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O que é um lubrificante?
Um lubrificante é definido como um produto derivado do petróleo usado para controlar e reduzir o atrito e o desgaste de peças móveis de máquinas (por exemplo, em motores e turbinas). O principal objetivo dos lubrificantes é ajudar a proteger e prolongar a vida útil do equipamento.
Esses objetivos são alcançados das seguintes maneiras:
Lubrificação reduzindo o atrito e o desgaste. O lubrificante forma uma película entre as partes mecânicas móveis do equipamento. Desta forma, o contato metal-metal e, portanto, o desgaste são reduzidos.
Resfriamento agindo como dissipador de calor. Isso faz com que o calor se dissipe das partes críticas do equipamento, evitando a deformação devido ao aumento da temperatura.
Proteção através da construção de um filme. Este filme não é afetado por oxigênio ou substâncias corrosivas e, portanto, evita danos e oxidação do metal (ferrugem) e, portanto, também evita o desgaste.
Tipos de lubrificantes
Na maior parte, os lubrificantes consistem em óleos aos quais são adicionados aditivos e outras substâncias químicas. Existem dois tipos comuns de lubrificantes baseados na origem do óleo:
1. Lubrificantes à base de óleos minerais (Figura 1a) são o tipo mais comumente usado.
São compostos por derivados de petróleo (base) aos quais são adicionados aditivos sintéticos. Esses tipos de lubrificantes são usados em aplicações onde há sem requisitos de alta temperatura. As áreas típicas onde são usados lubrificantes à base de óleo mineral incluem: motores, sistemas hidráulicos, engrenagens e rolamentos.
2. Lubrificantes à base de óleos sintéticos (Figura 1b) são substitutos desenvolvidos artificialmente para óleos minerais.
Eles são menos comuns e mais caros. Os óleos sintéticos são desenvolvidos especificamente para criar lubrificantes com propriedades superiores aos óleos minerais. Por exemplo, óleos sintéticos resistentes ao calor são usados em máquinas de alto desempenho que operam em altas temperaturas.
Na tabela a seguir estão listados diferentes tipos de lubrificantes com subclasses.
As propriedades físicas de um lubrificante (como viscosidade e densidade) dependem principalmente do óleo base, enquanto os aditivos ajustam as propriedades químicas, por exemplo, o índice de acidez ou o índice de base. Para cada aplicação, o óleo é normalmente formulado para atender às propriedades físicas e químicas exigidas pelo cliente. Portanto, existem vários tipos de óleo (tabela 1).
Tabela 1. Diferentes tipos de óleos lubrificantes.
Tipo de lubrificante |
Subclasses |
Óleo automotivo |
Óleo de motor Óleo de engrenagem Fluidos de transmissão |
Óleo industrial |
Óleo hidráulico Óleo de turbina |
| Graxas | |
Fluidos para usinagem de metais |
Formando fluidos Fluidos de corte |
Espectroscopia no infravermelho próximo – uma ferramenta em conformidade com a ASTM para avaliar a qualidade dos lubrificantes
A espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS) tem sido um método estabelecido para controle de qualidade rápido e confiável na indústria petroquímica há mais de 30 anos. No entanto, muitas empresas ainda não consideram consistentemente a implementação do NIRS nos seus laboratórios de QA/QC. As razões podem ser a experiência limitada em relação às possibilidades de aplicação ou uma hesitação geral na implementação de novos métodos.
Existem várias vantagens no uso do NIRS em relação a outras tecnologias analíticas convencionais. Por um lado, o NIRS é capaz de medir vários parâmetros em apenas 30 segundos, sem qualquer preparação de amostra! A interação não invasiva da matéria leve utilizada pelo NIRS, influenciada pelas propriedades físicas e químicas da amostra, torna-o um excelente método para a determinação de ambos os tipos de propriedades.
No restante deste post, são discutidas soluções disponíveis para lubrificantes que foram desenvolvidas de acordo com as diretrizes de implementação do NIRS de ASTM E1655 (desenvolvimento de método), ASTM D6122 (validação de método) e ASTM D8340 (validação de resultados).
Leia nossas postagens anteriores para saber mais sobre o NIRS como técnica secundária.
Benefícios da espectroscopia NIR: Parte 1
Benefícios da espectroscopia NIR: Parte 2
Aplicações e parâmetros para análise de lubrificantes com NIRS
A principal aplicação do NIRS para lubrificantes é monitorar facilmente a condição do óleo, ou seja, verificar se o óleo ainda tem qualidade adequada para a lubrificação adequada do equipamento. A redução de trocas de óleo desnecessárias significa economias de custos significativas. Por outro lado, a troca de óleo com pouca frequência pode resultar em possíveis danos ao equipamento, levando a reparos dispendiosos. Portanto, otimizar o uso do óleo lubrificante é muito importante.
Os seguintes parâmetros podem ser correlacionados entre o NIRS e os valores de um método primário: viscosidade cinemática, índice de viscosidade, cor, densidade, teor de água, TAN (número de acidez total), e TBN (número base total). Um grande conjunto de amostras fornecidas por diversas empresas diferentes foi usado para desenvolver modelos NIRS funcionais desses parâmetros, incluindo óleo hidráulico, óleo de engrenagem e outros. Em alguns casos, não estava claro para que aplicação o lubrificante foi utilizado, pelo que a identidade exacta do óleo era desconhecida.
