Determinação de Partículas Capturadas pela Filtragem Magnética de óleo.

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1 Determinação de Partículas Capturadas pela Filtragem Magnética de óleo. Gary McCoy, Empire Southwest Fluid Labs Manager Ryan Lloyd, Empire Southwest Fluid Labs Lead Technician James L. Thomas, Vice President Business Development, FilterMag Inc. Objetivo Quantas partículas podem ser capturadas por um filtro FilterMag CT 4.9 em uma hora de operação de um motor Caterpillar 3516? Mais especificamente, quantas partículas seriam capturadas, as quais, consistentemente, passam através dos quatro grandes filtros do motor CAT 3516? Resumo do Teste No dinamômetro Este teste determinou o número absoluto de partículas que passaram através de um filtro de óleo CAT novo de um motor CAT 3516 novo de fábrica. Um filtro FilterMag CT 4.9 foi utilizado para capturar estas partículas e retê-las contra a parede interna do filtro de óleo. Isso ocorreu durante a segunda hora de operação do dinamômetro da Empire Inc. As partículas capturadas foram formadas por dois grupos. Metais ferrosos foram atraídos magneticamente. O campo magnético induziu uma atração eletrostática que capturou metais não ferrosos, como por exemplo, cobre, cromo e chumbo. Fuligem e silicatos são também parte deste grupo. Uma discussão profunda dos mecanismos de atração na filtragem magnética de óleo está revisada no relatório FilterMag Utilizando Fortes Campos Magnéticos para Atração Eletrostática de Partículas Não-Ferrosas. O operador sênior do dinamômetro, Mark Miller, executou pessoalmente procedimento operacional padrão da Empire Inc. para a partida de um motor CAT 3516 e sua respectiva análise interna. Após a primeira hora de operação, Mark selecionou o primeiro filtro de óleo para abertura e inspeção visual do elemento de papel. Nenhuma partícula visível foi encontrada. Na segunda hora de operação, cada um dos quatro filtros de óleo 3516 foi montado com um item FilterMag CT 4.9.

2 Após o término da segunda hora de operação, Mark Miller, abriu todos os quatro filtros e removeu os elementos de papel. Um exame da parede interna de cada recipiente de filtro mostrou uma coleção de partículas correspondentes ao formato do campo de fluxo magnético do item CT 4.9. Todos os filtros apresentaram níveis de partículas semelhantes. Com o CT 4.9 ainda em seu local de aplicação, Mark abriu um recipiente de filtro na área em que atua o FilterMag. A abertura foi feita com uma tesoura de cortar metais. Esta técnica evita a contaminação por partículas externas no processo de abertura. Corte da seção do canister 3516 filtro de óleo com o CT4.9 ainda no lugar. Uma vez que, a observação visual (por Mark Miller) de todos os recipientes sugeriu que uma quantidade similar de material foi capturada por cada componente Filtermag, os resultados da amostra são multiplicados por quatro (4) para totalizar a contagem completa de partículas do motor 3516 ocorrida em uma hora de funcionamento do mesmo. No laboratório A seção do recipiente foi processada no laboratório de fluidos. Todas as partículas foram removidas utilizandose uma combinação de espátula de silicone e uma mistura de 50%/50% de querosene e óleo de transmissão 30. A mistura óleo/querosene agiu como um solvente leve. Ela foi utilizada na lavagem do recipiente do filtro de óleo enquanto a espátula foi utilizada para remover as partículas para um copo Becker de 500 ml. A solução resultante no Becker foi de aproximadamente 80 ml, e daqui em diante nós a chamaremos de A Amostra. Acreditava-se que deve ter havido alguma magnetização das partículas de aço retidas na parede interna do filtro. Essas partículas poderiam ser removidas por um simples processo de aquecimento. Isso não foi necessário. Na verdade isso acabou sendo produtivo. Esse processo reteve pelo menos 25% das partículas em blocos muito grandes nas partes mais quentes da parede do filtro. Esse resíduo foi reservado num Becker para contagem final. Por esse motivo, nossa contagem final das partículas é muito conservadora. Uma discussão detalhada é apresentada no Procedimento de Laboratório neste relatório. Nota grandes aglomerações de partículas restantes no fundo do o copo de 500 ml. Estes foram excluídos do teste como seriam intransitáveis no balcão e não foram representante da geração de partículas do Mark Miller teria facilmente observado de partículas deste tamanho em seu exame visual do filtro.

