2

CUPRINS

1.introducere72.caracteristici fizico chimice ale uleiurilor minerale152.1.Clasificarea uleiurilor minerale152.2.Structura chimica a uleiurilor minerale162.3.proprietati fizico chimice ale uleiurilor minerale212.3.1.Proprietati fizice222.3.2.Proprietati chimice262.3.3.Proprietati electrice314.1.Clasificarea uleiurilor minerale334.2. Structura si proprietatile fizico-chimice ale uleiurilor minerale344.2.1. Uleiuri de turbina374.2.2. Uleiuri electroizolante413.contaminanti ai uleiurilor minerale ; mijloace de atenuare a contaminarii443.1.Contaminarea cu particule solide443.2.Apa533.3.Contaminati chimici603.4.Uleiuri parafinice / Solventi603.5.Efecte ale principalilor contaminanti aupra uleiurilor minerale si asupra echipamentelor deservite de acestea614.3. Contaminarea uleiurilor minerale624.3.1. Contaminarea cu particule solide634.3.2. Contaminarea cu apa684.3.3.Contaminati chimici704.3.4.Parafine / Solventi714.3.5.Efecte ale principalilor contaminanti asupra uleiurilor minerale si asupra echipamentelor deservite de acestea714.Tehnologii si echipamente moderne pentru mentenanta uleiurilor minerale724.1.Indepartarea particulelor solide prin filtrare734.2.Indepartarea apei si gazelor754.2.1.Instalatii de deshidratare/degazeifiere jn conditii de temperatura si de depresiune ridicata774.2.2.Instalatii de deshidratare/degazeifiere jn conditii de temperatura si de depresiune moderata794.2.3.Indepartarea PCB864.3.regenerarea uleiurilor minerale864.3.1.Reabiltarea uleiurilor minerale prin adsorbtie pe floridine874.3.2.Reabiltarea uleiurilor minerale prin adsorbtie pe alumine (oxizi de aluminiu) activate874.4. Tehnologii si echipamente moderne pentru mentenanta uleiurilor minerale884.4.1. Indepartarea particulelor solide prin filtrare894.4.2. Indepartarea apei si gazelor914.4.3. Regenerarea uleiurilor minerale995.Modelarea procesului de desorbtie peliculara a apei din uleiuri minerale1015.1.Modelul fizic al desorbiei peliculare a apei din uleiuri mineral1025.2. Modelul matematic al desorbiei peliculare a apei din uleiuri minerale1035.3. Simularea procesului de transfer de mas al apei108prin filmul de ulei mineral1085.3.1. Rezultate numerice1085.3.2.Comparatie ntre rezultatele experimentale si rezultatele obtinute prin simulare1176.ULEIURILE MINERALE SI MEDIUL INCONJURATOR1181.introducere II1191.1. Mentenanta de stare a fluidelor si instalatiilor1211.2. Prelevarea probelor si analiza uleiurilor - componente esentiale ale programelor de mentenanta a fluidelor si instalatiilor.1272. Tehnici de prelevare a probelor de ulei1292.1. Obiective ale prelevarii probelor de ulei1292.1.1. Maximizarea densittii datelor1302.1.2.Minimizarea perturbrii calittii datelor1312.1.3Frecventa de prelevare a probelor de ulei1322.1.4Minimizarea contaminrii datelor1322.2.Flacoane si dispozitive pentru prelevarea probelor de ulei1332.2.1.Flacoanele de proba1342.2.2.Orificii si piese de legatura (adaptoare)1372.2.3.Dispozitive de prelevare a probelor de ulei1382.3. Pozitia punctului de prelevare a probelor de ulei1392.3.1. Prelevarea probelor din sisteme de recirculare si evacuare1402.3.2. Prelevarea de probe din conducte sub presiune1482.3.3. Prelevaerea probelor din conducte de recirculare sau evacuare de joasa presiune1512.3.4. Prelevarea probelor din bai de ulei1522.3.5. Prelevarea probelor din sisteme fara circulatie fortata1532.5. Tehnici pentru obtinerea de date corecte1572.6. Elemente ale unei proceduri eficiente de prelevare a probelor1582.6.1Exemplu de procedura pentru prelevarea probelor din transformatoare electrice1612.6.2Prelevarea curata de probe1622.7.Frecventa de prelevare a probelor1652.7.1.Criterii pentru stabilirea frecventei de prelevare a probelor de ulei1652.7.2.Marcarea flacoanelor de proba1663. tehnici si metode de analiza a uleiurilor minerale1683.1.Teste curente pentru analiza uleiurilor1703.1.1.Determinare a numarului de particule solide1703.1.2.Determinarea vscozitatii uleiurilor1773.1.3.Determinarea indicelui de neutralizare1793.1.4.Spectroscopia n infrarosu cu transformata Fourier1813.1.5.Ferografie1823.1.6.Determinarea continutului de apa1863.1.7.Spectroscopia de absorbtie atomica1903.1.8.Punctul de inflamabilitate1923.1.9.Cromatografia plana radiala (CPR)1923.2.Teste analitice specifice pentru uleiurile electroizolante1933.2.1.Analiza gazelor dizolvate1933.2.2. Tensiunea superficiala1963.2.3. Examinarea vizuala si culoarea1973.2.4. Tensiunea de strapungere1983.2.5. Factorul de disipare, factorul de putere si constanta dielectrica2003.2.6. Determinarea furanului2023.2.7. Gradul de polimerizare al celulozei2033.2.8.Analiza bifenilului policlorurat (PCB)2033.3. Selectarea pachetului de teste analitice2044.managementul datelor analitice2074.1. Stabilirea valorilor admise ale proprietatilor fizico-chimice ale uleiurilor2094.2.Interpretarea si aplicarea rezultatelor analitice2164.3.Prezentarea rapoartelor analitice2174.4.Integrarea analizei uleiurilor cu alte tehnici de monitorizare a starii instalatiei2181.introducere iii2192.concepte de mentenanta2242.1 Mentenanta reactiva2252.2 Mentenanta preventiva2262.3. Mentenanta predictiva2272.4. Mentenanta proactiva2302.5. Mentenanta de sigurantei in functionare2302.6. Mentenanta total productiva2362.7. Tehnici de elaborare a programelor de mentenanta2372.7.1. Tehnica politicilor de mentenanta2372.7.2. Tehnica modelarii2383. Monitorizarea starii fizico-chimice a uleiurilor minerale2393.1. Reguli privind prelevarea probelor2413.1.1. Obiective ale prelevarii probelor de ulei2413.1.2. Minimizarea contaminrii datelor2423.1.3. Pozitia punctului de prelevare a probelor2453.1.4. Criterii pentru stabilirea frecventei de prelevare a probelor de ulei2553.1.5. Marcarea flacoanelor de proba2563.1.6. Tehnici pentru obtinerea de date corecte2573.2. Metode de analiza a uleiurilor minerale2603.2.1. Teste curente pentru analiza uleiurilor2623.2.2. Determinarea numarului de particule solide2623.2.3. Determinarea viscozitatii uleiurilor2633.2.4. Determinarea indicelui de neutralizare2653.2.5. Spectroscopia n infrarosu cu transformata Fourier (FT-IR)2663.2.6. Ferografie2673.2.7. Oxidarea in bomba rotativa (OBR)2693.2.8. Determinarea continutului de apa270Spectroscopia de absorbtie atomica274Punctul de inflamabilitate2753.2.11. Teste analitice specifice pentru uleiurile electroizolante2753.3. Selectarea pachetului de teste analitice2843.4. Stabilirea intervalelor de valori admisibile ale proprietatilor uleiurilor2853.5. Interpretarea si aplicarea rezultatelor analitice2903.6. Prezentarea rapoartelor analitice2914. MENTENANTa ULEIURILOR MINERALE2925. caiet de sarcini initial privind sistemul de MENTENANta a ULEIURILOR MINERALE2985.1. Definire si domeniu de utilizare2985.2.Caracteristici generale2995.3.Componenta2995.4.Elaborarea produsului3005.5.Omologarea si receptia3005.6.Implementarea produsului3005.7.Conditii de utilizare3006. sistem de MENTENANTA a ULEIURILOR MINERALE proiect3016.1.Introducere3016.2.Domeniu de aplicare3016.3. Program de prelevare probe si analiza a uleiurilor minerale - proiect3026.3.1. Generalitati3026.3.2. Etape de realizare ale programului de analiza a uleiurilor minerale3066.3.3. Organizarea buclei de feed-back a programului de analiz a uleiurilor minerale3106.3.4. Asigurarea trainingului permanent a personalului3106.4. Sistem de mentenanta a uleiurilor minerale proiect 3116.4.1.Generalitati3116.4.2.Obiectivele sistemului de mentenanta a uleiurilor minerale3116.4.3. Etape de realizare a mentenanei uleiurilor minerale3115. CONCLUZII FINALE3156.bibliografie320

1.introducerePrezentul raport de cercetare reprezint lucrarea de ncheiere a etapei I/2000 a proiectului de cercetare MENTEN_ULEI: Modernizarea serviciilor de menetenan a uleiurilor minerale. Proiectul face obiectul contractului de finanare nr. 898/18.09.2000, ncheiat ntre Universitatea Politehnica Bucureti i Agenia Managerial de cercetare tiinific, Inovare i Transfer tehnologic, n cadrul PNCDI, Programul RELANSIN, Subprogramul 3: RELANSIN MODERNIZARE. n realizarea acestui proiect, Universitatea Politehnica are ca partener, cofinanator i beneficiar S.C. TERMOELECTRICA S.A., CONFORM Protocolului de colaborare nr. 61173/11.04.2000.Lucrrile efectuate n anul 2000 au condus la ndeplinirea primelor trei obiective ale proiectului de cercetare sus menionat:I. Analiza i sistematizarea tehnologiilor moderne pentru purificarea i regenerarea uleiurilor mineraleII. Modelarea fizic i matematic a proceselor menajante de purificare a uleiurilor mineraleIII. Metode de perfecionare a echipamentelor pentru purificarea i regenerarea uleiurilor minerale.Obiectivele mentionate mai sus au fost atinse prin realizarea unui studiu privind tehnologiile moderne pentru purificarea i regenerarea uleiurilor minerale, echipamentele pentru purificarea i regenerarea uleiurilor minerale, impactul modernizrii echipamentelor pentru purificarea i regenerarea uleiurilor minerale asupra mediului nconjurtor i modelarea fizic i matematic a proceselor menajante de purificare a uleiurilor minerale, studiu prezentat n actualul raport de cercetare.