As notas de aplicação mais relevantes para análise NIRS de lubrificantes estão listadas abaixo em mesa 2.
| Parâmetro | Método de referência | Norma | Notas de aplicação do NIRS | Benefícios do NIRS |
|---|---|---|---|---|
| Número ácido | Titulação | ASTM D664 |
|
Todos os parâmetros são medidos simultaneamente em um minuto, sem necessidade de preparação de amostra ou reagentes químicos. |
| Viscosidade cinemática a 40 °C | Viscosímetro | ASTM D445 | ||
| Viscosidade cinemática em 100°C |
Viscosímetro | ASTM D445 | ||
| Índice de viscosidade | Cálculo | ASTM D2270 | ||
| Número de cor | Colorímetro | ASTM D1500 | ||
| Teor de umidade | Titulação Karl Fischer | ASTM D6304 | ||
| Número base |
Titulação |
ASTM D2896 | ||
| Densidade | Medidor de densidade | ASTM D4052 |
Soluções por meio de modelos iniciais – agilizam e simplificam o controle de qualidade de lubrificantes
Os lubrificantes mantêm nossas vidas modernas funcionando perfeitamente. Durante o uso, o óleo precisa ser monitorado para verificar se ainda tem qualidade suficiente ou se precisa ser trocado.
Os dados aqui obtidos indicam que lubrificantes variam por aplicação e por fornecedor. Isso significa que ainda não há informações suficientes para cada tipo e subtipo de óleo para preparar um modelo robusto o suficiente para ser transformado em pré-calibração. No entanto, se um parceiro fornecer as amostras, um estudo de viabilidade pode indicar rapidamente se os espectros NIR podem ser correlacionados com os valores do método primário.
Normalmente, vários parâmetros-chave, como números de ácido e base (AN e BN), viscosidade, teor de umidade, cor e densidade, são determinados em laboratório por vários métodos químicos e físicos. Esses métodos não apenas acarretam altos custos de operação, mas também consomem muito tempo para serem executados.
O NIRS, por outro lado, não requer produtos químicos nem preparação de amostras e fornece resultados em menos de um minuto. Esta técnica espectroscópica também é fácil de ser usada por não químicos. Além disso, vários parâmetros químicos e físicos podem ser determinados simultaneamente. Os benefícios combinados desta tecnologia fazem do NIRS o solução ideal para muitas medições diárias de QA/QC ou análise ad-hoc em linha.
Exemplo de aplicação: modelo inicial para lubrificantes com analisador de líquidos NIRS DS2500
Para análise de lubrificante, determinação do índice de acidez (ASTM D664), viscosidade (ASTM D445), teor de umidade (ASTM D6304) e número da cor (ASTM D1500) exigem a utilização de múltiplas tecnologias analíticas e, em parte, de grandes volumes de produtos químicos. O tempo para obter resultados pode, portanto, ser um processo bastante longo e caro.
Neste exemplo, diferentes amostras de lubrificantes foram medidas com um Metrohm Analisador de líquidos NIRS DS2500 no modo de transmissão em toda a faixa de comprimento de onda (400–2500 nm). A câmara de amostra com temperatura controlada incorporada foi ajustada para 40 °C para fornecer um ambiente de amostra estável. Por questões de comodidade, foram utilizados frascos descartáveis com trajeto de 8 mm, o que tornou obsoleto o procedimento de limpeza.
Saiba mais sobre as possibilidades de análise petroquímica com os analisadores Metrohm NIRS DS2500 em nosso folheto gratuito abaixo.
Os espectros Vis-NIR obtidos (Figura 2) foram usados para criar modelos de previsão para a determinação dos principais parâmetros de lubrificantes (como aqueles em mesa 2). A qualidade dos modelos de predição foi avaliada por meio de diagramas de correlação, que mostram a correlação entre a predição do Vis-NIR e os valores do método primário. As respectivas figuras de mérito (FOM) exibem a precisão esperada de uma previsão durante a análise de rotina (Figura 3).
Esta solução demonstra que a espectroscopia NIR é perfeitamente adequada para a análise de múltiplos parâmetros em lubrificantes em menos de um minuto, sem preparação de amostra ou uso de quaisquer reagentes químicos.
Caso seja necessária a análise de uma grande série de amostras, existe também a possibilidade de medir amostras de lubrificantes de forma totalmente automatizada, conforme detalhado em nossa Nota de Aplicação gratuita abaixo.
Aqui, as amostras foram medidas no modo de transmissão em toda a faixa de comprimento de onda (400–2500 nm) usando um Analisador NIRS XDS RapidLiquid em combinação com um processador robótico de amostras USB 815, que pode transportar um total de 141 amostras (Figura 4).
Resumo
A espectroscopia no infravermelho próximo é muito adequada para análise de lubrificantes. Os modelos de starter disponíveis são desenvolvidos e validados de acordo com as diretrizes ASTM. Os aspectos positivos do uso do NIRS como uma tecnologia alternativa aos métodos primários são a pouco tempo para resultado (menos de um minuto), não são necessários produtos químicos ou outros equipamentos caros, e facilidade de manuseio para que mesmo trabalhadores em turnos e não químicos possam realizar essas análises com segurança.
Outras parcelas desta série
Este artigo do blog foi dedicado ao tópico de lubrificantes e como a espectroscopia NIR pode ser usada como a ferramenta de controle de qualidade ideal para a indústria petroquímica/refinaria. Outras parcelas são dedicadas a:
