Presentazione standard di PowerPoint · 2018-09-14 · Definizione di Tribologia • Scienza che...

CAPITOLI

• COME LEGGERE ANALISI OLIO

• COME UTILIZZARE AL MEGLIO UN CONTAPARTICELLE

• CASE HISTORIES

Oleodinamica 4.0 @ Bosch Rexroth

Oleodinamica 4.0

Definizione di Tribologia

• Scienza che studia l'attrito, la lubrificazione e l'usura

di superfici a contatto e in moto relativo.

• Dal greco “tribos” – “strofinamento”e λόγος (logos) che

significa "ragionamento"

• Nel 1966 il governo inglese commissionò al Prof. Jost

uno studio sul potenziale impatto economico della

tribologia

L’importanza di Tribologia e Lubrificazione

Leggere un’analisi olio


http://it.wikipedia.org/wiki/Attrito

http://it.wikipedia.org/wiki/Lubrificazione

http://it.wikipedia.org/wiki/Usura

• La Tribologia poteva far risparmiare alla Gran Bretagna 515 mln di sterline l’anno (circa 800 mln $ del 1966)

• Nel 1982 il National Research Council valutò il risparmio del Canada dovuto alla tribologia in circa 5 bln $ per anno (11,5 bln $ nel 2010)

• Gli studi degli ultimi anni hanno riscontrato che nei paesi sviluppati il risparmio economico può arrivare fino all’1,6% del P.I.L. (Prodotto Interno Lordo)

Il Report di Jost

• La Tribologia ha un impatto multimilionario sull’economia globale.

Il Report di Jost - Conclusione



Migliorare la lubrificazione significa



risparmio

creare un mondo più sostenibile

ANALISI DI LABORATORIO

• Analisi contaminazione solida (contaparticelle laser e conta al microscopio) - ISO 4406, ISO4407

• Analisi acqua con metodo Karl-fischer ASTM D6304

• Analisi T.A.N. – Total Acid Number – ASTM D664, ASTM D974

• Analisi Demulsività – ASTM D1401

• Analisi Air-Release – ASTM D3427

• Analisi Schiumeggiamento – ASTM D892

• Analisi Viscosità 40-100 °C, indice – ASTM D445, ASTM D2270

• Analisi Gravimetrica – ISO4405

• Analisi Spettrofotometrica FT-IR – ASTM E2412

• Analisi Spettroscopica ICP-OES – ASTM D5185

• Analisi RPVOT – ASTM D2272



STRUMENTAZIONE



INTERPRETAZIONE DELLE ANALISI OLIO

INDICATORI STATO DELL’OLIO

PARAMETRI CHIMICO-FISICI



PARAMETRI DA CONTAMINAZIONE

Netto peggioramento parametro Patch TestAumento del rischio di

fenomeni di sticking delle servovalvole, specialmente

in fase di avviamento a freddo

Netto peggioramento parametro

contaminazione solida

Superamento delle soglie raccomandate dai

costruttori (OEM)

Incremento del parametro Patch Test

esaurimento riserva antiossidanti e formazione sottoprodotti di usura del

fluido, invecchiamento della base



PARAMETRI DA CONTAMINAZIONE

Gestione del contenuto d’acqua nei fluidi lubrificantiQuando eccedente le soglie, provoca aumento dei fenomeni di corrosione, eventi associati afallimenti per mancate condizioni di adeguata lubricità verso i componenti lubrificati.L’acqua agisce da ossidante, catalizzando l’invecchiamento del lubrificante.

EFFETTI DELLA CONTAMINAZIONE ACQUOSA

Inoltre, a causa della elevata tensione di vapore dell’acqua rispetto all’olio minerale, aumenta notevolmente la tendenzaalla cavitazione su pompe, sedi di valvole e luci di aspirazione, con conseguenti fenomeni di erosione suicomponenti interessati.



ELEMENTI CONTAMINANTI

Elementi contaminantiVariano in funzione della tipologia di fluido e del sistema considerato.Nella maggior parte dei casi il silicio proveniente da sabbia, potassio e

sodio provenienti dalle acque.Si considera contaminazione anche l’introduzione di fluidi inquinanti non compatibili nella composizione di un determinato fluido per alterazione sostanziale della natura chimica: anche l’acqua viene considerata tale.



