L’acqua è un contaminante altamente distruttivo, ed è importante sapere come si comporta e coesiste quando invade l’olio, i macchinari o i sistemi.
La comprensione della sua coesistenza si è evoluta nel corso degli anni, passando da una percezione iniziale di due stati a quella di tre, e ora quattro, stati. Tre di questi stati sono facilmente visibili e ci informano non solo della presenza di acqua, ma anche dello stato dell’olio.
Il sensore di monitoraggio delle condizioni più importante, efficace e pratico è di gran lunga “l’occhiometro” (amo questa parola!). È imperativo allenare gli occhi ed essere ispettori acuti, parte integrante dell’Ispezione 2.0.
Se si desidera affidabilità di prima classe, è necessario avere una lubrificazione di prima classe. Se si desidera una lubrificazione di prima classe, è necessario disporre di un’ispezione di prima classe. Tornando all’acqua…
Quanti Stati?
Storicamente, la contaminazione da acqua esiste in due stati:
- Acqua disciolta (molecolarmente legata alla matrice dell’olio)
- Acqua libera (non molecolarmente legata)
Negli ultimi 30 anni, la maggior parte della letteratura, comprese le pubblicazioni di Noria, si riferisce all’acqua come avente tre stati. L’acqua libera è stata ridefinita come acqua che, per forza di gravità, si separa gradualmente dall’olio. Ciò significa che si separerà dall’olio depositandosi sul fondo (più comune) o salendo in superficie a seconda della densità dell’olio.
Il nuovo terzo stato è l’acqua emulsionata. L’acqua che viene trattenuta in microglobuli nell’olio non è più denominata acqua libera. Viene più precisamente classificata come acqua emulsionata, o una “micro-emulsione”.
L’acqua emulsionata non si separa rapidamente, o affatto in molti casi. Ciò è dovuto alla polarità relativa alle forze di coesione tra l’acqua e l’olio, specialmente i suoi additivi. Anche l’elevata superficie di contatto tra olio e acqua influisce su questo. Più piccolo è il globulo d’acqua, maggiore è l’area interfacciale relativa dell’acqua a contatto con l’olio, che quindi trattiene l’acqua più a lungo. La Legge di Stoke è un’ulteriore influenza.
Questi microglobuli sono fondamentalmente bloccati nel corpo dell’olio e ne diventano quindi parte omogenea, fisicamente e chimicamente. Sono loro che causano l’aspetto opaco o torbido dell’olio, a seconda della sua concentrazione. Questo parametro è chiamato torbidità, e aumenta effettivamente la viscosità dell’olio.
La figura 1 mostra tre campioni di fluido idraulico. Il primo campione è olio asciutto, mentre il secondo e terzo campione hanno quantità crescenti di acqua emulsionata, da cui l’aspetto opaco e torbido.
Ci sono due modi comuni in cui l’acqua emulsionata può formarsi nell’olio. Il primo è dalla condensazione colloidale dovuta a uno stato sovra-saturato di acqua nell’olio. Questo avviene quando la temperatura dell’olio scende al di sotto del suo punto di rugiada. La concentrazione di acqua disciolta nell’olio è al 100% quando si trova al suo punto di rugiada. Più l’olio diventa freddo, più è offuscato dalla condensa. La temperatura del punto di rugiada è influenzata dalla chimica polare dell’olio base e degli additivi.
Il secondo modo in cui può formarsi un’emulsione è per effetto di agitazione meccanica. In questo caso, l’acqua libera viene frantumata dall’alta miscelazione meccanica nell’olio, simile a come si fa la maionese in un frullatore. La frantumazione può essere causata dal pompaggio, dalla filtrazione fine, da flussi turbolenti e nelle zone di attrito (ingranaggi, cuscinetti, ecc.). La frantumazione può aumentare l’area superficiale interfacciale (di contatto) tra l’olio e l’acqua di oltre un milione di volte.
Questo, combinato con la chimica polare, blocca l’acqua nell’olio, impedendo che si stratifichi facilmente verso il basso. Tipicamente, la dimensione dei microglobuli di acqua in olio è circa 5-10 micron.
Il Quarto Stato
Sopra, ho indicato l’acqua come emulsionata sotto forma di micro-globuli. In tal caso, l’olio è la fase continua e i globuli d’acqua sono discontinui (separati da olio). Il quarto stato si riferisce all’inversione di acqua e olio come emulsione. Quando si verifica un’inversione, l’acqua è in fase continua e l’olio è in fase discontinua. L’olio è il globulo o micro-globulo, non l’acqua.
Questo quarto stato si verifica tipicamente nell’interfaccia tra olio e acqua libera o, nel raro caso, quando c’è più acqua che olio in un recipiente o sistema di circolazione turbolento. Molti fluidi per la lavorazione dei metalli e fluidi refrigeranti sono a base di acqua, come le emulsioni di olio-in-acqua. Lo stesso vale per alcuni fluidi idraulici resistenti al fuoco.
L’olio emulsionato in acqua può facilmente essere composto dal 90% di acqua o più. L’alta densità dell’acqua lo tiene basso in pozzi e serbatoi, il che significa che non è generalmente mobile come il suo fratello indisciplinato (acqua-in-olio). La figura 3 mostra due campioni di olio che mostrano chiaramente tutti e quattro gli stati dell’acqua nell’olio.
La figura 2 mostra un’illustrazione annotata dell’aspetto comune e delle posizioni di tutti e quattro gli stati di acqua e olio. In cima si vede acqua disciolta (ma non proprio). Così come l’acqua nell’aria umida è invisibile agli occhi, lo stesso vale con l’acqua disciolta nell’olio. Vale la pena notare che tutti i lubrificanti hanno acqua disciolta in una certa misura.
