La mancata o parziale manutenzione e monitoraggio del fluido sono i principali responsabili di guasti e fermo macchina, ecco perchè la manutenzione si configura oggi come elemento strategico imprescindibile per qualsiasi azienda voglia efficientare il proprio processo produttivo. Le imprese moderne, infatti, devono affrontare sfide complesse, come la riduzione dei costi operativi, l’aumento dell’efficienza e la garanzia di continuità produttiva, strettamente legate all’impiego dell’AI.
In questo scenario, il monitoraggio delle condizioni dell’olio, noto come Oil Condition Monitoring (OCM) e il Fluid Contamination Management assumono un ruolo cruciale. Monitorare lo stato del fluido consente, infatti, di prevenire guasti, ridurre i tempi di fermo macchina e prolungare la vita utile dei componenti. HYDAC ha sviluppato un programma completo a supporto del manutentore e della business continuity: il Fluid Care Program.
In questo articolo approfondiamo il legame tra la manutenzione e il fluido, passando in rassegna i guasti e le problematiche connessi al degrado del fluido; vediamo poi come ottimizzare i processi attraverso un tool dedicato in cui HYDAC mette a disposizione l’esperienza maturata in questi ambiti: il Fluid Care Program.
INDICE
- Contaminazione e guasti: tutto quello che dovresti sapere
- Contaminazione e Oil Condition Monitoring: i vantaggi del monitoraggio
- Individuata la causa, come intervenire?
1. Contaminazione e guasti: tutto quello che dovresti sapere
Il fermo impianto è spesso sinonimo di guasti non monitorati e alert mancati. Per ovviare le criticità ad esso connesse la manutenzione industriale si è evoluta nel tempo, passando da approcci reattivi a strategie sempre più sofisticate. Analizziamole brevemente. L’intervento a guasto rappresenta la forma più tradizionale in cui si agisce solo quando il componente si rompe, con conseguenze pesanti in termini di costi e tempi di fermo. La manutenzione preventiva, invece, si basa su intervalli programmati e sostituzioni pianificate. Questa tipologia di intervento comporta costi, spesso superflui, dovuti alla sostituzione di componenti ancora utilizzabili e all’attivazione del manutentore quando non necessario.
La manutenzione on-condition segna un passo avanti: si monitora lo stato reale dei componenti e si interviene solo quando i parametri superano soglie critiche, evitando sia guasti improvvisi sia sostituzioni inutili. Infine, la manutenzione predittiva sfrutta sensori IoT, algoritmi di intelligenza artificiale e analisi statistiche per prevedere il momento esatto in cui si verificherà un guasto, consentendo una pianificazione ottimale e riducendo drasticamente i rischi di fermo impianto. Questo approccio innovativo non solo migliora l’efficienza, ma riduce i costi e aumenta la sicurezza operativa. Queste evoluzioni nella manutenzione hanno aperto la strada a strategie sempre più mirate, dove il monitoraggio delle condizioni di tutti i componenti dell’impianto diventa il fulcro per garantire efficienza e ridurre i rischi. Ed è proprio in questo contesto che l’OCM (Oil Condition Monitoring) assume un ruolo fondamentale perché l’olio è a tutti gli effetti un componente dell’impianto, che come vedremo di seguito può causare molti danni. Quindi, di che cosa si tratta, qual è il legame della manutenzione con il fluido?
1.1 Qual è il legame tra il fluido e la manutenzione?
La più recente letteratura scientifica ha definito che l’olio deve essere considerato a tutti gli effetti un componente dell’impianto. Sempre secondo l’evidenza scientifica: il 70-80% dei guasti all’impianto è, infatti, dovuto alla contaminazione del fluido idraulico.
Il degrado, dovuto alla contaminazione dell’olio e non solo, è una delle principali cause di inefficienza negli impianti oleodinamici. Contaminanti solidi, acqua e variazioni chimiche alterano le proprietà del fluido, compromettendo la lubrificazione e accelerando l’usura dei componenti. È risaputo che la presenza di particelle di contaminazione nei sistemi oleodinamici possa determinare guasti a parti dell’impianto.