METALLI DA USURA

Elementi da usura sistematicicomunemente riscontrabili in olio, al verificarsi dei fenomeni di usura

(leghe di ferro).Difficilmente indicano il

componente interessato dal fallimento, suggerendo però la

necessità di ispezionare il sistema.

Elementi da usura specificipossono talvolta indicare la

localizzazione del fenomeno da usura nel sistema considerato,

eventualmente con individuazione diretta del componente oggetto di

usura



ELEMENTI ADDITIVI

Elementi additiviVariano in funzione della tipologia di fluido.

Il profilo elementare sopra riportato si riferisce a un fluido idraulico minerale convenzionale, con presenza di additivazione antiusura contenente zinco e fosforo,

calcio come elemento detergente. La presenza di zolfo risulta principalmente attribuibile alla base del lubrificante.



PARAMETRI OIL AGEING CORRELATI

Calo della resistenza all’ossidazioneIl parametro subisce un calo al diminuire della concentrazione di

antiossidanti presenti nel prodotto.

Calo della concentrazione di additiviesaurimento della riserva di elementi antiusura e

detergenti presenti nella formulazione dei fluidi idraulici minerali convenzionali. L’analisi viene svolta con tecnica

ICP-OES

Aumento dell’aciditàSi osserva generalmente aumento

dell’acidità, calo parallelo della resistenza all’ossidazione



Modifiche della viscositàIl parametro dovrebbe rimanere pressoché stabile. Aumenti nei valori si riscontrano, generalmente, con l’invecchiamento del

prodotto.

Modifiche dello spettro FT-IRLa tecnica consente di indagare riguardo la composizione chimica dei fluidi lubrificanti, ricerca di fattori di ossidazione, calo della concentrazione di additivi e presenza di fluidi contaminanti.Tecnica d’indagine molto versatile, che fornisce risposte nell’arco di pochi minuti.



PARAMETRI OIL AGEING CORRELATI

CAPITOLI



• CASE HISTORIES


Oleodinamica 4.0

CONTAMINAZIONE E VIBRAZIONI

Contamination

Vibration

INCREMENTO LIVELLO DICONTAMINAZIONE PARTICELLARE

RAGGIUNGIMENTO SOGLIA DI ATTENZIONE

PER LE VIBRAZIONI

ROTTURA DEL CUSCINETTO

Utilizzare al meglio un contaparticelle

€ 300.000,00


CONTATORI AUTOMATICI DI PARTICELLE

I contatori automatici di particelle rappresentano il metodo più diffuso per l’analisi dellacontaminazione da particelle solide in ambiente industriale.

• misurano la dimensione e il quantitativo di particelle; registrano il passaggio delle singoleparticelle presenti nel fluido quando interrompono la luce trasmessa da un laser ad unfotodetector in grado di rilevare la dimensione della particella.

• sono semplici da utilizzare e reperire; forniscono risultati accurati e ripetibili per quanto riguarda i conteggi, generando il codice di pulizia del fluido al termine dell’analisi.



TECNOLOGIA LASER

I contatori automatici in tecnologia laser sono semplici da utilizzare e reperire; forniscono risultati accurati, ripetibili sia per quanto riguarda i conteggi del particolato che per quanto riguarda il codice di pulizia del fluido.



INSTALLAZIONE



Se effettuata correttamente, soggetta a regolare monitoraggio, l’Analisi dell’olio gioca un ruolochiave nella pianificazione della manutenzione preventiva delle macchine.

IMPORTANZA DELL’ANALISI DELL’OLIO

STANDARD DI PULIZIA DEL FLUIDO



new expected life

FAILURE RATE MODEL

L.E.F. - Life Extension Factor (ISO CLEANLINESS RULE):

OILSAFE PROACTIVE MAINTENANCE & R.O.I.

Life Extension Factors (Swan, 2006)

Aumentando il grado di pulizia all’interno delcomponente è possibile allungarne la vita in modoconsiderevole.

L’allungamento della vita dei componenti dovuti aduna maggiore pulizia del fluido lubrificante èrappresentabile utilizzando la curva di Macpherson

Microns

Mill

ions

of

cycl

es

to f

atigue

wear



NORMATIVA ISO 4406

In base alla normativa ISO 4406 MTD, il codice di contaminazione viene espresso in trevalori che, riportati in ordine, rappresentano il numero di particelle maggiori o uguali a4m, 6m e 14m contenute nel fluido analizzato.

