Vamos Falar de Óleos Básicos Grupo I versus Grupo II em aplicações hidráulicas Quando um técnico em manutenção acaba de acrescentar uma carga de óleo a um sistema hidráulico crítico, ele provavelmente não está pensando sobre os componentes individuais do óleo. É mais provável que ele (a) esteja pensando em qual será o desempelho do óleo no sistema. Ele lubrificará os componentes adequadamente? Ele causará a formação de depósitos no sistema? Ele ajudará a impedir que os contaminantes danifiquem o equipamento e entupam os filtros? Ele manterá seus equipamentos funcionando adequadamente até a próxima manutenção programada? Se o desempenho é o que realmente importa, então por que alguém gastaria seu tempo falando sobre os componentes da formulação? Essa é uma boa pergunta, entretanto, a realidade prática é que há várias questões, preocupações, e em alguns casos, informação mal interpretada sobre o uso das bases API dos Grupos I e II em formulações de óleos hidráulicos. Informação Básica Sobre as Bases A Figura 1 mostra as categorias de bases do American Petroleum Institute (API). Essas categorias estão baseadas em algumas propriedades físicas e químicas dos básicos. Cada propriedade pode ser atribuída a certas características naturais dos óleos básicos. O IV, índice de viscosidade, é importante quando se considera aplicações expostas a extremos de temperatura. O enxofre fornece proteção natural contra o desgaste. O teor de saturados, ou a pureza da composição química, estão relacionados com a estabilidade à oxidação e compatibilidade das vedações. Não está mostrado na Figura 1, mas igualmente importante é o teor aromático. Os aromáticos, que são removidos para se alcançar teores mais altos de saturados são importantes componentes químicos quando se considera a solubilidade natural da base. Considerando apenas as bases dos Grupos I e II, a Figura 2 mostra qual base exibe naturalmente as características mais fortes. Group I VS. Group II - Efeito Sobre os Óleos Hidráulicos • Características em Baixas Temperaturas As propriedades em baixas temperaturas dos óleos minerais dependem principalmente do processo de remoção de cera usado no acabamento dos óleos. Apesar de serem usados diferentes processos de remoção de cera para os óleos dos Grupos I e II, ambos podem ser formulados facilmente para satisfazerem as necessidades em baixas temperaturas da maioria das aplicações hidráulicas. • Proteção Contra Desgaste Uma exigência-chave no desempenho de sistemas hidráulicos é uma boa proteção contra desgaste. Apesar dos óleos do Grupo I possuírem um nível inerente de proteção contra desgaste devido às moléculas de enxofre no óleo (removido do Grupo II), bons aditivos anti-desgaste estão disponíveis e fornecem à maioria dos novos óleos hidráulicos adequada proteção anti-desgaste para
Figura 1
Classificação API dos Óleos Básicos Especificações Físicas Grupo
Processos de Produção
VI
Enxofre Wt. %
Saturado Wt. %
I
80 – 120
> 0.03
< 90
Convencional (refino por solvente)
II
80 – 120
≤ 0.03
≥ 90
Hidrocraqueamento/ desparafinização
III
≥ 120
≤ 0.03
≥ 90
Hidrocraqueamento/ desparafinização
IV
140 typ
0.00 typ
> 90 typ
PAO (polialfaolina) de síntese química Todos os outros tipos: éster, pologlicol, ésteres-fosfato...
V
Figura 2
Comparação das Propriedades de Bases Parâmetro
Grupo I
Grupo II
Desempenho em baixas temperaturas Proteção natural contra desgaste Estabilidade à oxidação (com AO) Compatibilidade com a vedação Solubilidade dos aditivos Solubilidade dos depósitos/contaminantes
as exigentes aplicações atuais. Como mostrado na Figura 3, o desgaste de metais foi responsável por somente 5% dos alertas exibidos para óleos usados da Mobil®. Entretanto, uma importante questão é por quanto tempo um óleo manterá sua proteção contra desgaste em uso? Para óleos tais como o Mobil DTE® 20 e o Mobil DTE® Excel, que possuem excepcionais controle de contaminação e desempenho de limpeza - levando a vidas mais longas em serviço, ser capaz de manter o desempenho antidesgaste por períodos mais longos de tempo é uma necessidade e uma vantagem-chave no desempenho desses óleos hidráulicos. Para a maioria dos produtos concorrentes, se formulados com bases do Grupo I ou Grupo II, podem não necessitar dessa proteção estendida contra desgaste, uma vez que eles provavelmente serão retirados de serviço mais cedo devido à falta de controle de contaminação e baixo desempenho “Keep Clean” (capacidade de manter-se limpo).