Filozofia i practica mentenanei instalaiilor industriale i a utilitilor acestora a aprut i s-a dezvoltat din necesitatea economic de optimizare a funcionrii instalaiilor industriale, prin reducerea costurilor de producie i n special a celor de reparaie. Conceptul de mentenan a echipamentelor industriale a evoluat de la mentenana reactiv spre mentenana siguranei n funcionare a instalaiilor (MSF). Mentenana reactiv este acea conduit prin care nu se intervine n mod planificat pe durata de via a echipamentului, ci se procedeaz numai la nlocuirea acestuia dup o avarie grav.Mentenana siguranei n funcionare este acea conduit care asigur optimizarea siguranei n funcionare i tehnicilor de ntreinere asociate acesteia, n raport cu necesitile regimului de operare al instalaiilor. ntre cele dou concepte se afl mai multe trepte de perfecionare evolutiv a conceptului de mentenan, prezentate n cele ce urmeaz.ntruct conceptul de mentena reactiv era prohibitiv din punct de vedere economic, n anii `60 - `70 a fost dezvoltat un alt concept, acela de mentenan preventiv.Obiectivul acestui tip de mentenan este de a organiza un program de service i revizii a echipamentelor principale. n acest fel se spera s se reduc drastic sau chiar s se elimine avariile i timpii de ntrerupere a lucrului, crescnd n acest fel productuvutatea i profitabilitatea. Conceptul de mentenan preventiv a reprezentat un progres semnificativ, dar nu asigura ns verificarea, service-ul i reparararea regulat a echipamentelor, cu pstrarea unei evidene stricte a tuturor acestor operaii. Din acest motiv, una din problemele acestui tip de menetnan const n posibilitatea de a exagera n ntreinerea echipamentelor, costul mentenanei instalaiilor egalnd uneori pe acela al nlocuirii acestora o dat defectate.Din acest motiv, conceptul a evoluat spre mentenana predictiv. Conceptul de mentenan predictiv pornete de la ideea c nu are rost s repari ceea ce nu este defect. Pentru a evita acest lucru, se pstreaz ideea respectrii unui plan de ntreinere clar, provenind din conceptul anterior, de mentenan preventiv, adugndu-se acestuia teste nedistructive, cu rolul de a stabili integritatea mecanic a utilajelor.Analiza uleiurilor minerale este una din tehnicile cele mai simple i ieftine de mentenan predictiv. Aceasta ns nu poate detecta orice defect, de aceea se folosesc i alte tehnici cum sunt analiza vibraiilor, termografia, analiza curent a motoarelor, echilibrarea i alinierea organelor n micare, etc.Figura 1.1 prezint o comparaie a costurilor n cazul utilizrii celor trei concepte de mentenan prezentate.Aplicarea conceptului de mentenan preventiv poate reduce cu aproximativ o treime costul unui program de mentenan reactiv. Pe lng aceasta, o caracteristic important a sa este faptul c echipamentele nu mai sunt supuse unor reparaii inutile. O dat cu introducerea conceptului de mentenan predictiv a fost introdus i ideea inerii unei evidene riguroase a tuturor interveniilor executate asupra utilajelor, ceea ce permite predicia unor posibile avarii i conduce spre conceptul de mentenan proactiv.

Figura 1.1: Comparaia costurilor de mentenanMentenana proactiv folosete analiza cauzelor avariilor (ACA) spre a determina motivele apariiei unor avarii comune echipamentelor industriale. n timp ce conceptele de mentenan descrise anterior cutau s prezic avaria unor componente i s ia msuri nainte ca aceasta s aib loc, mentenana proactiv determin cauzele posibilei avarii i are ca scop eliminarea acestora i implicit a avariilor propriu-zise. Un exemplu edificator de folosire a ACA n mentenana proactiv este determinarea influenei contaminailor solizi dintr-un ulei mineral. Este demonstrat c 70 85 % din avariile unor componente hidraulice se datoreaz prezenei contaminanilor solizi, din care cca. 90 % provin din uzura abraziv a orgenelor metalice.Dac mentenana predictiv a stabilit cauza majoritii avariilor sistemelor hidraulice, mentenana proactiv are ca obiectiv eliminarea acestei cauze, prin meninerea puritii fluidelor hidraulice la limita posibil practic. Prin controlul regulat al puritii fluidelor hidraulice i purificarea periodic a acestora se previn n mare msur avariile componentelor mecanice.n acest sens, analiza uleiurilor reprezint o latur important a mentenanei proactive, fiind folosit spre a determina gradul de puritate al uleiurilor minerale i a hotr momentul purificrii sau schimbrii acestora. Dei analiza uleiurilor aparine mai ales mentenanei predictive, ea poate fi folositoare n ACA i poate mbuntii practicarea mentenanei proactive.Conceptul care nglobeaz cele mei bune laturi ale celor patru concepte enumerate este acela de mentenan a siguranei n funcionare (MSF). MSF este procesul sistematic de optimizare a siguranei n funcionare i a tehnicilor de ntreinere asociate acesteia, n raport cu necesitile regimului de operare al instalaiilor. Ea este ndreptat spre mbuntirea siguranei, a fiabilitii i a productivitii echipamentelor de care depinde activitatea societii omeneti n multe domeniica: transporturi, producerea , transportul i distribuia energiei, a bunurilor de larg consum i a serviciilor.ntre instrumentele importante utilizate de MSF sunt considerate managementul lubrifierii i analiza uleiurilor minerale.Managementul proactiv al lubrifierii este o cale ieftin de reducere a frecvenei avariilor sistemelor mecanice, acest fapt avnd ca efect creterea siguranei n funcionare a instalaiilor i adesea elimin necesitatea unor msuri mai drastice i mai scumpe.Specialistul care se ocup de lubrifiere sau de analiza uleiurilor trebuie s-i coordoneze aciunile cu cele ale specialistului n fiabilitatea echipamentelor pentru a stabili care sunt sitemele ce necesit creterea fiabilitii i spre a stabili msurile necesare pentru mbuntirea specificaiilor lubrifianilor, educarea i creterea nivelului profesional al personalului, mbuntirea controlului gradului de contaminare al fluidelor de lucru i a mecanismelor de livrare a acestora, perfecionarea practicilor de teastare i inspectare a instalaiilor, etc. Analiza uleiurilor minerale s-a dovedit o metod deosebit de eficient pentru stabilirea momentului schimbrii uleiurilor din echipamente n funcie de gradul lor de puritate i, mai important, un mijloc eficace pentru stabilirea defectelor mainilor i de identificare a cauzelor acestora. Se poate face o comparaie plastic ntre sngele dintr-un organism viu i uleiurile minerale care asigur funcionarea mainilor. Ambele fluide sunt, prin compoziia lor la un anumit moment, purttoare de informaii importante privind starea de sntate i modul de funcionare al organismelor pe care le deservesc.n multe cazuri, analiza uleiurilor avertizeaz timpuriu posibila apariie a unei avarii. n alte situaii, ea doar confirm cauzele avariei. Destul de rar, este posibil ca uleiul s nu poarte nici un fel de informaii privind avaria. Din aceste motive, la fel cum medicul folosete toate tehnicile i specialitii disponibili pentru a depista i nelege problemele de sntate, inginerul mecanic trebuie s fie capabil s selecteze acel complex de tehnici de analiz i de tehnologii care l conduc la decizia optim pentru instalaie.Intervalul de timp cu care o tehnic de monitorizare poate avertiza n avans n legtur cu o avarie este denumit intervalul P A (P se refer la momentul n care este detectat o Potenial avarie, iar A la momentul n care Avaria are loc.Figura 1.2 prezint evoluia n timp a strii instalaiei, punnd n eviden momemtul apariiei avariei, momentul detectrii unei posibile avarii i momentul avariei complete. Figura prezint implicit intervalul P A pentru instalaia analizat.Cu ct intervalul P A este mai lung, cu att i timpul pe care specialitii l au la dispoziie spre a lua o decizie i a-i planifica aciunile este mai lung, iar modul de reacie poate fi mai bun, ducnd la minimizarea impactului financiar pe care avaria l-ar putea avea asupra intreprinderii.