Il fluido idraulico è il cuore di ogni impianto oleodinamico e le sue caratteristiche influenzano direttamente le prestazioni del sistema. In un impianto oleodinamico, il processo energetico si basa sulla trasformazione dell’energia meccanica in energia idraulica, che viene successivamente trasferita, regolata e riconvertita in energia meccanica dai dispositivi utilizzatori. Perché questo ciclo funzioni correttamente, l’impianto è composto da una serie di componenti dedicati al trattamento del fluido idraulico, come serbatoi, filtri, scambiatori di calore e strumenti di misura e controllo. Tuttavia, il corretto funzionamento non dipende solo dalla meccanica, ma anche dalle caratteristiche del fluido impiegato e dalla sua gestione. Cerchiamo di sapere scoprire qualcosa in più sul fluido, indaghiamo le sue tipicità e i danni legati alla contaminazione.
1.2 Focus: fluido idraulico le caratteristiche e le criticità
I fluidi utilizzati nell’impiantistica possono essere acqua, oli minerali, sintetici o biodegradabili o emulsioni acqua-olio. Gli oli minerali e sintetici sono generalmente preferiti per le loro proprietà lubrificanti e la stabilità chimica. Nella definizione del fluido la viscosità rappresenta un parametro cruciale. Nel mantenere inalterata la viscosità, la temperatura gioca un ruolo fondamentale. All’aumentare della temperatura, la viscosità del fluido diminuisce. Per questa ragione vengono impiegati appositi sistemi di gestione termica.
Oltre alle caratteristiche intrinseche, il fluido è soggetto a contaminazioni solide, liquide e gassose. Le particelle provenienti dall’ambiente, i residui di lavorazione e le impurità introdotte sono tra le principali cause di contaminazione, che può portare a fenomeni di abrasione, cavitazione e grippaggio, compromettendo gravemente l’efficienza del sistema.
1.3 Contaminazione del fluido: rischi e guasti tipici
La contaminazione oleodinamica (causa danni seri come usura e abrasione dei componenti, corrosione, formazione di fango e vernici (varnish), ossidazione dell’olio, perdita di prestazioni, cavitazione e guasti improvvisi, riducendo drasticamente la vita del sistema. Le conseguenze includono fermo macchina, costi elevati e rischi per la sicurezza e l’ambiente.
Quali sono le principali tipologie di contaminazione? Esistono tre tipologie di contaminazione: solida, liquida, gassosa. Vediamole nel dettaglio.
Le particelle solide (polvere, metallo, residui di lavorazioni) sono la causa principale di usura, abrasione, erosione, affaticamento superficiale e danneggiamento delle tenute (tagli, perdita di elasticità). La contaminazione da acqua provoca corrosione, formazione di morchie e gel, ruggine, ossidazione dell’olio, invecchiamento precoce, diminuzione della viscosità e della capacità di lubrificazione del fluido, guasti a guarnizioni e valvole. La presenza di aria nel fluido ne riduce la comprimibilità effettiva, favorisce la formazione di schiuma, compromette l’efficienza volumetrica, altera la trasmissione della coppia aumentando il consumo energetico e può innescare fenomeni di cavitazione. Tra i guasti più comuni troviamo la rottura delle pompe e l’alterazione della comprimibilità dell’olio e di conseguenza la precisione del movimento dei cilindri. Per questo HYDAC ha sviluppato delle moderne tecnologie brevettate che abbattono la contaminazione d’aria già nel serbatoio. Acqua e aria sono complici del fenomeno di ossidazione dell’olio che ne determinal’invecchiamento precoce con formazione di depositi (varnish, gel, etc..) e perdita delle proprietà lubrificanti. In tal senso esistono sistemi di ricondizionamento del fluido che eliminano Varnish e/o effettuano il dewatering, come i sistemi FAM e VEU di HYDAC. Possiamo dire in genere che lo stress meccanico e il degrado del fluido risultano come i principali imputati dei guasti improvvisi. Quando si parla di manutenzione, anche il fluido deve, pertanto, essere considerato a tutti gli effetti un componente da manutenere; ecco perché parliamo di Oil Condition Monitoring e contamination management. Una gestione accurata del fluido è quindi indispensabile per garantire la continuità operativa e ridurre i costi di manutenzione? Lo vediamo nel prossimo paragrafo.
