Espumas são sistemas dispersos constituídos por bolhas de gás separadas por filmes líquidos finos, formando uma estrutura tridimensional semi-estável. Mas o que causa a formação de espuma em lubrificantes e por que esse fenômeno pode comprometer o desempenho dos equipamentos industriais? Para entender isso, é necessário analisar os mecanismos envolvidos na geração e estabilização da espuma em óleos lubrificantes.
O que causa sua formação em óleos lubrificantes?
Em lubrificantes, trata-se de uma dispersão de ar no óleo, na qual as bolhas podem se acumular na superfície ou permanecer parcialmente distribuídas no volume.
Do ponto de vista físico, a espuma depende da existência de uma interface líquido–gás, um filme líquido suficientemente resistente e mecanismos que retardem o colapso desse filme. A formação de espuma resulta da combinação da incorporação mecânica de ar, e da formação e estabilização química das bolhas.
O ar é normalmente introduzido por agitação mecânica, turbulência, impacto do retorno do óleo e falhas de vedação no sistema de lubrificação. Já a formação e estabilização das bolhas ocorre quando compostos polares – oriundos de certos aditivos e contaminações externas – reduzem a tensão interfacial e aumentam a resistência do filme líquido.
A espuma se torna persistente quando, além de possuir compostos polares ou anfifílicos que sustentam filme líquido, o óleo apresenta maior viscosidade. Nesse ponto, o sistema passa a apresentar comportamento semelhante ao de espumas em meios aquosos, embora por mecanismos distintos.
Quais os problemas que a espuma pode causar em uma máquina em serviço?
A presença de espuma em lubrificantes pode comprometer severamente o desempenho de equipamentos, no curto e no médio prazo.
- Problemas tribológicos: redução da espessura do filme lubrificante, com consequente aumento do contato metal–metal e desgaste acelerado.
- Problemas hidráulicos: a presença de ar provoca a cavitação de bombas. Além disso, o aumento na compressibilidade do óleo devido à presença de gás causa a perda de pressão em sistemas hidráulicos, além de resposta lenta e irregular de atuadores. Por fim, a formação de espuma pode levar ao transbordamento de reservatórios e falta de confiabilidade na determinação do nível.
- Problemas térmicos e químicos: a espuma na superfície opera como um isolante térmico, reduzindo a dissipação de calor; a presença de ar entranhado aumenta a oxidação do óleo, levando à formação de verniz e depósitos.
Esses efeitos são frequentemente observados em sistemas industriais como turbinas, redutores e sistemas hidráulicos de alta performance. A seguir, um vídeo mostrando a formação de espuma em uma turbina.
Fonte: AMMRI Advanced Machine Reliability Resources Inc., Youtube”
Como avaliar a tendência à formação de espuma?
A análise de formação e colapso de espuma é recomendada para óleos de máquina, turbina, engrenagem e hidráulicos, sendo realizada em banhos específicos, em acordo com normas ASTM D 892 e D 6092.
O ensaio ASTM D892 para características de formação de espuma fornece uma classificação empírica das características de formação de espuma de uma amostra de lubrificante sob condições de temperatura especificadas. Uma amostra é transferida para uma proveta de 1000 mL, e inserida no banho com temperatura controlada, conforma as sequências de teste abaixo:
- Sequência I: 24°C (condições iniciais)
- Sequência II: 93,5°C (alta temperatura)
- Sequência III: 24°C após aquecimento (óleo degradado)
Após atingida a temperatura de teste, um volume medido de ar seco é soprado através de um difusor imerso na amostra por um período de 5 e 10 minutos. Em seguida, o volume de espuma é medido após o repouso
A tendência à formação de espuma é determinada como o volume de espuma (mililitros) no final do período de sopragem. A estabilidade de formação de espuma é determinada a partir do período de sedimentação para três ou mais sequências. Alternativamente, para óleos submetidos a alta carga térmica, utiliza-se o procedimento da norma ASTM D6082, que é semelhante à D892, mas com o ensaio sendo realizado a 150ºC.
Porque usar o TFAB da Tannas-King?
O banho seco TFAB da Tannas-King apresenta as seguintes vantagens para o laboratório de testes de lubrificantes:
O sistema a ar (sem líquido) elimina o risco devido à manipulação de grandes volumes de líquidos aquecidos em ambientes laboratoriais. Além disso, a iluminação por LED e ausência de líquidos permite uma melhor visualização da espuma, melhorando a precisão.
- O motor de acionamento direto possui um funcionamento silencioso e sem necessidade de manutenção.
- O banho possui equivalência térmica em todos os pontos, apresentando ausência de variações de temperatura entre as amostras.
- O carrossel removível para seis provetas e o suporte lateral para secagem das provetas.
- O controlador com tela sensível ao toque é prático e intuitivo, e o posicionamento do termopar habilita um controle preciso da temperatura da amostra.
- O temporizador progressivo com alarmes sonoros simplifica e auxilia a determinação do tempo de colapso, de acordo com norma ASTM D6082.
- O sistema integrado de circulação de água fria auxilia no resfriamento após as sequências de temperatura mais altas, e mantém a 24 °C em ambientes laboratoriais mais quentes. No entanto, a Tannas pode oferecer um banho refrigerado opcional disponível para laboratórios sem fonte de água fria da torneira nas proximidades.
Além do equipamento e acessórios, a Tannas-King é a única fornecedora de fluidos de referência para a análise de tendência à formação de espuma. Se o seu laboratório realiza análises de lubrificantes – sejam formulações novas ou em serviço – consulte a Alutal, e descubra como podemos ajudá-lo nas suas rotinas laboratoriais e desenvolvimento de produtos!
Referências bibliográficas
- Gresham, R M. Totten, G E. Lubrication and maintenance of industrial machinery : best practices and reliability. 2009. CRC Press Taylor & Francis Group. Boca Raton, Estados Unidos.
- Calhoun, S.G., Suja, V.C., & Fuller, G.G. (2021). Foaming and antifoaming in non-aqueous liquids. Current Opinion in Colloid & Interface Science. 16 pg.
- ASTM D892 – Standard Test Method for Foaming Characteristics of Lubricating Oils.
- ASTM D6082 – Standard Test Method for High Temperature Foaming Characteristics of Lubricating Oils.
- Calhoun, S.G.K. (2021). Foaming in non-aqueous liquids. arXiv.
- Precision Lubrication (2023). Lubricant Foaming: Mechanisms and Solutions. Disponível em https://precisionlubrication.com/articles/lubricant-foaming/
- Savant Labs (2023). Foam Challenges in Lubricating Oils. Disponível em https://www.savantlab.com/wp-content/uploads/2024/05/Issue_29_2022_Q1.pdf