Figura 1.2: Evoluia strii instalaiei n situaii de avarieUleiurile minerale sunt fluide vitale pentru diverse instalaii mecanice i electrice, iar monitorizarea strii lor este o tehnic de baz n cadrul conceptului de mentenan al siguranei n funcionare a instalaiilor, alturi de tehnologiile de purificare n vederea prelungirii duratei lor de via. Mentenana uleiurilor minerale const n utilizarea unor metode analitice pentru urmrirea gradului de puritate i n aplicarea tehnologiilor de purificare i de reabiltare a uleiurilor. Mentenana/profilaxia uleiurilor, este parte integrant a programului general de mentenan al unei companii i constituie un instrument esenial de aciune pentru creterea siguranei n funcionare a instalaiilor industriale i pentru reducerea costurilor de exploatare. Numeroase companii de prestigiu au introdus mentenana uleiurilor minerale, ca element obligatoriu al procedurilor de exploatare pentru o gam larg de echipamente: turbine cu abur, pompe, compresoare, transformatoare electrice, sisteme hidraulice acionate cu ulei i altele.Efectele de natur tehnic i economic au aprut n foarte scurt timp, iar raportul beneficiu/investiie este supraunitar. n acelai timp trebuie remarcat faptul c, n scopul folosirii eficiente a resurselor, activitatea de mentenan a uleiurilor minerale este structurat astfel: proiectarea conceptului de mentenan a uleiurilor (ca parte a activitii de mentenan a instalaiilor industriale) pentru condiiile specifice fiecrei companii, de ctre un consultant specializat. n acest sens, companiile i asigur consultana n domeniul mentenanei uleiurilor prin contracte de prestri servicii; activitatea de monitorizare a calitii uleiurilor, presupune adoptarea unei metode analitice pentru urmrirea gradului lor de puritate i crearea unei infrastructuri de laborator la nivelul companiei care aplic mentenana uleiurilor; activitatea de profilaxie a uleiurilor, prin purificarea acestora pe baza unui program stabilit prin conceptul de mentenan adoptat, cu ajutorul tehnologiilor de purificare stabilite prin conceptul de mentenan adoptat. Instalaiile pentru purificarea i reabiltarea uleiurilor nu trebuie s fie proprietatea beneficiarului ci a prestatorului de servicii care executa periodic lucrrile de profilaxie pe baza conceptului de mentenan adoptat. Consultantul care proiecteaz conceptul de mentenan a uleiurilor este, de regul, aceeai companie cu prestatorul serviciilor profilactice.Lucrarea de fa, conform planului de activitate ntocmit i aprobat n vederea derulrii proiectului de cercetare MENTEN_ULEI, prezint rezultatele cercetrii fundamentale efectuate n scopul identificrii i fundamentrii tiinifice a soluiilor de modernizare a activitilor de mentenan a uleiurilor minerale noi i uzate. S-a pornit de la caracterizarea fizico-chimic a uleiurilor minerale, a tehnologiilor i echipamentelor moderne de purificare a acestor fluide, iar analiza comparativ a tehnologiilor moderne pentru purificarea i regenerarea uleiurilor minerale s-a realizat cu ajutorul modelrii proceselor de purificare: deshidratarea si degazeificarea uleiurilor minerale. 1.introducere IIPrezentul raport de cercetare cuprinde rezultatele cercetrilor efectuate n cadrul etapei II/2001 Tehnici i metode de prelevare a probelor i de analiz a uleiurilor minerale a proiectului de cercetare MENTEN_ULEI: Modernizarea serviciilor de menetenan a uleiurilor minerale.Proiectul face obiectul contractului de finanare nr. 898/18.09.2000, ncheiat ntre Universitatea Politehnica Bucureti i Agenia Managerial de Cercetare tiinific, Inovare i Transfer tehnologic, n cadrul PNCDI, Programul RELANSIN, Subprogramul 3: RELANSIN MODERNIZARE. La realizarea acestui proiect Universitatea Politehnica are ca partener- cofinanator i beneficiar S.C. TERMOELECTRICA S.A., conform Protocolului de colaborare nr. 61173/11.04.2000, devenit Contractul de cofinanare nr.8/2001, ncheiat ntre Universitatea Politehnica Bucureti i S.C. TERMOELECTRICA S.A..Lucrrile efectuate n cadrul etapei a II-a au condus la ndeplinirea obiectivelor IV i V ale proiectului de cercetare sus menionat:IV. Stabilirea tehnicilor de prelevare a probelor de ulei, funcie de proveniena acestora;V. Studierea i sistematizarea tehnicilor i metodelor de analiz a uleiurilor minerale.Cercetrile efectuate n cadrul etapei a II-a se refer, conform obligaiilor contractuale, la uleiurile de turbin, hidraulice i de transformator.Obiectivele menionate au fost atinse pe baza unui studiu care plaseaz problematica Tehnicilor i metodelor de prelevare a probelor de ulei, funcie de proveniena acestora, respectiv a Tehnicilor i metodelor de analiz ale uleiurilor minerale, n contextul mai larg al managementului strii fluidelor, evideniind urmtoarele aspecte eseniale:a) implementatarea managementului strii fluidelor este condiionat de adoptarea unor tehnici i metode de prelevare a probelor, respectiv tehnici i metode de analiz a fluidelor;b) managementul strii fluidelor vizeaz trei obiective:b1) Analiza strii fluidelor (grad de puritate)b2) Monitorizarea strii sistemuluib3) Analiza uzurii i avariilor.c) Analiza strii fluidulelor, a uleiurilor n particular, ofer informaii legate de dou domenii (maina i fluidul):c1) starea fizic a uleiului (vscozitatea, indicele de aciditate, gradul de contaminare);c2) starea componentelor sistemului din care au fost prelevate probele.

