La gestione dell’olio lubrificante nelle trasmissioni industriali

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la gestione dell'olio lubrificante

Il controllo dell’olio lubrificante in esercizio fornisce indicazioni sulle variazioni delle sue caratteristiche rispetto al prodotto nuovo immesso all’inizio del servizio e sulla necessità di sostituzione della carica di prodotto non più in grado di garantire le necessarie prestazioni.

La lubrificazione è molto importante per la trasmissione industriale la quale, come ogni macchinario, deve avere adeguata manutenzione per assicurare la continuità dei processi produttivi ed in questo ambito bisogna:

  • individuare i controlli da eseguire e la loro frequenza;
  • definire i criteri di accettazione di quanto riscontrato;
  • registrare i risultati ottenuti e i provvedimenti presi;
  • conservare per un certo tempo la documentazione di quanto attuato.

La corretta operatività della trasmissione industriale è ottenuta con interventi preventivi di  manutenzione effettuati in modo sistematico a scadenze programmate; si richiama ovviamente  l’attenzione che nella manutenzione bisogna operare in sicurezza tenendo presente il rischio potenziale relativo alla trasmissione industriale da ispezionare e quello connesso alla manipolazione dell’olio lubrificante; il personale della manutenzione deve aver ricevuto adeguata formazione sul lavoro da compiere e deve utilizzare i dispositivi di protezione individuale previsti.

Figura 1.  Olio lubrificante tra le due superfici dei denti dell’ingranaggio per il tempo del loro contatto durante il loro movimento

Immissione dell’olio lubrificante nella trasmissione industriale

All’inizio del funzionamento della trasmissione industriale è necessario immettere olio lubrificante “pulito” mediante la sua filtrazione per eliminare possibili contaminanti presenti nello stesso per varie cause, ad esempio per il suo non appropriato immagazzinamento.

Quando nella trasmissione industriale si rinnova la carica di olio lubrificante è sufficiente una pulizia del sistema meccanico con una minima quantità dell’olio lubrificante nuovo dello stesso tipo e fornitore per eliminare la contaminazione da possibili residui depositati dal prodotto; è da attuare una più accurata pulizia del sistema meccanico quando l’olio lubrificante nuovo è di un’altra marca e in particolare costituito con un diverso tipo di olio base.

È necessaria una notevole pulizia della trasmissione Industriale in caso di forte presenza di impurità, ad esempio dopo aver effettuato lavori di riparazione del riduttore.

Dopo aver immesso nella trasmissione industriale una nuova carica dell’olio lubrificante bisogna effettuare l’analisi su un campione di questo prodotto prelevato dalla stessa trasmissione industriale per avere a disposizione le sue condizioni iniziali come riferimento verso i risultati dei controlli sullo stesso olio lubrificante effettuati durante l’esercizio.

Campionamento dell’olio lubrificante in servizio 

È importante analizzare con una certa frequenza l’olio lubrificante in servizio nella trasmissione industriale, per controllare la possibile variazione delle sue caratteristiche ed essere sicuri che la lubrificazione avvenga in modo adeguato. Il prelievo dell’olio lubrificante dalla trasmissione industriale deve essere tale che il campione ottenuto sia rappresentativo della carica in esercizio e la campionatura sarebbe da effettuare mentre la trasmissione industriale è in funzione; ma se è necessario che essa non sia in moto, bisogna prelevare il campione subito dopo la fermata del macchinario per evitare fenomeni di sedimentazione.

Si raccomanda quanto segue per campionare l’olio lubrificante per l’analisi:

  • prelevare il prodotto sempre nello stesso punto e a intervalli prestabiliti; la quantità di prodotto da campionare è definita dal laboratorio in funzione delle analisi da effettuare ma 250 ml possono essere considerati sufficienti;
  • utilizzare un contenitore pulito e asciutto togliendo il tappo subito prima del prelievo e rimettendo il tappo subito dopo il riempimento così da evitare l’ingresso di possibili contaminati dispersi nell’aria circostante. I contenitori per il campionamento devono essere resistenti all’olio lubrificante in esercizio, a bocca larga e a chiusura ermetica. Non riempire il contenitore fino all’orlo per lasciare un certo spazio nel contenitore così che prima di effettuare l’analisi si possa scuotere lo stesso contenitore per disperdere le possibili particelle presenti che si sono raccolte sul fondo;
  • etichettare il campione fornendo le seguenti indicazioni: tipo di olio lubrificante campionato (denominazione del prodotto, marca dello stesso e sua gradazione di viscosità ISO) – data del campionamento / macchinario di provenienza / quantità in esercizio e modalità di prelievo / ore di servizio e rabbocchi se effettuati / temperatura operativa / problemi eventualmente riscontrati.