L’olio è igroscopico e, come tale, attira acqua direttamente dall’aria umida soprastante. Per esempio, se l’aria ha un’umidità relativa dell’80%, allora un olio igroscopico a contatto con l’aria assorbirà acqua da essa fino ad arrivare anche ad un’umidità relativa dell’80%. Punto in cui l’aria e l’olio sono in equilibrio.
Lo Stato Più Distruttivo
L’acqua emulsionata all’olio è il peggior colpevole di danni causati all’olio e al macchinario, sia fisici che chimici. La cosa più grave è la sua mobilità, il che significa che viaggia senza restrizioni verso le estremità della macchina, comprese le superfici di attrito estremamente sensibili. Ovunque va l’olio, va anche questo contaminante aggressivo.
Come abbiamo detto molte volte in questa pubblicazione e durante i corsi di formazione Noria… tieni l’acqua sotto controllo! Riconoscila rapidamente, rimuovila rapidamente. L’ispezione è la vostra prima linea di difesa. Qualsiasi forma visiva di acqua dovrebbe causare grave preoccupazione. L’analisi dell’olio è ancora più rivelatrice per capire da dove viene e fermare il suo ingresso nell’olio.
Oli Diversi – Stati Differenti
Conosci i tuoi oli dal punto di vista di come l’acqua si comporta e convive con loro. Gli oli motore, ad esempio, sono carichi di additivi polari quali detergenti, disperdenti, additivi antiusura, etc. Lo stato di acqua libera è improbabile nell’olio motore, anche se c’è un 90% di acqua. Al contrario, le emulsioni si formano rapidamente e strettamente tra l’acqua e l’olio motore.
All’altro estremo troviamo l’olio turbina pulito e sano. Si separa rapidamente dall’acqua in quanto non ci sono maniglie polari a cui l’acqua può agganciarsi per formare emulsioni. Pertanto, può esistere solo acqua libera e acqua disciolta. Man mano che l’olio per turbine invecchia, si vedrà l’acqua più chiaramente nell’olio in uno stato emulsionato. Per questo possiamo usare l’acqua come strumento di ispezione per aiutarci a conoscere meglio la salute dell’olio.
Quando le miscele di olio e acqua sono a riposo, si verifica una stratificazione basata sulla densità dell’olio, sulla polarità e sulla legge di Stoke. Questo si vede ipoteticamente nella figura 2 e nelle immagini fotografiche dei campioni di olio della figura 3.
Agitare violentemente un contenitore di olio contaminato dall’acqua per poi lasciarlo riposare ci aiuta a capire meglio sia l’olio che l’acqua (anche il rilascio d’aria e la formazione di schiuma). Molto simile al test del frullatore per l’ispezione in loco delle condizioni dell’olio.
35 Errori Non Presenti
Avere un ben piazzato indicatore di livello per osservare l’olio nella vostra macchina e un altro sul fondo del pozzetto (indicatore BS&W). Se si ispeziona visivamente la macchina con una buona luce in entrambe le posizioni e tutto ciò che si vede è un olio chiaro e brillante e del colore giusto, che cosa puoi concludere?
Ci sono circa 35 cose che potrebbero andare male con il vostro olio e con il macchinario, ma si può sapere che non stanno occorrendo grazie a questa semplice ispezione visiva, compresa la presenza dannosa di acqua.
35 elementi validi quando l’olio è chiaro, luminoso e del colore corretto, quando osservato dall’indicatore di livello e dall’indicatore BS&W (Bottom Sediment & Water) (con alcune eccezioni):
- L’olio non è ossidato
- L’insieme di additivi nell’olio non è instabile
- L’olio non è contaminato con acqua libera
- Olio e acqua non sono emulsionati
- L’olio non è pieno di lacche pesanti
- L’olio non è idrolizzato
- L’olio non contiene sospensioni dense
- L’olio non è contaminato da un altro lubrificante
- Gli additivi non hanno formato un floc a causa della degradazione chimica
- Non si sta usando un olio sbagliato
- L’effetto fishbowl non sta accadendo
- Il filtro non si è rotto o non è entrato in bypass
- L’olio non è saturo di sedimenti o solidi stratificati
- L’olio non è degradato termicamente
- L’olio non è saturo di masse organiche soffici insolubili
- L’olio non ha alterato le proprietà di rilascio dell’aria
- L’olio non mostra problemi di tendenza/stabilità della schiuma
- L’olio non ha contaminazione microbica
- L’olio non ha un forte potenziale corrosivo
- L’olio non ha bisogno di essere cambiato immediatamente
- Non è presente contaminazione da antigelo
- Non ci sono livelli anomali di particelle o condizioni d’ingresso d’acqua
- La formazione di detriti da usura avanzata è improbabile
- Il macchinario non ha un basso livello d’olio
- Il macchinario non è pericolosamente saturo d’olio
- La pompa/serbatoio del macchinario non è eccessivamente agitata
- Il macchinario di circolazione non ha infiltrazioni d’aria
- Le sostanze chimiche/i liquidi di processo non hanno invaso il lubrificante
- Lo sfiato e lo spazio di testa non sono malfunzionamenti
- Non è probabile che il macchinario abbia punti caldi
- Non è probabile che si verifichi un grave disallineamento
- Non è probabile che si verifichi un guasto precipitoso agli ingranaggi o cuscinetti
- I gas di processo non hanno invaso il sistema lubrificante
- Non sembra essersi verificato un guasto dei sigilli interni o esterni
- Non sembra esserci negligenza nelle pratiche di ispezione e nei controlli
The Four States of Water in Oil – Jim Fitch
Leggi l’articolo originale su machinerylubrication.com