Nella classe ISO vengono distinti 30 codici numerici, ciascuno individua, quantitativamente,un minimo ed un massimo di particelle, di dimensioni superiori a quelle in riferimento,presenti nel quantitativo di fluido indicato (1 ml). Vengono di seguito riportate le modalitàdi lettura.



TABELLA DI CONVERSIONE NAS 1638 – ISO 4406 –AS4059E

Lo standard NAS1638 è stato sviluppato per definire i livelli di contaminazione nel settore aereospaziale.NAS1638 è stato sostituito da AS4059, la cui versione E è stata adattata per fornire dati riguardo i livelli dicontaminazione, per valori sia cumulativi che differenziali.

50.000 9.731

3.462306

53

6A / 5B / 6C / 5D / 5E

Spesso, la classe NAS vieneidentificata con un solo valore: inquesto caso, che peraltro nonrappresenta una fotografiasufficientemente esaustiva dello statodell’olio, si attribuisce come codice dicontaminazione il valore massimomisurabile per i differenti rangedimensionali analizzati per 100 ml difluido campione.



LIVELLO DI PULIZIA RICHIESTO DAI COMPONENTI

Molti costruttori di componenti idraulici, di sistemidi guida e di sollevamento idrostatici, specificanoil livello di pulizia dell’olio ottimale per i lorocomponenti. Sottoponendo i componenti ad unlivello superiore di contaminazione, si provoca unadurata inferiore degli stessi la quale, nel tempo,porta ad una ridotta efficienza.

1. Worst cleanliness grade in new oil. (ISO 20/18/15; NAS 9). Capacity control valves. Cylinders / rolls – Turbines.

2. Gear pumps / motors - Mobile Units (ISO 19/17/14; NAS 8).

3. General Mechanical Engineering at medium pressure / capacity. Directional valves -Pressure valves. Piston pumps / Motors. High quality reliable systems (ISO 18/16/13; NAS 7).

4. Proportional valves. Machine tools. High performance pressures (ISO 17/15/12; NAS 6).

5. Servo-valves. Formula one car racings. Very high reliability systems (ISO 16/14/11; NAS 5).

6. Laboratory - Aviation and aerospace (ISO 15/13/09; NAS 4).



Ad oggi i fluidi nei sistemi idraulici e di lubrificazione sono relativamente ben puliti. L'uso di contenitori per il campionamento (per analisi off-line) può introdurre errori sostanziali e rendere quasi impossibile l'analisi, nel processo di misura della contaminazione.

Confronto tra conteggio in linea e conteggio off-lineIn presenza di livelli di contaminazione superiori (codici ISO maggiori), c'è poca differenza tra le due modalità di analisi. Nondimeno, man mano che l'olio diventa più pulito, il livello registrato dall'analisi off-line in maniera imprecisa indica un olio più sporco rispetto all'analisi in linea.Fonte: Università di tecnologia di Tampere, Finlandia

METODO DI CAMPIONAMENTO



Le particelle piccole e molto piccole, sono le principali responsabili dell’effetto di usura di cui si è dettodianzi e, pertanto, inducono l’aumento dei drenaggi interni, la perdita di tenuta delle sedi, fallimento diguarnizioni, la diminuzione del rendimento e perfino l’invecchiamento prematuro del fluido, dovuto aossidazione chimica localizzata sulla superficie dei particolari. I danni dovuti all’inquinamento fine (chespesso rappresenta oltre il 70% dell’inquinamento complessivo), non sono da sottovalutare e possonomanifestarsi in tempi più o menolunghi, comunque imprevedibili;in taluni casi può, anche,essere molto rapido a causadel già citato effetto-valanga

EFFETTI DELLA CONTAMINAZIONE SOLIDA



Solid Particlesmonitoring

Viscosity monitoring

Ferromagneticparticlesmonitoring

Water content and other agingparametersmonitoring

OIL CONDITION MONITORING: SOLUZIONE INTEGRATA 4.0 (SENSORISTICA DI PROCESSO)



Principio di funzionamento

• Parametri di input

• Algoritmi ed elaborazione dati

• Impostazione soglie di allarme

• Parametri di input

• Algoritmi ed elaborazione dati

• Parametri di Output

• Diagnosi immediata



con gestione in remoto tramite porta ethernet verso PC

Interfaccia Utente Pro Face View Monitoraggio dei parametri con segnalazione

Oil-Status



OIL CONDITION MONITORING: SOLUZIONE INTEGRATA 4.0 (SENSORISTICA DI PROCESSO)