Per il materiale del contenitore dell’olio lubrificante bisogna considerare che:

  • il vetro permette subito di prendere atto visivamente dell’aspetto complessivo del prodotto ma ha lo svantaggio di essere pesante e si può rompere facilmente;
  • il metallo è leggero e non si rompe ma bisogna ispezionare il contenitore all’interno dopo il travaso del prodotto per la possibile presenza di un deposito rilasciato dallo stesso prodotto;
  • la plastica deve essere compatibile con l’olio lubrificante ed è particolarmente idonea quella in PE-HD (Poli Etilene ad alta densità).

Si raccomanda di non utilizzare recipienti che contenevano latte, vino, birra, o altri alimenti anche se accuratamente lavati e asciugati. Per il campionamento dell’olio lubrificante procedere come segue:

  • utilizzare un punto di prelievo evitando zone dove l’olio lubrificante ristagna oppure direttamente dalla superficie o dal fondo; se è presente un filtro nel circuito dell’olio lubrificante bisogna prelevare il campione a monte del filtro;
  • pulire il punto di prelievo prima di prelevare il campione;
  • accertarsi che durante il prelievo non vi possa essere contaminazione del campione con umidità (acqua) ed impurità (ad esempio polvere) provenienti dall’ambiente.

Dopo aver preso il campione di olio lubrificante, verificarne il livello nel macchinario e se necessario immettere prodotto nuovo per ripristinare la quantità appropriata; far analizzare subito dal laboratorio il prodotto campionato e valutare i risultati ottenuti.

Il fornitore della trasmissione industriale può dare indicazioni sull’intervallo di campionamento dell’olio lubrificante in servizio per controllarne le condizioni. Tale intervallo dipende dalla quantità dell’olio lubrificante nel macchinario e dalle ore di esercizio. In generale si può controllare l’olio lubrificante ogni 2 mesi  / ogni 4 mesi / ogni 6 mesi per le trasmissioni industriali operanti in modo molto gravoso / a media gravosità / a leggera gravosità rispettivamente.

Questo modo di procedere è da confermare o variare in funzione dei risultati ottenuti.

Considerazioni sull’olio lubrificante in servizio

L’olio lubrificante subisce un progressivo decadimento durante il servizio per varie cause e deve essere sostituito quando necessario. La vita di un Olio lubrificante in un certo macchinario dipende dai fattori relativi alle condizioni operative, ad esempio: temperatura di esercizio, pressione in azione, possibili contaminanti nel prodotto e sua quantità nella scatola ingranaggi.

Le analisi dell’olio lubrificante in esercizio servono per la conferma di poter continuare ad operare con la carica in servizio e soprattutto permettono di controllare lo stato del sistema meccanico cioè le sue possibili condizioni di guasto che si possono realizzare e che impongono di interrompere il funzionamento del macchinario stesso per la manutenzione.

La lubrificazione insufficiente comporta l’usura degli ingranaggi che quando sono usurati oltre le loro tolleranze operative possono dar luogo a inceppamenti, slittamenti o rotture dei denti che richiedono interventi di manutenzione con conseguenti notevoli costi. Le trasmissioni industriali considerate possono essere lubrificate come qui di seguito molto sinteticamente riportato:

  • nelle trasmissioni industriali lubrificate a sbattimento gli ingranaggi sono parzialmente immersi nell’olio lubrificante che è proiettato dappertutto durante il funzionamento del macchinario; nella cassa di contenimento del macchinario deve essere immessa un’appropriata quantità di olio lubrificante da un foro superiore e tenuta sotto controllo da una spia di livello. La suddetta cassa è munita di un foro superiore di sfiato e di un foro inferiore di scarico. Queste trasmissioni operano a una certa temperatura dove si realizza lo smaltimento per irraggiamento del calore che si sviluppa durante il servizio.
  • Nelle trasmissioni industriali lubrificate a circolazione l’olio lubrificante è prelevato con una pompa tramite un filtro dalla cassa di contenimento e da questa pompa è inviato sui denti dell’ingranaggio tramite ugelli spruzzatori attraversando prima uno scambiatore di calore e una valvola che regola la pressione. Lo scambiatore di calore serve per la dissipazione del calore che si sviluppa in servizio e la valvola che regola la pressione assicura che sia erogata un’adeguata quantità di olio lubrificante che infine è restituito alla cassa di contenimento.

