Lubrifianţii

Tribologie Industrială

prof. dr. ing. Lorena deleanu

lubrifiant – orice substanţă interpusă între două suprafeţe cu scopul de a

reduce frecarea şi/sau uzura dintre ele

Funcţiile unui lubrifiant:

- reducerea frecării şi, implicit, creşterea randamentului sistemului tehnic; - prevenirea sau limitarea uzurii, aspect care are repercursiuni importante asupra durabilităţii şi mentenabilităţii sistemului;- protecţia împotriva coroziunii;- evacuarea căldurii din zona surafeţelor în contact;- evacuarea produselor de uzură;- transmiterea puterii (transmisii şi cuplaje hidraulice etc.).

Clasificare după starea de agregare

Clasificare după starea de agregare

criteriu de clasificare - natura lubrifiantului:- minerală,- sintetică,-vegetală sau animală.

criteriu important de clasificare - domeniul de utilizare.

Uleiuri mineraleSunt extrase din petrol şi parţial din cărbune, amestecuri de

hidrocarburi, cu diferite compoziţii. Principalele hidrocarburi, componente :- parafinele: compuşi saturaţi, cu molecule lungi dar sunt întâlnite şi izoparafine – compuşi cu molecule ramificate. Parafinele cu lanţuri lungi, liniare sunt responsabile de comportarea la curgere la rece a uleiurilor minerale din cauza solubilităţii lor nefavorabile la temperaturi joase;- naftenele: hidrocarburi saturate, cu structură ciclică, având o solubilitate mai bună decât parafinele, o comportare mai bună la ungere dar dependenţa vâscozitate – temperatură este mai puternică decât a parafinelor, ceea ce nu şi-ar dori un tribolog;- hidrocarburile aromatice: compuşi ciclici nesaturaţi, solubilitatea lor faţă de aditivi est bună dar ele au cea mai nefavorabilă comportare vâscozitate - temperatură.- compuşi nesaturaţi, instabili, în care sunt elemente ca sulf, azot, oxigen, săruri metalice, şi care influenţează puternic îmbătrânirea, modificarea consistenţei, implicit, durata de utilizare a uleiului.

Proporţia diferitelor componente dictează calitatea uleiului, aceasta depinzând şi de locul de extracţie al petrolului.

Biodegradabilitatea sau/şi reciclarea lubrifianţilor

constituie criterii care avansează rapid în preferinţele utilizatorilor

Stabilitatea termică se apreciază prin natura transformărilor chimice şi valoarea temperaturilor la care au loc, în lubrifiant şi la suprafaţele de contact cu triboelementele. Componentele aromatice şi naftenice se găsesc în procent mai mare la începutul frecării. În funcţionare, temperatura suprafeţei de contact creşte şi stratul iniţial de naftene şi aromatice este desorbit, în locul lui generându-se un strat de compuşi parafinici cu catenă lungă. Acest proces nu este instantaneu şi nici nu are aceeaşi intensitate pe suprafaţa de lucru, în intervalul în care are loc această schimbare a naturii stratului adsorbit, suprafeţele solide sunt mai puţin protejate şi sensibile la tendinţa de micro-sudare a asperităţilor, proces sesizat prin variaţia forţei de frecare. Schimbarea naturii stratului adsorbit apare într-un interval de temperatură şi de timp în care vâscozitatea poate fi considerată constantă, modificarea coeficientului de frecare fiind pusă numai pe seama schimbării stratului adsorbit.

Proprietăţi chimice ale uleiurilor lubrifiante

Aciditatea este o caracteristică cu tendinţă de creştere pe durata de funcţionare, din cauza oxidării componenţilor sau a altor reacţii întreţinute de regimul de lucru (prin temperatură, sarcină, contaminare cu apă etc.). Sulful, ca impuritate sau element al aditivilor, poate participa şi el la creşterea acidităţii. Modificarea acidităţii atrage după sine şi modificarea unor proprietăţi mecanice, şi implicit a calităţii lubrifierii.

Proprietăţi chimice ale uleiurilor lubrifiante

Conţinutul de cocs este, în procente, masa de depuneri cărbunoase pe suprafeţele încălzite de lucru, în absenţa aerului şi după evaporarea uleiului. Reziduul cărbunos este doar o parte din carbonul conţinut în ulei, restul fiind eliminat prin fum. Natura depunerilor depinde de natura uleiului. Cele naftenice au depuneri mai puţin aderente comparativ cu cele parafinice. Apariţia depunerilor închise la culoare este un indiciu că s-a depăşit temperatura de cracare a hidrocarburilor (345…360°C). Depunerile includ oxizi ai elementelor din stratul superficial al corpului solid, grafit şi substanţe organice, inclusiv polimeri (aceştia rezultând peste 400°C), înrăutăţesc evacuarea căldurii din zonele acoperite; desprinderea şi fragmentarea lor pot duce la colmatarea rapidă a filtrelor, la stânjenirea, chiar împiedicarea generării peliculei portante de fluid.

