Quantidade residual em componentes hidráulicos

A determinação da quantidade de contaminação residual em componentes funcionais é efetuada segundo pontos de vista quantitativos e qualitativos.
Quantitativo: 
· mg/componente
· mg/unidade de 
superfície (superfície 
untada com óleo)
· mg/kg peso do 
componente quantidade de partículas > x mm/ componente
· quantidade de partículas > x mm unidade de superfície (superfície untada com óleo)
Qualitativo: Comprimento da maior partícula (subdivisão duro/mole)
Componentes com superfícies de fácil acesso são componentes nos quais muitas vezes só a superfície externa é que interessa para a determinação da contaminação residual. 
Há também exceções que pertencem a esta categoria, p. ex. carcaças de transmissões, carcaças de bombas. Nestes componentes a superfície interna é que interessa. Sendo que estas em geral são de fácil acesso, estes componentes pertencem ao grupo 1.
Componentes funcionais nos quais as superfícies internas são examinadas ou grupos funcionais pré-montados pertencem ao grupo 2, os processos de análise para isso estão especificados no capítulo 4.
São conhecidos dois métodos pelos quais a determinação da contaminação residual em componentes funcionais do grupo 1 pode ser efetuada:

3.1. Processo por ultra-som

No processo por ultra-som os componentes funcionais a serem examinados são colocados em um banho de ultra-som e, por um espaço de tempo definido com uma densidade de som e temperatura de banho também definida, submetidos à ação do ultra-som. A contaminação por partículas é solta pela entrada de energia e em seguida mediante lavagem com um líquido apropriado é removida do componente.
A dispersão de partículas no líquido de lavagem obtida desta forma é analisada segundo processos de avaliação determinados. (vide capítulo 3.4)
Deve-se observar que a densidade de energia do ultra-som, assim como a duração da ação do mesmo sobre o objeto de teste sejam incluídos no resultado. O processo por ultra-som é particularmente adequado para peças pequenas e componentes funcionais, nos quais todas as superfícies devam ser analisadas. Peças de fundição e elastômeros, na medida do possível, não devem ser tratadas com ultra-som, sendo que aqui há o perigo que o carbono, inserido no fundido, se desprende e assim falsificando a análise. Estes efeitos devem ser examinados antes de uma análise por ultra-som.

3.2 . Processo por lavagem
Componentes funcionais com superfícies de fácil acesso, ou componentes, nos quais somente parte das superfí-cies deve ser avaliada, são examinadas pelo processo de lavagem. Neste método a superfície a ser analisada é lavada num ambiente definido limpo com um líquido de análise igualmente definido limpo. Antes da análise é confeccionada uma "prova cega" na qual todas as superfícies do ambiente, p. ex. a bandeja de coleta, são enxaguadas e este "valor cego" é tomado como contaminação básica do equipamento de análise. Depois o fluido da lavagem é analisado pelos processos de avaliação definidos. Veja fig.17 abaixo

As áreas marcadas em LARANJA são as áreas de lavagem, as áreas marcadas em AZUL são designadas com 
áreas de análise. Na realidade os dois circuitos são conectados através de válvulas apropriadas de tal forma que se pode comutar entre os dois tanques de abastecimento. O croqui mostra o circuito simplificado.
O fluido de análise é submetido a uma pressão de 4 a 6 bar e com isto transportado através do filtro de sistema e a pistola pulverizadora no ambiente de análise. O filtro de sistema é responsável para que o fluido de análise é pulverizado sobre a superfície a ser analisada com uma limpeza definida. O fluido carregado com as partículas é recolhido na bacia coletora e é filtrado com auxílio de vácuo através da membrana de análise. A membrana assim obtida é avaliada segundo os métodos de análise descritos a seguir.