1.introducere iiiActualul raport de cercetare cuprinde rezultatele cercetrilor efectuate n cadrul etapei III/2001 a proiectului de cercetare MENTEN_ULEI: Modernizarea serviciilor de menetenan a uleiurilor minerale.Proiectul face obiectul contractului de finanare nr. 898/18.09.2000, ncheiat ntre Universitatea Politehnica Bucureti i Agenia Managerial de Cercetare tiinific, Inovare i Transfer tehnologic, n cadrul PNCDI, Programul RELANSIN, Subprogramul 3: RELANSIN MODERNIZARE. Partenerul cofinanator i, n acelai timp beneficiarul cercetrilor pe care Universitatea Politehnica Bucureti le execut n cadrul acestui proiect, este S.C. TERMOELECTRICA S.A., conform Protocolului de colaborare nr. 61173/11.04.2000, devenit Contractul de cofinanare nr.8/2001, ncheiat ntre Universitatea Politehnica Bucureti i S.C. TERMOELECTRICA S.A..Lucrrile efectuate n perioada 1.07.2001 decembrie 2001 contribuie, alturi de lucrrile executate n etapele precedente, la ndeplinirea obiectivelor VI i VII ale proiectului de cercetare sus menionat:VI. Elaborarea unui program de analize a uleiurilor minerale noi i uzate si a unei metodologii de interpretare a datelor analiticeVII. Elaborarea sistemului de mentenen a uleiurilor minerale.Cercetrile efectuate n cadrul etapelor de realizare ale proiectului se refer, conform obligaiilor contractuale, la uleiurile de turbin i de transformator.Atingerea obiectivelor menionate presupune, n cadrul etapei a III-a a proiectului de cercetare, elaborarea unui caiet de sarcini iniial i elaborarea unui proiect de program de mentenan, avnd ca parte integrant un proiect de program de prelevare a probelor i de analiz fizico-chimic a uleiurilor minerale, pe baza documentaiei referitoare la prelevarea probelor /analiza uleiurilor la mentenana uleiurilor minerale de tipul susamintit. Finalizarea obiectivelor VI i VII urmeaz a se realiza n cadrul etapei a IV-a, prin realizarea unui studiu de fezabilitate, a caietului de sarcini definitiv i a programului final de mentanan a uleiurilor minerale.Elaborarea caietului de sarcini iniial i a proiectului de program de mentenan a uleiurilor minerale se bazeaz i pe studiile realizate n etapele anterioare ale proiectului de cercetare, studii referitoare la metodele de meninere a gradului de puritate necesar al uleiurilor minerale, precum i la metodele de prelevare a probelor i analiz a parametrilor fizico-chimici ai acestor fluide.Aceste studii se ncadreaz n contextul larg al managementului strii fluidelor industriale, care implic urmtoarele aspecte:a) implementatarea managementului strii fluidelor este condiionat de adoptarea unor tehnici i metode de prelevare a probelor, respectiv tehnici i metode de analiz a fluidelor;b) managementul strii fluidelor vizeaz trei obiective:b1) analiza strii fluidelor (grad de puritate)b2) monitorizarea strii sistemuluib3) analiza uzurii i avariilor.c) analiza strii fluidelor industriale, a uleiurilor minerale n particular, ofer informaii legate de dou domenii (maina i fluidul):c1) starea fizic a uleiului propriu-zis (vscozitatea, indicele de aciditate, gradul de contaminare, etc.);c2) starea componentelor sistemului din care au fost prelevate probele.Managementul strii fluidelor nu reprezint doar simpla utilizare a unor metode analitice i obinerea unor concluzii din rezultatele analitice. Eficiena unui program de management a strii fluidelor nu se msoar att prin numrul testelor analitice pe care le cuprinde, ct prin impactul pe care respectivul program l are asupra productivitii i profitabilitii intreprinderii n care el se aplic.Managementul strii fluidelor contribuie la mbuntirea parametrilor economici ai companiei prin: minimizarea duratelor de oprire; creterea duratei de via a mainilor; reducerea costurilor cu fora de munc; reducerea consumurilor de fluid i a costurilor de depozitare; impactul pozitiv asupra mediului nconjurtor prin reducerea cantitii de fluide reziduale.Aceste mbuntiri sunt posibile pentru c un program pentru managementul strii fluidelor ofer utilizatorilor informaii privind att starea fluidului ct i a utilajului care folosete acest fluid. Gradul n care utilizatorul poate s controleze procesele de uzur i degradare, respectiv avariile, prin prevederea defeciunilor, depinde n mod esenial de modul n care aceste informaii au fost recoltate i folosite.Activitile desfurate n cadrul managementului strii fluidelor pot fi clasificate n trei categorii interdependente, conform obiectivelor sale prezentate anterior: Analiza strii fluidului (grad de puritate) Monitorizarea strii sistemului Analiza uzurii i avariilor.Analiza strii fluidelor presupune o inspectare a proprietilor fizico-chimice ale fluidelor i aditivilor, spre a putea avea sigurana c fluidul este capabil s-i ndeplineasc rolul proiectat. Ea implic cunoaterea i alegerea tehnicilor prelevare a probelor i a metodelor de analiz ale uleiurilor minerale adecvate condiiilor locale din fiecare companie.Fluidele sunt alese de proiectant astfel nct proprietile lor s asigure buna funcionare a instalaiei. Orice modificare a proprietilor fluidelor poate duce la degradarea sistemului. ntruct este vorba despre proprieti omogene, prelevarea probelor poate fi executat din orice punct al sistemului. Dei starea fluidului este un parametru important, este bine s se evite a o considera drept unic indicator privind starea instalaiei.Monitorizarea strii sistemului este ndreptat ctre funcionarea normal a mainilor. Realizat prin intermediul strii fluidelor, ea se refer la contaminarea cu particule solide, contaminarea cu umiditate, diluarea fluidelor cu solveni i temperatura sistemului i se bazeaz pe existena, la nivelul fiecrei companii, a unor proceduri foarte clare pentru tehnica i metodele de prelevare a probelor de ulei, funcie de proveniena acestora.Chiar dac fluidul este stabil, prprietile sale ncadrndu-se n limitele normale, e posibil ca sistemul s aib probleme, probleme care se dezvolt exponenial atunci cnd sunt nesupravegheate.Depirea valorilor prescrise pentru oricare din parametrii referitori la gradul de contaminare al fluidului conduce rapid la degradarea fluidelor i eventual la defectarea instalaiilor. Spre deosebire de starea fluidului, care se modific relativ lent, starea mainii se poate modifica rapid i trebuie urmrit curent. Intervalele de monitorizare trebuie stabilite n funcie de sensibilitatea sistemului la o anumit problem a unei maini, precum i de importana sistemului respectiv pentru producia intreprinderii.Punctul i tehnica de prelevare a probelor n cazul monitorizrii strii mainii are o influen major asupra calitii informaiei obinute.Analiza uzurii i avariilor, realizat pe baza unui control sistematic al strii fluidelor i a mainilor, creaz o imagine exact asupra uzurii sistemului. Este nociv s se trag concluzii privind uzura sistemului pe baza rezultatelor obinute cu o singur tehnic analitic. De exemplu, analiza spectrografic simpl poate duce la concluzii eronate, aceast tehnic analitic fiind limitat doar la particule foarte mici i la determinarea elementelor chimice din care acestea sunt alctuite. Concluziile pot fi mbuntite prin nelegerea morfologiei particulelor sau a formei particulelor de uzur. Controlului contaminrii fluidelor se realizeaz parcurgnd urmtoarele etape: Stabilirea nivelelor de contaminare admise, specifice mainii; Atingerea nivelelor de puritate dorite prin excluderea contaminrii i ndeprtarea eventualilor contaminani; Monitorizarea regulat a nivelelor de contaminare, n conformitate cu standardele stabilite.Nivelele de contaminare admise trebuie impuse n acord cu sensibilitatea specific a mainii la contaminare, cu costurile implicate de defeciuni, cu importana procesului i a mediului n care maina funcioneaz. O dat stabilite nivelele de contaminare impuse, activitatea trebuie condus n vederea respectrii acestora.Implementarea controlului contaminrii presupune verificarea nivelului de contaminare ntr-o serie de momente i locaii importante din sistem: verificarea uleiului nou la sosire; verificarea rezervoarelor de stocare a uleiului; verificarea gradului de contaminare a uleiului la intrarea n sistem n timpul schimbrii uleiului; verificarea uleiului n serviciu.Controlul contaminrii fluidelor trebuie nceput nc din rezervorul de stocare a uleiului nou. Dei parametrii omogeni ai uleiului nou sunt normali, acesta este rareori suficient de curat, din punct de vedere al coninutului de particule solide i de umiditate, spre a fi introdus n instalaie, datorit riscului de contaminare n timpul transportului de la productor, al manipulrii n instalaie sau a strii de curenie a rezervorului i a racordurilor i garniturilor acestuia. Toi aceti factori de risc trebuie luai n considerare, verificai, i, pe ct posibil, eliminai.Controlul eficient al contaminrii uleiului necesit standarde clare, stabilite conform necesitilor utilizatorului. Uleiul nou trebuie testat conform acestor standarde, mai ales n ceea ce privete coninutul de particule solide i de umiditate, i returnat productorului n cazul n care nu este corespunztor.O dat recepionat i acceptat un ulei, meninerea calitii sale intr n responsabilitatea utilizatorului. Acesta trebuie s asigure condiii necontaminante pentru pstrarea i manipularea uleiului. Uneori este necesar introducerea unor sisteme de filtrare i a unei aparaturi corespunztoare pentru detectarea particulelor solide i a umiditii, spre a asigura controlul proceselor menionate. De asemenea, n cazul reparaiilor i schimbrii unor componente ale sistemului, trebuiesc luate msuri speciale pentru etaneizarea corect a sistemului i neintroducerea de contaminani o dat cu noile componente. Gradul de curenie al acestora trebuie verificat atent nainte de folosire.Monitorizarea strii echipamentelor i instalaiilor presupune prelevarea i analizarea, dup un program bine stabilit, a probelor de ulei. Executat corect, acest program de analize ofer informaii din timp n ceea ce privete starea mainilor i a uleiului nsui. Aceste informaii reduc frecvena avariilor i implicit costurile reparaiilor capitale cu mii de dolari. Prelevarea probelor de ulei constituie o component hotrtoare a analizei uleiurilor, acurateea prelevrii acestora fiind determinant asupra calitii informaiei obinute. n funcie de tehnicile folosite, analiza uleiurilor permite monitorizarea vitezelor de uzur ale componentelor lubrifiate, precum i vscozitatea uleiului i eforturile tangeniale. Se poate determina intervalul optim de evacuare i schimbare a uleiului i se pot evita reparaii care nu sunt necesare. Reparaiile minore pot fi realizate nainte ca ele s devin probleme mari, ceea ce pentru managerul responsabil cu ntreinerea nseamn c poate planifica mai bine timpii de oprire a instalaiilor i poate scurta durata reparaiilor.Mentenana uleiurilor minerale presupune: proiectarea conceptului de mentenan a uleiurilor (ca parte a activitii de mentenan a instalaiilor industriale) pentru condiiile specifice fiecrei companii, de ctre un consultant specializat. n acest sens, companiile i pot asigura consultana n domeniul mentenanei uleiurilor prin contracte de prestri servicii; activitatea de monitorizare a calitii uleiurilor, presupune adoptarea unor tehnici de prelevare a probelor i a unor metode analitice pentru urmrirea gradului lor de puritate i crearea unei infrastructuri de laborator la nivelul companiei care aplic mentenana uleiurilor; activitatea de profilaxie a uleiurilor, prin purificarea acestora pe baza unui program stabilit prin conceptul de mentenan adoptat. Instalaiile pentru purificarea i reabilitarea uleiurilor nu trebuie s fie neaprat proprietatea beneficiarului, ci a prestatorului de servicii care execut periodic lucrrile de profilaxie pe baza conceptului de mentenan stabilit. Consultantul care proiecteaz conceptul de mentenan a uleiurilor este, de regul, aceeai companie cu prestatorul serviciilor profilactice.

