Tecnologia inovadora de elementos Stat-Free

Transcrição

1 Tecnologia inovadora de elementos Stat-Free

2 1. Introdução O emprego de modernos e ecológicos óleos hidráulicos e de lubrificação, assim como a tendência para instalações mais compactas e filtração mais fina, nos coloca, nos últimos anos, diante de um agravamento da problemática de carga e descarga eletrostática. Como resultado, os componentes montados numa instalação são nitidamente limitados em suas funções ou até mesmo danificados. Descargas eletrostáticas destroem elementos filtrantes, danificam válvulas e sensores, podendo até provocar explosões no tanque hidráulico. Além disso aceleram o envelhecimento do óleo. Para permitir um funcionamento econômico e seguro de toda a instalação, o emprego de sistemas de filtração, que impedem o surgimento das perigosas descargas eletrostáticas, é obrigatoriamente necessário. Uma troca de óleo, dispendiosa e fora do planejado, pode ser evitada por meio da utilização deste sistema de filtração. Nos reconhecemos o problema a longo prazo da descarga eletrostática e, através de nossa inovadora série de elementos Stat-Free, desenvolvemos uma solução eficaz contra a carga e descarga eletrostática em circuitos hidráulicos e de lubrificação. Baseado na bancada de teste eletrostático, especialmente projetada para esta finalidade e verificada pelo TÜV, e em inúmeros testes de campo, fomos capazes de criar um tecnologia de elemento que inibe o fenômeno de descarga eletrostática no elemento filtrante causando uma substancial redução de carga eletrostática do óleo. A seguir os conceitos básicos e as consequências de cargas e descargas eletrostáticas num circuito hidráulico são explicados mais detalhadamente e demonstradas as vantagens da nova tecnologia de elemento Stat-Free. 2. Tendências quanto a fluidos hidráulicos A globalização dos mercados obriga os produtores de óleos em todo o mundo fornecer óleos hidráulicos e lubrificantes com constante alta qualidade aos fabricantes e usuários de instalações, como estações de compressores, grandes transmissões ou máquinas. Com óleos básicos da categoria I, nos quais a estrutura molecular do óleo cru não é alterada, isto não é garantido. Por conseguinte são usados cada vez mais óleos básicos, nos quais a estrutura molecular é quebrada pelo processo de craqueamento, e em seguida é reconstruída direcionada às necessidades. Atualmente as capacidades das refinarias dos fabricantes de óleos no mundo todo são adaptadas para esta tendência: Na Ásia e nos Estados Unidos, por exemplo, são produzidos predominantemente óleos básicos de categoria II ou mais alto. Para realizar as propriedades garantidas pelo fabricante de óleo, é preciso misturar ao óleo básico aditivos (geralmente diversos, como pacote de aditivos). Os óleos básicos da categoria I contêm aromáticos, que em sua maioria, são tóxicos. Além do mais os pacotes de aditivos contêm o metal pesado Zinco e como produto de combustão surgem cinzas. Em razão disso, estes óleos não correspondem mais aos padrões internacionais de meio ambiente válidos. Óleos hidráulicos e de lubrificação de categoria II e III, fabricados com pacotes de aditivos apropriados, não contêm substâncias tóxicas ou cancerígenas, são isentos de metais pesados e na combustão não produzem resíduos. Devido à falta de teor em metais, estes óleos, contudo, apresentam uma baixa condutividade elétrica. Se este óleo flui através dos filtros no sistema hidráulico, então acontecem cargas eletrostáticas. Estas, por sua vez, pode levar a descargas de faíscas no sistema, com o que podem surgir consideráveis danos nos componentes hidráulicos. Condutividade [ps/m] Categoria I Categoria II Categoria III Exemplos de condutividades em óleos de diferentes categorias 2

3 3. Fundamentos teóricos 3.1 Carga eletrostática em corpos sólidos Cada substância ou material possui um determinado potencial de emissão de elétrons, isto quer dizer, a tendência de receber e ceder elétrons. Juntandose agora dois materiais com diferente potencial de transferência de elétrons à mesma temperatura (distância < 10-9 m), os elétrons, na área da camada limite comum, migram do material com menor potencial de emissão para o material com maior potencial. Surge uma camada dupla elétrica com uma certa carga Q. Neste caso uma fricção entre os dois materiais não é necessária. Uma fricção somente diminui a distância dos materiais participantes. Se a tensão gerada ultrapassa o valor de limite específico da resistência dielétrica (no ar aprox. 3 kv/mm), ocorre uma repentina equalização de tensão, que geralmente se manifesta em forma de descarga de faísca. 3.2 Carga eletrostático em fluidos Em sistemas fluido/sólido, como é o caso em sistemas hidráulicos, (meio filtrante/óleo), também aqui forma-se no limite de fase uma camada dupla de carga, como mostrado na seguinte figura. Próximo à parede esta camada dupla consiste de uma camada portadora de carga ligada (aqui carga positiva). No óleo junta-se uma camada difusa de portadores de carga oposta (negativa). Camada dupla Meio filtrante Fluido hidráulico Carga negativa Migração de elétrons Carga positiva Distribuição de carga em sistemas fluido/sólido Surgimento da camada dupla Uma separação dos dois materiais, e portanto um aumento da distância, resulta numa diminuição da capacitância e com isso um aumento da diferença de potencial (= tensão). Os dois materiais são carregados eletrostaticamente. Quando o fluido está em movimento, então as cargas são arrastadas junto e surge uma diferença de potencial. Quanto mais rápido o fluido se movimenta, tanto mais alto será a diferença de potencial. Se a tensão ultrapassa a resistência dielétrica do óleo, haverá uma descarga de faísca. Meio filtrante Fluido hidráulico 1 2 Descarga de faísca Fluxo Descarga de faíscas Separação dos dois materiais A quantidade de carga depende entre outros da velocidade de separação. Numa separação lenta, uma equalização de carga pode ocorrer através do último ponto de contato em comum. Quanto mais rápida a separação é realizada, tanto mais alta será a carga eletrostática. Condição básica para a geração de carga eletrostática é, neste caso, uma suficiente baixa condutividade do fluido, sendo que de outra forma, as cargas da camada difusa refluem e se podem equalizar. 3