Si richiama l’attenzione sul fatto che l’olio lubrificante deve avere un certo grado di “pulizia” cioè deve essere il più possibile privo di contaminanti per fornire una prestazione operativa ottimale.

I contaminati provocano usura e possono entrare nel sistema meccanico in vario modo, ad esempio utilizzando olio lubrificante nuovo contaminato e non filtrato in modo adeguato durante l’immissione nel sistema di ingranaggi oppure per la presenza di guarnizioni non ottimali verso un polveroso ambiente esterno.

Per la grandezza delle particelle contaminanti nell’olio lubrificante in servizio si possono fare le seguenti considerazioni sul loro effetto sul sistema meccanico: 

  1. le particelle dal diametro medio inferiore alla distanza delle due superfici dei denti a contatto non interferiscono con le superfici metalliche tra le quali scorre l’olio lubrificante che le trasporta;
  2. le particelle dal diametro medio un poco più grandi della distanza tra le due superfici dei denti a contatto non penetrano nello spazio tra le due superfici ma rompendosi entrano in tale spazio e provocano per impatto sulla superficie dei denti usura abrasiva;
  3. le particelle dal diametro medio di una certa grandezza si possono inserire tra parti in movimento del macchinario alterandone il funzionamento e provocando vibrazioni, rumore e danneggiamento di vario tipo.

Le classi dimensionali delle particelle contaminati in un olio lubrificante sono definite mediante la Norma ISO 4406 in base al numero di particelle maggiore di una certa dimensione contenuto in un volume pari a 100 ml di fluido. Un contatore automatico di particelle misura le particelle verso le seguenti dimensioni: uguale o maggiore di 4 micrometri, uguale o maggiore di 6 micrometri, uguale o maggiore di 14 micrometri. Ovviamente le particelle con dimensione da 6 micrometri e da 14 micrometri sono comprese tra le particelle maggiore di 4 micrometri, le particelle con dimensione da 14  micrometri sono comprese tra le particelle da 6 mentre il numero delle particelle con dimensione da 14 micrometri rappresenta solo queste particelle.

Le classi dimensionali sono riportate nella tabella 1, dove il numero di particelle per ogni dimensione corrisponde a un Numero di Codice. Da considerare che le classi dimensionali in questa tabella sono in progressione geometrica e quindi diminuire di una classe comporta la riduzione del 50% dei contaminati solidi.

Numero di particelle per 100 ml
CodiceOltre aFino a
112
224
348
4816
51632
63264
764130
8130250
9250500
105001000
1110002000
1220004000
1340008000
14800016000
151600032000
163200064000
1764000130000
18130000250000
19250000500000
205000001000000
2110000002000000
2220000004000000
2340000008000000
24800000016000000
251600000032000000
263200000064000000
2764000000130000000
28130000000250000000
Tabella 1 – Classi dimensionali

Il Codice ISO di contaminazione dell’olio lubrificante è costituito da tre numeri di Codice della tabella per le classi dimensionali separati dal segno  ‘/ ‘ dove ogni numero rappresenta la quantità e la dimensione delle particelle: il  primo numero corrisponde alla quantità di particelle uguale o maggiore di 4 micrometri, il secondo numero alla quantità di particelle uguale o maggiore di 6 micrometri ed il terzo numero alla quantità di particelle uguale o maggiore di 14 micrometri.

Esempio: il Codice di Contaminazione ISO 19 /16/13 significa che in un campione di un Olio lubrificante da 100 ml si trovano:

  • 19 =  Numero di particelle da 250.000 a 500.000 uguale o maggiore di 4micrometri
  • 16 =  Numero di particelle da  32.000 a 64.000 uguale o maggiore di 6 micrometri 
  • 13 =  Numero di particelle da  4.000  a  8.000 uguale o maggiore di 14 micrometri 

Qui di seguito si mostra quanto sopra indicato come riportato da una pubblicazione della

Karberg & Hannemann Srl di Modena (tabella 2).

