Uma série de conhecimentos relacionados com o óleo hidráulico para máquinas de construção - análise de contaminantes de óleo em sistema hidráulico

Uma série de conhecimentos relacionados com o óleo hidráulico para máquinas de construção - análise de contaminantes de óleo em sistema hidráulico

A contaminação do óleo tem um impacto direto na fiabilidade operacional do sistema e na vida útil dos componentes.

Dados nacionais e estrangeiros mostram que a falha do sistema se deve aos três fatores seguintes: 15% das falhas são causadas pela obsolescência do sistema, 15% por acidentes e 70% pela poluição por petróleo. Uma análise mais aprofundada deste fator mostra que 20% se devem à corrosão e 50% ao desgaste mecânico. A razão para isto é que a falha é causada principalmente pela presença de várias partículas sólidas, água e ar no óleo.

1. Classificação dos poluentes do óleo do sistema hidráulico

Os poluentes no sistema podem ser divididos nos seguintes de acordo com a forma em que existem:

Poluentes sólidos, como aparas de cobre, pó de ferro, finos minerais, pó

Os contaminantes líquidos, como a água

Poluentes gasosos, como o ar, cloro, monóxido de carbono

Os três estados de poluentes acima referidos podem ser transformados uns nos outros quando o ambiente muda, e estes poluentes também produzem reações químicas quando exercem forças mecânicas.

1) Partículas sólidas

As partículas sólidas são o principal fator causador de desgaste mecânico e são o principal objeto de investigação de controlo da poluição.

As partículas sólidas são substâncias medidas em mícrons, o menor tamanho de partícula visível a olho nu é de 40 μm, e alguns dos diferentes tipos de gamas de tamanho de partículas sólidas minúsculas são mostrados na tabela abaixo:

Como se pode observar no exemplo acima, a contaminação por partículas sólidas no óleo, invisíveis a olho nu, é abundante. Para a deteção destes contaminantes de partículas sólidas, existem as normas internacionais NASA1638.

O NAS 1638 é uma especificação de limpeza proposta pela NASA em 1964, que ainda hoje está em uso e é amplamente reconhecida pelas indústrias de todo o mundo.

2) Oxidação do óleo

A oxidação do óleo é a principal causa da eliminação do óleo lubrificante, sendo que a parte oxidada do óleo lubrificante residual representa 4% a 5% do óleo total, e os componentes gerados pela oxidação podem ser separados pela ação de purificação da centrífuga a vácuo. No entanto, quando o óleo é oxidado, já há perda de óleo se este for purificado. Através da purificação online em tempo real, os poluentes do óleo oxidado podem ser removidos a qualquer momento, garantindo ao máximo a utilização normal do óleo.

A água e o ar no óleo, bem como a energia térmica, são condições necessárias para a oxidação do óleo, e as partículas metálicas do óleo desempenham um importante papel catalítico na oxidação. Estudos experimentais mostram que, quando as partículas metálicas e a água estão presentes no óleo ao mesmo tempo, a taxa de oxidação do óleo aumenta acentuadamente, e a ação catalítica do ferro e do cobre aumenta a taxa de oxidação do óleo em mais de 10 e 30 vezes, respetivamente.

Quando os institutos de investigação de todo o mundo estudam os efeitos da poluição na vida, os resultados variam amplamente, principalmente devido a fatores como o ambiente de trabalho, a composição dos poluentes e a dureza das partículas. De um modo geral, pela norma NAS1638, o nível de contaminação é reduzido em um nível, a vida útil é duplicada e vice-versa. Assumindo que a vida útil da máquina é de 10 anos com um nível de poluição de 7 (NAS1638), a mesma máquina reduz o nível de poluição do óleo em vários níveis, e a vida útil da máquina muda drasticamente.