Proprietăţi chimice ale uleiurilor lubrifiante

Conţinutul de cenuşă se determină prin arderea unei probe de ulei, în anumite condiţii, până rămân produse solide (cenuşa). Cantitatea şi compuşii cenuşii depind de natura şi tehnologia de obţinere a uleiului, dar şi de aditivii şi agenţii solizi de contaminare. În cenuşa rezultată se regăsesc oxizi metalici, cocs, praf, particule de uzură. Pe durata funcţionării, o parte din aceste produse solide devin abrazive, accelerând uzarea. Din cauza degradării uleiului, conţinutul de cenuşă se poate modifica pe durata de exploatare a uleiului, în majoritatea cazurilor el crescând. O analiză periodică a uleiului poate duce la o mai bună estimare a perioadelor de înlocuire a lubrifiantului, evitându-se căderile utilajelor şi distrugerea pieselor.

Proprietăţi chimice ale uleiurilor lubrifiante

Impurificarea uleiului în funcţionare poate consta şi în introducerea de gaze sau/şi lichide care modifică vâscozitatea şi, deci, capacitatea portantă a lubrifiantului. Impurităţile pot determina reacţii chimice cu tribostraturile, accelerând uzura şi coroziunea.

Impurificarea uleiului în funcţionare poate consta şi în introducerea de gaze sau/şi lichide care modifică vâscozitatea şi, deci, capacitatea portantă a lubrifiantului. Impurităţile pot determina reacţii chimice cu tribostraturile, accelerând uzura şi coroziunea.

Influenţa impurificării cu apă a uleiului asupra durabilităţii rulmenţilor (valoarea 1 pentru durabilitatea teoretică).

Modificările din ulei sunt puse în evidenţă şi de evoluţia pH-ului, care acum, datorită aparatelor miniaturale şi portabile, este uşor de monitorizat.

Influenţa impurificării cu apă a uleiului asupra durabilităţii rulmenţilor (valoarea 1 pentru durabilitatea teoretică).

O metodă rapidă de evaluare a calităţii uleiului - metoda “picăturii”.

Pe o hârtie de filtru se lasă să cadă o picătură de ulei. Examinarea vizuală a urmei rămase dă indicaţii despre gradul de impurificare al uleiului. Urma are sectoare concentrice: - zona centrală este o aglomerare de particule solide, aureola care o înconjoară este de obicei închisă la culoare şi este limita de deplasare a particulelor solide. - un inel de difuzie, mai puţin întunecat, care dă informaţii despre puterea uleiului de a dispersa particulele solide, la momentul analizei. - zona periferică indică gradul de oxidare al uleiului.

O metodă rapidă de evaluare a calităţii uleiului - metoda “picăturii”.

Pe o hârtie de filtru se lasă să cadă o picătură de ulei. Examinarea vizuală a urmei rămase dă indicaţii despre gradul de impurificare al uleiului. Urma are sectoare concentrice: - zona centrală este o aglomerare de particule solide, aureola care o înconjoară este de obicei închisă la culoare şi este limita de deplasare a particulelor solide. - un inel de difuzie, mai puţin întunecat, care dă informaţii despre puterea uleiului de a dispersa particulele solide, la momentul analizei. - zona periferică indică gradul de oxidare al uleiului.

Producătorii şi marii consumatori de uleiuri au la dispoziţie imagini etalon pentru evaluarea gradului de impurificare şi degradare a uleiului. Se recomandă schimbarea uleiului după depăşirea unei anumite valori a pH-ului şi dacă raza aureolei este mai mare de 2/3 din raza exterioară a zonei de difuzie.

smPa

vâscozitătea fluidelor, în condiţii normale de presiune şi temperatură

Fluidul Vâscozitatea în

aer la 20Capă la 20Culei de rapiţă sau de măsline la 20Cglicerină cu 5% apăulei mineralmiere

0,0181

10050010001500

Vâscozitatea cea mai importantă proprietate fizică a fluidului într-un tribosistem. Valoarea ei şi dependenţa ei de temperatură şi presiune, determină generarea sau nu, a peliculei portante.ca proprietate fizică, este o măsură a frecării interne în fluid; este o proprietate a fluidelor de a opune rezistenţă la curgere, ca rezultat al interacţiunii particulelor constituente.

Dependenţa vâscozităţii cu temperatura

Cu creşterea temperaturii, vâscozitatea descreşte, lubrifiantul devine mai fluid şi mai uşor de înlăturat din contact, iar pelicula formată la temperatură mai ridicată, va suporta o sarcină mai mică. Aprecierea evoluţiei vâscozităţii cu temperatura, ISO 3448 - clasificarea lubrifianţilor lichizi (tip uleiuri) în 18 clase de vâscozitate. Simbolizarea unui ulei conform clasei de vâscozitate ISO este de forma ISO VG xx, în care xx este vâscozitatea cinematică medie la 40C, în mm2/s.

Dependenţa vâscozităţii cu temperatura

În proiectare este necesară exprimarea dependenţei vâscozităţii dinamice de temperatură printr-un model matematic, cât mai apropiat de comportarea reală a lubrifiantului.

Dependenţa vâscozităţii

cu temperatura

Dependenţa vâscozităţii

cu temperatura