Tabella 2 – Classi di contaminazione

Un olio lubrificante nuovo può avere codice di contaminazione ISO 21/19/16 e quindi deve essere filtrarlo durante il riempimento o rabbocco del sistema di lubrificazione per abbassare la quantità di contaminanti che hanno impatto negativo nel sistema meccanico.

Si può ritenere che un livello soddisfacente di pulizia sia indicato dal Codice ISO 18/16/13

Un migliore livello di pulizia del dell’olio lubrificante si ottiene con il codice ISO 17/15/12/ che presenta la riduzione del 50% dei contaminati solidi rispetto alla classe ISO 18/16/13.

Considerazioni costo / prestazione verso il sistema da lubrificare sono importanti per la decisione sul grado di filtrazione da adottare.

In merito al film di olio lubrificante tra le due superfici dei denti dell’ingranaggio per il tempo del loro contatto durante il loro movimento, si richiama a quanto illustrato in figura 1.

Le suddette due superfici dei denti a contatto a causa della pressione esistente  subiscono una deformazione elastica diventando piatte e olio lubrificante presente nello spazio tra queste due superfici subisce un incremento della sua viscosità diventando come una “marmellata” molto compatta realizzandosi la lubrificazione EHL, cioè Elasto-Hydrodinamic-Lubrication (figura 2).

Figura 2. Coefficiente di trazione nel contatto EHL

Il rapporto tra la forza tangenziale e quella normale sul film di Olio lubrificante nella zona di alta pressione tra le superfici dei denti deformate elasticamente è denominato coefficiente di trazione dell’olio lubrificante ed esso è funzione del carico, del rapporto velocità / scivolamento, della temperatura e della struttura molecolare del lubrificante. L’olio lubrificante con basi sintetiche PAO (Poli Alfa Olefine) presenta un minore coefficiente di trazione rispetto all’olio lubrificante con basi minerali poiché le basi sintetiche PAO hanno una struttura molecolare più ordinata di quella relativa alle basi minerali e come conseguenza è possibile un  risparmio energetico poiché viene dispersa minore energia per lo scorrimento interno degli strati dell’olio lubrificante stesso.

Analisi dell’olio lubrificante in servizio

L’olio lubrificante può degradarsi per vari motivi in particolare per temperatura in servizio superiore a quella ottimale per non adeguate condizioni termiche operative.

L’ossidazione dell’olio lubrificante per quanto è possibile è ostacolata dagli additivi antiossidanti che nel tempo si riducono notevolmente. L’olio lubrificante in servizio deve essere sostituito quando si è notevolmente alterato.

L’olio lubrificante in servizio è controllato con le seguenti analisi chimico fisiche:

  • Odore;
  • ispezione visiva;
  • viscosità;
  • presenza di acqua; 
  • TAN;
  • analisi ai raggi infrarossi (additivi);
  • insolubili in normal pentano;
  • metalli da usura;

Si consiglia di riportare graficamente i risultati delle analisi effettuate verso le date di campionamento per rendersi conto della tendenza verso la variazione dei valori che si riscontrano.

Odore

L’odore del campione dell’olio lubrificante in servizio non dovrebbe essere molto diverso rispetto a quello dell’olio lubrificante nuovo. Il prodotto in servizio se è ossidato mostra l’odore di “bruciato”.

Ispezione Visiva

Si effettua questa ispezione utilizzando un contenitore trasparente stretto, chiaro e pulito. L’olio lubrificante in servizio è confrontato con l’olio lubrificante nuovo e non dovrebbe presentare torbidità per contaminazione con acqua oppure mostrare un colore più scuro per ossidazione o per dispersione di polverino metallico da fenomeni di usura. Bisogna esaminare il fondo del contenitore per possibili sedimenti da analizzare

Viscosità

Una notevole variazione di viscosità dell’olio lubrificante in esercizio risulta dannosa poiché la lubrificazione del macchinario non avviene in modo appropriato e quindi bisogna riportare la viscosità al valore previsto dal costruttore della trasmissione con l’aggiunta di olio lubrificante nuovo con minore o maggiore viscosità in funzione di quanto riscontrato sul prodotto in esercizio.