2.caracteristici fizico chimice ale uleiurilor minerale2.1.Clasificarea uleiurilor mineraleUleiurile minerale constituie o categorie deosebit de fluide utilizate n tehnic, datorit proprietilor fizico-chimice speciale pe care le posed. Aceste fluide, vitale pentru funcionarea normal a majoritii echipamentelor mecanice sau electrice, pot fi clasificate dup mai multe criterii, cum sunt proveniena, compoziia chimic sau utilizarea lor.O clasificare a uleiurilor minerale este prezentat in tabelul 2.1.Tabelul 2.1Clasificarea uleiurilor mineraleCriteriu de clasificare

ProvenienCompoziie chimicUtilizare

Uleiuri naturale Uleiuri parafinoase Uleiuri naftenice Uleiuri aromatice Uleiuri lubrifiante Uleiuri hidraulice Uleiuri dielectrice (de transformator)

Uleiuri sintetice Poli--olefine Esteri Poliolefinglicoli (polietilen- i polipropilenglicoli, polixirani, etc) Derivai halogenai (polialchileteri perfluorurai PFPE, bifenili policlorurai PCB,difluoretene policlorurate, etc) Derivai ai siliciului (siloxani, silani tetraalchilai, esteri ai acizilor silicici)

2.2. Structura chimica a uleiurilor mineraleUleiurile minerale naturale sunt amestecuri de hidrocarburi saturate liniare i ciclice, nesaturate i aromatice mono- sau polinucleare, n diverse proporii. Structurile de baz ale acestor clase de hidrocarburi sunt prezentate n figura 2.1:

Figura 2.1.: Structura hidrocarburilor ce formeaz uleiurile minerale naturale

Hidrocarburile parafinice sunt hidrocarburi saturate cu catene liniare (normal-alcani) sau ramificate (izo-alcani). N - alcanii fac parte din clasa cerurilor. Prezena acestora afecteaz fluiditatea uleiurilor la temperaturi sczute, apropiate de punctul de tulbureal. La temperaturi inferioare acestui punct, comportamentul reologic al uleiurilor coninnd ceruri devine ne-newtonian. Din acest motiv, n uleiurile ce se ntrebuineaz la temperaturi joase coninutul de n-alcani trebuie s fie redus.Structura parafinic determin o miscibilitate/solubilitate redus a apei i a produilor de oxidare din uleiuri, ceea ce poate duce la precipitarea nmolurilor n ulei (de pild n transformatoare)Uleiurile parafinice au o stabilitate termic mai redus dect cele naftenice sau aromatice.Avantajul uleiurilor parafinice este indicele lor de viscozitate ridicat.Structurile naftenice (coninnd hidrocarburi ciclice saturate C5-7) au o solubilitate mai bun dect n-alcanii i proprieti excelente la temperaturi sczute.Moleculele aromatice mono - sau polinucleare sunt complet diferite de cele parafinice sau naftenice, att structural, ct i din punctul de vedere fizico-chimic. Ele conin aproape tot sulful i azotul prezent n uleiuri i sunt prezente n toate uleiurile de transformator. Hidrocarburile aromatice mononucleare din uleiurile de transformator sunt ntotdeauna alchilate. Ele au n general bune proprieti electrice i o bun putere de absorbie a gazelor. Sunt de asemenea relativ stabile la oxidare.Coninutul de hidrocarburi aromatice polinucleare este cu att mai mare cu ct intervalul de fierbere al uleiului este mai nalt.Prezena hidrocarburilor aromatice polinucleare n uleiurile de transformator are att efecte favorabile, ct i nefavorabile.ntre efectele favorabile, amintim: inhibarea proceselor de oxidare, datorit fenolilor care rezult din aceste procese, i care acioneaz ca distrugtori de radicali liberi, inhibnd astfel procesele ulterioare de oxidare radicalic; capacitatea de absorbie a gazelor superioar celei a hidrocarburilor aromatice mononucleare.Efectele nedorite ale acestei categorii de hidrocarburi prezente n uleiuri sunt: efect negativ asupra unor proprieti de natur electric, cum ar fi impulsul prin oc de tensiune, n cmp electric; efecte cancerigene.

Figura 2.2.: Structura unei molecule tipice de ulei mineral natural

O molecul tipic de ulei mineral natural este ilustrat n figura 2.2. Structura poate fi determinat prin metode de analiz instrumental, de pild spectroscopie n infrarou (IR).Heteoroatomii prezeni n structura uleiurilor minerale sunt azotul, sulful i oxigenul. Structura general a moleculelor coninnd heteroatomi prezente n uleiuri este cea din figura 2.3.

Figura 2.3.: Structuri de molecule cu heteroatomi din uleiurile minerale

Moleculele coninnd azot pot avea caracter bazic, atunci cnd ele conin un atom de azot care mai are o pereche de electroni liberi (chinilone, piridine) sau nu, atunci cnd atomul de azot prezent nu are alectroni liberi (carbazoli, piroli). Moleculele de acest tip sunt prezentate n figura 2.4.Coninutul de azot al uleiului mineral este redus (ppm), dar cu efecte importante asupra proprietilor uleiului.Compuii cu azot sunt purttori de sarcin n cmp electric. Unii dintre acetia acioneaz ca iniiatori de oxidare, astfel nct cteva ppm de compus bazic cu azot pot distruge stabilitatea la oxidare a unui ulei.Compuii cu azot pot aciona ca ageni de pasivare ai cuprului sau ai altor metale, sau ca inhibitori.

Fig. 2.4.: Structuri tipice de compui cu azot din uleiurile minerale

Prezena compuilor cu sulf poate avea att efecte pozitive ct i negative asupra uleiului. Unii compui cu sulf pot determina procese de coroziune n prezena cuprului i argintului. Ei pot ns determina i ncetinirea unor procese de oxidare, prin distrugerea peroxizilor.Exemple de compui cu sulf prezeni n uleiuri sunt tiofenii, carbazolii i sulfurile. Prezena compuilor cu sulf n uleiuri poate avea efecte corozive asupra cuprului, deoarece mercaptanii sunt produi intermediari n procesele de oxidare.Uleiurile de baz noi au un coninut redus de oxigen ca heteroatom. Uleiurile uzate ns au coninut mai ridicat de oxigen legat chimic, datorit prezenei produilor proceselor de oxidare pe care le-au suferit, ca de pild acizi, cetone i fenoli. Dintre aceti compui, fenolii pot aciona ca inhibitori ai proceselor radicalice, prin distrugerea radicalilor liberi.Apa este i ea un produs de oxidare care are o aciune foarte distructiv n uleiuri i poate duce de pild la deteriorarea rapid a izolaiei de hrtie a transformatoarelor. Unele din moleculele produilor de oxidare sunt molecule puternic polare, care datorit procesului de orientare n cmp electric pot determina scderi ale intensitii cmpului electric.Un exemplu de compoziie a unui ulei mineral de baz tipic este prezentat n tabelul 2.2.Tabelul 2.2Compoziia uleiului mineral de bazComponentUM(Metoda de determinare)Cantitate

Alcani normali, %0,05-15

CA %(Metoda Spectrooscopie IR)4-25

CP42-66

CNPn la 100%

Compui aromatici polinucleari%(Metoda HPLC)>2

Sulf %(Metoda raze X)1-2

Azot, ppm70-600

Oxigen mgKOH/g0,05-2

Uleiurile cu un coninut de parafine CP = 42 50% pot fi considerate naftenice, cele cu CP = 50-56 % uleiuri intermediare, iar cele cu CP = 56-65 % uleiuri parafinoase.Dei nu exist o diferen foarte mare n ceea ce privete compoziia de hidrocarburi a uleiurilor de transformator fa de uleiurile de baz, pe baza determinrilor de compoziie prin spectroscopie IR se poate afirma c primele pot fi clasificate drept uleiuri naftenice, iar cele de baz drept uleiuri parafinice.2.3. proprietati fizico chimice ale uleiurilor mineralePentru a face fa n condiii optime utilizrii lor ca lubrifiani, uleiuri hidraulice, ageni de rcire, fluide izolatoare i nu n ultimul rnd de purttori de informaii privind starea sistemului pe care l deservesc, uleiurile minerale trebuie s ndeplineasc o serie de proprieti fizico-chimice. Aceste proprieti sunt fixate cu ajutorul normativelor de calitate a uleiurilor.n practica industrial curent se ntlnesc patru categorii de normative de calitate: standarde internaionale: IEC, ISO specificaii/standarde naionale: STAS, BS, VDE, ASTM, etc specificaii ale productorilor de uleiuri, ABB, GEC-Alsthom, Mobil, etc specificaii ale utilizatorilor de uleiuri: PEDac cerinele stabilite prin standarde sunt generale, specificaiile naionale, specificaiile productorilor i cele ale utilizatorilor sunt particularizate i difer n funie de interesele urmrite de acetia.Tabelul 2.3 prezint cerine internaionale pentru unele proprieti fizice ale uleiurilor minerale.Tabel 2.3Proprieti fizice ale uleiurilor mineraleProprietate UMStandard