3.3 Processo por agitação

Este método é raramente aplicado sendo que manualmente é muito difícil de ser reproduzido. Na aplicação de dispositivos de agitação automáticos, como são usados, por exemplo, em laboratórios químicos, a reprodutibilidade dos resultados é garantida. Os componentes funcionais examinados são peças desgastáveis cujas superfícies internas devem ser analisadas (p. ex. tubos, tanques). O importante é que as partículas, depois da agitação, sejam lavadas para fora do interior dos componentes funcionais.
A tabela seguinte 17A mostra uma comparação dos diferentes processos de análise para examinar componentes funcionais individuais ou grupos funcionais:

3.4 Processos de avaliação

A avaliação do fluido de lavagem carregado com partículas pode ser efetuada segundo diversos pontos de vista. No caso de componentes fortemente contaminados oferece-se a assim chamada "análise gravimétrica", e para componentes bastante limpos uma contagem de partículas em diferentes faixas de tamanho.

A tabela acima17B descreve os processos de avaliação em particular:
* Alternativo também quantidade de partículas / kg peso do componente funcional

A tabela ao lado 17C descreve as áreas de emprego dos processos de análise e avaliação:
E = aplicável
BE = aplicável com condições
NE = não é aplicável
* = Capítulo 4 "Análise da pureza de sistemas completos na bancada de teste de lavagem"
** = Deve estar assegurado de que as partículas desprendidas do componente possam ser lavadas.
4 Análise da limpeza de componentes e sistemas completos na bancada de teste de lavagem
A limpeza de componentes e sistemas que passam por uma bancada de teste ou de lavagem, pode ser averiguada sob determinadas condições mediante a pureza do fluido de exame. Para a validação deste método de análise indireto, são executados na maioria das vezes controles manuais preliminares. 
Assim por exemplo mangueiras são lavadas manualmente e os resultados avaliados pelos métodos apresentados no capítulo 3. Paralelamente a isso é determinada a pureza do fluido de exame no retorno da bancada de teste, ou seja, depois do componente.
Em se constatando aqui uma correlação entre o valor manual e o valor automático (indireto), a análise do valor indireto pode futuramente ser selecionada como padrão de qualidade.

4.1 Fluxo turbulento

O número de Reynold descreve como número característico sem dimensão o estado do fluxo de fluidos. Na seqüência fica esclarecida, em poucas palavras, a estrutura do número de Reynold, num exemplo de fluxo tubular.
No cálculo do número de Reynold as forças do peso são desprezadas. Na regra somente as forças de pressão, forças de atrito FR e as forças de inércia FT atuam sobre os elementos do fluido e ao redor do corpo banhado pelo fluxo. Estas forças devem estar em equilíbrio em todos os pontos do fluxo. Se em pontos semelhantes P1 e P2 a relação da força de atrito com a força de inércia for igual, então se trata de fluxos semelhantes.
Fluxos semelhantes ao redor de cilindros diferentes.

O assim chamado número de Reynold crítico Recrit depende da viscosidade cinemática v, do fluxo volumétrico Q do fluido e da geometria do duto do fluxo. Se o número de Reynold de um fluxo for menor que Recrit, ele flui laminar. Com valores acima de Recrit trata-se de fluxo turbulento. Em seguida está indicado o número de Reynold crítico para óleo.
Re crít óleo = 1900 – 3000
(fonte: Kahrs, M.: A perda de pressão em tubulações de acionamentos óleo-hidráulicos; caderno de pesquisa VDI 537, Düsseldorf 1970)
A bancada de teste para a análise da contaminação residual de sistemas deve apresentar as seguintes características:
1. A lavagem deve ser efetuada com fluxo o mais turbulento que possível.
2. O fluido utilizado deve apresentar ação dispergente.
3. Todas as superfícies e canais precisam ser atingidos pelo fluxo
4. Mediante pulsação do fluxo durante a lavagem melhora-se o grau de eficiência da lavagem. 
Considerando as propriedades descritas acima, obtém-se a equação para o número de Reynold como segue:

No desenho acima está representado o fluxo laminar parabólico dentro de um tubo. 