La Norma ISO 3448 basata sulla viscosità a 40°C in cSt definisce per gli oli lubrificanti industriali la gradazione di viscosità ISO la quale rappresenta il punto medio nell’ambito del 10 % tra il valore massimo e quello minimo come mostrato dalla tabella 3.

Gradi di viscosità ISOViscosità cinematica media a 40 °C (mm2/s)Limiti della viscosità cinematica a 40 °C (mm2/s) 
minimo – massimo
ISO VG 22,21.982,42
ISO VG 33,22,883,52
ISO VG 54,64,135,06
ISO VG 76,86,127,48
ISO VG 10109,011,0
ISO VG 151513,516,5
ISO VG 222219,824,2
ISO VG 323228,835,2
ISO VG 464641,450,6
ISO VG 686861,274,8
ISO VG 10010090110
ISO VG 150150135165
ISO VG 220220198242
ISO VG 320320288352
ISO VG 460460414506
ISO VG 680680616748
ISO VG 1.0001.0009001.100
ISO VG 1.5001.5001.3501.650
Tabella 3 – Classificazione viscosimetrica ISO per lubrificanti industriali

Quando si immette l’olio lubrificante nel sistema bisogna controllare il valore effettivo della sua viscosità per considerare la possibile variazione nel tempo durante il funzionamento della trasmissione.

Si ritiene accettabile la variazione di viscosità a 40°C del 10% in più o meno rispetto al valore iniziale mostrato dal prodotto; una maggiore variazione di viscosità a 40°C impone un’aggiunta di olio lubrificante nuovo per riportare la viscosità al valore iniziale.

Non è accettabile la variazione di viscosità a 40°C del 25% in più o in meno rispetto al valore previsto per l’applicazione considerata.

La diminuzione della viscosità del prodotto in servizio può essere dovuta a rabbocco con olio lubrificante meno viscoso. Ad esempio, all’olio lubrificante in servizio ISO VG 220 è stato erroneamente aggiunto olio lubrificante ISO VG 150 oppure è stato aggiunto olio lubrificante ISO VG 220 ma con viscosità di 205 cSt e cioè vicino al limite inferiore (198 cSt) dell’intervallo di

viscosità mentre la viscosità del prodotto in servizio era 238 cSt e cioè vicino al limite superiore (242 cSt) dell’intervallo di viscosità.

L’aumento della viscosità del prodotto in servizio può essere dovuto all’alterazione dell’olio lubrificante per stress termico e ossidativo. Le molecole dell’olio lubrificante si rompono e si riaggregano per la temperatura operativa eccessiva provocata da condizioni termiche nell’impianto non sotto controllo oppure per lubrificazione inadeguata con conseguente produzione di calore per attrito. Le molecole dell’olio lubrificante reagiscono con l’ossigeno dell’aria presente nel sistema e avviene l’ossidazione del prodotto, la quale per quanto è possibile è ostacolata dagli additivi antiossidanti presenti che nel tempo si riducono notevolmente.

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Figura 3. Azione dell’additivo antiossidante di tipo fenolico denominato BHT (Butil HidrossiToluene) detto anche DBPC (Diterziario Butil Para Cresolo)

In figura 3 si riporta come esempio l’azione dell’additivo antiossidante di tipo fenolico denominato BHT (Butil HidrossiToluene) detto anche DBPC (Diterziario Butil Para Cresolo). Questo additivo fornisce un Idrogeno al radicale libero ROO· che deriva dall’ossidazione delle molecole idrocarburiche dell’olio lubrificante e il radicale libero antiossidante che si forma è stabilizzato dalla risonanza delle due forme possibili e infine questo prodotto reagisce con un altro radicale libero ROO·. e si ottiene il prodotto stabile CycloHexaDienone.

L’azione contro i fenomeni ossidativi comporta la riduzione degli additivi antiossidanti fino a quantità insoddisfacenti.

La temperatura in servizio dell’olio lubrificante per ingranaggi in scatola può avere valore tipico di 70 °C se il prodotto è a base minerale e può avere valore tipico di 85 °C per i prodotti a base sintetica PAO  (Poli Alfa Olefina).