2. Contaminazione e Oil Condition Monitoring: i vantaggi del monitoraggio
Abbiamo visto che il fluido è un vero e proprio componente da manutenere. Pertanto è fondamentale monitorarlo. Le particelle di cui abbiamo parlato, hanno grandezze microscopiche. È errato, quindi, credere che una semplice occhiata all’olio sia sufficiente a capire lo stato dell’arte della nostra macchina. Per comprendere al meglio l’importanza dell’analisi partiamo da una conoscenza diffusa: le PM10. Le particelle di PM10, sono delle minuscole polveri con diametro di circa 10 micron presenti nell’aria, che possono penetrare nei polmoni e causare problemi respiratori e altre gravi conseguenze per la salute. Sapete che un impianto oleodinamico, per restare “in salute”, potrebbe non sopportare una contaminazione solida di valore superiore a “PM 5” (5 = micron)? Ecco perché è necessario attuare una strategia di Oil Condition Monitoring, soprattutto nel caso di guasti ricorrenti. Ma in che cosa consiste effettivamente? Al fine di monitorare e, così, poter intervenire On-Condition, una corretta strategia di Oil Condition Monitoring sfrutta le potenzialità e la messa a sistema di due tipi di monitoraggio del fluido: quello delle analisi chimico-fisiche e quello dei sensori in-line, che approfondiremo nei prossimi paragrafi.
2.1 Perché è necessario effettuare le analisi dell’olio?
L’analisi di laboratorio è un importante strumento di Oil Condition Monitoring che supporta il manutentore nell’adozione della soluzione più congeniale al proprio impianto.
Rappresentano una buona prassi che permette di avere sempre informazioni puntuali sullo stato dell’impianto. Un’accurata analisi del fluido idraulico permette di conoscere le reali condizioni chimico fisiche dell’olio. Conoscere l’effettiva condizione chimica permette, ad esempio, di sapere la vita residua del fluido, a prescindere da quanto indicato dal fornitore. Come vedremo, se il fluido viene regolarmente e correttamente manutenuto, la vita utile si allunga oltre le reali aspettative. Una corretta manutenzione non può prescindere dall’analisi fisica. Conoscere il reale stato di contaminazione solida espressa in ISO4406, permette di capire se il fluido è contaminato a tal punto da poter usurare i componenti meccanici dell’impianto. Ogni componente meccanico di un impianto ha una propria classe di contaminazione oltre la quale non deve operare perché causerebbe danni. Ogni produttore la inserisce nei propri datasheet ed è compito dell’utilizzatore manutenere il fluido sotto i livelli di guardia. Le analisi di laboratorio permettono inoltre di identificare la tipologia di contaminazione presente nell’impianto. L’individuazione, ad esempio, di specifici metalli aiuta ad interpretare quale possa essere il componente che si sta usurando, oppure individuare la fonte del guasto. Un altro alleato a questa analisi è il valore MPC che identifica la presenza di Varnish: un campanello di allarme sull’invecchiamento precoce del fluido. In presenza di anomalie rilevate dai sensori, fermi macchina o rotture di componenti, l’analisi di laboratorio diventa uno strumento indispensabile per individuare rapidamente la causa del problema.
Per queste ragioni molte aziende adottano piani di analisi di laboratorio periodiche. Ma come si effettuano? Si tratta di un processo a più fasi che parte dalla definizione della modalità di prelievo sino alle modalità correttiva. Sono riassumibili in: raccolta campioni, analisi sul campo e/o analisi di laboratorio, interpretazione dei dati, rintracciamento dell’origine della contaminazione e conseguente supporto al cliente nell’individuazione della manovra correttiva odi intervento di manutenzione. Stiamo parlando di un metodo scientifico in cui è fondamentale, innanzitutto, stabilire i corretti punti di prelievo e le modalità. Dinamici o statici? Come è noto la contaminazione solida tenderà a sedimentare. In questo caso la modalità dinamica è preferibile perché permetterà di prelevare l’olio effettivamente circolante nell’impianto. Il Fluid Care Program di HYDAC si basa proprio sull’analisi di laboratorio per un approccio on-condition alla manutenzione e cura dei sistemi.