Disto resulta que a velocidade de fluxo, num fluxo laminar, é maior no centro do tubo (pico da parábola), do que na parede do mesmo.
No fluxo turbulento esta parábola se alarga (considerando-se valores médios), sendo que num fluxo turbulento ainda atuam correntes transversais. Estas tem por conseqüência que a velocidade de fluxo aumenta nas proximidades da parede do tubo. Este efeito é aproveitado numa lavagem de sistemas, visto que este aumento da velocidade de fluxo tem como efeito que partículas, que se depositaram nas paredes do tubo, são arrancadas e levadas embora com a corrente do fluxo

4.2 Ação dispergente

O óleo de lavagem utilizado deve ter uma ação dispergente para que as partículas possam ser desprendidas e transportadas para fora. Óleos de lavagem especiais de baixa viscosidade a base de óleo mineral podem contribuir consideravelmente para melhorar a eficácia de lavagem. Estes óleos diminuem as forças de aderência entre as partículas de sujeira e a parede do tubo. Através de uma boa umectação da superfície estes óleos penetram entre as partículas de sujeira e as paredes e acarretam assim a soltura das mesmas. Em ensaios constatou-se que, com a troca do fluido de lavagem de fluido operacional por um óleo de lavagem, pode resultar numa melhoria da limpeza de componentes/sistemas pelo fator 4. Tais óleos de lavagem devem ser ajustados aos óleos operacionais empregados em seguida, fluidos não compatíveis um com o outro podem, em funcionamento posterior, acarretar forte formação de espuma, bloqueio de filtros e formação de lodo no sistema.

4.3 Fluxo por todos os canais e em todas as superfícies

Naturalmente, quando da elaboração de um plano de exame, é preciso atentar para que todas as superfícies e canais do sistema sejam banhadas por ocasião da lavagem.

4.4 Fluxo pulsante na hora da lavagem

Fluxo pulsante, respectivamente a inversão de sentido do fluxo, resulta igualmente numa melhor soltura das partículas aderidas. Com isto provoca-se o efeito principal através de forças alternadas nas partículas a serem soltas. O mesmo efeito consegue-se através de ultra-som ou outros aparelhos para a geração de vibração.

A lavagem de tubulações, mangueiras e sistemas hidráulicos pode ser efetuada com uma unidade de lavagem da HYDAC.
Os parâmetros averiguados são:
Exame de pressão
Lavagem
Documentação do sucesso da lavagem

4.5 Execução de uma análise de limpeza numa bancada de lavagem

Em sistemas completos ou sistemas parciais, que são submetidos a um exame funcional, é possível determinar a limpeza destes sistemas em uma bancada de lavagem ou então bancada de teste funcional.
Este processo encontra aplicação em bombas, cilindros, transmissões, unidades de comando, direções servo-hidráulicas, blocos de válvulas etc.
Depois que ficou assegurado que a bancada de teste apresenta as propriedades mencionadas anteriormente, a análise será executada conforme segue:
Antes da análise a bancada de lavagem é limpa para um nível definido de limpeza muito alto de modos que a contaminação básica do sistema de exame não exerça influência sobre o resultado de medição. Em seguida esta pureza básica é averiguada e anotada.
4.5.1 Averiguação da contaminação total de um sistema
Como lugar da retirada de amostras para um contador automático de partículas, será definido um ponto antes ou depois do objeto a ser testado, que seja atingido por fluxo direto. Se em complemento o resultado da análise ainda deve ser averiguado gravime-tricamente, então: todo o fluido de exame deve ser coletado e filtrado através de uma membrana de análise, ou um suporte de membrana "inline", com a respectiva membrana, será integrado na linha de retorno.
Agora o objeto de exame será testado mediante um plano de exame previamente elaborado e a classe de pureza e registrada em paralelo.
Exemplo de prática 1:
O seguinte gráfico mostra o traçado de evolução da análise em uma bancada de teste de bomba. Tab. 21

