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Cos'è un lubrificante?
Un lubrificante è definito come un prodotto derivato dal petrolio utilizzato per controllare e ridurre l'attrito e l'usura di parti di macchinari in movimento (ad esempio, nei motori e nelle turbine). Lo scopo principale dei lubrificanti è quello di aiutare a proteggere e prolungare la vita dell'apparecchiatura.
Questi obiettivi vengono raggiunti nei seguenti modi:
Lubrificazione riducendo attrito e usura. Il lubrificante forma una pellicola tra le parti meccaniche mobili dell'apparecchiatura. In questo modo si riduce il contatto metallo-metallo e, quindi, l'usura.
Raffreddamento agendo da dissipatore di calore. Ciò fa sì che il calore si disperda lontano dalle parti critiche dell'apparecchiatura in modo da prevenire la deformazione dovuta all'aumento della temperatura.
Protezione costruendo un film. Questa pellicola non è influenzata dall'ossigeno o da sostanze corrosive e quindi previene i danni e l'ossidazione dei metalli (ruggine) e quindi previene anche l'usura.
Tipi di lubrificanti
Per la maggior parte, i lubrificanti sono costituiti da oli a cui vengono aggiunti additivi e altre sostanze chimiche. Esistono due tipi comuni di lubrificanti che si basano sull'origine dell'olio:
1. Lubrificanti a base di oli minerali (Figura 1a) sono il tipo più comunemente usato. Sono costituiti da prodotti petroliferi (base stock) a cui vengono aggiunti additivi sintetici. Questi tipi di lubrificanti sono utilizzati in applicazioni dove non sono richiesti requisiti di alta temperatura. Le aree tipiche in cui vengono utilizzati lubrificanti a base di olio minerale includono: motori, idraulica, ingranaggi e cuscinetti.
2. Lubrificanti a base di oli sintetici (Figura 1b) sono sostituti degli oli minerali sviluppati artificialmente. Sono meno comuni e più costosi. Gli oli sintetici sono specificamente sviluppati per creare lubrificanti con proprietà superiori agli oli minerali. Ad esempio, gli oli sintetici resistenti al calore sono utilizzati in macchinari ad alte prestazioni che operano a temperature elevate.
Figura 1. Differenza nella struttura molecolare dei lubrificanti: un) olio minerale e B) olio sintetico.
Nella tabella seguente sono elencati diversi tipi di lubrificanti con sottoclassi.
Le proprietà fisiche di un lubrificante (come viscosità e densità) dipendono principalmente dalla base dell'olio, mentre gli additivi perfezionano le proprietà chimiche, ad esempio il numero di acidità o il numero di base. Per ogni applicazione, l'olio è tipicamente formulato per soddisfare le proprietà fisiche e chimiche richieste dal cliente. Pertanto, esistono vari tipi di olio (Tabella 1).
Tipo di lubrificante |
Sottoclassi |
Olio per automobili |
Olio motore Olio del cambio Fluidi di trasmissione |
Olio industriale |
Olio idraulico Olio per turbine |
| Grassi | |
Fluidi per la lavorazione dei metalli |
Fluidi in formazione Fluidi da taglio |
Spettroscopia nel vicino infrarosso: uno strumento conforme alle norme ASTM per valutare la qualità dei lubrificanti
La spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS) è un metodo consolidato per un controllo di qualità rapido e affidabile nell'industria petrolchimica da oltre 30 anni. Tuttavia, molte aziende continuano a non considerare coerentemente l'implementazione di NIRS nei loro laboratori QA/QC. Le ragioni potrebbero essere sia un'esperienza limitata in merito alle possibilità di applicazione, sia un'esitazione generale sull'implementazione di nuovi metodi.
Ci sono diversi vantaggi nell'utilizzo di NIRS rispetto ad altre tecnologie analitiche convenzionali. Per primo, NIRS è in grado di misurare più parametri in soli 30 secondi senza alcuna preparazione del campione! L'interazione non invasiva della materia leggera utilizzata da NIRS, influenzata dalle proprietà fisiche e chimiche del campione, lo rende un metodo eccellente per la determinazione di entrambi i tipi di proprietà.