L’acqua che contamina l’olio lubrificante interagisce con la parte polare dell’Additivo rompendo il suo film protettivo. Sulla superficie del metallo si realizzano le condizioni per la reazione con l’ossigeno che è presente, poiché l’aria ha una certa solubilità nell’acqua e nell’olio  lubrificante. Qui di seguito sono riportate le reazioni che avvengono:

  • all’anodo:  il ferro metallico è ossidato e si liberano elettroni: Fe(s) → Fe2+ (aq) + 2 e;
  • al catodo: gli elettroni liberi sono bloccati reagendo con ossigeno e acqua =

 =  H2(l) + ½ O2(aq) + 2 e→ 2 OH(aq)

Gli ioni Fe2+(aq) + 2 OH(aq) che derivano dalle due suddette reazioni si combinano e formano Fe(OH)2(s) cioè idrossido di ferro (II) solido che in seguito si ossida ad ossido di ferro (III) idrato che diventa ossido ferrico Fe2O3 bruno-rossiccio solido, noto come ruggine.

Presenza di acqua

L’acqua è un contaminate molto dannoso per l’olio lubrificante in esercizio poiché la sua presenza produce problematiche di lubrificazione per formazione di morchie e procura fenomeni di corrosione e ruggine non sufficientemente ostacolati dagli additivi presenti che comunque si esauriscono nel tempo. Qui di seguito come esempio è riportata l’azione di protezione dalla ruggine da parte di un Solfonato di Alchil Benzene. La molecola di questo additivo presenta una parte non polare solubile nell’olio lubrificante e una parte polare che aderisce alla superficie del metallo formando su di essa un film protettivo, (figura 4).

Figura 4. Esempio di protezione dalla ruggine da parte di un Solfonato di Alchil Benzene

L’acqua che contamina l’olio lubrificante interagisce con la parte polare dell’additivo rompendo il suo film protettivo. Sulla superficie del metallo si realizzano le condizioni per la reazione con l’ossigeno che è presente, poiché l’aria ha una certa solubilità nell’acqua e nell’olio  lubrificante. Qui di seguito sono riportate le reazioni che avvengono:

  • all’anodo: il ferro metallico è ossidato e si liberano elettroni: Fe(s) → Fe2+ (aq) + 2 e;
  • al catodo: gli elettroni liberi sono bloccati reagendo con ossigeno ed acqua =

 =  H2(l) + ½ O2(aq) + 2 e→ 2 OH(aq)

Gli ioni Fe2+(aq) + 2 OH(aq)  che derivano dalle due suddette reazioni si combinano e formano Fe(OH)2(s) cioè idrossido di ferro (II) solido che in seguito si ossida ad ossido di ferro (III) idrato che diventa ossido ferrico Fe2O3 bruno-rossiccio solido, noto come ruggine.

Da tener presente che le superfici ferrose possono presentare zone anodiche e catodiche derivanti da sforzi meccanici dovuti a varie cause nel corso della loro lavorazione.  L’entità della corrosione dipende dal rapporto dell’estensione della zona anodica e catodica. Quando queste zone sono uguali sono uguali le citate reazioni all’anodo ed al catodo ma quando la zona catodica è molto più estesa di quella anodica allora la corrente anodica è molto più grande di quella catodica con un accelerato attacco del metallo all’anodo.

La presenza di acqua nell’olio lubrificante in servizio può avvenire in vari modi tra i quali ingresso  dell’aria umida attraverso il coperchio del sistema di ingranaggi oppure attraverso guarnizioni improprie o usurate oppure per  rabbocchi con  olio  lubrificante nuovo ma inquinato con acqua per stoccaggio improprio.

È necessario conservare i fusti di olio lubrificante in magazzino e se gli stessi devono essere tenuti all’esterno bisogna proteggerli con una tettoia e adagiarli orizzontalmente.

Se la tettoia non è disponibile è necessario che i fusti in posizione diritta siano sollevati da un lato così che le chiusure non siano a contatto con l’acqua presente per pioggia o condensa di vapore sulla superficie del fusto stesso e quindi minimizzare il possibile ingresso di acqua attraverso le suddette chiusure, (figura 5).

Figura 5. Fenomeno di corrosione e ruggine

Da considerare che l’acqua presente per pioggia o condensa di vapore sulla superficie del fusto diritto può penetrare nello stesso attraverso il suo tappo di chiusura a causa della dilatazione e della contrazione del fusto stesso per le escursioni termiche giorno/notte, (figura 7).

Si fa presente che quanto sopra riportato sulla gestione dei fusti all’esterno deriva da un foglio tecnico della Mobil Oil italiana SpA che ha avuto ampia circolazione a suo tempo.