Após 5 minutos de exame a velocidade da bomba foi aumentada para rotação máxima. Mediante este procedimento foi liberada contaminação por partículas. Em seguida o sistema fica cada vez mais limpo. Sendo que mesmo após 1 hora de duração de exame (o padrão são 10 a 15 minutos) ainda é liberada contaminação por partículas, a classe de pureza do fluido no retorno (azul = depois do objeto a ser examinado) nunca alcançará a pureza como antes do objeto de ensaio.
Este procedimento é apropriado nos exames em série para controlar rapidamente a limpeza da mercadoria fornecida, para documentar e concluir o procedimento de lavagem quando atingido o valor objetivo. Através da integração do circuito de medição no sistema controlador de processos da produção/fabricação, também é possível detectar rapidamente eventuais desvios e tomar as medidas apropriadas. A meta de um contínuo controle de limpeza é o monitoramento da segurança de processo referente à pureza do sistema no fornecimento.
Com um pretexto desta natureza é possível agir rapidamente quando de um aumento de contaminação do sistema. Se estas medições são efetuadas só uma vez por dia, existe a possibilidade que a produção de um dia inteiro possa ficar afetada e esta produção precise ser retrabalhada. Disto resultam custos desnecessários que, mediante a instalação de um sistema contínuo de medição, podem ser evitados.
Para a medição de referência o sistema, quando possível, é desmontado após o ciclo de exame e os diferentes componentes são analisados com auxílio do procedimento de lavagem.
Por exemplo:
Estado de fornecimento: 17 / 15 / 12 conforme ISO 4406:1999
1 ponto de alerta: 18 / 16 / 13 em três medições consecutivas.
2 sinal para parar: Quando a classe da unidade limite de 18 / 16 / 13 é ultrapassada em duas medições consecutivas.

5 Monitoramento de contaminação

A confiabilidade de sistemas hidráulicos pode ser bastante influenciada através de contaminação por partículas que se encontra no sistema na fase de amaciamento. O perigo de avarias durante os primeiros minutos ou horas de funcionamento é particularmente grande, sendo que as partículas estranhas introduzidas com a montagem ainda são muito grandes podendo assim causar paragens súbitas. Com a continuidade de funcionamento do sistema estas partículas grandes são moídas em partículas menores, sendo que com este processo de tritura podem surgir danos nas superfícies dos componentes do sistema. As conseqüências disto são vazamentos, perdas de rendimento ou uma diminuição da vida útil dos componentes.
Em muitos lugares utiliza-se um filtro fino para uma rápida limpeza do fluido de sistema durante a colocação em operação. Na área automobilística, em sistemas que se encontram no veículo, em sua maioria isto não é possível (exceção disto são: transmissões e motores).
O monitoramento de contaminação aplica-se nas áreas de fabricação e montagem destes sistemas. Através da implantação do monitoramento de contaminação é possível afastar dos sistemas a maior parte da contaminação por partículas atualmente ainda introduzida por montagem. Os resultados são reduções de custos através de menos desvios nas curvas características em bancadas de teste, causados por repentino travamento de partículas em componentes sensíveis dos sistemas, e menos custos de garantia e cortesia. Mais para isto no capítulo 9.
Em seguida são descritos o objetivo, planejamento e execução de uma auditoria de processo.
Nos limites de um monitoramento de contaminação são examinados todos os processos de fabricação e de montagem, considerados importantes quanto ao seu estado de limpeza. Os métodos de análise foram descritos no capítulo 4. Muito importante para um funcionamento sem dificuldades deste monitoramento de contaminação, é um bom preparo e planejamento, e informação de todas as pessoas participantes.

5.1 Planejamento

Primeiramente é determinada a meta do monitoramento de contaminação, p. ex.:
Identificação do estado atual
Controle das oscilações de cargas
Controle de processos de lavagem
Equalização do estado nominal/real
Determinação dos pontos de tomada de amostras.
Durante a fase de planejamento, mediante um plano de fabricação, são determinados os lugares para retirada das amostras para componentes e fluidos. Além disso, os funcionários envolvidos no monitoramento de contaminação são familiarizados com as metas e os procedimentos.

IMPORTANTE:
A produção deve continuar da mesma maneira como até então. Não é permitido instalar estágios de limpeza ou similares adicionais. O monitoramento de contaminação NÃO serve ao controle de qualidade dos funcionários, e sim para determinar as causas das fontes de contaminação.
A representação seguinte mostra um extrato de uma linha de produção:

BAZ = Centro de usinagem
Na apresentação acima estão assinalados os processos de fabricação e os respectivos lugares de retirada de amostras. Na realidade, com referência aos pontos de retirada das amostras de fluidos, isto deve ocorrer com mais detalhes. Descreve-se em que lugar, p. ex. o Nº da conexão Minimess, que a amostra de fluido foi retirada.