Nel resto di questo post, vengono discusse le soluzioni disponibili per i lubrificanti che sono state sviluppate secondo le linee guida di implementazione NIRS di ASTM E1655 (sviluppo del metodo), ASTM D6122 (convalida del metodo) e ASTM D8340 (convalida dei risultati).
Ti sei perso le prime parti di questa serie sui NIRS come strumento di controllo qualità per l'industria petrolchimica? Trovali tutti qui sotto!
Leggi i nostri precedenti post sul blog per saperne di più su NIRS come tecnica secondaria.
Vantaggi della spettroscopia NIR: Parte 1
Vantaggi della spettroscopia NIR: Parte 2
Applicazioni e parametri per l'analisi dei lubrificanti con NIRS
La principale applicazione NIRS per i lubrificanti consiste nel monitorare facilmente le condizioni dell'olio, vale a dire, controllare se l'olio è ancora di qualità adeguata per una corretta lubrificazione dell'attrezzatura. Ridurre i cambi di olio non necessari significa un notevole risparmio sui costi. D'altra parte, il cambio dell'olio troppo di rado può causare possibili danni alle apparecchiature, con conseguenti costose riparazioni. Pertanto è molto importante ottimizzare l'utilizzo dell'olio lubrificante.
I seguenti parametri possono essere correlati tra NIRS e i valori di un metodo primario: viscosità cinematica, indice di viscosità, colore, densità, contenuto d'acqua, TAN (numero di acidità totale), e TBN (numero base totale). Un'ampia serie di campioni forniti da diverse aziende è stata utilizzata per sviluppare modelli NIRS funzionanti di questi parametri, inclusi olio idraulico, olio per ingranaggi e altri. In alcuni casi, non era chiaro per quale applicazione fosse utilizzato il lubrificante, quindi l'esatta identità dell'olio era sconosciuta.
Le Application note più rilevanti per l'analisi NIRS dei lubrificanti sono elencate di seguito in Tabella 2.
| Parametro | Metodo di riferimento | Norma | Note applicative NIRS | Benefici NIRS |
|---|---|---|---|---|
| Numero acido | Titolazione | ASTM D664 |
|
Tutti i parametri vengono misurati simultaneamente entro un minuto, senza richiedere alcuna preparazione del campione o reagenti chimici. |
| Viscosità cinematica a 40 °C | Viscosimetro | ASTM D445 | ||
| Viscosità cinematica a 100°C |
Viscosimetro | ASTM D445 | ||
| Indice di viscosità | Calcolo | ASTM D2270 | ||
| Numero di colore | Colorimetro | ASTM D1500 | ||
| Contenuto di umidità | Titolazione Karl Fischer | ASTM D6304 | ||
| Numero di base |
Titolazione |
ASTM D2896 | ||
| Densità | Densimetro | ASTM D4052 |
Soluzioni per mezzo di modelli di avviamento: velocizzano e semplificano il controllo di qualità dei lubrificanti
I lubrificanti fanno funzionare la nostra vita moderna senza intoppi. Durante l'uso, l'olio deve essere monitorato per verificare se è ancora di qualità sufficientemente buona o se deve essere sostituito.
I dati qui ottenuti indicano che i lubrificanti variano in base all'applicazione e al fornitore. Ciò significa che non ci sono ancora informazioni sufficienti per ogni tipo e sottotipo di olio per preparare un modello sufficientemente robusto da trasformarsi in una pre-calibrazione. Tuttavia, se un partner fornisce i campioni, uno studio di fattibilità può indicare rapidamente se gli spettri NIR possono essere correlati ai valori del metodo primario.
