Décimo Quinto Encontro Regional Ibero-americano do CIGRÉ Foz do Iguaçu-PR, Brasil 19 a 23 de maio de 2013

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1 REGENERAÇÃO DE ÓLEOS LUBRIFICANTES TIPO TURBINA UMA REALIDADE ATUAL J. C. Sihvenger Mineraltec Tecnologia em Óleos Minerais RESUMO O petróleo é um recurso não renovável e a preocupação em estudos para busca de novas alternativas vem sendo desenvolvida já há algum tempo. Os óleos minerais lubrificantes utilizados principalmente em centrais hidroelétricas para lubrificação de mancais e reguladores de velocidade são derivados do petróleo e, portanto, estão inseridos nesse contexto, ou seja, na busca de soluções para sua reutilização, ao final de sua vida útil, com alternativas que não contemplem o descarte e reposição com cargas de óleo novo. O presente trabalho tem o objetivo de demonstrar a viabilidade de regeneração dos óleos minerais lubrificantes, através de processos químicos e físicos, visando a sua reutilização tanto em mancais como em reguladores de velocidade. O processo de regeneração também está inserido nos atuais conceitos de sustentabilidade, uma vez que, ao se processar uma carga de óleo através da regeneração, é evitado o descarte de óleo usado no ambiente, bem como estoque de óleo usado para destinação final. São tratados temas como custo/benefício, métodos utilizados, reposição de aditivos, controle de qualidade do óleo regenerado, volumes já regenerados até o momento, perdas do processo, etc. Também são indicados os valores limites dos parâmetros físico-químicos das cargas de óleo a serem regeneradas, espectativa de vida útil do óleo regenerado, bem como os novos parâmetros, após o processo de regeneração. Ao final são apresentadas recomendações para trabalhos futuros como, por exemplo, a re-regeneração de óleos que já passaram por um primeiro processo e já estão chegando à condição de serem regenerados novamente, ou seja, passar por uma re-regeneração. PALAVRAS-CHAVE Óleo lubrificante, regeneração, aditivação, ensaios físico-químicos, reutilização, re-regeneração, meio ambiente, óleos minerais, mancais, reguladores de velocidade.. 1 / 8

2 1. INTRODUÇÃO Os processos de regeneração de óleos minerais no Brasil foram iniciados na década de 70, mais precisamente em óleos minerais isolantes de transformadores. Consolidado esse processo em óleos de transformadores, passou-se a estudar a utilização do mesmo processo para óleos lubrificantes, principalmente os óleos lubrificantes tipo turbina, de equipamentos de grande porte. Estes estudos datam da década de 80, onde empresas tiveram problemas com oxidação prematura do óleo de mancais e reguladores de velocidade, inclusive com a necessidade de troca das cargas de óleo. Como é do conhecimento de todos em geral, o petróleo é um recurso natural não renovável, portanto num futuro não muito distante pode acabar, mesmo com a descoberta de novos poços, porém com uma demanda cada vez maior, poderemos caminhar para um futuro em que este recurso possa ser extinto. Em paralelo a isso, já há vários anos as questões ambientais estão cada vez mais ganhando uma importância muito grande, pois o petróleo e seus derivados são uma das maiores causas da poluição ambiental. Para se ter uma idéia, a grosso modo, a natureza demora para absorver uma certa quantidade de óleo lubrificante que por acaso foi derramado, em torno de dois anos e no caso de derramamento na água, temos que um litro de óleo pode contaminar um milhão de litros de água. Nesse contexto, portanto, torna-se praticamente uma obrigação aproveitar o máximo cada gota de óleo para que não haja poluição ao meio ambiente, tanto para nós como para futuras gerações. O óleo lubrificante derivado do petróleo, na realidade não estraga, apenas vai adquirindo contaminantes ao longo do tempo de uso, devido às condições de trabalho e depleção dos aditivos. A remoção dos contaminantes e sua readitivação fazem com que o óleo lubrificante adquira as mesmas condições iniciais, como quando era novo. Importante ressaltar a diferença entre regeneração e recondicionamento do óleo, pois o primeiro retorna o óleo ao básico novo, e