L’analisi dell’olio usato nella Manutenzione meccanica (Parte I)
Nell’industria moderna, un efficace programma di lubrificazione è essenziale per il raggiungimento di un processo produttivo affidabile; ciò richiede un continuo controllo delle condizioni e delle prestazioni di tutti gli oli lubrificanti ed idraulici. Negli ultimi anni, l’Ingegneria di Manutenzione ha intensificato l’utilizzo di strumenti di diagnosi, inclusi i dati che scaturiscono dall’analisi dell’olio, con particolare riguardo alle sue condizioni chimiche e fisiche, alla presenza di contaminanti e di metalli da usura. Questi dati si sono rivelati di fondamentale importanza per prendere decisioni riguardo la manutenzione dei macchinari: quando, come e su cosa intervenire.
DUE APPROCCI FONDAMENTALI PER LE ANALISI DELL’OLIO
Riferendosi alle classiche strategie di manutenzione, possono essere individuati due approcci fondamentali alle analisi dell’olio, che puntano ad obiettivi distinti, anche se interconnessi.
– Il primo approccio è quello “proattivo”: la manutenzione proattiva o migliorativa punta ad esercire gli impianti nelle migliori condizioni possibili. In questa fase, le analisi dell’olio sono uno degli strumenti essenziali per stabilire quali siano i margini sostenibili di miglioramento delle condizioni di esercizio dell’impianto, soprattutto riguardo ai livelli di contaminazione, senza tralasciare il controllo della lubrificazione, le temperature operative, i parametri termodinamici, etc. La manutenzione proattiva si preoccupa di fissare dei target per alcuni parametri relativamente alle cause prime dei guasti (root causes), implementando azioni preventive allo scopo di raggiungere i target prefissati. Ad esempio migliorando il grado di filtrazione in linea, o programmando interventi ciclici di filtrazione off-line, (con un monitoraggio del parametro in questione, in modo da misurare l’efficacia delle azioni implementate). La strategia proattiva si occupa prevalentemente di monitorare la presenza di contaminanti e la condizione del lubrificante, assicurando che tali parametri rimangano entro stringenti limiti di accettabilità. Lo scopo ultimo di queste azioni è la prevenzione dell’insorgenza di fenomeni di usura, corrosione o altra degradazione dei macchinari.
– Il secondo approccio è quello “predittivo”: in questa fase, le analisi dell’olio (insieme alle analisi degli ultrasuoni, termografiche, vibrazionali, ecc.) puntano a fornire informazioni sullo “stato di salute” del macchinario, in modo da stimarne l’affidabilità ed intervenire con interventi di manutenzione su condizioni, piuttosto che a scadenza. Queste informazioni vengono ottenute dall’analisi di trend dei parametri (per esempio i metalli da usura, la presenza di particolato, i sottoprodotti della degradazione del lubrificante), piuttosto che utilizzando soglie di attenzione prefissate.
ANALISI DELLO STATO CHIMICO-FISICO DELL’OLIO
Nella ricerca delle cause di guasto capita spesso di sentir dare la colpa all’olio, che può venir talvolta definito “degradato” o “non idoneo” sulla base di analisi eseguite a posteriori, quando diventa difficile distinguere le cause del guasto dagli effetti dello stesso. In questi frangenti, l’olio diventa una sorta di “capro espiatorio” a cui spesso fa comodo addossare le colpe. Nella realtà, l’esperienza insegna che solo una piccola quota dei guasti dovuti a problemi di lubrificazione è da attribuire ad un lubrificante degradato o che ha perso le sue caratteristiche fisiche e prestazionali. I lubrificanti moderni sono quasi sempre molto al di sopra delle necessità del macchinario, in termini di performance, specialmente in campo industriale; esiste anche un certo “margine di sicurezza” considerato dai costruttori dei macchinari, specificando l’uso di un certo lubrificante (per esempio, in termini di viscosità). Questa osservazione non deve far trascurare la verifica della condizione chimico-fisica, tra i vari aspetti da prendere in considerazione analizzando un campione di olio. La “condizione olio” è tanto più importante quanto più è lunga la vita attesa del lubrificante (ad esempio nelle turbine a vapore o nei grandi sistemi oleodinamici), oppure quanto più le condizioni di esercizio risultino difficili in termini di stress termico, ossidativo o tribologico (ad esempio nei motori diesel o nei compressori per aria). Le principali analisi che vengono eseguite per determinare lo stato chimico-fisico di un lubrificante sono:
– Viscosità, che sostanzialmente indica la resistenza del lubrificante allo scorrimento. In generale, è fondamentale che la viscosità sia sempre sotto controllo; da tale caratteristica dipendono molte delle funzioni del lubrificante, come il mantenere separate le superfici metalliche, la diminuzione dell’attrito e l’asportazione di calore dalle zone di massimo carico.
