Limpeza ou contaminação?
A contaminação dos fluidos lubrificantes, combustíveis, hidráulicos e de transmissão é um dos fatores e se for isoladamente considerado é de longe o maior, que afeta o desempenho e a vida útil de máquinas, sistemas e componentes. E muito útil começar por esclarecer o conceito de contaminação e o de limpeza. O assunto mais comumente discutido é “contaminação”, e no entanto, nosso objetivo, assim como focalizamos nossos pensamentos em sistemas hidráulicos, transmissões hidrostáticas ou automáticas, ou ainda em lubrificação ou injeção de combustível de motores e de caixas de engrenagem, na realidade é “limpeza”, e não contaminação.
Quando tratamos o problema da contaminação, geralmente imaginamos a contaminação particulada sólida, tais como cavacos, limalhas, resíduos de desgaste, areia ou sujeira, no entanto para a vida e confiabilidade de sistemas hidráulicos e de lubrificação os outros contaminantes tem a mesma importância, tais como água, ar, calor, combustíveis etc.
Quanta limpeza é necessária?
Esta é uma primeira discussão que emerge, assim como começamos a tratar do tema de controle de contaminação e limpeza. Se considerarmos que mais de 85% dos problemas de desgaste em sistemas hidráulicos, assim como de lubrificação de mancais, rolamentos e engrenagens, são devido à presença de contaminante no lubrificante, e se tivermos plena consciência disto, a resposta seria automática: o mais limpo possível!
No entanto, ao darmos os primeiros passos para gerenciar a limpeza de fluídos nos confrontamos com uma realidade: não podemos especificar sistemas “os mais limpos possíveis”, uma vez que este tipo de especificação não é tecnicamente mensurável.
A mesma questão, às vezes, é feita de forma mais incisiva: qual é a limpeza mínima necessária? Para responder estas questões faltam as repostas as perguntas que definem outros parâmetros muito importantes:
- Qual é a expectativa de vida útil em serviço do equipamento?
- Qual é a disponibilidade exigida da máquina?
- Qual é a confiabilidade esperada?
- Quais os fatores de segurança envolvidos com a operação do equipamento?
Somente a resposta, em primeira instância, a estas perguntas nos darão os subsídios para a tomada de decisões e o estabelecimento de planos de ação efetivos e economicamente viáveis. Podemos deduzir facilmente que quanto maiores forem as exigências, maiores serão os níveis de limpeza que deveremos manter nos fluídos operantes nas máquinas.
Tempos de mudança: novos objetivos e novas soluções a velhos problemas
A tecnologia de manutenção de campo está passando por uma revolução de mudanças. Já era o tempo em que uma máquina tinha uma vida útil em serviço predeterminada, depois da qual era trocada por uma nova, e assim sucessivamente...
Hoje em dia, as máquinas e equipamentos podem ser mantidos para atingir uma vida útil operacional muitas vezes maior do que se podia esperar há poucos anos. O elevado custo de máquinas sofisticadas, as potências e tamanho cada vez maiores, a disponibilidade requerida pela competitividade no mercado, assim o requerem.
Os tempos mudam:
- Nos anos 60 a manutenção preventiva parecia a solução para a velha manutenção reativa, corretiva ou de crise (manutenção de quebra);
- Nos anos 70 a manutenção preventiva perdia terreno ante o avanço da manutenção preditiva;
- Nos anos 80 a manutenção preditiva e a monitorização de condições foram a prática generalizada para com- bater o constante aumento dos custos de manutenção;
- Nos anos 90 a manutenção preditiva foi implementada com recursos tecnológicos e gerenciais que lhe conferiam maior precisão e confiabilidade.
Resultado: redução da magnitude, quantidade de falhas e tempo de paradas imprevistas. No entanto, não houve um progresso real em reduzir a frequência das falhas. Nesta segunda metade da década de 90 temos novas metas:
- Qualquer estratégia de manutenção com o objetivo de reduzir a frequência das falhas deverá ser direcionada para as causas fundamentais das falhas: as raízes das causas. Esta nova estratégia de eliminação das causas deverá ser: “Proativa” da falha (ação antecipada), e não “reativa” da falha (ação de correção da crise). Consequentemente o primeiro enfoque lógico da manutenção proativa é o da implementação de programas rigorosos para controle de contaminação de: Lubrificantes; Fluidos hidráulicos (potência, direção, freios); Combustíveis e Ar; Fluidos de resfriamento.