o recondicionamento se refere à filtração, que remove partículas e sujeiras, centrifugação que é eficiente para retirada de água e tratamento termo vácuo que consegue retirar água reduzindo a pequenas quantidades e também retira partículas menores, pois possuem filtros eficientes acoplados. Outro fator que torna o processo de regeneração de óleos lubrificantes interessante é o custo em relação ao óleo novo, que depende de vários fatores, porém dificilmente ultrapassa os 50% se comparado com o custo de uma carga de óleo novo. 2. ÓLEOS LUBRIFICANTES EXISTENTES NO MERCADO Os óleos lubrificantes industriais existentes no mercado hoje podem se dividir em três tipos: - óleo mineral: é derivado do petróleo e passa por diversos tipos de tratamento que lhe confere suas principais características. Consiste apenas de base mineral mais os seus respectivos aditivos; - óleo semissintético: consiste de uma mistura de base mineral, uma base sintética e mais os aditivos; - óleo sintético: São óleos criados em laboratório para oferecer características especiais. Consiste de óleo lubrificante de base sintética mais os aditivos. Alguns exemplos de óleos sintéticos podem ser: silicones, poliglicóis, ésteres, etc. A grande maioria das cargas de óleo lubrificante em uso, em mancais e regulador de velocidade de usinas consiste de óleo mineral, derivado do petróleo, que é tema deste trabalho. Os óleos de turbina devem possuir algumas características importantes como viscosidade adequada, resistência à oxidação e formação de borra, prevenção contra ferrugem, proteção dos mancais contra corrosão, resistência à formação de espuma e fácil separação da água, além de permanecer em uso por longos períodos sem se degradar. 2 / 8

3 2.1 Processos de deterioração do óleo lubrificante Os óleos lubrificantes devem permanecer estáveis e inalterados por longo tempo, mantendo suas propriedades dentro dos limites definidos. Porém, em serviço o óleo se deteriora devido à influência de vários fatores, tais como: a presença de oxigênio, temperaturas e pressões elevadas, umidade, etc. Com a deterioração podem acontecer falhas ou deficiências na lubrificação, que podem levar a aumento da temperatura de funcionamento da máquina, elevação do nível de desgaste das peças em movimento, deficiência na transferência de forças, aumento da corrosão devido à ação de substâncias agressivas (ácidos) aos metais. A oxidação do óleo lubrificante ocorre quando os hidrocarbonetos do óleo reagem com o oxigênio e levam à formação de ácidos e borra. Essa oxidação tende a aumentar a viscosidade levando a problemas como a formação de borras e vernizes, formação de ácidos, formação de espuma, redução do fluxo de óleo, catalização de novo processo de oxidação e emulsificação da água de contaminação. A figura 1 mostra uma representação da oxidação dos óleos lubrificantes: Figura1: Esquema de oxidação do óleo e suas consequências 2.2 Monitoramento e controle Impotante para aumentar a vida útil de um óleo lubrificante, a análise de laboratório através do controle dos parâmetros físico-químicos permite identificar, quantificar, traçar um perfil de desgaste do equipamento e componentes, além de avaliar a sua degradação natural. O monitoramento do lubrificante que circula entre as partes do equipamento através de análises de laboratório, proporciona a obtenção de todas as informações necessárias sobre o seu estado. As partículas de contaminação e as partículas de desgaste estão nele presentes e, identificá-las através de análises específicas, nos permite traçar um perfil de desgaste dos seus componentes. O controle de lubrificantes é vital para que o equipamento se mantenha em condições de plenitude operacional. Este controle permite identificar não somente o desgaste do equipamento, mas a degradação natural e a sua troca ou intervenção no momento exato. Os dados abaixo representam os resultados de laboratório de uma carga de óleo novo, recém-colocada no equipamento e do mesmo óleo após aproximadamente 15 anos de operação: 3 / 8