2.2 Perché è importante dotare il sistema di sensoristica in-line
I sensori, delegati alla misura delle caratteristiche e della contaminazione del fluido idraulico, rappresentano la strumentazione più adeguata attraverso la quale è possibile avere un’analisi on-line sull’intero volume di olio in circolo nell’impianto, con risultati statistici real-time sul suo stato. Infatti, analizzando il fluido idraulico in circolo nell’impianto in regime operativo, i sensori divengono vere e proprie sentinelle dell’impianto oleodinamico potendone misurare e riscontrare, in tempo reale, variazioni delle caratteristiche chimiche e fisiche dell’olio ed eventuali problematiche collegate. I sensori negli impianti oleodinamici vengono utilizzati per rilevare diverse grandezze fisiche come temperatura, pressione, flusso, livelli di contaminazione e condizioni dell’olio. Sebbene la misura puntuale delle grandezze fisiche costituisca già un grande benefit, non è però sufficiente per un monitoraggio dell’impianto in ottica di manutenzione On-Condition. In altri termini, se da un lato la conoscenza in tempo reale dei parametri di impianto mediante la rilevazione da parte dei sensori, offre la possibilità di avere una fotografia istantanea dell’impianto, dall’altra non garantisce la previsione di eventi nel medio o lungo periodo. La sensoristica smart, che amplia la gamma di sensori HYDAC (vai in fondo all’articolo) opportunamente integrata negli impianti oleodinamici, va a rispondere esattamente a questa esigenza, in quanto per sua natura costruttiva prevede, oltre alla parte di “sensing” per la misura delle grandezze fisiche, anche una parte di “processing” per l’elaborazione delle stesse con finalità analitiche e previsionali dell’impianto. Ad esempio, con l’impiego di sensoristica smart, come il sensore di pressione intelligente, la segnalazione di un abbassamento anomalo della pressione sarà automatica. L’operatore potrà così provvedere alla ricerca di una perdita e/o, in mancanza di quest’ultima, seguirà la verifica della pompa e così via fino all’individuazione del guasto ed alla conseguente riparazione.
2.3 Dall’analisi alla manutenzione on-condition
Abbiamo visto come l’Oil Condition Monitoring, effettuato con sensoristica e/o analisi, consente di rilevare in tempo reale parametri come viscosità, contaminazione e temperatura, permettendo interventi mirati prima che si verifichino danni gravi. Questo approccio non solo riduce il rischio di guasti, ma supporta la manutenzione on-condition, ottimizza il ciclo di vita degli impianti e migliora l’efficienza energetica. In un’ottica di Industria 4.0, il connubio tra sensori smart, IIoT e analisi automatizzate rende il monitoraggio continuo una realtà accessibile e strategica per ogni azienda che punta alla competitività anche attraverso la riduzione degli interventi di manutenzione e l’ottimizzazione del Life Cycle Cost Management di impianti e macchine. Tutti i moderni sistemi oleodinamici hanno delle apparecchiature di controllo, dal semplice termometro o pressostato fino ai sistemi più avanzati, come il Fluid Care Program di HYDAC, che permettono il monitoraggio continuo dell’olio e molto altro ancora. È bene ricordare che tramite l’Oil Condition Monitoring, che prevede analisi di laboratorio e monitoraggio online dei parametri, è oggi possibile individuare ed eliminare anche la fonte della contaminazione. Controlli incrociati tra manutentori e analisti sono fondamentali per evitare e prevenire guasti e per questa ragione, HYDAC ha sviluppato il Fluid Care Program, un servizio completo: dall’analisi alla manutenzione. Vediamo di seguito come massimizzare la vita utile delle attrezzature e minimizza l’impatto ambientale con questo programma.