3) Ar

O ar pode existir no óleo sob duas formas: dissolvido ou livre. O ar dissolvido no líquido tem menos impacto no sistema, mas, uma vez separado do líquido, torna-se uma bolha, o que reduz o desempenho, a fiabilidade e a vida útil dos componentes do sistema. Os riscos específicos do ar livre no líquido para o sistema são os seguintes:

※O ar pode produzir cavitação, o que agrava a erosão e os danos na superfície do material do componente;

※ Torna a resposta operacional do equipamento lenta e instável e aumenta o consumo de energia;

※Acelera a oxidação do óleo, reduz o desempenho da lubrificação e aumenta o valor de acidez do óleo;

※Reduzir o módulo de elasticidade volumétrico e a rigidez do óleo;

※Aumentar o ruído de funcionamento do equipamento;

※ Aumentar a temperatura e aumentar a fuga

4) Humidade

A água pode também estar presente no óleo sob duas formas: dissolvida ou livre. A água é um poluente grave no sistema, e as pessoas muitas vezes não lhe prestam a devida atenção. O maior perigo da água para o sistema é a corrosão, e outros aspetos incluem a produção de óxidos, sujidade e géis.

A corrosão da água pode reduzir as propriedades da superfície dos componentes e permitir a entrada de partículas de ferrugem no sistema; A interação da água e dos aditivos produzirá substâncias nocivas e acelerará a deterioração do óleo;

A síntese de produtos ácidos a partir de água e óxidos leva a alterações nas propriedades do fluido; A água misturada com o óleo pode emulsioná-lo e reduzir as suas propriedades lubrificantes; A baixas temperaturas, o congelamento da água também pode causar falhas no sistema, que podem ser afetadas como pequenas partículas de areia ou pequenas partículas de metal, bloqueando o canal de fluxo e os orifícios, danificando a superfície e causando falhas no funcionamento dos componentes.

A água promove o crescimento de microrganismos; A coexistência de água e partículas metálicas encurtará significativamente o tempo de oxidação do óleo e aumentará o número de acidez do óleo em utilização.

2. A fonte dos poluentes

Existem três aspetos principais de como estes vários poluentes podem entrar no sistema:

Um deles são os contaminantes residuais do novo sistema, que ficam no sistema quando os componentes e os tubos são montados

segundo, é gerado no processo de desgaste mecânico e oxidação do óleo em obra;

A terceira é inserir no sistema a utilização e manutenção dos equipamentos.

3. O mecanismo de geração de poluentes

Na perspetiva da fonte de contaminantes, excluindo os fatores inevitáveis ​​na manutenção e operação, os contaminantes mais importantes são gerados devido ao desgaste mecânico e à abrasão química durante a operação do equipamento.

O desgaste mecânico pode ser dividido em: desgaste abrasivo, desgaste adesivo e danos por fadiga.

A abrasão química pode ser dividida em: corrosão química e deterioração de fluidos.

Geração de material particulado:

Desgaste mecânico

Um dos desgastes abrasivos: o desgaste por fricção

No processo de fricção de peças mecânicas, as partículas de tamanho semelhante ou ligeiramente superior à folga dinâmica são as mais perigosas, cortando o material da superfície; isto faz com que o tamanho da folga se altere e produza mais partículas. Conforme se mostra na figura abaixo.

Desgaste abrasivo 2: desgaste por erosão

Quando o fluido flui, especialmente em condições de fluxo de alta velocidade, as partículas impactam a borda e a superfície da peça a alta velocidade, fazendo com que o material da superfície se desprenda devido ao efeito de momento, de modo que a forma da peça e o espaço entre as peças mudam, e mais partículas são produzidas simultaneamente. Conforme se mostra na figura abaixo.

Desgaste adesivo

Cargas pesadas, baixas velocidades ou baixa viscosidade do óleo podem reduzir a espessura da película, resultando no contacto direto do metal com o metal e na união de certas superfícies elevadas. Quando as faces adjacentes se movem, estes pontos de união são cisalhados, produzindo partículas metálicas. Conforme se mostra na figura abaixo.