formem bolhas maiores. Esses aditivos são incompatíveis com o lubrificante por padrão. Se os aditivos forem compatíveis demais, o ponto fraco funcional da bolha será menos eficiente, incapaz de acompanhar o acúmulo contínuo de ar arrastado que se estabiliza como espuma.
Mesmo que os aditivos antiespumantes sejam incluídos na formulação de um lubrificante, há variáveis relacionadas à aplicação que podem limitar sua eficácia. Por exemplo, se forem observados problemas de formação de espuma após a filtragem, vale a pena investigar o tamanho e a composição dos poros do filtro. A filtragem de óleo com um tamanho de poro muito fino pode, às vezes, esgotar a concentração de moléculas antiespumantes. Também vale a pena considerar o material do qual o filtro é feito. Alguns materiais de filtro têm polaridade inerente que poderia capturar mais do composto antiespumante. Além disso, a contaminação com alguns sabões de graxa, sólidos, água ou qualquer outro contaminante polar modificará a tensão superficial do fluido a granel e neutralizará o antiespumante.
Os efeitos da formação de espuma em lubrificantes
Imagine uma caixa de engrenagens em uma instalação de produção de alimentos com óleo espumoso escorrendo pelos respiros. Se os pontos de atrito submersos no reservatório de lubrificação por respingos estiverem suficientemente revestidos com uma película lubrificante, o equipamento ainda estará protegido, apesar desse problema cosmético externo. Ao mesmo tempo, se o óleo apresentar risco de contato com produtos acabados ou se o óleo se tornar um perigo de escorregamento, o problema deverá ser atenuado.
Se o nível do óleo tiver caído de tal forma que os pontos de atrito estejam agora lubrificados por óleo espumoso, isso acarreta uma série de problemas. As bolhas de ar são lacunas na película de lubrificação onde agora pode ocorrer atrito. Além disso, as pressões da aplicação destroem rapidamente essas lacunas de ar e podem levar à cavitação – compressão rápida do ar que provoca um choque microscópico. Com o tempo, isso aumentará muito a fadiga do componente.
Testes laboratoriais
O ASTM D892 é o teste de espuma padrão usado para avaliar as características de formação de espuma de um lubrificante. No teste, de 190 a 200 mililitros da amostra de fluido são despejados em um cilindro graduado de 1000 ml. O cilindro é colocado em um banho de fluido de silicone aquecido. Uma linha de ar comprimido é acoplada a uma haste com uma pedra de difusão de metal padrão em uma extremidade. A haste e a pedra são submersas no fluido e deixadas em repouso por cinco minutos antes do início do teste para permitir que o óleo preencha as bolsas de ar. O ar pode fluir em uma taxa de fornecimento padrão por 5 minutos. O ar é arrastado para o fluido e sobe para formar uma camada de espuma. Após o período de aeração, um período de desgaseificação de dez minutos é observado para avaliar a rapidez com que o ar é liberado.
Os resultados são relatados com três valores. O primeiro valor é a quantidade de espuma formada durante a aeração. O segundo valor é a quantidade de espuma que restou após o período de liberação de ar, enquanto o terceiro valor é a duração da liberação de ar em segundos, com duração máxima de liberação de ar de 600 segundos ou 10 minutos. Entre esses três valores, podemos tirar conclusões sobre a estabilidade da espuma e a liberação de ar. A maioria dos lubrificantes contém aditivos adequados que demonstram resultados satisfatórios para esse teste. O teste tem seu maior uso na solução de problemas de degradação do óleo em relação a problemas de formação de espuma.
*Fotos da ASTM D892
Mitigação
A solução de problemas de formação de espuma começa com a exclusão de variáveis e o acompanhamento da linha do tempo a partir do momento em que o problema surgiu. Se o mesmo óleo estiver espumando em um equipamento, mas não no outro, os técnicos precisam considerar quais condições mudaram. Se o mesmo óleo estiver sendo usado, você deverá determinar o grau de filtragem, a idade do equipamento, o risco de contaminação do óleo e a última vez que o óleo foi trocado. O envio de amostras para teste de óleo usado revelará se a contaminação ou a degradação é um fator.
Sabe-se que as polialfaolefinas sintéticas têm uma tensão superficial inerentemente menor e, portanto, espumam menos do que os óleos minerais. Em teoria, você poderia mudar para esses sintéticos como uma medida de mitigação da espuma, mas se estiver sujeito aos mesmos problemas de contaminação, filtragem ou mecânicos, a espuma pode persistir.
Conclusão
A formação de espuma no óleo é uma questão complexa. Embora alguns óleos básicos sejam mais resistentes à formação de espuma do que outros, quase todos os lubrificantes têm aditivos para lidar com a introdução de ar. Se o óleo estiver espumando, geralmente esse é um sintoma que indica degradação do óleo, contaminação ou até mesmo problemas mecânicos. Se você estiver enfrentando problemas com a formação de espuma, a equipe de suporte técnico da JAX poderá ajudar a identificar as possíveis fontes do problema.