4 novo Óleo velho ppm mg/g 54,30 cst 50 ppm 0,28 mg/g Tabela 1: Valores de ensaios físico-químicos (óleo novo e óleo em fim de vida útil) Viscosidade 40 o C 445 Água 1533 Acidez 974 Cor 1500 Demulsibilidade 1401 Espuma 892 RBOT 2272 Óleo 54,50 cst < 50 0,09 1, (15) ml- 20/0 ml 320 min. 6, (30) ml-min 620/10 ml Inibidor ,40 % min. 99 min 0,09% Os resultados do óleo velho indicam uma degradação acentuada, o que tornava essa carga de óleo passível de passar por algum processo para readquirir as condições de um óleo novo. A continuidade do uso desse óleo poderia acarretar consequências sérias no equipamento, como por exemplo, entupimento de filtros, formação de borra, etc. 3. REGENERAÇÃO DE ÓLEOS LUBRIFICANTES TIPO TURBINA No início dos estudos referentes à regeneração, o desenvolvimento do processo foi realizado em laboratório, através de simulações com ensaios de desempenho e depois aplicado em escala industrial. Os estudos mostraram que a regeneração do óleo lubrificante proporcionou a retirada de grande parte dos produtos de oxidação, medidos através da acidez e espectrometria de infravermelho; melhoria nas características de demulsibilidade, que é a capacidade do óleo em separar-se de uma emulsão com água, melhorias na cor e nas características de formação de espuma; melhoria no desempenho em relação ao óleo usado, parâmetro medido através do ensaio de tempo de indução por bomba rotatória (RBOT). Regenerar um óleo significa submetê-lo a um tratamento de recuperação com a finalidade de eliminar os produtos de oxidação, contaminantes ácidos e em estado coloidal, compostos polares solúveis por meios químicos e de adsorção. Os processos mais usados de regeneração são: Processo de adsorção por contato; Adsorção por percolação, que se utiliza de argila ativada (bauxita, terra fuller ou atapulgita). 3.1 Processo de adsorção por contato Este processo consiste no contato, sob agitação, de uma determinada porcentagem em peso de material adsorvente com o óleo aquecido a 60 o C, durante um tempo predeterminado. O processo pode constar das seguintes etapas: - O volume de óleo é colocado num tanque apropriado onde é aquecido, e ao mesmo tempo colocado em circulação através de um sistema de filtragem. Esta filtração elimina partículas sólidas em suspensão, e age como uma percolação forçada. - O aquecimento do óleo prossegue até a temperatura atingir 60 a 65 o C, quando é interrompida a circulação pelo sistema de filtragem. Sob agitação constante o adsorvente (argila) é adicionado, mantendo-se o óleo aquecido. Nesta fase, o adsorvente sólido, de granulometria de 200 a 300 mesh, através de sua atividade superficial, retém os contaminantes coloidais em suspensão, os compostos polares solúveis, e os produtos de degradação do óleo. - Alíquotas de óleo são retiradas a cada período de uma hora e submetidas a ensaios físico-químicos (tensão interfacial, espectro de infravermelho e período de indução) até que verifique uma estabilização de valores, quando a adsorção é considerada terminada. 4 / 8

5 3.2 Processo de adsorção por percolação Este processo de regeneração é utilizado pela Mineraltec Tecnologia em Óleos Minerais, desde o começo dos trabalhos, no início do ano A percolação consiste em fazer o óleo passar através de um meio adsorvente para retirar suas impurezas. O processo normalmente utilizado é percolação por pressão e o material adsorvente usado é a atapulgita de alto desempenho. O processo é semelhante ao processo de percolação por gravidade, exceto que o óleo é pressionado por uma bomba para passar através das colunas de adsorvente. Consiste das seguintes etapas: - O óleo a regenerar é colocado em tanques de armazenamento apropriados; - Dos tanques o óleo é bombeado para o conjunto de regeneração onde primeiro passa por um aquecedor que eleva a temperatura do óleo à 60 o C; - Logo após, vai para as colunas que contém a argila adsorvente (atapulgita). Consiste de um conjunto normalmente composto por oito colunas onde são utilizadas duas por vez; - Ao sair das colunas o óleo segue para filtragem, onde são utilizados filtros de 5µm e 0,2 µm, passando então para os tanques onde o processo recomeça. O rendimento das colunas é de aproximadamente l/h. O controle do processo é realizado através