IEC 296 (Class II) ASTM D 3487 BS 148/84

Densitate la 20 o C g/cm30.895 0.91 0.895

Viscozitate la 40 o C mm2/s11.0 12.0 11.0

Viscozitate la -30 o Cmm2/s 18001800

Punct de congelare o C-45 --40 --45

Punct de inflamabilitate o C130 130

Indice neutralizare mg KOH/g 0.03 0.03 0.03

Proprieti de gazieificarel/min 1305

Coninut de antioxidani n uleiuri fr inhibitori %nedetectabil0.08 nedetectabil

Coninut de ap ppm30-40 * 2 35 30-40

Tensiune superficial mN/m40

Tensiune de strpungere ca atare kV30 30

Tensiune de strpungere ulei tratatkV50 70 * 3

Factor de pirderi dielectrice la 90 o C 0.005 0.003 0.005

Stabilitate la oxidare Nu exist cerine comparabile

2.3.1. Proprietati fizice2.3.1.1. DensitateaDensitatea uleiurilor minerale depinde de compoziia chimic a acestora i de temperatur. Uleiurile cu un coninut mai mare de compui aromatici au densitatea mai mare dect cele naftenice sau parafinice.Variaia densitii uleiurilor minerale cu temperatura se admite a fi determinat folosind un coeficient standard de corecie de 0.00065/C. 2.3.1.2. ViscozitateaViscozitatea este o proprietate fizic important prin influena pe care o exercit asupra nsuirilor de lubrifant, agent de rcire sau fluid izolator a uleiurilor minerale. De pild rcirea realizat cu ulei este cu att mai eficient cu ct viscozitatea uleiului este mai mic.Uleiurile curent folosite n tehnic au o viscozitate cinematic de 9 10 mm2/s.Viscozitatea depinde de temperatur, anume scade cu creterea temperaturii. Aceast variaie se cuantific prin utilizarea noiunii de indice de viscozitate, a crui valoare este cu att mai ridicat cu ct viscozitatea scade mai puin pe un interval larg de temperatur. n aplicaiile de lubrifiere este recomandabil folosirea unor uleiuri cu indice de viscozitate ridicat, n timp ce n cele de rcire, este de preferat folosirea unor uleiuri cu indice de viscozitate sczut.Uleiurile parafinice au un indice de viscozitate mai ridicat dect cele naftenice, dei viscozitatea lor cinematic nu difer n mod esenial.2.3.1.3. Volatilitatea si punctul de inflamabilitateVolatilitatea se definete, conform ASTM D972, ca fiind pierderea de mas a unui ulei dup 22 h de nczire a acestuia la 107 oC.Punctul de inflamabilitate se atinge atunci cnd, prin evaporare, a fost generat o cantitate suficient de vapori de ulei nct s formeze um amestec inflamabil deasupra uleiului. Importana cunoaterii punctului de inflamabilitate ine de motive de securitate a incintelor unde uleiul este pstrat sau manipulat. Punctul de inflamabilitate este determinat de coninutul de componeni uori din uleiuri i este foarte sensibil la prezena unor contaminani de tipul petrol lampant sau benzine.2.3.1.4. Dependenta viscozitatii si punctului de inflamabilitate de intervalul de fierbere al uleiurilorViscozitatea unui ulei este cu att mai mare cu ct intervalul de fierbere a respectivului ulei este situat mai sus. Un ulei parafinos va avea un interval de fierbere mai nalt dect un ulei naftenic de aceeai viscozitate. Pe de alt parte, un ulei parafinos, avnd un interval de fierbere similar unui ulei naftenic, va avea o viscozitate mai mic, datorit mobilitii mai mari a moleculelor parafinice. Punctul de inflamabilitate este determinat n zonele inferioare ale intervalului de fierbere i evident, cu ct coninutul de produi uori din ulei este mai mare, punctul de inflamabilitate va fi mai sczut.2.3.1.5. Tensiunea superficialaTensiunea superficial a uleiurilor reprezint fora exercitat pe unitatea de lungime a intefeei ulei - ap i depinde de numrul gruprilor funcionale polare prezente n ulei. De aceea, poate fi o variant de detectare a produilor de oxidare n ulei i deci a strii uleiului respectiv.Un ulei curat, pus n contact cu apa, va pluti la suprafaa acesteia, formnd o interfa net. Tensiunea superficial este pentru uleiul pur de cca 40 50 dyn/cm.Pe msur ce uleiul mbtrnete, se contamineaz cu produi de oxidare i cu particule de celuloz provenind din izolaia transformatorului. Aceti contaminani polari scad tensiunea superficial a uleiului, cu att mai mult cu ct concentraia lor n ulei este mai mare.

Figura 2.5.: Determinarea limitei normale de serviciu a unui ulei mineral

Tensiunea superficial, mpreun cu indicele de aciditate, ofer indicaii excelente privitoare la momentul n care uleiul trebuie supus unei operaii de purificare. Se recomand reabilitarea uleiurilor cnd tensiunea lor superficial scade sub 25 dyn/cm, pentru a preveni formarea nmolurilor, care ncepe la cca 22 dyn/cm. Relaia ntre tensiunea superficial, indicele de aciditate i durata de serviciu a unui transformator este reprezentat n figura 2.5.(AIEE Transaction, 1955)2.3.1.6. Capacitatea de solubilizareProprietile de solvent ale uleiurilor minerale pot fi cuantificate prin intermediul punctului de anilin. Acesta se definete ca fiind temperatura cea mai joas la care un ulei mineral este complet miscibil cu anilina.Capacitatea de solubilizare a unui ulei este cu att mai mare cu ct punctul de anilin este mai sczut, deci uleiurile care sunt cei mai buni solveni sunt uleiurile naftenice, dup cum rezult din tabelul 2.4.Tabelul 2.4.Puncte de anilinTip de uleiPunct de anilin [0C]

Ulei hidrocracat cu IV foarte mare126

Ulei poli--olefinic120

Ulei hidrocracat cu IV mare110

Ulei parafinos96

Ulei naftenic71

2.3.2. Proprietati chimiceIndicele de aciditateIndicele de aciditate reprezint numrul de mg de KOH necesare pentru neutralizarea acizilor dintr-un gram de ulei mineral.Acest indice este o msur a procesului de oxidare la care sunt supuse uleiurile n timpul duratei lor de serviciu, proces care are ca rezultat formarea unor acizi organici. Acetia au efecte distructive asupra materialelor cu care vin n contact (metale, hrtie izolatoare), iar reacia lor cu aceste materiale genereaz substane solide care precipit sub form de nmoluri. Produii de oxidare din categoria compuilor carbonilici sufer procese de polimerizare, care conduc i ele la apariia lamuriloe (nmolurilor).Uleiurile noi au un indice de aciditate de cca 0,05. Valoarea indicelui de aciditate la uleiurile folosite crete o dat cu avansarea procesului de oxidare. Dup cum rezult din figura 2.5, este de ateptat ca uleiurile a croro indice de aciditate depete 0,15 s sufere procese de oxidare mai intense, ceea ce conduce la creterea rapid a indicelui de aciditate. Uleiurile cu indice de aciditate care tinde spre 0,4, unde ncep s se depun lamurile, trebuiesc scoase din uz i supuse unor procese de regnerare.Indicele de aciditate este proporional cu cantitatea de oxigen absorbit de ulei. Se estimeaz c pentru a atinge un indice de aciditate de 0,4, a fost absorbit n ulei 0,0015 m3/l de oxigen.Se estimeaz de asemeni c urmtoarele tipuri constructive de transformatoare au duratele de via indicate mai jos: Transformatoare deschise 10 ani Transfromatoare cu conservator15 ani Transformatoare etane50 ani Transformatoare cu pern de azot67 aniRelaia dintre durata de serviciu i indicele de aciditate este ilustrat n figura 2.5.

CoroziuneaIndicele de coroziune al unui ulei se determin ca scderea n greutate a unei folii de cupru sau de argint, imersat n ulei la 140 0C. Este un parametru important, indicnd cantitativ comportamentul distructiv. Al uleiului fa de diverse metale cu care vine n contact.Stabilitatea la oxidareDatorit compoziiei lor chimice i a faptului c orice ulei conine mici cantiti de aer (coninut n oxigen de 0,05 0,25 % vol.), chiar dup ce au fost supuse unui proces de degazare, uleiurile sunt sensibile la oxidare.Procesul de oxidare este influenat de trei categorii de factori: Tipurile de hidrocarburi din ulei Cantitatea de oxigen prezent Temperatura Cele mai sensibile la oxidare sunt resturile de hidrocarburi nesaturate, iar cele mai stabile sunt cele aromatice.Temperatura influeneaz n mod important procesul, o cretere de 10 grd. Putnd cauza dublarea vitezei procesului de oxidare i implicit scderea la jumtate a duratei de serviciu a uleiurilor.Mecanismul procesului de oxidare a hodrocarburilor este un mecanism radicalic i se desfoar n urmtoarele etape: Formarea radicalilor liberi, decurgnd sub influena cldurii, a radiaiilor UV, a cmpului electric de mare intensitate sau a eforturilor tangeniale. Etapa de iniiere este esenial, are loc n orice ulei:RH R* + H* (1) Formarea radicalilor peroxidici, prin reacia dintre radicalii liberi hidrocarbonai i oxigen:R* + O2 ROO*(2) Radicalii peroxidici instabili reacioneaz cu o nou molecul de hidrocarbur, rezultnd hidroperoxizi i noi radicali liberi de hirocarbur:ROO* + RH ROOH + R*(3) Descompunerea peroxizilor, produi instabili, conduce la formarea de noi radicali liberi i de produi de oxidare din categoria alcoolilor, compuilor carbonilici i a acizilor organici.ROOH RO* + HO*(4)RO* + RH ROH + R*(5)ROH + [O] RCH=O (aldehide) + [O] R-COOH (acizi organici)R2C=O (cetone) + [O] Produii de oxidare sufer reacii de policondensare, ceea ce conduce la formarea unor lamuri din compui de policondensare sau polimerizare, i implicit la degradarea proprietilor utile ale uleiurilor.Procesul de oxidare poate fi inhibat de dou categorii de antioxidani: inhibitori care distrug radicalii liberi i inhibitori care distrug peroxizii.Primii, fenoli sau amine, stabilizeaz radicalii liberi furnizndu-le un atom de hidrogen:ROO* + XH ROOH + X*A doua categorie de inhibitori, amine sau compui cu sulf, descompun peroxizii n compui mai stabili, prevenind astfel formarea unor noi radicali liberi:ROOH + X ROH + XO Procesul de oxidare al uleiurilor este catalizat de diveri ioni metalici compleci, prezeni n uleiuri.Uleiurile comerciale sunt divizate n dou categorii: uleiuri cu adaos de inhibitori i uleiuri fr adaos de inhibitori.n figura 2.6 se prezint comportamentul la oxidare a diverse tipuri de uleiuri.Curba A prezint comportamentul unui ulei pur, care nu conine nimic ce ar putea stopa procesul de oxidare. La sfritul procesului, uleiul va conine o mare cantitate de acizi organici i de produi de oxidare, sub forma unui lam glbui, prezentnd o cretere a viscozitii.Curba B reprezint comportamentul la oxidare a unui ulei care conine inhibitori naturali. La nceputul oxidrii, inhibitorii naturali care distrug peroxizii stopeaz formarea de radicali liberi din peroxizi. Dup un timp, sunt produse molecule care distrug radicalii liberi, molecule din clasa compuilor aromatici polinucleari. Prin oxidarea acestora rezult fenoli foarte reacitvi. Nmolul rezultat este negru.Curba C reprezint ceea ce se petrece cu un ulei care conine ca inhibitor doar fenol. Acesta se consum n timp, iar procesul de oxidare sufer o accelerare de acelai tip cu situaia A, a unui ulei pur.Curba D descrie un ulei ce conine att inhibitori naturali, ct i sintetici.

