Orientador: Sérgio Tonini Button

Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo: Este trabalho tem como objetivo principal avaliar se a determinação da concentração de metais em óleo lubrificante por ICP-OES (Espectrometria de Emissão Ótica com Plasma Indutivamente Acoplado, do inglês Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy), é capaz de auxiliar no...

Resumo: Este trabalho tem como objetivo principal avaliar se a determinação da concentração de metais em óleo lubrificante por ICP-OES (Espectrometria de Emissão Ótica com Plasma Indutivamente Acoplado, do inglês Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy), é capaz de auxiliar no diagnóstico de eventuais falhas por desgaste em motores Diesel não detectadas no ensaio funcional de produção (amaciamento). O tratamento dos dados foi realizado empregando-se métodos estatísticos. Parâmetros como carga de trabalho, rotação, pressões, temperaturas, assim como a severidade do desgaste, podem não ser suficientes para manifestar a falha durante o tempo de exposição do motor ao ensaio, postergando a sua ocorrência para a planta do cliente (montadora) ou para o campo. O conhecimento da concentração dos elementos metálicos em óleo lubrificante é útil para a avaliação de desgastes de componentes específicos de motores permitindo uma intervenção preventiva a fim de evitar falhas catastróficas. A partir da análise dos dados históricos disponíveis na empresa definiu-se o conceito de assinatura de desgaste e buscou-se conhecer o comportamento dos resultados das análises de óleo, quando se constatou variabilidade significativa dos valores que pode ser explicada por erros sistêmicos e aleatórios. A validação da técnica por ICP-OES para detecção de desgaste prematuro em motores foi realizada a partir da reprodução do modo de falha mais comumente encontrado em motores de combustão interna, que é o engripamento de biela. Simulou-se a contaminação do sistema tribológico casquilho, moente e óleo, considerando-se o agente de contaminação externa proveniente da região de fechamento da capa da biela. Conforme esperado, os motores foram aprovados dentro dos parâmetros de controle existentes. Após a desmontagem dos motores evidenciouse que o sistema tribológico fora seriamente comprometido por desgaste do casquilho (bronzina), que apresenta um revestimento superficial de alumínio e estanho. Na análise univariada de metais dissolvidos no óleo lubrificante identificou-se a presença de estanho, o que não é esperado encontrar neste modelo de motor. No tratamento multivariado foi possível analisar a correlação dos metais dissolvidos no óleo cuja análise estatística possibilitou distinguir motores conformes de não conformes de forma quantitativa e objetiva. Desta forma, conclui-se que o método de análise de metais dissolvidos em óleo lubrificante por ICP-OES é eficaz, se mostrando sensível na detecção de desgaste do sistema casquilho-moente

Abstract: The main goal of this study is to evaluate if the determination of metal concentration in lubricant oil by ICP-OES (Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy) is capable to help on eventual wear failures diagnosis on Diesel engines that are not detected in the production...

Abstract: The main goal of this study is to evaluate if the determination of metal concentration in lubricant oil by ICP-OES (Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy) is capable to help on eventual wear failures diagnosis on Diesel engines that are not detected in the production test cycle (running in). The data processing was done using statistical methods. Parameters like load, engine speed, pressures, temperatures, as well wear severity, cannot be enough to show the failure during the engine test time postponing the failure occurrence to OEM or field. The metallic elements concentration knowledge in lubricant oil is useful to evaluate specific engines parts wear allowing a preventive action in order to avoid catastrophic failures. Starting from the historic data analysis available in the company it was defined the concept of wear signature looking for oil analysis results behavior understanding, where it was noticed significant values variability due to random and systemic errors. The ICP-OES validation for premature wearing detection on engines was done starting from most usual failure mode found on internal combustion engines that is connecting rod scuffing. The tribological system bearing, crankshaft pin and oil was set to simulate a failure by an external contamination coming from the connecting rod cracked assembly area. As expected, the engines were approved according to current controls. After engine disassembly it was noticed that the tribological system was heavy damaged due to bearing wear whose surface layer composition is made of aluminum and tin. In the univariate oil analysis of metals dissolved it was detected tin which is not expected to be finding in this engine model. In the multivariate data processing it was possible to analyze the dissolved metals correlation whose statistical analysis make possible to distinguish conforming engines from non-conforming engines in a quantitative and objective way. So it is possible to conclude that the ICP-OES method to analyze dissolved metal in oil is effective showing sensibility to detect wear between crankshaft pin and connecting rod bearing system