3. Individuata la causa, come intervenire?
Abbiamo visto che il monitoraggio online e le analisi di laboratorio possono dire molto sullo stato di salute del nostro impianto. Scopriamo adesso come attuare un Oil Condition Monitoring efficace e ridurre il rischio pericolo guasto!
3.1 Il Fluid Care Program di HYDAC
Abbiamo visto che i fluidi correttamente manutenuti possono giocare un ruolo determinante nell’allungamento della vita della macchina / impianto ed essere poi in futuro più facilmente smaltiti, e garantire la business continuity. Partendo dalla profonda conoscenza sviluppata nell’ambito “care”, HYDAC presenta il programma progettato per accompagnare manutentori e responsabili di produzione lungo l’intero ciclo di vita del fluido: dall’analisi di laboratorio offline, all’analisi online, fino alla gestione digitale dei risultati, con supporto di azioni consigliate e una archiviazione digitale della documentazione. È il Fluid Care Program. Il Fluid Care Program combina l’analisi di laboratorio, Fluid Care Laboratory, in una piattaforma digitale intuitiva, l’HYDAC Fluid Care Portal che utilizza un software di condition management all’avanguardia.
I Fluid Care Laboratory, dislocati in tutto il mondo, sono il cuore analitico del programma. Si tratta di centri dedicati che eseguono test puntuali e regolari sui fluidi, per individuare tempestivamente fenomeni critici come invecchiamento dell’olio, varnish/lacche, residui di usura, presenza di acqua, scariche elettrostatiche e differenti tipologie di contaminazione. I servizi di analisi offerti dai laboratori sono personalizzabili per applicazione e forniscono insight tecnici che guidano le azioni di manutenzione on‑condition. Tutti i risultati delle analisi effettuate confluiscono automaticamente nel portale sviluppato per l’analisi online, che massimizza e supporta la capacità di intervento e il condition monitoring dell’impianto: il Fluid Care Portal.
Il Fluid Care Portal è la controparte digitale dei laboratori: una piattaforma che centralizza report di analisi, trend, documentazione e soprattutto azioni raccomandate (con task generati in automatico) per trasformare i risultati in interventi concreti. È pensato per asset, offre gestione attività, archivia report e documenti, e abilita una visibilità end‑to‑end del parco impianti. In pratica: dal portale puoi vedere lo stato dei fluidi, ricevere raccomandazioni basate sull’expertise dei laboratori HYDAC a livello globale, assegnare task e tracciare l’esecuzione delle azioni. Il tutto in un unico spazio digitale, sempre disponibile. L’evoluzione tecnologica di HYDAC è vasta e va dall’analisi, alla filtrazione, sino al trattamento dei fluidi. Andiamo ad approfondire qui di seguito la sensoristica di HYDAC per il monitoraggio inline dello stato del fluido, anche smart!
Il programma di HYDAC per il Fluid Care e la sensoristica possono dirci molto sullo stato del nostro impianto. Per maggiori informazioni richiedi il supporto di un tecnico HYDAC.
3.2 Monitoraggio continuo: contamination e smart sensor
L’Oil Condition Monitoring, come abbiamo visto, si avvale anche dei dati dei sensori in-line per una acquisizione continua. HYDAC offre una vasta gamma di sensori in grado di monitorare i principali parametri di impianto e non solo. I sensori, delegati alla misura delle caratteristiche e della contaminazione del fluido idraulico, rappresentano la strumentazione più adeguata attraverso la quale è possibile avere un’analisi on-line con risultati statistici real-time sul suo stato.
Abbiamo visto che le principali contaminazioni sono: solida, liquida e gassosa. Nella gamma di HYDAC, rientrano sensori specifici in grando di informarci sui livelli di contaminazione o sullo stato del fluido in relazione a questi contaminanti. Questi componenti sono integrabili in pacchetti di Oil Condition Monitoring e costituiscono la base per una diagnosi precoce dei possibili guasti dovuti alla contaminazione.
