É necessária apenas uma pequena quantidade de água (menos de 500 ppm) para reduzir substancialmente a vida útil dos rolamentos de elementos rolantes. Há uma grande quantidade de pesquisas que apoiam isso. De fato, os efeitos destrutivos da água nos rolamentos podem facilmente atingir ou exceder o da contaminação por partículas, dependendo das condições.
O tema para esta coluna, portanto, não é se a água causa danos, mas sim como isso acontece. Saber como a água ataca e causa danos ajuda a definir importantes metas de segurança e também auxilia nas investigações de falhas post mortem. Além disso, quando a contaminação da água é inevitável, entender esses modos de falha induzidos pela água podem ser valiosos na seleção ideal de lubrificantes, rolamentos e vedações para fins defensivos.
Água: o flagelo de nossas máquinas
Não há contaminante mais complexo, intenso e confuso do que a água. As razões incluem seus vários estados de coexistência com o óleo e suas muitas transformações químicas e físicas transmitidas durante o serviço. Individual e coletivamente, problemas induzidos por umidade causam danos no óleo e na máquina e certamente podem levar, lenta ou abruptamente, à falha operacional do rolamento. Não subestime o potencial de ataque da água.
A água pode danificar as superfícies da máquina diretamente, através de uma sequência de eventos e muitas vezes com uma variedade de "ajudantes". Em muitos casos, o dano mais grave é a falha em cascata ou reação em cadeia. Por exemplo, a água pode levar primeiro à oxidação prematura do óleo base. Quando os óxidos se combinam com mais água, existe um ambiente de fluido ácido corrosivo.
Da mesma forma, a oxidação pode despejar borras insolúveis e aumentar a viscosidade do óleo. Ambos os processos podem impedir o fluxo de óleo e causar danos ao rolamento. Para não ficar de fora, a água e o ambiente oxidativo podem prender o ar no óleo, amplificando ainda mais os problemas de lubrificação. Muitas vezes é verdade que quanto pior as coisas pioram, mais rápido elas pioram; tudo começou pela água.
Modalidades de falha
Para manter esta coluna em um tamanho e escopo gerenciáveis, as modalidades descritas abaixo serão breves e diretas. Deixei de fora aqueles que são rebuscados ou tecnicamente abstratos, bem como alguns enraizados mais na tradição popular do que em fatos científicos.
Fraturas Induzidas por Hidrogênio.
Frequentemente chamado de fragilização por hidrogênio, esse modo de falha talvez seja mais agudo e prevalente do que a maioria dos tribologistas e fabricantes de rolamentos sabem. As fontes do hidrogênio podem ser água, mas também eletrólise e corrosão (auxiliada pela água).
Há evidências de que a água é atraída por trincas microscópicas de fadiga em esferas e rolos por forças capilares. Uma vez em contato com o metal livre dentro da fissura, a água se decompõe e libera hidrogênio. Isso causa mais propagação de trincas e fraturas, sendo os Aços de alta resistência em maior risco. Enxofre de aditivos (extrema pressão (EP), antidesgaste (AW), etc.), óleos minerais e sulfeto de hidrogênio ambiental podem acelerar o progresso da degradação, e o risco é colocado tanto pela água solúvel quanto pela água livre.
Corrosão.
A ferrugem requer água, e mesmo a água solúvel pode contribuir para a formação de ferrugem, e também a água dá aos ácidos seu maior potencial corrosivo. Superfícies riscadas e com pits nas pistas dos rolamentos e nos corpos rolantes interrompem a formação de filmes de óleo elastohidrodinâmicos (EHD) críticos que conferem resistência ao filme lubrificante dos rolamentos para controlar a fadiga de contato e o desgaste. A corrosão estática e o desgaste também são acelerados pela água livre.
Oxidação.
Muitos rolamentos têm apenas um volume limitado de lubrificante e, portanto, apenas uma pequena parte de antioxidante. Altas temperaturas flanqueadas por partículas de metal e água podem consumir os antioxidantes rapidamente, e assim neutralizar o lubrificante da proteção necessária. As consequências negativas da oxidação do óleo são numerosas, mas incluem corrosão, borra, verniz e fluxo de óleo prejudicado.