4 3.3 Principais fatores de influência Os principais fatores que influenciam o comportamento eletrostático em sistemas hidráulicos são: Condutibilidade elétrica Quanto mais baixa a condutibilidade, tanto mais alta a carga eletrostática Meio filtrante Diferentes materiais produzem diferentes cargas dependendo do potencial de emissão de elétrons Temperatura Geralmente a carga cai com aumento da temperatura Velocidade de fluxo Quanto mais alta a velocidade, tanto maior a carga eletrostática Furo queimado no material filtrante Além disso, quando a carga no óleo é transportada adiante, podem ocorrer descargas descontroladas no tanque hidráulico. Conforme a mistura de óleo-ar no tanque, perigosas explosões no tanque são possíveis. Contaminação Partículas condutoras ou água aumentam a condutibilidade do fluido, disso resulta uma carga eletrostática menor 4. Consequências causadas por descargas As consequências de descargas eletrostáticas podem assumir dimensões agravantes. Filtro de ar do respiro queimado por explosões no tanque As descargas eletrostáticas também causam ondas eletromagnéticas que interferem e destroem sensores sensíveis e componentes eletrônicos em um sistema hidráulico. Exemples de conductivités pour les différentes catégories Descarga eletrostática no elemento filtrante 4 A descarga de faíscas podem, por exemplo, queimar furos no meio filtrante. A seguinte figura mostra um furo na faixa de 200 µm em um meio filtrante de 3µm. Com isso, o grau de filtração exigido não é mais realizável. Não só componentes hidráulicos, mas também o próprio óleo hidráulico é destruído por descargas. As descargas de faíscas quebram as moléculas do fluido e surgem radicais livres. Estes radicais polimerizam em longas cadeias, que por sua vez levam à formação de vernizes. Além disso, os radicais livres aceleram o envelhecimento do óleo.

5 5. Meios de medição 5.1 Meios de medição móveis Para poder examinar o comportamento de uma instalação hidráulica no campo com mais detalhes, dispomos de alguns meios de medição. Com a ajuda de um instrumento de medição de condutividade portátil, conseguimos determinar a condutividade elétrica do fluido hidráulico bem fácil e com muita rapidez. Desse modo pode ser dada uma primeira afirmação se a condutividade medida está abaixo do valor de limite crítico podendo então surgir o fenômeno eletrostático. Além do mais a HYDAC desenvolveu um sensor de tensão especial o assim chamado StatStick. Em combinação com o nosso instrumento de medição portátil comercial (HMG 3000), os nossos engenheiros podem com isso medir no lugar a tensão no óleo diretamente no sistema. Em caso de descarga de faíscas no sistema pode-se também utilizar adicionalmente um osciloscópio como instrumento de medição. Devido à alta taxa de leitura do osciloscópio, as descargas de curtíssima duração são visíveis no display como picos de tensão. 5.2 Bancada de teste estacionária A bancada de teste especialmente desenvolvida por nos para esta finalidade e verificada pelo TÜV, serve para simular aplicações críticas orientadas pela prática. Com a ajuda desta bancada de teste, o comportamento eletrostático em óleos críticos foi extensamente estudado. A partir destes estudos desenvolvemos a série de elementos filtrantes Stat-Free que agem contra a problemática das descargas eletrostáticas. Innovador StatStick con HMG 3000 Bancada de teste eletrostático HYDAC Elemento standard Elemento Stat-Free Tensão [V] Vazão [l/min] Medições comparativas de um elemento standard com elemento Stat-Free na bancada de teste eletrostático 5