Figura 2.6.: Comportamentul la oxidare a unor uleiuri mineraleCurba E arat existena peroxizilor produi ntr-un ulei neinhibat (tip B)

2.3.2.4.Tendinta de gazeificaren transformatoarele electrice cu ulei supuse unor descrcri pariale au loc ntotdeauna procese de gazeificare. Acestea constau n ruperea unor fragmente mici de molecule de hidrocarbur, datorit energiei nalte pe care o ating unele molecule n timpul descrcrii pariale a transformatorului. n felul acesta se formeaz hidrogen i metan.Dac se formeaz cantiti mari de gaze, iar acestea nu pot ptsi transformatorul din cauza construciei acestuia, bulele de gaz formate pot fi periculoase pentru aparat. Acestea pot determina fenomene de strpungere, din cauza proprietilor lor izolatoare slabe.Problema se rezolv n transformatoarele moderne prin descrcarea lor parial n atmosfer i printr-o bun circulaie a uleiului sau prin folosirea unor uleiuri cu capacitate mare de absorbie a gazelor.

2.3.3. Proprietati electrice

Tensiunea de strapungereEste o proprietate care depinde de cantitatea i tipul de particule solide prezente n ulei, deconinutul de ap al ulriului i de asemeni de tehnica de msurare. Conform IEC 156, se folosesc doi electrozi semisferici situai la o distan de 2,5 mm, iar tensiunea dintre acetia este crecut treptat cu 2kV/s, pn apare strpungerea. Rezultatul final este media a ase determinri, din cauza slabei reproductibiliti a metodei.Tensiunea de strpungere este o indicaie a gradului de puritate a uleiului prin faptul c valoarea sa este deosebit de sensibil la ndeprtarea apei, gazelor sau/i a particulelor din ulei, dup cum se poate observa din figura 2.7. n urma purificrii, valoarea tensiunii de strpungere poate crete cu mai mult de 70 kV.Este de asemeni interesant de notat c un lei cu capacitate mare de solvatare va solubiliza parte din produii de oxidare, micornd astfel coninutul de solide al uleiului uzat, n favoarea valorii tensiunii de strpungere.Uleiurile naftenice, avnd o capacitatea de solvatare mai mare prezint tensiuni de strpungere superioare celor ale uleiurilor parafinoase.

Figura 2.7.: Variaia tensiunii de strpungere funcie de coninutul de ap al uleiuluiFactorul de disipare dielectrica (tangenta )Este o proprietate important a uleiurilor de transformator, valoarea sa fiind dependent de coninutul de ioni din ulei. O cantitate infim (ppm) de compui ionici prezent n ulei determin deteriorarea important a tan .Apa propriu-zis nu afecteaz factorul de disipare dielectric, dar poate participa la formarea unor compleci stabili cu produi de oxidare sau alte impuriti ionice, conducnd la valori ridicate ale tan .Cnd un ulei ncepe s se deterioreze prin oxidare, la nceputul procesului tan crete, ca dup un timp s scad. Explicaia const probabil n faptul c, la nceputul procesului de oxidare, peroxizii formeaz compleci ionici cu metale, ceea ce se traduce prin creterea tan . Peroxizii se descompun n continuare n noi radicali liberi, formnd produi de oxidare neionici, iar tan a uleiului scade. Dup etapa iniial, rezult ca produi finali de oxidare acizi i esteri organici, avnd caracter ionic, ceea ce conduce la o nou cretere a tan .Valorile normale ale unui ulei nou sunt 0,001 la 900C i 50-60 Hz.Tensiunea de strapungere la impulsEste o proprietate care este legat de compoziia n hidrocarburi a uleiului, nu de coninutul de impuriti al acestuia, i este gndit s simuleze efectul unui fulger asupra transformatorului.Uleiurile cu coninut mai mare de hidrocarburi aromatice au o tensiune de strpungere la impuls mai ridicat. Specificaia ASTM stabilete o valoare 145 kV.4.2.1. Uleiuri de turbinaUleiurile de turbin sunt uleiuri minerale de calitate superioar, din clasa uleiurilor lubrifiante, avnd n compoziie inhibitori de coroziune i inhibitori de oxidare. Aceste uleiuri nu trebuie s conin aditivi pentru mbuntirea indicelui de viscozitate. Compoziia uleiurilor de turbin este caracterizat de procente ridicate de hidrocarburi saturate i procente mici de hidrocarburi aromatice, compui cu sulf i compui cu azot, ele fiind uleiuri de tip parafinic.Uleiurile de turbin sunt fie uleiuri minerale obinute prin procedee convenionale, fie prin hidroprocesare. Uleiurile convenionale sunt solveni mai buni dect cele hidroprocesate, ceea ce conduce la o retenie superioar a aditivilor, precum i la o capacitate mai mare de dizolvare a produilor de oxidare, evitndu-se formarea i depunerea lamurilor. Uleiurile minerale hidroprocesate au o stabilitate la oxidare mai mare. Compoziia lor este astfel gndit nct s nu emulsioneze cu apa i s permit sedimentarea eventualelor particule solide cu care sunt contaminate n timpul funcionrii. n acest sens, ele nu trebuie s fie aditivate cu detergeni sau ali ageni de dispersie.Stabilitatea la oxidare a acestor uleiuri este influenat de contaminarea lor cu ap i cu particule solide metalice.Apa poate s ptrund n ulei att din motive externe, cum ar fi deficiene de etanare, ct i ca produs al reaciilor de oxidare la care este supus uleiul n timpul funcionrii.Particulele solide metalice apar n general ca rezultat al proceselor de uzur mecanic sau coroziv a mainii.Supuse unui proces de monitorizare a proprietilor lor fizico-chimice i unor msuri de mentenan adecvate, durata de serviciu a uleiurilor de turbin poate ajunge la cca. 30 ani.Mentenana uleiurilor de turbin se realizeaz prin supunerea lor periodic unor procese fizice de filtrare grosier i fin i de deshidratare.Proprietile fizice care caracterizeaz uleiurile de turbin noi sunt standardizate prin standarde de calitate internaionale i romneti i sunt sistematizate i prezentate comparativ, mpreun cu standardele de calitate i cele analitice, n tabelul 4.4.n momentul actual, regulile de recepie, gospodrire, depozitare, transport, manipulare i control analitic pentru uleiurile de turbin n industria energetic sunt statuate prin PE 214/91 Regulament de exploatare pentru uleiurile de turbin

29

Tabel 4.4.Valori standardizate ale proprietilor fizice ale unor uleiuri de turbinNr.crt.Proprietate

UMStandard de calitateStandard analitic

internaionalromnInter-naio-nalISO/DINRomnSTAS

ISO 8069/1997SR 13202/1993

Tip ulei

Cu dezaerareFr dezaerareTbA 32ETbA 46ETbA 57E

Clasa de viscozitate cf. ISO 3448324668324668

01

2345678910111213

1Viscozitatea cinematic la400 CcSt28,841,461,228,841,461,228,841,4523104117

2Indice de viscozitate min.806095290955/I

3Punct de curgere, max.0 C-6-6-330166170

4Densitate la 15 0 Ckg/m3comunicarecomunicare885890890365735

5Punct de inflamabilitateMetoda Cleveland0 C1771772002052105489

2592

Metoda Pensky-Martens1651652719

6Indice de aciditate total (IAT)mg KOH/gComunicareIAT iniial = f( aditivi)ComunicareIAT iniial = f( aditivi)6618

7SpumareSecvena I 24 0 Cml450/nul400/nul400/nul62774723

Secvena II 93,5 0 Cml100/nul100/nul50/nul

Secvena III 24 0 Cml450/nul400/nul400/nul

8Durata de dezaerare la 50 0 Cmin568--51 381-

9Coroziune pe OL (24 h)-Fr urme de rugin comunicareFr urme de ruginFr urme de rugin71208441/II

Continuare Tabel 4.4

012345678910111213

10Coroziune pe cupru 3 h, 100 0 C1b1b-2160-

11Durata de separare a apei- metoda Is300300360300---51 589I-

- metoda II 3 ml. emulsiemin3030253030661456/II

12Stabilitate la oxidare1) Aciditate total max

lam maxmg KOH/g% (m/m)

1,80,4

1,80,4

1,80,4

1,80,4

1,80,4

1,80,4

7624

2) Durat de oxidare, la indice de aciditate de min. 2h

200020001500200020002000

4263

3) determinare cu bomba rotativmin.-------240-8930

13

Rezistena de oxidare n timp:- dup 1000 h------Ulei clar, apa se separ fr depunere pe catalizator-9848

