Wpływ filtracji na dodatki uszlachetniające oleju – gdzie kończy się skuteczność, a zaczynają straty?

nadmierna filtracja

Nadmierna filtracja może prowadzić do usuwania cennych dodatków uszlachetniających, które odpowiadają m.in. za ochronę antykorozyjną, właściwości smarne czy stabilność termiczną. W artykule wyjaśniamy, jak znaleźć złoty środek pomiędzy czystością a funkcjonalnością oleju – i dlaczego kluczem jest indywidualne podejście do każdej maszyny.
 

z artykułu dowiesz się:

• Dlaczego filtracja oleju to nie tylko kwestia czystości, ale także zachowania jego właściwości.
• Jak nadmierna filtracja może wpłynąć negatywnie na dodatki uszlachetniające w olejach.
• Czym kierować się przy ustalaniu poziomu czystości oleju dla konkretnych maszyn.
• Jakie znaczenie mają tolerancje konstrukcyjne i warunki pracy urządzeń dla skutecznej filtracji.
• W jakich przypadkach zbyt dokładne filtry mogą bardziej zaszkodzić niż pomóc.

z czego składa się olej i jak działają dodatki uszlachetniające?

Środki smarne są niezbędne do wydajnej pracy wszystkich maszyn, redukują tarcie, zużycie oraz chronią przed korozją, zapewniając jednocześnie płynną pracę. Oleje przemysłowe składają się z oleju bazowego i pakietu dodatków. Baza olejowa determinuje własności środka smarnego, ponieważ odpowiada między innymi za jego lepkość oraz tworzy warstwę „filmu olejowego” oddzielającą względem siebie ruchome powierzchnie, natomiast obecność dodatków uszlachetniających nadaje olejowi bazowemu nowych właściwości, między innymi opóźniających utratę niektórych właściwości lub poprawiających inne, istniejące właściwości. Nadają także olejowi uzyskanie jego charakterystycznych, ostatecznych, wymaganych parametrów.

Dodatki uszlachetniające są to organiczne lub nieorganiczne substancje rozpuszczone lub zawieszone (jako cząstki stałe) w oleju. Dodatki te obejmują m.in. inhibitory utleniania, inhibitory korozji, środki poprawiające wskaźnik lepkości, inhibitory pienienia, dodatki przeciwzużyciowe, detergenty i wiele innych. Każdy z nich pełni podstawową funkcję, zwykle wskazywaną przez jego nazwę. Jednakże ich funkcje nie są nieograniczone w trakcie użytkowania danego oleju w urządzeniu. Z czasem dodatki są narażone na warunki, które powodują, że ich zdolność maleje lub wyczerpuje się.

Weźmy na przykład inhibitory utleniania (antyoksydacyjne), zwane również przeciwutleniaczami — mają na celu opóźnienie procesu utleniania i jego negatywnych skutków, w tym tworzenia się produktów kwaśnych i osadów. Podobnie jak w przypadku utleniania oleju, większość dodatków może z czasem ulec wyczerpaniu ze względu na narażenie na działanie różnych warunków eksploatacji występujących w danej maszynie.

mechanizmy wyczerpywania się dodatków

Rozróżniamy trzy podstawowe mechanizmy wyczerpywania dodatków uszlachetniających: dekompozycja, adsorpcja, usuwanie fizyczne.

Dekompozycja – jest to mechanizm rozkładu dodatków poprzez zmianę swojej struktury, w wyniku czego w oleju tworzą się szkodliwe, kwaśne produkty. Przyczynami tego są takie procesy jak: oksydacja, hydroliza, termiczna degradacja, ścinanie molekularnych łańcuchów cząstek.

Adsorpcja – podział:

• Powierzchniowa – polega na osadzaniu się dodatków na powierzchni elementów, tworząc warstwę ochronną.
• Polarność cząstek – dodatki mogą być przyciągane do cząstek stałych ze względu na swoją polaryzację, w wyniku czego zostają zatrzymane w filtrze lub opadają na dno zbiornika.
• Wymywanie wodą – jako że woda jest polarna, dodatki mogą być przyciągnięte do cząstek wody i opaść na dno zbiornika.