Per analizzare la presenza di contaminanti solidi, è possibile integrare nell’impianto i contatori di particelle CS1000 di HYDAC, che rilevano questa concentrazione tramite una cella di misura ottica, basata su tecnologia a infrarossi, e classificata secondo i principali standard internazionali: ISO 4406, SAE AS 4059 e NAS 1638. La gamma si è amplificata con il nuovo modello CS1500 WiFi.
La serie HYDAC AS1000, invece,permette di monitorare la contaminazione da acqua nei fluidi lubrificanti e idraulici. Il sensore misura il contenuto d’acqua rispetto alla concentrazione di saturazione e fornisce il grado di saturazione tramite un segnale 4–20 mA. Questo consente di prevenire fenomeni di ossidazione e degrado del lubrificante, oltre alla perdita di lubricità del fluido che potrebbe portare a usura precoce dei componenti.
Nel dettaglio, questi sensori rilevano la percentuale di saturazione dell’acqua nell’olio, un parametro che indica la capacità dell’olio di trattenere acqua (simile al concetto di umidità relativa). Tale valore è inversamente proporzionale alla temperatura: a parità di quantità d’acqua presente, un aumento o una diminuzione della temperatura può far variare la percentuale di saturazione in maniera inversamente proporzionale. Per tale motivo l’AS1000 integra anche un sensore di temperatura, così da garantire una misura accurata e compensata. Quando la percentuale di saturazione raggiunge il 100%, l’olio non è più in grado di trattenere ulteriore acqua e si verifica la separazione fisica dell’acqua, con formazione di gocce o emulsioni visibili.
Nel paragrafo 1, abbiamo inoltre visto che acqua e aria sono complici del fenomeno di ossidazione dell’olio che ne determinal’invecchiamento precoce con formazione di depositi (varnish, gel, etc..) e perdita delle proprietà lubrificanti. L’HYDAC Lab (serie HLB1400) è il sensore, smart, in grado di monitorare in modo continuo l’invecchiamento dell’olio idraulico (oil ageing), inteso come lo scostamento nel tempo delle sue condizioni chimiche e fisiche di partenza.
Non essendo l’oil ageing una grandezza misurabile direttamente, si prendono in considerazione due grandezze fisiche la cui variazione nel tempo è indicativa della degradazione dell’olio, ossia la conducibilità e la costante dielettrica dell’olio. Per fare ciò, il sensore richiede una procedura di auto-apprendimento per la “mappatura” dell’olio. Un cambiamento percentuale di queste due misure oltre la soglia d’allarme, indica un processo di invecchiamento naturale dell’olio nel lungo periodo o una contaminazione improvvisa che ha causato la sua degradazione nel breve periodo. Se sei interessato all’oil ageing clicca qui. La sensoristica supporta il manutentore anche nel determinare l’intervento di sostituzione dell’elemento filtrante.
Il VFL svolge questo compito: l’elemento filtrante è un componente critico per un impianto. L’ottimizzazione dei periodi di manutenzione costituisce un grande vantaggio sia in termini di efficienza di impianto, sia di sicurezza per l’operatore che effettuerà la sostituzione. Il Virtual Fluid Lab (VFL), è il sensore di HYDAC dotato di un algoritmo interno che, processando in input pressione differenziale, temperatura e tempo operativo, è in grado di fornire in output la vita residua dell’elemento filtrante espressa in ore. Anche il Virtual Fluid Lab, insieme all’HLab, rientra negli Smart Sensor di HYDAC. Una volta individuate le cause di guasti e anomalie, o rintracciata la presenza di uno specifico contaminante, che silentemente avrebbe potuto compromettere l’impianto, l’expertise di HYDAC raggiunta nella filtrazione potrà supportarvi nel definire la tipologia di intervento ad hoc. Dal ridimensionamento del sistema di filtrazione, a una strategia di dewatering o filtrazione specifica, sino a strumenti di condition monitoring e/o alla più semplice individuazione dell’elemento filtrante, richiedi la tua consulenza ad un tecnico HYDAC.