A técnica: Controle proativo de contaminação
Toda vez que vemos um relatório de falhas podemos ler: “falha causada pela contaminação com partículas metálicas no sistema de óleo lubrificante”. Como pode ocorrer isto? As partículas metálicas, isso imaginamos, não são naturais no lubrificante. Na realidade, as partículas metálicas são produto do desgaste e do progresso de falha, e não a raiz da causa. Tal progressão da falha ocorre tipicamente como resultado da falha do lubrificante em proteger as superfícies críticas da contaminação e dos desgastes abrasivo e adesivo.
Mais contraditório é o fato de se determinar como causa da falha a presença de partículas metálicas no sistema e, no entanto, durante a operação normal do equipamento não foi realizada nenhuma análise do número, identificação ou tendência da população de partículas presentes no óleo, sendo feito isto somente “post-mortem”.
Qual é a causa da falha do lubrificante? Segundo a maioria dos especialistas, a contaminação é a causa número um da falha do lubrificante. Mesmo que um pouco de contaminante seja fornecido gratuitamente junto com o óleo, a maioria dos contaminantes entram no lubrificante depois, ingressando do ambiente em volta da máquina e gerados pelos componentes internos da própria máquina. As partículas sólidas e a umidade são os fatores que produzem mais danos aos mancais e eixos. De acordo com a General Eletric: “A confiabilidade e a manutenibilidade são uma função do controle de contaminação, e o controle de contaminação resulta em longa vida Útil”.
A contaminação é a fonte invisível da falha das máquinas
A monitorização e controle de contaminação de fluidos lubrificantes é uma atividade da manutenção proativa. Dado que a contaminação é a “causa” do desgaste e das falhas, fluidos extremamente limpos significa que, proativamente, resultarão em máquinas extremamente confiáveis e com longa vida útil. A tática de objetivar fluidos limpos, evitando a entrada de contaminantes, instalando sistemas de filtração eficientes e ao mesmo tempo fazendo frequente monitoração da contaminação, faz um grande sentido na manutenção de motores, máquinas, equipamentos e veículos.
Num artigo técnico na revista “Journal of American Society of Lubrification Engineers” podemos ler: “a verificação periódica dos níveis dos diversos contaminantes é essencial para assegurar um adequado controle de contaminação. Os quatro contaminantes principais a serem monitorados são, pela ordem de importância, partículas sólidas (tamanho e número), água, ácidos e hidrocarbonetos de baixo ponto de ebulição.”
Tipos de problemas causados pela contaminação
Quais são os problemas aos quais os veículos estão sujeitos devido a contaminação particulada e com água? Este novo enfoque conhecido como “Manutenção Proativa” é a ferramenta mais promissora na nova tecnologia de manutenção. Alguns especialistas a denominam como “manutenção de confiabilidade”, outros “manutenção de qualidade mundial”, ou ainda “manutenção ISO 9000”, no entanto, todas tem o mesmo objetivo: a máquina não deve parar, não deve falhar!
Filosofias de Manutenção das Máquinas
* Manutenção Proativa
São mantidas condições para evitar o início de desgaste da máquina e a degradação de componentes. As condições são monitoradas e tomadas as ações corretivas para estabilizar condições de operação saudáveis. As atividades da manutenção são proativas: antecipadamente ao início da falha, e não em reposta da falha.
* Manutenção Preditiva
E monitorado o progresso da falha empregando instrumentação não destrutiva. Os reparos da máquina são planejados antecipadamente a uma parada por falha catastrófica.
* Manutenção Preventiva
A manutenção é programada de acordo a tendências históricas, experiencia ou dados de confiabilidade. Tipicamente a base empregada para a manutenção são horas, quilômetros ou ciclos e não as condições reais da máquina.