W kategorii usuwanie fizyczne możemy wyszczególnić m.in. takie metody jak: osadzanie, wirowanie, odparowanie, filtracja:

• Osadzanie – jeżeli dodatki staną się nierozpuszczalne z powodu połączenia się z zanieczyszczeniami, wysokiej temperatury lub innych warunków pracy, będą miały większą tendencję do osiadania pod wpływem grawitacji na dnie zbiornika.
• Wirowanie – duże siły odśrodkowe mogą powodować oddzielanie się dodatków od środka smarnego. Filtracja odśrodkowa, stosowana w niektórych zastosowaniach w celu usunięcia zanieczyszczeń, może mieć ten dodatkowy, niepożądany skutek.
• Odparowanie – zjawisko rzadko występujące, jednakże niektóre dodatki mogą parować, szczególnie gdy do usunięcia wody ze środka smarnego stosuje się odwadniacze próżniowe.

filtracja i jej wpływ na kondycję oleju

Jeśli chodzi o filtrację oleju, można zastanowić się, czy więcej zawsze oznacza lepiej. Odpowiedź nie jest tak prosta, jak mogłoby się wydawać. Udowodniono, że bardziej czysty olej zmniejsza zużycie łożysk i maszyn, wydłużając tym samym żywotność sprzętu. Jednak starając się spełnić normy czystości ISO, należy wziąć pod uwagę kilka kwestii.

Pierwszą rzeczą, którą należy wziąć pod uwagę, są tolerancje maszyny i potrzeba odpowiednio czystego oleju. Różne rodzaje maszyn mają różne wymagania. Na przykład układy hydrauliczne zazwyczaj wymagają znacznie wyższych standardów czystości oleju w porównaniu do przekładni przemysłowych. Nie oznacza to, że przekładnie nie potrzebują czystego oleju, ale raczej, że lepiej tolerują „brudny” olej niż układy hydrauliczne. Przy określaniu poziomu czystości należy wziąć pod uwagę budowę maszyny, jej wiek i krytyczność, koszty wyposażenia, warunki eksploatacji.

Gdy wyznaczone są już cele dotyczące czystości, czas wybrać filtry. Na rynku prezentowana jest szeroka gama filtrów w zależności od typu, efektywności, jak i ceny, dlatego wybór odpowiedniego filtra oleju może stanowić wyzwanie. Częstym kryterium w wyborze filtra jest wyłącznie cena, jaką kieruje się nabywca, nie zważając na wydajność i żywotność filtra w imię krótkoterminowych oszczędności. Jest to jednak błędne rozumowanie, ponieważ tańsze filtry zazwyczaj bywają mniej wydajne i wymagają częstszego interwału wymiany. Zaletą droższych filtrów o wyższej jakości jest to, że działają dłużej i są bardziej wydajne, co w dłuższej perspektywie może mieć wpływ na zmniejszenie kosztów eksploatacji urządzeń.

Rozmiary mikronowe są zazwyczaj uznawane za punkt odniesienia przy ocenie wydajności filtra, ale ocena ta oddaje tylko część prawdy. Aby uzyskać pełny obraz wydajności filtra, kolejnym parametrem, jaki należy wziąć pod uwagę, jest również współczynnik beta.

Zazwyczaj producenci filtrów posługują się ogólnymi terminami charakteryzującymi dany produkt, między innymi są to: pojemność zatrzymywania zanieczyszczeń, współczynnik przepływu oraz wydajność wychwytywania cząstek w danym rozmiarze. Wszystkie te określenia mogą być obce i mylące dla osób niezaznajomionych w tej materii.

Najczęściej stosowane terminy do opisu charakterystyki filtra oleju:

• Materiał filtracyjny – materiał wewnątrz filtra służący do wychwytywania zanieczyszczeń.
• Rozmiar mikronowy – wielkość cząstek, jakie filtr może wychwycić.
• Efektywność wychwytywania (współczynnik Beta) – skuteczność filtra do wychwytywania i zatrzymywania cząstek o określonym rozmiarze.
• Pojemność zatrzymywania zanieczyszczeń – ilość zanieczyszczeń, jaką filtr może zatrzymać, zanim stanie się nieskuteczny.
• Współczynnik przepływu – ilość oleju, która może przepłynąć przez filtr w danym okresie czasu.