MONITORAGGIO REAL TIME



CAPITOLI



• CASE HISTORIES


Oleodinamica 4.0

Case History: impianto di laminazione attività finalizzate alla ricerca di fattori di malfunzionamento e fallimento delle servovalvole

• Analisi di laboratorio approfondite

• Tecniche d’indagine approfondite,applicate a punti differenti dell’impianto

• Analisi elementare della composizione degli elementi filtranti per la

ricerca di anomalie composizionali e del contaminante

• Raccolta degli esiti delle analisi olio e filtri e formulazione diagnosi in relazione alla

caratteristiche d’impianto;

Casi di studio


Case History: impianto di laminazione

• Lo spettro FT-IR dell’olio esclude la contaminazione con altri fluidi

• La concentrazione degli elementi, misurati all’ICP-OES, si mantiene al di sotto o in prossimità dei 10 mg/kg (soglia di attenzione).

• L’analisi gravimetrica conferma l’esito dell’analisi di contaminazione solida: superiore alla soglia di allarme!!

Casi di studio



• Diagnosi fluidi lubrificanti confermata per buona parte dei campioni prelevati dalla linea;

• Approfondimento con analisi degli elementi filtranti; analisi SEM (microscopio a scansione elettronica) dei materiali di costituzione;

Casi di studio



• Elementi filtranti dal condizionamento, dal ritorno, dall’uscita della pompa non evidenziano anomalie, solo presenza degli elementi di costituzione dei filtri;

Stesura della diagnosi per gli elementi filtranti

• I fattori di contaminazione rinvenuti all’interno dei singoli elementi, sono da considerarsi nella norma;

• Assenza di accumuli di contaminazione localizzati nei filtri, riconducibili a fenomeni significativi di usura presenti sull’impianto.

Casi di studio



Analisi dei dati raccolti e dei dati relativi all’impianto

• Analisi accurata del circuito;

• Dimensionamento dei filtri;

• Analisi dei filtri relativamente al grado di filtrazione e relativa capacità di ritenzione di ogni filtro (capacità di accumulo contaminanti dei singoli elementi filtranti utilizzati);

• Verifica delle portate di off-line;

• Controllo del ΔP misurato per ogni filtro;

Evidenze

• Potere di filtrazione: 5 μm assoluti β5≥1.000;

• Portata dei filtri in pressione: 300 l/min circa;

• Portata dei filtri ritorno/off-line: 400÷800 l/min;

• Portata circuito off-line: 400÷800 l/min;

• Potere di filtrazione dei filtri di aerazione: 5μm o inferiore;

Diagnosi

Il sistema risulta nel complesso correttamente dimensionato.

La causa del fallimento delle servovalvole è probabilmente causato da un flussaggio non idoneo del primo avviamento dell’impianto.

Si consiglia inoltre di effettuare l’analisi delle servovalvole oggetto del fallimento, di procedere alla filtrazione Off-Line della carica olio con filtri ad elevata efficienza ed idonei alla tipologia di fluido utilizzata.

Casi di studio


Case History: Interazione elemento filtrante con fluidi di processo

Intasamento anomalo di elemento filtrante

• Dopo valutazione inziale, si decide di ispezionare l’elemento filtrante e in particolare di caratterizzarne il materiale sigillante adottato nella costruzione dell’elemento filtrante e le relative interazioni con il fluido di lubrificazione e di processo (ammoniaca) impiegati nel compressore;

• Ispezione iniziale: il sigillante non è uniforme come dovrebbe risultare. La parte esterna ha subito ingiallimento, si ipotizza attacco da parte del fluido di processo;

• Analisi mediante microscopio elettronico SEM del sigillante evidenzia come il fluido di processo abbia complessato il calcio e lo zinco; i due elementi vengono liberati dal sigillante, andando ad ossidare il lubrificante, generando sottoprodotti complessi di ossidazione del fluido, che comportano, come conseguenza ultima, l’intasamento del setto filtrante;

• Analisi FT-IR del fluido lubrificante conferma la presenza di assorbimenti di gruppi funzionali riconducibili ai comuni sigillanti;

• Soluzione: sostituzione della tipologia di elemento filtrante;

Casi di studio


FINE


Oleodinamica 4.0

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