– Spettrometria nell’infrarosso (FT-IR), strategica nell’analisi dell’olio motore, fornisce indicazioni sui fenomeni degradativi, sulla presenza di contaminanti disciolti e sulla residua presenza di alcuni additivi.
– Analisi dell’alcalinità totale (TBN), critica nell’analisi olio di motori a gas o alimentati con combustibili aggressivi; indica la capacità residua del lubrificante in esercizio di resistere alla degradazione causata dagli acidi prodotti dalla combustione.
– Analisi dell’acidità totale (TAN), importante soprattutto nell’analisi dell’olio di turbine e gruppi frigoriferi, è un indicatore fondamentale del buono stato di salute dell’olio base.
– Patch Test Colorimetrico (Membrane Patch Colorimetry, MPC), critico negli oli idraulici e da turbine a gas, misura la quantità di insolubili da degradazione olio che possono formare depositi (detti lacche o varnish).
Gli obiettivi dell’analisi per valutare le “condizioni olio” sono essenzialmente due:
– In senso “proattivo”, monitorare le caratteristiche chimiche e fisiche del lubrificante per assicurare che l’olio rientri nelle specifiche prestazionali previste dal costruttore del macchinario: in breve per stabilire se l’olio è ancora adatto per l’esercizio oppure va sostituito.
– In applicazioni specifiche, ad esempio nei motori a gas, queste analisi si sono universalmente affermate proprio perché aiutano a “tarare” le frequenze di sostituzione del lubrificante, ed i costruttori di tali macchinari forniscono dettagliate procedure per il monitoraggio dei parametri, tra cui i limiti per l’olio usato, e le relative formule per l’estrapolazione della frequenza di sostituzione.
– In senso “predittivo” si ricercano segni di degradazione o alterazione dell’olio che indichino un funzionamento non ottimale del macchinario: l’obiettivo è quindi conoscere lo “stato di salute” della macchina, in maniera indiretta, attraverso le modificazioni che il macchinario stesso (quando non perfettamente funzionante) induce sulla condizione chimico-fisica dell’olio. Si tratta di valutazioni che difficilmente possono essere eseguite solo sulla base di limiti prefissati: piuttosto, l’analista valuta il trend della condizione olio e, se individua un cambiamento significativo delle tendenze, può suggerire di eseguire controlli di efficienza del macchinario. Per esempio, un incremento nella quantità di fuliggini (dette anche soot) in un olio usato da motore diesel, a parità di ore o km di esercizio dell’olio, può far ipotizzare un peggioramento della qualità della combustione, o perdite di compressione per usura del complessivo segmenti/cilindri. In definitiva, l’analisi della condizione dell’olio usato permette di ottimizzare i costi connessi con l’esercizio degli impianti, tra cui l’acquisto, l’immagazzinamento e lo smaltimento di un lubrificante ancora in buone condizioni, nonché gli oneri per manodopera e mancata produzione relativi all’operazione stessa di cambio olio. A ciò si aggiunge il vantaggio di ottenere indicazioni sullo stato di salute del macchinario, con conseguente risparmio in termini di prevenzione dei fermi imprevisti.Il prossimo articolo tratterà delle analisi dei contaminanti e dei metalli da usura nei lubrificanti usati.
A cura di: Alessandro Paccagnini, Emanuele Croci
Estratto da Manutenzione numero di Marzo 2011