5.2 Execução

As amostras de líquidos assim como de componentes são retiradas de forma representativa e estocadas de maneira tal que não possa penetrar sujeira adicional nos corpos de prova. Para amostras de líquidos são utilizados vidros de ensaio especiais e os componentes são respectivamente colocados em embalagens definidas limpas.
A análise é efetuada conforme prescrição segundo os métodos descritos nos capítulos 3 e 4. Além disso, efetua-se uma documentação precisa dos conhecimentos.

5.3 Inspeção das linhas de produção e de montagem

Andando com atenção pelas linhas de produção e de montagem, algumas fontes de contaminação são visíveis ao olho treinado. Por isto um tal "passeio" é efetuado durante a auditoria. Os conhecimentos encontrados são então comparados com os resultados existentes e disto tiradas as respectivas conclusões. 

5.4 Resultados

Os resultados deste monitoramento de contaminação descrevem o estado no momento da retirada da amostra. Em seguida descreve-se resumido um possível resultado:
O gráfico mostra um detalhe da fabricação de carcaças. As amostras de componente foram retiradas antes e depois da instalação de lavagem. 
O resultado mostra que a máquina de lavar executa um bom trabalho e que neste lugar está bem posicionada. O armazenamento em seguida não é efetuado de forma apropriado sendo que aqui o percentual de contaminação por partículas quase que duplica. Fig. 23 a seguir.

6 Elaboração de uma especificação de limpeza

Através da aplicação de uma especificação de limpeza para os componentes funcionais, assim como para o sistema, pode se garantir que a qualidade de fornecimento permanece constante.
Na elaboração de uma especificação de limpeza, os seguintes pontos deviam ser observados:
Situação da técnica.
Pontos de referência – o que fazem os outros?
Aproveitar – desde que existentes – experiências anteriores.
Definir e seguir o Gerenciamento de Contaminação como "projeto oficial"
Incluir todos os níveis hierárquicos
Documentação precisa do desenvolvimento da especificação
Encontrar definições claras.
Em seguida é preciso depurar, quais os componentes mais sensíveis do sistema. Muitas vezes não é necessário, dentro de todo o sistema, atingir o mesmo grau de pureza na montagem.
Encontrando-se um filtração adequada ANTES dos componentes sensíveis, pode-se definir antes desta filtração uma área dos componentes menos sensíveis a contaminação e depois do filtro uma área dos componentes muito sensíveis à contaminação. 
Os diferentes componentes, respectivamente as áreas de sistema, dever-se-ia dividir em áreas de sensibilidade.
Para cada uma destas categorias de pureza é determinado um valor máximo de contaminação por partículas.
Em seguida esta divisão está apresentada mediante um motor de veículo de passageiros:
Além disso, são definidas as purezas de fluido dos diferentes fluidos de sistema respectivamente dos fluidos de processamento.