 
Większość wiodących producentów filtrów poddaje swoje produkty serii testów mających na celu wychwycenie cząstek o określonych rozmiarach. Mierzona jest liczba cząstek za filtrem i porównuje się ją z całkowitą liczbą cząstek, które zostały pierwotnie wprowadzone podczas testu. Wynik testu wyświetlany jest jako współczynnik Beta przy danym rozmiarze mikronowym. Filtr o współczynniku Beta wynoszącym 75 lub więcej jest uważany za filtr absolutny. Taki filtr wychwytuje cząstki o danym rozmiarze ze skutecznością 98,7%, natomiast filtr wychwytujący 90% lub mniej jest uważany za filtr nominalny (współczynnik Beta wynoszący 10 lub mniej).

Wybierając filtr, należy wziąć pod uwagę zastosowanie i rodzaj cieczy, jaka będzie przepływała przez filtr. W przypadku układów, takich jak na przykład turbiny czy układy hydrauliczne, które wymagają bardziej czystego środka smarującego, należy zastosować filtr wyższej jakości. Na przykład specyfikacje układu hydraulicznego mogą wymagać filtra 10-mikronowego o współczynniku Beta wynoszącym β = 200. Oznacza to, że na dwieście cząstek o rozmiarze większym lub równym 10 mikronów, które trafiają na filtr, tylko jedna cząstka przejdzie przez niego, a pozostałe 199 zostanie zatrzymanych w filtrze, co daje skuteczność filtracji na poziomie 99,5%.

Oprócz wyżej omówionych kwestii istnieje jeszcze więcej czynników odnoszących się do warunków i charakteru pracy urządzenia, umiejscowienia, otoczenia oraz czynników środowiskowych, które mogą mieć wpływ na konkretne potrzeby w zakresie filtrów. Dlatego przed podjęciem decyzji o wyborze konkretnego filtra warto skonsultować się z dostawcami filtrów bądź producentem urządzenia.

W miarę jak filtry stają się bardziej dokładne, mogą one negatywnie wpływać na stan i wydajność środków smarnych, zwykle poprzez usuwanie dodatków uszlachetniających. Stałe lub skondensowane dodatki można fizycznie usunąć ze środka smarnego poprzez filtrację. Stałe dodatki, które mogą tego doświadczyć, obejmują na przykład silikonowe środki antypienne lub przeciwkorozyjne, stosowane na przykład w specjalistycznych olejach do sprężarek śrubowych sprężających gazy aktywne chemicznie, czy też poprawiający własności smarne dwusiarczek molibdenu (MoS₂), będący składnikiem niektórych olejów klasy CLPF, stosowanych w niektórych łożyskach lub przekładniach mocno obciążonych. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie wyższej efektywności w szerokim zakresie obciążeń. Tego typu dodatki, ze względu na większe rozmiary cząstek, powszechnie są oddzielane od oleju podczas filtracji.

W innych przypadkach dodatki, które adsorpcyjnie wiążą zanieczyszczenia, mogą również zostać zatrzymane przez filtr podczas filtrowania cząstek, do których są przyłączone. Niektóre rodzaje materiałów filtracyjnych, takie jak ziemia fulerska, są chemicznie aktywne i mogą usuwać z oleju dodatki polarne.

Podsumowując, jeśli chodzi o filtrację, nie ma uniwersalnego podejścia. Każda maszyna ma inne potrzeby w zakresie czystości i każdą należy rozpatrywać indywidualnie. Jeśli chodzi o nadmierną filtrację, jej celem jest zachowanie równowagi — bardziej dokładne filtrowanie nie zawsze jest pożądanym rozwiązaniem zapewniającym czystość, natomiast może mieć negatywny wpływ na właściwości oleju, pozbawiając go spełniania założonych funkcji w układzie smarnym, a tym samym dyskwalifikując dany olej do dalszego użytkowania.

warto zapamiętać:

• Nie zawsze więcej znaczy lepiej – zbyt dokładna filtracja może usuwać z oleju dodatki niezbędne do jego działania.
• Dobór poziomu czystości oleju powinien być indywidualny – zależy m.in. od rodzaju maszyny, jej wieku, krytyczności oraz warunków eksploatacji.
• Niektóre filtry mogą usuwać dodatki polarne i fizycznie skondensowane składniki – np. środki antypienne, przeciwkorozyjne czy smarne.
• Otoczenie i środowisko pracy mają wpływ na potrzeby filtracyjne – dlatego dobór filtrów nie powinien być przypadkowy.
• Filtracja to kompromis – celem jest ochrona układu, ale z zachowaniem właściwości środka smarnego.
• Wątpliwości? Konsultuj się z ekspertami – dobór filtra warto uzgodnić z producentem maszyny lub dostawcą środków smarnych.