Dall’inizio del loro utilizzo, i lubrificanti hanno necessitato di ispezione e monitoraggio. Ma fino alla seconda metà del XX secolo, l’ispezione e il monitoraggio erano limitati alla temperatura, alla pressione e al controllo occasionale del colore e della viscosità dell’olio. Ci sono anche riferimenti ai test “blotter spot” dei lubrificanti in servizio alla fine del XIX secolo.
Prima dell’uso diffuso dell’analisi di routine dell’olio per il monitoraggio delle condizioni, esistevano numerosi metodi per esaminare le proprietà fisiche, chimiche e prestazionali dei nuovi lubrificanti. Queste proprietà includevano viscosità, punto di infiammabilità, punto di scorrimento, densità, insolubili totali e contaminazione d’acqua.
Questi primi test furono promossi dalle compagnie petrolifere come un modo per caratterizzare le proprietà di base di diversi lubrificanti e per garantire la qualità del loro prodotto. Questi test servivano anche allo scopo di difendere legalmente il produttore del lubrificante in caso di guasto della macchina.
Tra il 1946 e il 1948, la Denver and Rio Grande Railroad iniziò a utilizzare una spettroscopia elementale per trovare nei lubrificanti la presenza anomala di metalli soggetti a usura, ovvero alluminio, rame, ferro e piombo. Questa pratica fu implementata con l’obiettivo di evitare incidenti e ridurre i guasti meccanici.
L’attenzione sui metalli soggetti a usura può essere accreditata per il cambiamento di paradigma riguardo i test sui lubrificanti, spostando l’attenzione (anche se non del tutto) dai test sulla salute e le prestazioni dei lubrificanti, al monitoraggio della salute delle macchine. Questo sforzo mirato all’affidabilità ebbe successo e in seguito altre compagnie ferroviarie implementarono pratiche simili.
Utilizzo Iniziale della Spettroscopia Elementale
Le prime analisi elementali effettuate dall’industria ferroviaria utilizzavano la spettroscopia ad assorbimento atomico. Era un metodo di prova lento e tedioso, eseguito un metallo alla volta. Per questo motivo, l’analisi dei metalli da usura rimase ampiamente confinata all’industria ferroviaria fino alla fine degli anni ’50, quando il dott. Walter Baird, presidente della Baird Automatic, Inc., inventò lo spettrometro a emissione atomica semiautomatico (Atomic Emission Spectrometer, o AES).
Questo dispositivo, comunemente noto come lo Spettrometro Baird, offriva un’analisi rapida e multi-elementale dei fluidi, riducendo le tempistiche dei test da ore a minuti.
L’ambito iniziale del suo nuovo spettrometro era costituito da ferrovie e grandi impianti industriali. Queste erano le organizzazioni che avrebbero tratto i maggiori benefici da un’analisi rapida dell’olio. Ma gli spettrometri automatizzati hanno reso possibile l’emergere di un mercato commerciale per questa nuova tecnologia. Negli anni ’60, Edward Forgeron, fisico e responsabile delle vendite presso Baird Atomic, Inc., vide il potenziale della tecnologia.
Immaginò un laboratorio dotato di AES in grado di ricevere e testare campioni da varie organizzazioni in tutto il paese. Analysts, Inc., in Oakland, California, divenne il primo laboratorio negli Stati Uniti ad offrire l’analisi di lubrificanti in servizio con AES.
Continuo Sviluppo
Verso la fine degli anni ’60, gli aerei militari degli Stati Uniti subirono guasti dovuti alla fatica dei cuscinetti rotanti. La tecnologia di rilevamento delle particelle utilizzata dai militari all’epoca era costituita da rilevatori di chip ferromagnetici e spettroscopia elementale. Nessuno di questi metodi era efficace nel rilevare piccole particelle associate all’inizio precoce dell’usura dei cuscinetti: potevano solo fornire un avviso di guasto imminente o avanzato dei cuscinetti.
Per porre rimedio a questo problema, almeno in parte, l’esercito statunitense ingaggiò Vernon Westcott, fondatore della Trans-Sonic Corporation, per sviluppare una tecnologia alternativa. Nei primi anni ’70, Westcott introdusse il ferrografo come nuovo strumento di laboratorio per rilevare e analizzare visivamente particelle di tutte le dimensioni. Inizialmente, il ferrografo fu utilizzato dalle università, tra cui Oklahoma State University e l’Università di Swansea (Galles).
Nei primi anni ’80, si vide una maggiore accettazione del ferrografo, soprattutto da parte dei militari. Ad esempio, la ferrografia fu usata dagli inglesi per prevedere guasti alla trasmissione degli elicotteri durante la guerra delle Falkland. La ferrografia guadagnò popolarità anche nel settore privato. Nel 1982, si tenne la prima Conferenza Internazionale sui Progressi nella Ferrografia.
Westcott e i suoi colleghi hanno continuato a ricercare e sviluppare metodi migliori per utilizzare la ferrografia, sviluppando infine la ferrografia analitica seguita dalla ferrografia a lettura diretta. Quest’ultima è stata uno sviluppo particolarmente utile, in quanto ha rivelato il rapporto tra particelle piccole e grandi, consentendo di quantificare più facilmente l’usura.
Nello stesso periodo, ci furono altri progressi nell’analisi dell’olio usato. Ad esempio, la spettroscopia a infrarossi a trasformata di Fourier (Fourier Transform Infrared Spectroscopy, o FTIR) iniziò ad essere utilizzata nei laboratori. Questo tipo di spettrometro fornisce informazioni quantitative e qualitative sulla chimica dell’olio e su alcuni contaminanti, non sui metalli da usura.
A differenza di uno spettrometro atomico che esamina gli atomi, gli spettrometri FTIR sono molecolari. Possono rilevare cambiamenti anomali nell’olio base e nella chimica degli additivi, tra cui ossidazione, nitrazione e solfatazione. Possono essere rilevati anche acqua, fuliggine, antigelo e diluizione del carburante.
Con l’avvento della nuova tecnologia degli strumenti nel campo dell’analisi dell’olio (e altre applicazioni nella chimica analitica), il costo dell’esecuzione dell’analisi della qualità ha iniziato a scendere. Negli anni ’90, è diventato disponibile anche il riconoscimento di pattern tramite l’uso di software di imaging delle particelle, consentendo la caratterizzazione dei detriti da usura tramite computer. I dispositivi ad accoppiamento di carica (Charge-coupled devices, o CCD) hanno trovato impiego anche nei contatori di particelle e in altri strumenti.
Intorno all’inizio del secolo, i test online e in loco hanno iniziato a diventare più diffusi, in gran parte grazie ai progressi nella tecnologia dei sensori e alla disponibilità di strumenti più piccoli e portatili. Con l’avanzare del primo decennio del XXI secolo, è progredita anche la tecnologia di analisi dell’olio.
La fine del decennio ha visto l’introduzione di analizzatori semi-portatili e a prezzi accessibili, nonché di spettrometri IR portatili. Mentre entriamo nel terzo decennio del secolo, l’attenzione si sta concentrando sull’intelligenza artificiale (AI) e sull’Internet delle cose industriale (IIoT).
Una Storia dell’Analisi dell’Olio – Noria Media
Leggi l’articolo originale su machinerylubrication.com