do ensaio de tensão interfacial (dinas/cm), acidez (mg KOH/g de óleo) e ao final é realizada análise por espectro de infravermelho, para verificação da intensidade das bandas de oxidação. Um esquema simplificado do processo é representado na figura 2, bem como uma ilustração do espectro do óleo, realizado pelo espectrômetro de infravermelho (com transformada de Fourier FTIR) é mostrado na figura 3. Figua 2: Esquema básico de regeneração Figura 3: Espectro do óleo lubrificante A figura 3 mostra uma comparação do espectro de infravermelho de um óleo novo e óleo usado. O espectro em vermelho (linhas vermelhas) é de um óleo novo onde se observa uma banda forte e intensa na região de cm -1 que diz respeito ao inibidor antioxidante, e na região de cm -1, a ausência de bandas de produtos de oxidação. O espectro em azul (linhas azuis) refere-se a um óleo usado, antes da regeneração, já em fim de vida útil onde se observa que a banda do antioxidante estava bem menos intensa e as bandas dos produtos de oxidação bem significativas. O espectro de um óleo regenerado é semelhante ao de um óleo novo (em vermelho), onde a banda do aditivo antioxidante é intensa e as bandas de produtos de oxidação diminuem severamente. 5 / 8

6 3.3 Reposição de aditivos Os óleos lubrificantes utilizados em mancais e reguladores de velocidade possuem em sua composição, aditivos que servem para melhorar algumas características do óleo. Normalmente são encontrados quatro aditivos nesses óleos, sendo: Antioxidante, anticorrosivo, antiespumante e abaixador do ponto de fluidez. Se comparado com outros óleos lubrificantes hidráulicos e automotivos, o óleo tipo turbina possui número pequeno de aditivos. Ao passar pelo processo de regeneração, os aditivos remanescentes são também retirados, o que torna necessário a reposição desses aditivos, após teminado o processo de regeneração. A Mineraltec utiliza em alguns casos, o coquetel de aditivos da Petrobrás Br (BR-252-EX), mas também pode formular seu próprio pacote de aditivos conforme a necessidade. Trata-se da última fase do processo, pois só é executada quando o óleo processado está em boas condições, demonstrado pelos ensaios de controle da regeneração e também devidamente limpo, que pode ser constatado pelo ensaio de contagem de partículas, condição que é conseguida através da filtragem do óleo. 3.4 Quando regenerar? As cargas de óleo lubrificante devem ser controladas ao longo de sua vida através de ensaios de laboratório e também através da verificação de seu desempenho na máquina. Consideramos determinantes para a definição de que uma carga de óleo deva ser regenerada, os seguintes ensaios físico-químicos: Estabilidade à oxidação por bomba rotatória (RBOT); índice de acidez, teor de antioxidante e características de emulsão (demulsibilidade). Estes ensaios foram escolhidos porque estão relacionados à degradação/oxidação do óleo lubrificante. Vale ressaltar que apenas um ensaio não é determinante para condenação de um óleo, mas sim o conjunto dos ensaios deve ser avaliado, e nesta avaliação deve haver um consenso entre todo o pessoal envolvido (engenharia de manutenção, execução da manutenção, laboratório). A tabela 2 sugere valores desses ensaios, em que a carga de óleo já está potencialmente deteriorada e que pode ser direcionada para o tratamento de regeneração. Tabela 2: Valores limites Ensaio Noma RBOT ( 2272) Acidez ( 974) Demulsibilidade ( 1401) Valores limites < 100 minutos > 0,25 mg/g > 15 ml de emulsão (30 min) Antioxidante ( 2668) < 0,1% Para que o processo tenha um resultado eficiente estes valores não devem ser ultrapassados, pois quanto mais degradado o óleo, mais difícil sua regeneração, o que envolve mais homens/hora, maior consumo de material e maior custo. 6 / 8