La gestione dell’olio lubrificante

Figura 6.  Corretta disposizione dei fusti all’aperto contro infiltrazione acqua

L’acqua fino a circa 300 ppm si trova disciolta nell’olio lubrificante e non è notata all’osservazione ad occhio nudo; quando il contenuto di acqua aumenta  essa diventa visibile come goccioline disperse nell’olio lubrificante con tendenza raggrupparsi e si può formare un’emulsione per mescolamento sotto agitazione essendo presenti additivi polari. Il contenuto di acqua si può determinare con il metodo Karl Fischer (ASTM D 1744) per concentrazioni fino a 0,1 % (1000 ppm) per titolazione oppure il metodo ASTM D 95 per concentrazioni fino a 25 % per distillazione.

Si richiama l’attenzione sul fatto che l’acqua nell’Olio lubrificante in servizio non deve essere superiore allo 0,2% (2000 ppm).

La gestione dell’olio lubrificante
Figura 7. I fusti respirano umidità per variazioni temperatura

TAN = Numero Acidità Totale

L’olio lubrificante nuovo in genere mostra una debole basicità o acidità per gli Additivi presenti.

Il TBN (Total Base Number) indica la basicità ed il TAN (Total Acidity Number) indica l’acidità ed entrambi si esprimono come mg di KOH /1g di prodotto.

L’olio lubrificante nuovo può mostrare valore 0,5 per il TAN.

Gli additivi dell’olio lubrificante proteggono dalla corrosione e dalla ruggine il metallo formando sullo stesso un film superficiale. Durante il servizio l’olio lubrificante degradandosi per ossidazione mostra un incremento di acidità con effetti negativi oltre un certo valore poiché si verifica aggressione del metallo. L’aumento rapido del TAN  è motivo di preoccupazione ed impone una maggiore sorveglianza dell’olio lubrificante in esercizio. Il valore del TAN = 2 oltre il valore iniziale è considerato quello massimo e quindi l’olio lubrificante in uso è da sostituire se anche altri parametri fanno riscontrare valori negativi altrimenti si può pensare a ritardare il cambio carica e sostituire una parte dell’olio lubrificante in esercizio con l’olio lubrificante nuovo.

Analisi ai raggi infrarossi

In questa analisi si studia l’assorbimento da parte di un prodotto della radiazione infrarossa.

Una molecola che assorbe un fotone infrarosso passa dal suo stato vibrazionale fondamentale a uno stato vibrazionale eccitato. La radiazione infrarossa è assorbita da materiali che interagiscono con essa e non è assorbita da materiali trasparenti ad essa.

Se un materiale è trasparente alla radiazione infrarossa il suo spettro si presenterà come una linea parallela all’asse delle ascisse. Nel caso di assorbimento della radiazione si verificano delle transizioni tra livelli energetici delle molecole del prodotto le quali danno luogo a uno spettro che è caratterizzato da una serie di picchi di altezza variabile per ciascuna transizione, (figura 8).

La gestione dell’olio lubrificante
Figura 8. Tipico spettro infrarosso

In un tipico spettro infrarosso si trova:

  • in ascissa la scala di frequenze espresse in numero d’onda cioè quantità di onde per centimetro con unità di misura il cm-1;
  • in ordinata la percentuale di trasmittanza = I/Io moltiplicato per 100 dove I = intensità luce incidente e Io = intensità luce trasmessa.

L’analisi IR dell’olio lubrificante consiste nel far passare raggi infrarossi, attraverso uno strato sottile di olio lubrificante situato in apposito contenitore trasparente alla radiazione in arrivo.

In funzione dell’assorbimento della radiazione da parte dell’olio lubrificante si ottiene un grafico che mostra vari “picchi” che dipendono dai componenti dell’olio lubrificante. Il confronto del grafico ottenuto con l’olio lubrificante in servizio rispetto a quello relativo al prodotto nuovo permette di individuare i cambiamenti nell’olio lubrificante con particolare riferimento alla degradazione degli  additivi presenti e all’alterazione termico/ossidativa del fluido di base.