* Manutenção Corretiva
Manutenção programada em resposta a falhas operacionais.
A força impulsora deste enfoque fundamental, lógico, tem raízes profundas no resultado da análise custo/benefício a que está sendo submetida a manutenção, de maneira geral, nesta década. Casos de referência que documentam reduções de custos, que em alguns casos, excedem os 90% são os que fornecem o indicador sólido para que muitas empresas comecem a persecução de economias similares, ou maiores ainda (ver “Pragas das Frotas de Máquinas e Veículos” - Manutenção & Tecnologia - Pag. 9-12 - Mar/Abr 94).
Análise de situação: onde estamos hoje?
Quando um motor ou máquina opera a plena carga e plena velocidade, internamente a eles somente pode ocorrer uma de duas coisas:
(1) Uma deterioração gradual de materiais e desempenho através de processos de desgaste, fadiga, corrosão etc.;
(2) ou a sua condição geral permanece estável no seu ambiente de operação.
Se for o primeiro caso, então, devido a deterioração, o tempo residual de vida útil operacional da máquina ou motor será reduzido, haverá uma maior frequência de falhas, e grandes riscos de falhas catastróficas. Se for o segundo caso, o de estabilidade, então o tempo residual de vida útil operacional permanecerá inalterado, com uma mínima frequência, ou ainda sem a ocorrência, de falhas menores.
Estas são as duas únicas opções, não existindo alternativas. Operando em condições instáveis, o custo de manutenção é geralmente diretamente proporcional à taxa de deterioração do equipamento e à falta de habilidade de predizer as falhas.
O nosso objetivo: Estabilidade de saúde da máquina, extensão da vida útil e predição de falhas
Os objetivos da manutenção, pela sua ordem de importância, devem ser:
(1) Estabilidade da saúde: mantendo a estabilidade, sem deterioração ou degradação, das condições de operação.
(2) Extensão da vida: reduzindo ao mínimo a taxa de deterioração ou envelhecimento, assim como aumentando o intervalo de tempo entre falhas.
(3) Predição de falhas: predizer, com elevada confidência, quando a máquina está perto do fim da sua vida operacional, empregando técnicas atualizadas de monitoração de condições.
Obviamente, o objetivo número um é o ideal, dado que com o seu sucesso pode-se alcançar a situação de não ter paradas imprevistas e, tampouco, substituição de componentes, nem uma reação em cadeia de falhas. O segundo objetivo oferece uma extensão da vida útil da máquina e um aumento da cadência entre as falhas (MTBF, Mean Time Betwenn Failures), o que resultará numa atrativa economia de custos. O terceiro objetivo oferece alguma redução de paradas imprevistas e da reação em cadeia de falhas. A combinação do segundo e terceiro objetivos resulta em vida útil mais longa somada à predição confiável de falhas.
Causa de Falhas
Quando uma máquina é corretamente projetada e bem construída, as causas de desgaste e falhas ficam restritas a:
- erro de aplicação ou operação
- contaminação
Contaminação é obviamente a mais comum e a mais séria das causas.
Podemos classificar as falhas em três modos básicos relacionados com contaminação para os componentes de sistemas hidráulicos e de lubrificação:
Falhas Transitórias
Falhas temporárias de funcionamento, tais como picos momentâneos de pressão, ou hesitação momentânea de resposta. Esta falha de desempenho tem como causa a presença de contaminantes alojados nas folgas críticas dos componentes, aumentando o atrito ou modificando temporariamente a configuração das partes.
Falhas Catastróficas
Ocorrem subitamente e são de natureza permanente. Este tipo de falha pode ser representado pelo travamento do carretei das válvulas (travamento pela contaminação), ou pela rotura de uma gaiola de rolamento. Em outros casos, as partículas podem entupir pequenos orifícios de controle de balanceamento hidrostático crítico, ou de abastecimento de lubrificante. Ocorrendo isto, o balanceamento é perdido (ou não existe lubrificação), e segue-se, imediatamente, uma falha catastrófica.