7 3.5 Controle de qualidade do óleo regenerado após retorno à operação Após a carga de óleo voltar para o mancal ou regulador, o acompanhamento deve ser normal, através dos ensaios físico-químicos de laboratório. Os valores dos parâmetros físico-químicos após regeneração e início de acompanhamento são mostrados na tabela 3 e suas características são muito semelhantes às do óleo novo: Valores iniciais Viscosidade 40 o C 445 Água 1533 ** Máx ppm Acidez 974 Máx. 0,10 Cor 1500 Máx. 1,5 Demulsibilidade 1401 Máx 3 ml de emulsão (30 min). Espuma 892 Máx. 200/0 RBOT 2272 Mín. 300 min. Inibidor 2668 Mín. 0,40 % mg/g ml ** valor dependente do gau ISO do óleo (32, 46, 50, 68, 77, 86, 100, 150, 220). O grau de limpeza do óleo, antes da colocação em serviço deve ser no mínimo NAS 8 (NAS 1638), medido pelo ensaio de contagem de partículas. Outos ensaios de acompanhamento também devem ser executados, como por exemplo: metais de desgaste, ponto de fulgor e combustão, corrosão em lâmina de cobre, densidade, etc. 4. VOLUME DE ÓLEO REGENERADO Como já foi mencionado anteriormente, a Mineraltec já regenera óleos lubrificantes desde o ano de 2000, portanto há doze anos, e até o momento já foram processados aproximadamente um milhão de litros de óleo lubrificante que correspondem a várias cargas de reguladores de velocidade e mancais. Grandes usinas no setor elétrico brasileiro estão utilizando esse serviço. Para os próximos dois anos há previsão de volumes em torno de quatrocentos mil litros de óleo lubrificante tipo turbina para serem regenerados. Portanto, cada vez mais as empresas estão se conscientizando da importância do tratamento de regeneração de suas cargas de óleo. O acompanhamento das cargas já regeneradas pelas empresas usuárias tem demonstrado que o óleo está com bom desempenho, tanto nos ensaios de laboratório como o seu desempenho no equipamento. Ou seja, desempenho bom significa envelhecimento normal, de acordo com as condições de trabalho. As primeiras cargas de óleo regeneradas já estão com doze anos de uso, e, devido às condições de trabalho, no caso de reguladores de velocidade, os ensaios já podem estar demonstrando a necessidade de nova regeneração, a re-regeneração. Especialistas já estão analisando esta possibilidade e a expectativa é que em breve teremos uma primeira carga de óleo a passar pelo processo de regeneração pela segunda vez, algo inédito em se tratando de óleo lubrificante. 5. CUSTO/BENEFÍCIO Os custos do processo são calculados levando-se em conta desde o transporte da carga de óleo, aquisição de aditivos, processo em geral até entrega no cliente. Computados todas essas variáveis, o litro de óleo regenerado pode custar entre 30 a 40% do custo de um litro de óleo novo. As perdas no processo não ultrapassam 5%, o que é considerado muito baixo. Questões ambientais devem ser consideradas na relação custo/beneficio, pois ao regenerar o óleo, a empresa está evitando descarte de óleo usado, portanto está inserida nas políticas de sustentabilidade atuais. 7 / 8

8 6. CONCLUSÃO A relação custo/benefício justifica o processo de regeneração de óleo lubrificante tipo turbina, como demonstrado anteriormente, pois com custo menor a empresa tem um óleo lubrificante com desempenho muito semelhante ao óleo novo. O desempenho das cargas de óleo regenerado até o momento, dentro do equipamento, demonstrado pelas análises de laboratório tem sido normal, com nenhuma anormalidade até o momento, que coloque em dúvida o processo. A expectativa de vida útil do óleo regenerado está praticamente igual ao óleo novo, isso já comprovado na prática, através das primeiras cargas de óleo lubrificante regenerado. Além dos aspectos técnicos e econômicos, deve ser destacado o aspecto ambiental, pois esta atividade está inserida dentro das políticas de sustentabilidade nas empresas, uma vez que o meio ambiente está sendo preservado, pois não está havendo descarte de contaminantes. BIBLIOGRAFIA [1] Annual Book of Standards Petroleum Products, Lubricants, and Fossil Fuels, volumes 05.01; e 05.03; [2] Sihvenger, J.C.; Guerra, L. C.; Moreira, E, e Granato, R. C. A experiência da Itaipu na utilização de óleos lubrificantes regenerados. Abraman 19º Congresso Brasileiro de Manutenção Curitiba - setembro de 2004; [3] Serra, T. Z.; Sihvenger, J. C. e Mora, N. D. Análise comparativa do desempenho do óleo lubrificante tipo turbina, antes e após regeneração. Abraman 23º Congresso Brasileiro de Manutenção Santos/SP setembro de 2009; [4] Lubrificação Industrial Apostila / 8