Depleção de Aditivos.
Mencionamos que a água ajuda no esgotamento de antioxidantes, mas também prejudica ou diminui o desempenho de uma série de outros aditivos. Estes incluem AW, EP, inibidores de ferrugem, dispersantes, detergentes e agentes desemulsificantes.
A água pode hidrolisar alguns aditivos, aglomerar outros ou simplesmente lavá-los do fluido de trabalho em poças do reservatório. Aditivos de enxofre-fósforo (EP) na presença de água podem se transformar em ácidos sulfúrico e fosfórico, aumentando o número de acidez do óleo (AN).
Restrições de Fluxo de Óleo.
A água é altamente polar e, como tal, tem a interessante capacidade de limpar as impurezas do óleo que também são polares (óxidos, aditivos mortos, partículas, finos de carbono e resina, por exemplo) para formar bolas de borra e emulsões. Essas suspensões amorfas podem entrar em vias críticas de óleo, galerias e orifícios que alimentam mancais de óleo lubrificante.
Quando a borra impede o fluxo de óleo, o rolamento sofre uma condição de inanição e a falha é iminente. Além disso, os filtros têm vida curta em sistemas de óleo carregados com borra suspensa. Em condições de congelamento, a água livre pode formar cristais de gelo que também podem interferir no fluxo de óleo.
Aeração e espuma.
A água reduz a tensão interfacial de um óleo (IFT), o que pode prejudicar sua capacidade de manuseio de ar, levando à aeração e à espuma. Leva apenas cerca de 1.000 ppm de água para transformar seu reservatório de rolamento em um banho de espuma. O ar pode enfraquecer os filmes de óleo, aumentar o calor, induzir oxidação, causar cavitação e interferir no fluxo de óleo - tudo catastrófico para o rolamento! A aeração e a espuma também podem prejudicar a eficácia dos lançadores/defletores de óleo, lubrificadores de anel e lubrificadores de colar.
Resistência do filme prejudicada.
Os rolamentos de roletes dependem da viscosidade de um óleo para criar uma folga crítica quando sob carga. Se as cargas forem muito grandes, as velocidades forem muito baixas ou a viscosidade for muito baixa, a vida útil do rolamento será reduzida. Quando pequenos glóbulos de água são puxados para a zona de carga, a folga geralmente é perdida, resultando em choques ou atritos das superfícies opostas (elemento rolante e pista). Os lubrificantes normalmente ficam rígidos sob carga (referido como seu coeficiente pressão-viscosidade), que é necessário para suportar a carga de trabalho (geralmente superior a 500.000 psi).
No entanto, a viscosidade da água é de apenas um centistoke e esta viscosidade permanece praticamente inalterada, independentemente da carga exercida. Não é bom para suportar cargas de alta pressão. Isso resulta em resistência do filme colapsado seguido por trincas de fadiga, poços e fragmentos. A água também explodir em vapor superaquecido nas zonas de carga dos mancais, o que pode romper drasticamente os filmes de óleo e potencialmente fraturar as superfícies.
Contaminação microbiana.
A água é um conhecido promotor de microrganismos como fungos e bactérias. Com o tempo, estes podem formar suspensões de biomassa espessas que podem obstruir os filtros e interferir no fluxo de óleo. A contaminação microbiana também é corrosiva.
Lavagem com água.
Quando a graxa está contaminada com água, ela pode amolecer e escorrer para fora do rolamento. O spray de água também podem lavar a graxa diretamente do rolamento, dependendo do espessante e das condições da graxa.
A solução óbvia para o problema da água é uma solução proativa; isto é, evitando a entrada de água no óleo/graxa e no ambiente do mancal. A única água que não causa danos é a água que não invade seu sistema. As táticas de exclusão de contaminantes são sempre um investimento sábio em manutenção.
Seja um pensador de longo prazo controlando os fatores de risco hoje, enquanto o rolamento ainda tem vida útil remanescente (RUL). O custo de remover a água e/ou remediar os danos que ela causa excederá em muito qualquer investimento para excluí-la da entrada. Então, por favor, não economize quando se trata de controle de contaminação "proativo".
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