Degradação de Componentes e Desempenho
Mesmo que as falhas transitórias e catastróficas reduzam a vida e a confiabilidade do sistema mecânico ou hidráulico, não podem ser consideradas como resultado do processo de desgaste. A degradação do desempenho é a única falha relacionada com a contaminação e realmente ocorre como resultado do processo de desgaste. Este tipo de falha resulta quando o desempenho do componente é deteriorado a tal nível que deverá ser reparado ou substituído. A característica deste tipo de falha é uma gradual e persistente deterioração das superfícies críticas do componente.
Podemos dividir os problemas causadas pela contaminação segundo seus efeitos, mencionando a seguir somente os mais importantes.
Lubrificação
Motor:
- Desgaste de eixos e mancais
- Desgaste de carnes e acionamentos de válvulas
- Desgaste de potência e eficiência
Transmissão:
- Desgaste de engrenagens
- Desgaste de rolamentos e mancais
- Desgaste de discos de embreagem
Transmissões Automáticas:
- Desgaste das turbinas
Emperramento das válvulas com deslocamentos erráticos dos carretéis, instabilidade cíclica, deslocamentos prematuros ou retardados nas mudanças de velocidade.
- Desgaste de discos de embreagem
- Desgaste de rolamentos e engrenagens
Fluídos Lubrificantes:
- Oxidação com alteração de viscosidades e acidez
- Diluição com combustíveis
- Depleção de aditivos
Sistemas Hidráulicos
Bombas e Motores:
- Parada imprevista e completa, quebra da bomba ou motor
- Degradação lenta da bomba ou motor (minutos até alguma centena de horas) indicada pelo aumento do vazamento interno. Sintomas: aumento de temperatura do fluido e perda de eficiência volumétrica ou velocidade de acionamento dos cilindros e atuadores.
Válvulas de Controle:
- Travamento
- Silting do vazamento interno
- Aumento do vazamento interno
- Impossibilidade de manter a carga ou posicioná-la com precisão
Cilindros e atuadores:
- Aumento visível do vazamento externo
- Aumento do vazamento interno
Impossibilidade e manter a carga ou posicioná-la com precisão
Fluidos Hidráulicos:
- Oxidação com alteração de viscosidade e acidez
- Depleção de aditivos
Sistema de Combustível e Ar
Desgaste, perda de eficiência e potência, afetando:
- Bomba injetora e injetores
- Pistões, Anéis e Camisas de Cilindro
- Válvulas de Escapamento, Lumieras e Múltiplo de Escapamento
- Turbocompressor
- Mancais e Óleo Lubrificante do Motor
Manifestação das falhas no campo
Como é que estas falhas se manifestam no campo? Algumas falhas ocorrem muito rapidamente, inclusive podem ter ocorrido nos testes de fabricação do equipamento. Este mesmo tipo de falha rápida pode também ocorrer após uma manutenção no campo. A este tipo de falha podemos chamar de “mortalidade prematura”.
Uma outra categoria é do tipo “falhas sequenciais de campo”. Por exemplo: falha um motor hidráulico e é substituído no campo. Pouco tempo depois o novo motor instalado falha outra vez e é substituído, e assim por diante... Outras vezes a falha sequencial se produz num outro componente, imediatamente após a colocação em marcha do equipamento.
Um tipo de falha causada pela contaminação e que se manifesta gradualmente é o “vazamento interno”, que fica evidente devido a ciclos de tempo mais longos para desempenhar determinada tarefa, e pelo aumento de temperatura de operação do óleo. Isto é devido ao fato de que o aumento de vazamento interno não é mais que um desperdício de potência, e isso é a razão de ficar menos potência hidráulica disponível.
Hoje, como pode ser obtida a limpeza?
Para se obter e manter melhor a limpeza, devemos pensar continuamente nela, sempre, desde a especificação para a aquisição do equipamento, e em todas as fases seguintes:
- Projeto de uma máquina limpa atendendo especificações de operação em ambiente pouco amigável
- Fabricação e montagem
- Testes e colocação em marcha
- Controle de qualidade pelo fabricante
- Controle de recebimento e aceitação pelo usuário
- Manutenção de garantia pelo fabricante/distribuidor
- Manutenção pelo usuário
O que fazer com as máquinas que já temos na nossa frota?