Tipicamente, diversi parametri chiave come i numeri di acido e base (AN e BN), viscosità, contenuto di umidità, colore e densità sono determinati in laboratorio con vari metodi chimici e fisici. Questi metodi non solo comportano costi di gestione elevati, ma richiedono anche molto tempo per l'esecuzione.
NIRS d'altra parte non richiede né prodotti chimici né preparazione del campione e fornisce risultati in meno di un minuto. Questa tecnica spettroscopica è anche abbastanza facile da essere utilizzata da non chimici. Inoltre, è possibile determinare più parametri chimici e fisici contemporaneamente. I vantaggi combinati di questa tecnologia rendono NIRS la soluzione ideale per molte misurazioni QA/QC quotidiane o analisi atline ad hoc.
Esempio di applicazione: modello di avviamento per lubrificanti con l'analizzatore di liquidi NIRS DS2500
Per l'analisi del lubrificante, determinazione del numero di acidità (ASTM D664), viscosità (ASTM D445), contenuto di umidità (ASTM D6304) e il numero del colore (ASTM D1500) richiedono l'uso di molteplici tecnologie analitiche e, in parte, grandi volumi di sostanze chimiche. Il tempo per il risultato può quindi essere un processo piuttosto lungo e costoso.
In questo esempio, diversi campioni di lubrificante sono stati misurati con un Metrohm NIRS DS2500 Liquid Analyzer in modalità di trasmissione sull'intera gamma di lunghezze d'onda (400–2500 nm). La camera di campionamento a temperatura controllata incorporata è stata impostata su 40 °C per fornire un ambiente di campionamento stabile. Per motivi di comodità, sono state utilizzate fiale monouso con una lunghezza del percorso di 8 mm, il che ha reso obsoleta una procedura di pulizia.
Scopri di più sulle possibilità dell'analisi petrolchimica con gli analizzatori Metrohm NIRS DS2500 nella nostra Brochure gratuita.
Gli spettri Vis-NIR ottenuti (figura 2) sono stati utilizzati per creare modelli predittivi per la determinazione dei parametri chiave del lubrificante (come quelli in Tabella 2). La qualità dei modelli di previsione è stata valutata utilizzando diagrammi di correlazione, che mostrano la correlazione tra la previsione Vis-NIR e i valori del metodo primario. I rispettivi valori di riferimento (FOM) mostrano la precisione attesa di una previsione durante l'analisi di routine (Figura 3).
Questa soluzione dimostra che la spettroscopia NIR è particolarmente adatta per l'analisi di più parametri nei lubrificanti in meno di un minuto senza la preparazione del campione o l'utilizzo di reagenti chimici.
Nel caso in cui sia necessario analizzare una grande serie di campioni, c'è la possibilità di misurare i campioni di lubrificante in modo completamente automatizzato, come dettagliato nella nostra Application Note qui di seguito.
Qui, i campioni sono stati misurati in modalità di trasmissione sull'intera gamma di lunghezze d'onda (400–2500 nm) utilizzando NIRS XDS RapidLiquid Analyzer in combinazione con un 815 Robotic USB Sample Processor, che può trasportare un totale di 141 campioni (Figura 4).
Riassunto
La spettroscopia nel vicino infrarosso è molto adatta per l'analisi dei lubrificanti. I modelli di avviamento disponibili sono sviluppati e convalidati in conformità con le linee guida ASTM. Gli aspetti positivi dell'utilizzo di NIRS come tecnologia alternativa ai metodi primari sono: il breve tempo per ottenere il risultato (meno di un minuto), non sono necessari prodotti chimici o altre apparecchiature costose, e la facilità di manipolazione in modo che anche i turnisti e i non chimici possano eseguire queste analisi in modo sicuro.
Le prossime puntate di questa serie
Questo articolo del blog è stato dedicato al tema della lubrificanti e come la spettroscopia NIR può essere utilizzata come strumento di controllo qualità ideale per l'industria petrolchimica/raffineria. L'ultima puntata sarà dedicata a:
- Norme ASTM
Per maggiori informazioni
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