3 Resultados de Laboratório O filtro FilterMag modelo CT 4.9 capturou mais de 5.67 milhões de partículas entre 4 e 12 µm em diâmetro. Isso ocorreu em uma hora de funcionamento de um dos filtros. Assumindo que todos os quatro filtros capturaram as mesmas quantidades, a contagem total excede os 22,6 milhões de partículas. Este número pode ser desdobrado de duas formas. Partículas menores que 4 µm não foram contadas devido ao procedimento operacional padrão do laboratório. O erro do procedimento de aquecimento também comprometeu a contagem das partículas em 25%. Pessoal de Teste e Instalações O Laboratório Empire Southwest Fluids foi inaugurado em 1972 e tem oferecido serviços de diagnóstico de óleo, maximizando a vida do equipamento e minimizando o tempo quando o equipamento está em manutenção. A ISSO 9001 qualificou amostras de processos de laboratório para desgaste de metais, contagem de partículas ISO, consistência de combustível, invasão de água e glicol e viscosidade. A especialidade deles (lab.) também pode ser aplicada a projetos especiais que requerem o embasamento técnico para entender problemas de campo incomuns que confrontam seus clientes. A análise neste relatório é um exemplo de um projeto assim. Gary McCoy, gerente dos laboratórios de fluidos da Empire Southwest, supervisionou este projeto. Ele também revisou e aprovou planos de testes básicos e seus procedimentos. Ryan Lloyd, técnico líder do laboratório, executou a preparação das amostras e seus respectivos testes. Ryan também auxiliou na criação de um protocolo para a obtenção da amostra e sua transferência para um meio ambiente, o qual permitiu a obtenção de resultados significativos. Jim Thomas possui bacharelado de ciências em química analítica e trabalha para a FilterMag como vice presidente de desenvolvimento de negócios. Sua tese em química foi baseada em estudos comparativos de desgaste de metais resultantes de óleos de motores, normais e sintéticos. Jim, em conjunto com Ryan, criou os protocolos de amostragem e testes utilizados nesta análise. O dinamômetro da Empire forneceu a amostra do recipiente do filtro de óleo que operou em um motor CAT 3516 remanufatrado. Mark Miller, operador sênior do dinamômetro, montou filtros FilterMag CT 4.9 nos quatro filtros e dirigiu os testes pessoalmente de acordo com os procedimentos operacionais padrão dos laboratórios Empire. Todos os testes do dinamômetro e de laboratório foram executados nas instalações da matriz da Empire Southwest, localizada na S. Country Club Road, 1725, em Mesa, Arizona,

4 Procedimento do Dinamômetro O motor de teste foi um Caterpillar modelo O motor tinha acabado de completar seu segundo processo de remanufatura e foi colocado no dinamômetro para teste e para operação inicial. Mark Miller, operador sênior do dinamômetro, operou o motor por uma hora e executou os procedimentos operacionais padrão da Empire. Após o término desse período, um filtro modelo CT 4.9 foi acoplado a cada um dos filtros de óleo do motor Após o término de todos os procedimentos corretos, o motor foi religado e operou novamente por uma hora, com carga total. Após o término do segundo período de uma hora, todos os filtros de óleo foram abertos e seus elementos de papel foram removidos. Uma análise da parede interna correspondente à área onde os filtros CT 4.9 atuaram, mostrou um acúmulo de material particulado fino, arranjado no mesmo formato dos ímãs Neodymium do CT 4.9. Mark determinou que cada recipiente parecia ser visualmente idêntico ao padrão das partículas acumuladas. Ele selecionou uma amostra representativa dos quatro filtros de óleo CAT. Utilizando tesouras para corte de metal grosso, a seção do recipiente de óleo onde o FilterMag CT 4.9 foi acoplado foi removida. O FilterMag continuou acoplado para evitar a perda de qualquer partícula acumulada, que tenha sido retida pelos ímãs. Essa seções foram enviadas para Ryan Lloyd e Jim Thomas para estudos posteriores no laboratório de análise de fluidos da Empire. Procedimentos de Laboratório Os procedimentos de laboratório foram executados em 09 de Março de 2010, numa terça-feira. Todos os materiais foram preparados numa sala com temperatura ambiente de 21,1 C. uma garrafa de amostra limpa Preparação dos Materiais Limpeza com querosene. Aproximadamente 120 ml de querosene foram passados por um filtro de papel de 5 µm. Antes de ser posicionada em uma garrafa de amostra limpa, a querosene foi sugada (com bomba manual) e filtrada três vezes. Recipiente da Amostra. Uma garrafa de amostra de 120 ml, limpa e separada foi preparada para receber a solução contendo as partículas da seção do recipiente do filtro. Esta garrafa foi lavada três vezes com a querosene filtrada. Daqui em diante, este recipiente será chamado de recipiente da amostra. Solução padrão para testes Uma solução padrão para teste foi preparada composta por 50% de querosene e 50% de óleo de motor peso 30. Ela foi a amostra padronizada para a contagem de partículas e também utilizada como um solvente menos forte e como solução de limpeza na remoção das partículas da seção magnetizada do filtro.