Estabilidade à Oxidação Apesar dos óleos do Grupo II serem mais estáveis à oxidação do que aqueles do Grupo I, essa diferença só é significativa sob altas temperaturas. Por exemplo, o teste de oxidação ASTM D943, feito a 95 °C (203 °F), tende a prover melhores resultados para os óleos do Grupo II do que aqueles do Grupo I (veja no Tópico Técnico “TOST” uma discussão com respeito à relevância do D943 para os óleos hidráulicos). Entretanto, a maioria dos sistemas hidráulicos funcionam sob temperaturas muito mais baixas, geralmente na faixa entre 50-60 °C (122-140 °F). A bem da verdade, baseado em quase 50.000 amostras de óleos usados da Mobil, cujos resultados dos testes classificaram os óleos em estado crítico ou inadequados para continuar em uso, somente 2,5% foram relacionados à oxidação (Figura 3). Nenhum dos alertas foi gerado somente pela oxidação. Em última análise, em termos de benefícios práticos, a estabilidade à oxidação das bases do Grupo I quando comparadas àquelas do Grupo II é irrelevante para a grande maioria das condições operacionais de sistemas hidráulicos. Figura 3
Alertas dos Óleos Hidráulicos Usados da Mobil® 5%
(Figura 4). Isso pode ocorrer em qualquer parte do sistema, tais como vedações e mangueiras, onde os elastômeros são usados. Uma vez que os óleos hidráulicos entram com contato direto com as vedações e mangueiras, é importante compreender quaisquer interações que possam existir entre elas. Geralmente as vedações de elastômeros precisam do óleo para expandir, e assim vedarem melhor o sistema. Os componentes aromáticos do óleo tendem a penetrar melhor para vários materiais elastômeros comuns do que hidrocarbonetos saturados. Portanto, nesses casos, os óleos hidráulicos que usam as bases do Grupo I tendem a expandir as vedações mais do que aqueles que usam bases do Grupo II. Similar à solubilidade, componentes adicionais podem ser acrescentados para aumentar a expansão da vedação nos óleos do Grupo II. Entretanto, os custos adicionais freqüentemente tornam essa abordagem proibitiva para os óleos hidráulicos. A Figura 5 mostra os dados ISO 1817 de expansão de elastômeros para duas formulações idênticas de óleos hidráulicos que diferem apenas quanto à base (Grupo I VS. Grupo II). O teste foi feito sob a temperatura padrão de testes a 100 °C e foi estendido para além da duração normal de uma para nove semanas. A Figura mostra que a formulação de base do Grupo I mostrou expansão consistentemente maior do elastômero durante todo o período de extensão do teste (Figura 4). Figura 4
2,5%
92,5%
Figura 5 Oxidação e Outros
Desgaste de metal
Expansão da Vedação NBR
Contaminação
Baseado em 12 anos de informação sobre Óleos Hidráulicos Usados (49.389 resultados de análise)
10 9 8
Solubilidade Os aromáticos presentes nos básicos do Grupo I fornecem excelentes propriedades de solubilidade. A solubilidade natural, combinada à mistura correta de aditivos de desempenho, ajuda a impedir que os produtos de degradação e contaminação formem crostas e depósitos na operação. Isso se faz especialmente importante para sistemas modernos com tolerâncias mais rigorosas. Essa solubilidade natural foi removida das bases do Grupo II para proporcionar a eles melhor estabilidade à oxidação. Componentes adicionais podem ser acrescentados para se melhorar a solubilidade das bases do Grupo II. Entretanto, os gastos adicionais frequentemente proíbem essa abordagem para os óleos hidráulicos. Entre melhor estabilidade à oxidação ou melhor solubilidade (Figura 3), onde você preferiria o equilíbrio para o seu fluido hidráulico? Compatibilidade com Vedações A maioria das pessoas que já trabalharam com equipamentos hidráulicos já viram a bagunça criada por um vazamento de óleo no sistema
7 6 5 4 3
Óleo Hidráulico com Básico Grupo I
2
Óleo Hidráulico com Básico Grupo II
1 0
sem. 1
sem. 2
sem. 3
sem. 4
sem. 5
sem. 6
sem. 7
sem. 8
sem. 9
Conclusão Os óleos hidráulicos podem ser formulados de forma bem sucedida tanto com bases do Grupo I quanto aquelas do Grupo II. Os óleos de bases do Grupo I possuem a vantagem de maior solubilidade natural e podem melhorar o controle de contaminação/depósitos e solubilidade do aditivo; proteção natural contra desgaste; e melhor compatibilidade do elastômero, que pode ajudar a reduzir vazamentos no sistema. Os óleos de base do Grupo II possuem estabilidade à oxidação mais alta e menor volatilidade, mas nenhuma dessas características se traduz em melhor desempenho nos sistemas hidráulicos típicos.
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