6.1 Estrutura de uma prescrição de limpeza

Na especificação de limpeza para os componentes são determinados os seguintes parâmetros:
1. Objetivo da especificação de limpeza
2. Área de validade (designação de sistema)
3. Extensão/abrangência e ciclos de exame
4. Retirada de amostras
5. Processos de análise
6. Processos de avaliação
7. Precisão
8. Fluidos de análise a serem utilizados
9. Documentação
10. Valores-limite
Sendo que estas especificações podem ser formadas individualmente para cada sistema, abordaremos aqui alguns pontos, que deviam ser observados.
Instruções de operação, que dizem respeito à retirada de amostra, processos de análise e de avaliação, deviam ser descritas com muitos detalhes para poder assegurar uma retirada de amostra uniforme. Além do mais o resultado da análise principalmente na análise de componentes funcionais depende muito do fluido de análise utilizado e do processo de análise. A documentação devia ser efetuada sob forma de uma folha em tabela, de modos que se pode dispor rapidamente de todos os resultados. Em seguido apresentamos uma proposta para uma tal folha de resultados.
Exemplo de uma especificação de limpeza:
1. Objetivo da especificação de limpeza
O objetivo na implantação em prática desta especificação de limpeza é de atingir uma limpeza constante do sistema X.
2. Área de validade
(designação de sistema)
Esta especificação vale para o sistema X com suas séries construtivas A, B e C. Abrange todas as peças de fornecedores e de produção própria. Além disso, aqui são definidos os fluidos de sistema do sistema X quanto a sua pureza.
3. Extensão/abrangência e ciclos de exame.
Mensalmente são examinadas 5 amostras de cada peça. Em se constatando após 6 meses um valor constante da limpeza/pureza das peças fornecidas, o ciclo de amostras pode ser ampliado para 2 ou então 3 retiradas de amostras mensais.
A análise dos sistemas completos antes do fornecimento é efetuada no mínimo uma vez por semana. De forma otimizada, dever-se-ia realizar um exame permanente da pureza do fluido. 
4. Retirada de amostras
A retirada de amostras de componentes é efetuada no recebimento de mercadorias. As amostras de componentes são retiradas de forma representativa e para o transporte até o laboratório são embrulhadas à prova de poeira.
As amostras de fluidos são colhidas nos lugares de retirada de amostras previstos para tal e indicados no plano de exame, ou o aparelho de medição é conectado diretamente.
5. Processos de análise
Para a análise de componente deve-se empregar o processo de lavagem. Neste as superfícies dos componentes, conforme descrito no plano de exame, são lavadas em ambiente limpo definido com x ml do fluido de exame (XY), que apresenta a pureza xx e com uma pressão de z bar. A contaminação por partículas lavada é coletada numa membrana de análise e avaliada pelo processo gravimétrico. 
As amostras de fluidos são retiradas do sistema de forma representativa nos lugares de coleta de amostras prescritos. 
É preciso indicar o tempo de duração do exame, o programa de exame, as pressões ou então as rotações, pois todos os parâmetros de exame.
Em exames estáticos, como p. ex. exame de pressão em tubulações e mangueiras, é preciso observar que deve haver um efeito de lavagem para averiguar a pureza destes componentes, isto é, ao exame estático de pressão deve seguir um processo de lavagem para poder apanhar a real quantidade de partículas que é lavada do componente.
6. Processos de avaliação
Na análise de componentes a membrana de análise é secada antes da análise até atingir peso constante, é resfriada em ambiente definido seco e é pesada. Após a filtração repete-se o mesmo procedimento. A diferença de peso fornece a "contaminação gravimétrica" do componente. Depois disso as membranas de análise são apreciadas visualmente através de um microscópio e as partículas mais longas são medidas.
A avaliação das amostras de fluido é efetuada segundo ISO 4405, ISO 4407, ISO 4406:1999 ou NAS 1638.

7. Precisões
Para poder efetuar uma medição nas amostras de componentes com suficiente precisão, é preciso que antes do teste o aparelho de análise seja limpo até uma contaminação residual de 0,2 mg. Isto é averiguado mediante confecção duma prova cega, isto é, lavagem do equipamento sem corpo de prova.
Se o resultado da análise ficar abaixo do valor de 0,5 mg, é preciso aumentar a quantidade do lote formando com isso um valor médio dos resultados.
8. Fluidos de análise a serem utilizados
Nas análises de componentes, o seguinte fluido de análise devia ser utilizado:
ABC-XX com a classe de pureza 14 / 12 / 9 e nenhuma partícula > 40 mm.
9. Documentação
A documentação dos resultados deve ser efetuada numa folha de resultados conforme amostra.
10. Valores-limite
Os componentes funcionais são divididos em 3 classes de limpeza: Para cada uma destas classes de pureza valem as seguintes afirmações de pureza (exemplo arbitrário). Em seguida encontramos os componentes de uma transmissão divididos nas diferentes categorias:
Grupo A: Cárter de óleo
Grupo B: Carcaça intermediária, Carcaça de transmissão, Flange de acionamento
Grupo C: Placa de válvula, Carcaça de válvula, Placa centralizadora
Amostras de fluidos: O óleo de transmissão, depois de terminada a seqüência dos exames, não deve ultrapassar a pureza 17 / 15 / 13 (c) conforme ISO 4406:1999. O funcionamento do sistema é efetuado com a pureza 18 / 16 / 14 (c) conforme ISO 4406:1999
11. Procedimento quando do não atendimento da especificação
Em caso de não atender a especificação, as peças de terceiros são devolvidas às firmas fornecedoras. Se com este procedimento possam surgir atrasos na produção, as peças serão lavadas, limpas e analisadas na própria fábrica, com os custos debitados ao fornecedor.