È necessario il cambio della carica di olio lubrificante quando le sue condizioni risultano alterate per il lungo periodo di servizio oppure per le troppo severe condizioni di esercizio.

la condizione dell’olio lubrificante in servizio è considerata soddisfacente se il contenuto di additivi non è inferiore al 50% rispetto al prodotto nuovo e il fluido di base non è fortemente ossidato cosa che comporta anche aumento del TAN e variazione di viscosità.

Insolubili in Normal Pentano

La presenza nell’olio lubrificante in esercizio di contaminanti vari dispersi nello stesso può essere messa in evidenza trattando un campione di olio lubrificante in servizio con il solvente normal pentano che fa sedimentare le sostanze in sospensione (polvere, particelle di guarnizioni, polverino metallico da usura) e fa precipitare quelle in soluzione derivanti da fenomeni di alterazione (ossidazione e piroscissione).

Un determinato volume di olio lubrificante è miscelato con una certa quantità di normal pentano e filtrato per aspirazione sottovuoto a temperatura ambiente su un filtro a membrana che è pesato prima e dopo la filtrazione fornendo il quantitativo depositatosi sul filtro stesso il quale è riportato come % in peso delle sostanze in sospensione nell’olio lubrificante in esame.

È accettabile un valore fino a 0,5% max di impurità ma prima di arrivare a riscontrare questo valore bisogna limitare la presenza di impurità con la filtrazione dell’olio lubrificante.

Metalli da usura 

L’olio lubrificante operando ad intimo contatto con organi meccanici incorpora elementi metallici provenienti dall’usura di questi organi. Varie tecniche di analisi permettono di individuare i citati elementi metallici presenti nell’olio lubrificante in servizio e qui di seguito si riporta la tecnica analitica basata sull’apparecchiatura ICP (Inductively Couplet Plasma) / AES (Atomic Emission Spectrometer) Metodo ASTM D 5185. Lo strumento opera mediante un plasma di Argon a 6000°C nel quale è immesso il campione di olio lubrificante in servizio: gli elementi presenti sono attivati ed emettono radiazioni caratteristiche degli stessi. Queste radiazioni colpiscono un fotomoltiplicatore in un policromatore e l’intensità della radiazione emessa ad una particolare lunghezza d’onda indica la concentrazione del relativo elemento. Questo strumento è molto potente e permette di determinare contemporaneamente in un campione di olio lubrificante molteplici elementi al livello di parti per milione con una riproducibilità di +/- 5%.

Per le trasmissioni industriali considerate si possono considerare i seguenti valori: 

  • ferro: la presenza fino a 100 ppm può essere dovuta a normali fenomeni di usura; valori maggiori che aumentano rapidamente nel tempo sono dovuti a fenomeni eccessivi di usura e impongono di effettuare le opportune indagini sulla trasmissione industriale (ad esempio: lubrificazione insufficiente per velocità inadeguata (bassa oppure elevata), sovraccarico, installazione da ottimizzare …);
  • manganese e nichel: sono presenti in minima quantità provenienti dai componenti di acciaio;
  • silicio e allumino: provengono da polvere entrata nel macchinario dall’esterno la quale deve essere allontanata con adeguata filtrazione dell’olio lubrificante.

In sintesi

Questa relazione ha considerato l’olio lubrificante in esercizio nella trasmissione Industriale operante in un alloggiamento. Bisogna immettere nel macchinario l’olio lubrificante dopo averlo filtrato fino a un certo livello di “pulizia” considerato accettabile per eliminare possibili contaminanti presenti nello stesso. È importante controllare con una certa frequenza l’olio lubrificante in esercizio per individuare la possibile variazione delle sue caratteristiche. su un campione di prodotto prelevato secondo un piano prestabilito sono effettuate varie analisi chimiche e fisiche.

Per le citate analisi sono fornite indicazioni sulla loro interpretazione e quando sono riscontrate

variazioni delle caratteristiche dell’olio lubrificante che superano i limiti previsti è necessario sostituire la carica del prodotto in servizio. Inoltre, quanto riscontrato nelle condizioni dell’Olio lubrificante permette di prendere atto di possibili problematiche in atto nella Trasmissione Industriale e di considerare interventi di manutenzione sulla stessa. Per informazioni: renatolordi@libero.it

Questo articolo ha preso in considerazione la gestione dell’olio lubrificante nelle trasmissioni industriali ad eccezione di quelle a vite senza fine e a ingranaggi scoperti (NdR)

(Renato Lordi)

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