5 Foram misturados 60 ml de querosene filtrado e 60 ml de óleo no Becker da Amostra. A Amostra foi vigorosamente mexida por 30 segundos. Ela foi então colocada em um aquecedor de aço inox por 15 minutos, até atingir a temperatura de 46,11 graus Celsius, eliminando assim qualquer formação de bolhas de ar, criando uma distribuição uniforme das partículas e reduzindo a sua viscosidade deixando-a pronta para o processo de contagem. Uma seringa foi utilizada para extrair 12 ml dessa solução padrão e leva-la até o contador de partículas Hiac Hoyco, modelo 8000 A. A taxa ISO encontrada foi 16/14/10. Os resultados completos estão listados na seção Dados. Coleta de Partículas da Seção do Recipiente de Óleo O dispositivo CT 4.9 foi cuidadosamente removido do recipiente de óleo com duas chaves de fenda. Foi dada especial atenção na remoção desse dispositivo de modo que as partículas retidas internamente no filtro de óleo não se movessem dá área onde foram contidas. Houve a preocupação de que as partículas com base de aço podem ter se tornado magnetizadas e formado grandes agrupamentos. A seção do filtro foi aquecida até 130 C por 40 minutos para dissipar esse efeito. A uniformidade do aquecimento da seção do filtro foi deficiente. As extremidades da seção estavam 38 graus mais frias que a área central. A temperatura nessa áreas não estava alta o suficiente para conter uma possível magnetização das partículas. Por isso, esse passo deverá ser repetido no futuro. Não houve magnetização (visual) óbvia das partículas nesta amostra. As partículas presas no interior do recipiente do filtro foram removidas através da limpeza da seção extraída do recipiente com a Solução Padrão e com a utilização de uma espátula. Todo o conteúdo foi colocado em um copo Becker de 500 ml. Este passo foi feito com muito cuidado uma vez que a solução para a limpeza das partículas é age levemente em conjunto com a ação da espátula. Alguma perda de material foi estimada em não mais que 5%. O conteúdo do Becker foi transferido para o recipiente da Amostra. O volume total foi de aproximadamente 80 ml. Deste ponto e diante iremos nos referir a esse conteúdo como a Amostra. Perda de Partículas Restaram agrupamentos substanciais de partículas na base do Becker (vista superior na figura à esquerda) depois que a transferência foi terminada. Estas foram formadas durante o processo de aquecimento do recipiente da amostra. As partes mais quentes do recipiente tiveram um efeito de assadura nas partículas e isso formou grandes aglomerações das mesmas. Estas perdas foram estimadas em pelo menos 25% do total das partículas. Recomendamos que se ignore este passo em qualquer procedimento futuro.

6 Fontes de Erros Três áreas deveriam refletir melhor a contagem das partículas. Primeiro, o processo de aquecimento removeu uma quantidade substancial de partículas ao concentrar um grande número delas em agrupamentos visíveis. Uma vez que as partículas não são visíveis ao olho nu (40 µm), esses agrupamentos ocorridos no processo de aquecimento, removerem muito do material. Isso poderia facilmente representar mais de 25% de todas as partículas. O desenho acima foi aumentado para enfatizar esse ponto. Segundo, a remoção das partículas da seção interna do recipiente de óleo com a espátula de silicone pode ser melhorada. Este processo foi dificultado pela aglomeração de partículas ocorrida no processo de aquecimento. Se não houvesse essa aglomeração no aquecimento, a contagem das partículas poderia ser baseada na obtenção de uma superfície visualmente clara da parede interna do recipiente de óleo. E por último, uma contagem poderia ser feita com 1 µm no tamanho das partículas. Os trabalhos diários no Laboratório de Análises de Fluidos não requer isso para seus trabalhos normais de análise. E nem foi prático alterar quaisquer de seus procedimentos. Contudo, se isso fosse tentado, um número maior de partículas seria somado aos totais encontrados. Por outro lado, no grande esquema de operação de equipamentos alguém perguntaria se, partículas de tamanho 4 µm ou menores fariam alguma diferença? A tendência nas indústrias tem se voltado para tolerâncias cada vez menores para a maioria dos designs de motores avançados. Se não atualmente, motores e equipamentos hidráulicos das gerações futuras certamente se tornarão mais intolerantes a qualquer tipo de contaminação interna.