Neste caso as técnicas a serem empregadas são:
- Atualização
- Modernização
- Reforma
- Retrofitting
Sempre que se atinge estes pontos, surge a questão: será que compensa? Se pudermos imaginar que modernizando o sistema de filtração de uma máquina poderemos evitar uma parada imprevista, ou estender em 25, 50% ou até mais, os períodos entre retíficas dos motores, chegaremos facilmente à conclusão de que o investimento em programas de controle de contaminação tem retornos de investimento rápidos e efetivos.
Logicamente que os efeitos não serão muito bem aproveitados em frotas onde os veículos estão no fim de suas vidas por causa de manutenção inadequada, mesmo assim compensará o esforço e o investimento.
Que nos depara o futuro?
Podemos observar que nos últimos anos houve um aumento da preocupação do relacionamento do controle de contaminação com a confiabilidade e disponibilidade dos veículos, máquinas e equipamentos.
Um outro fator decisivo pode ser o abandono pelas empresas da “administração pelo fluxo de caixa”, preparando as suas organizações para um mercado onde prevalecem a competitividade, a produtividade, a eficiência e a qualidade dos serviços, competindo no mercado internacional pela eficiência na exploração dos seus recursos.
Pode ser observado também um aumento dos veículos produzidos onde foram apropriadamente considerados, nos estágios iniciais do projeto do veículo, a limpeza e o controle de contaminação. No entanto, o grande impacto dos benefícios econômicos dos programas de controle de contaminação não é amplamente reconhecido. Há dificuldades de convencimento para o fato de que um pequeno investimento durante a fabricação do veículo para assegurar que está limpo, e a instalação de filtros eficientes, localizados estrategicamente nos sistemas, podem reduzir significativamente o número de falhas do tipo de “mortalidade prematura” e falhas no campo durante o período de garantia.
Este pequeno investimento nos programas de controle de contaminação paga altos dividendos, reduzindo os custos de garantia e melhorando a reputação do fabricante do veículo. Com esta mudança de atitude podemos ver, no futuro, uma adoção ampla e irrestrita de programas de limpeza de fluidos em veículos.
Os usuários não podem, nem devem esperar tudo dos fabricantes dos veículos e as suas frotas atuais e em operação, deverão ser incorporadas nos programas de limpeza de fluidos, os benefícios e economias deverão ser incorporados agora, hoje, às atividades das suas empresas, para melhorar a competitividade.
Nos casos em que o custo da parada do equipamento é alto, como no caso de certos veículos empregados em aplicações especiais, poderemos ver a introdução da monitoração de contaminação “on-board”, isto é: contínua e a bordo do veículo, que poderá avisar ao usuário quando o nível de contaminação chega a ser elevado, e assim poderão ser tomadas ações corretivas imediatas, em outras palavras, uma ação de “manutenção proativa”.
A monitoração de contaminação no campo já é uma realidade. Equipamentos adequados, realmente portáteis, confiáveis, especialmente concebidos para contagem de partículas diretamente em óleos em condições operacionais de campo, sem necessidade de preparação das amostras, são hoje disponíveis no mercado. Devemos lembrar que o sucesso de qualquer programa de limpeza de fluidos está baseado em medições periódicas e frequentes dos níveis de limpeza e, desta forma, detectar as tendências de estabilidade ou desvio dos níveis pré-estabelecidos.
Assim como sejam mais bem realizados os benefícios econômicos de longo prazo de aplicação de programas de limpeza de fluidos, podemos esperar uma grande evolução nos parâmetros empregados atualmente nas decisões econômicas, que ainda prevalece na maioria das empresas, das filosofias e técnicas de manutenção, uma maior conscientização do custo do desperdício, assim como notáveis mudanças de atitude e mentalidade em todos os níveis empresariais.

Pedro Stulgys
JPS Consultoria