6 6. A tecnologia Stat-Free Se num sistema hidráulico se encontra um óleo com baixa condutividade e um elemento filtrante não condutor, então pode acontecer que o filtro e o óleo se carregam com eletrostática, assim como uma descarga eletrostática. Uma estrutura puramente condutora, sem combinação especial de meios, de fato impede a descarga de faíscas no elemento, no entanto o óleo ainda continua carregado com eletrostática. As cargas na área-limite do filtro podem escoar. O fluido tem até mesmo uma carga mais alta, porque não ocorre uma equalização de cargas através de descargas de faíscas no filtro. O óleo altamente carregado eletrostaticamente é transportado pelo sistema e em algum outro ponto são possíveis descargas incontroláveis, o que em certas circunstâncias, tem como consequência graves danos (p.ex. explosão dentro do tanque). Graças a um novo meio filtrante e nova estrutura do elemento, a HYDAC conseguiu pela primeira vez combinar excelentes propriedades eletrostáticas com eficiência de filtração. Nossos elementos Stat-Free alcançaram uma até agora inigualável baixa carga do elemento filtrante e do fluido. Além disso os elementos Stat-Free são equipados com capas de O-ring condutoras e tubos de apoio condutores. A eficiência dos elementos Stat-Free foi confirmada em extensos testes de laboratório e de campo. Comparando-se no gráfico dos resultado de testes abaixo a carga eletrostática do óleo por elementos Stat-Free com a carga por elementos standard, a vantagem fica clara. A nova tecnologia Stat-Free está disponível para os seguintes materiais de elementos HYDAC: Mobilemicron (MM) nos graus de filtração 10 e 15 µm Betamicron 4 (BN4) nos graus de filtração 3, 5, 10 e 20 µm Lubimicron (G/HC) nos graus de filtração 10 e 20 µm Neste caso o código de tipo do elemento é completado com a indicação / - SFREE Exemplo: 2600 R 010 G/HC /- SFREE Elementos Stat-Free são particularmente recomendados para aplicações em centrais elétricas, turbinas a gás, máquinas injetoras de plástico, calandras (indústria de papel) e na hidráulica móbil, assim como em qualquer outro sistema hidráulico e de lubrificação que operam com os novos óleos de baixa condutividade. Estes elementos garantem uma elevada segurança operacional, sendo que excluem descargas de faíscas, deflagrações e formação de lodo do óleo. Intervalos mais longos entre trocas de óleo podem ser alcançados através de uma filtração cuidadosa do óleo. Comparação da carga eletrostática [Volt] O potencial de descarga dos elementos Stat-Free é muito menor do que com elementos standard. Teste em material de filtro plano Elemento standard Teste de elemento Elemento Stat-Free Comparação da carga eletrostática [Volt] 6

7 7. Exemplo da prática e referências 8. Resumo A constatação de filtros de respiros queimadas, despertou a nossa atenção de possíveis explosões no tanque hidráulico de um sistema hidráulico de grande porte. Os filtros utilizados de concorrentes eram do tipo não otimizados eletrostaticamente. Medições no lugar com o StatStick mostraram picos de tensão de até Volt e perigosas faíscas de descarga no tanque. Uma vez re-equipado com elementos Stat-Free, não podiam mais ser detectadas descargas e a tensão foi de apenas 2-3 Volt. A separação de cargas em óleos de baixa condutividade provoca cargas e descargas eletrostáticas Descargas eletrostáticas podem causar, entre outros, os seguintes danos: - Explosões no tanque hidráulico - Aceleração do envelhecimento de óleo - Danificação do elemento filtrante - Destruição de componentes eletrônicos - Danos em unidades de resfriamento Uma estrutura condutora do elemento filtrante não é suficiente para reduzir a carga eletrostática do óleo. Os elementos Stat-Free da HYDAC asseguram uma carga eletrostática muito baixa do elemento filtrante e do Fluido hidráulico. Vantagens: Grande segurança operacional sendo que descargas de faíscas, deflagrações e formação de lodo do óleo são excluídos Intervalos entre trocas de óleo mais longos através de filtração cuidadosa do óleo Medição de tensão com StatStick (em cima: Elemento standard de concorrente picos de tensão até 17 kv [escala 5 kv]; em baixo: Elemento HYDAC Stat-Free 2-3 V [escala:5 V]) Conclusão: Com os desenvolvimentos aqui apresentados, a HYDAC comprova, que sempre achamos uma solução para cada problema de cliente. Nos não só fornecemos um resultado eficiente, como também lhe damos orientação através de todo o processo de diagnóstico, principalmente em casos difíceis. Algumas empresas estabelecidas nas áreas como lubrificação de turbinas, prensas, injetoras de plástico e hidráulica móbil, já indicaram a HYDAC como referência no que diz respeito de encontrar soluções para a problemática com descargas eletrostáticas, como mostra a seguinte sitação: "Baseado em dificuldades ocorridas com frequência em instalações atuais, recomendamos urgentemente o uso de cartuchos de filtro que, com óleos de baixa condutibilidade elétrica impedem um carregamento eletrostático. Estes filtros estão disponíveis p.ex. na HYDAC sob o mesmo código de tipo e acrescentando-se a designação-sfree. Estamos ansiosos para ouvir sobre seus novos projetos! 7

8 Presença global. Competência local. HYDAC Matriz HYDAC Empresas Filiais HYDAC Parceiros de venda e assistência técnica Industriegebiet D Sulzbach/Saar Teléfono: +49 (0) Fax (ventas): +49 (0) Internet: Correo electrónico: filter@hydac.com