- dup 2000 h, IN max. [mg KOH/g]------20,52-

- dup 3500 h, IN max. [mg KOH/g]-------2--

14Indice de neutralizare (IN)mg KOH/g------0,1-23/II

15Punct de anilin, min.0 C------98-178/I

16Coninut de ap i sediment------lips-24/I

17Comportare la depozitare- acizi minerali------lips-9746

4.2.2. Uleiuri electroizolanteUleiurile de transformator sunt uleiuri naftenice i conin un procent ridicat de hidrocarburi aromatice mono- i polinucleare.Hidrocarburile aromatice mononucleare din uleiurile de transformator sunt ntotdeauna alchilate. Ele au n general bune proprieti electrice i o bun putere de absorbie a gazelor. Sunt de asemenea relativ stabile la oxidare.Coninutul de hidrocarburi aromatice polinucleare este cu att mai mare cu ct intervalul de fierbere al uleiului este situat mai sus.Prezena hidrocarburilor aromatice polinucleare n uleiurile de transformator are att efecte favorabile, ct i nefavorabile.ntre efectele favorabile, amintim:1. inhibarea proceselor de oxidare, datorit fenolilor care rezult din aceste procese, i care acioneaz ca distrugtori de radicali liberi, inhibnd astfel procesele ulterioare de oxidare radicalic1. capacitate de absorbie a gazelor superioar celei a hidrocarburilor aromatice mononucleare.Efectele nedorite ale acestei categorii de hidrocarburi prezente n uleiuri sunt:1. n cmp electric au un efect negativ asupra unor proprieti de natur electric, cum ar fi impulsul prin oc de tensiune 1. efecte cancerigene.Proprietile fizice care caracterizeaz uleiurile de transformator noi sunt standardizate prin standarde de calitate internaionale i romneti i sunt sistematizate i prezentate comparativ, mpreun cu standardele de calitate i cele analitice, n tabelul 4.5.Regulile de recepie, gospodrire, depozitare, transport, manipulare i control analitic pentru uleiurile electroizolante sunt statuate prin PE 129/99 Regulament de exploatare tehnic a uleiurilor electroizolante.Tabel 4.5Valori standardizate ale proprietilor fizico-chimice ale unor uleiuri electroizolanteNr. Crt.ProprietateUMNorm de calitateStandard analitic

internaionalRomneascInternaionalASTMRomneasc sau asimilat

ASTM D3487NI Astra Romn 39/1999NI Astra Romn 57/1999

Tr 25ATr 30.01

01234567

Proprieti fizice

1Punct de anilin0C63-8478 - 8270 - 82D 611SR ISO 297

2AspectlimpedeLimpedelimpedeD 1524ISO 2049

3CuloareUniti ASTM0,51D 1500STAS 34

4Punct de inflamabilitate0C145145145D 92STAS 5489

5Tensiune superficial la 25 0C, min.Dyn/cm404040D 971STAS 9654

6Punct de curgere, min.0C-40-40-40D 97STAS 39

18Punct de autoaprindere, min.280 0CASTM E 659

7Densitate la 15 0C, max.Kg/m3890890STAS 35

8Viscozitate, max. la100 0CcSt3,019-25/20 0C19 24/20 0CD 445 ;D 88SR ISO 3104

40 0C12,08,58,5

0 0C76,0800/-150C800/-150C

9Punct de tulburare , max.0C- 20-20SR EN 23015

10Indice de refracie1,48001,4890SR 7573

11Cldur specific la 20 0CKJ/kg.grd1,51,5Anex PE 129/99

12Conductibilitate termic la 20 0CW/m.grd0,150,1Anex PE 129/99

13Coeficient de dilatare termic0,000750,0001Anex PE 129/99

14Indice de polarizare, max.0,010,01Anex PE 129/99

15Nr. de particule > 5 m/100 ml, max.3500/rezervor3500/rezervorCEI 970, ISO 4406

16Capacitate de biodegradabilitatecorespundecorespundeISO 9408

17ToxicitatenetoxicnetoxicSR 13126

Continuare tabel 4.5

01234567

Proprieti electrice

19Tensiune de strpungere la 60 H,Electrod discUlei ca atarekV303535D 877SR EN 60156

Ulei tratat6060

20Tensiune de strpungere, condiii de impulskV/cm145150140D 2300CEI 897

21Pierderi dielectrice (Tan )La 25 0C0,05D 924

SR CEI 247

La 90 0C0,300,0050,004

22Permitivitate dielectric relativ La 20 0C2,1 2,22,1 2,2SR CEI 247

La 90 0C2,1 2,32,1 2,3

23Rezistivitate de volum la 20 0C, 500 Vcc, min..cm4.10144.1014SR CEI 247

24Tendin de gazeificare, maxmm3/min158,58D 2300Sr CEI 60628A

Proprieti chimice

25Stabilitate la oxidare 72 hlam, maxIAT, max bomba rotativ, min.%mg KOH/gminute0,150,5195Nedetectabil0,13000,10,3D 2440

D 2112STAS 2798/1

STAS 8930

26IATmg KOH/g0,030,030,03D 974STAS 93

27Inhibitori de oxidare%0,080,3 lipsD 1473SR CEI 60666

28Sulf coroziv%necorozivnecorozivlipsD 1275SR 11606

Sulf total%0,10,25STAS 119

Coninut de sulfai i cloruri%lipslipsASTM D 878

29Coninut de ap, max.ppm353030D 1533SR CEI 814

30Coninut PCB (bifenil policlorurat)ppmlipslipslipsD 4059DIN 51527

31Coninut deCarbon aromaticCarbon parafinicCarbon naftenic%%%5 748 5735 -407,5 1150 5535 - 45ASTM D2140

32Hidrocarburi aromatice polinucleare%2,53IP 348

33Substane insolubile in n-heptan%lipslipsSTAS 10632

contaminanti ai uleiurilor minerale ; mijloace de atenuare a contaminariiContaminaii uleiurilor minerale pot fi definii ca orice fel de substan sau energie nedorit care intr n contact cu uleiurile. Contaminanii pot aprea n diverse forme, din afara sau din interiorul sistemelor folosind uleiuri minerale, unii fiind deosebit de distructivi fa de ulei, de aditivii acestuia i de suprafeele echipamentelor. Sunt adesea considerai ca surs de avarii, din cauz c impactul lor este de obicei lent i imperceptibil, atacnd echipamentele dinspre interiorul acestora.ntruct nu este nici practic i nici economic s se ncerce eradicarea total a contaminrii uleiurilor minerale, controlul i meninerea nivelului de contaminare al acestora n limite acceptabile este vital pentru fiabilitatea instalaiilor industriale.Contaminanii curent ntlnii n uleiurile minerale utilizate industrial sunt particulele solide, umiditatea, aerul i alte gaze, glicolul, solvenii, detergenii.n prezena contaminanilor, uleiurile hidraulice, de lubrifiere i dielectrice i pierd parial proprietile fizice, chimice i dielectrice i, prin urmare, pot determina avarierea organelor de maina n micare, costuri de ntreinere mari, reducerea duratei de via a organelor de maina, dar i a duratei de serviciu a uleiului.3.1. Contaminarea cu particule solideContaminarea uleiurlor cu particule solide este unanim recunoscut ca avnd efectele cele mai distructive asupra uleiurilor i echipamentelor.Nu este de loc exagerat ca particulele solide din uleiuri s fie considerate ca un grup de sabotori microscopici ai sistemului folosind ulei mineral. Particulele fine sunt mult mai periculoase dect particulele de dimensiuni mari. Acestea ele pot fi purtate de ulei fara a fi detectate un timp ndelungat i, deoarece sunt mai puin friabile dect particulele mari, distrugerile provocate echipamentelelor pot fi importante. Cu toate acestea, muli specialiti n probleme de mentenan au o concepie greit privind relaia dintre dimensiunea particulelor i pagubele pe care le pot produce. Aceast viziune greit se refer la modul de definiie al uleiurilor curate i al celor impurificate cu particule solide, de aceast definiie depinznd cerinele de puritate ce sunt impuse uleiurilor i metodele de meninere a acetor cerine.Pentru definirea cantitativ a gradului de contaminare a unui ulei cu particule solide, metoda cea mai eficient este cea stabilit prin codul ISO. Codul ISO este un sistem universal de reprezentare a concentraiei particulelor solide n ulei innd seama de numrul particulelor de o anumit dimensiune. Codul nlocuiete sisteme complicate de desemnare a numrului de particule prezent ntr-un anumit volum de ulei i implicit a gradului de puritate a uleiului respectiv.Codul ISO introduce noiunea de clas de puritate i folosete un tabel de coresponden (Tabelul 3.1) care stabilete cte particule de o anumit dimensiune corespund unei anumite clase de puritate. Codul const ntr-un ansamblu de dou numere R1/R2: primul numr R1 corespunde, conform tabelului 3.1, numrului de particule mai mari ca 5 m din 100 ml de fluid; al doilea numr R2 corespunde, conform tabelului 3.1, numrului de particule mai mari ca 15 m din 100 ml de fluid.De pild, un fluid din clasa de puritate 13/8 conine 4000 - 8000 particule > 5 m i 130 - 250 particule > 15 m.Codul este standardizat sub forma ISO 4406, standard adoptat i n Romania ca SR ISO 4406, cu aplicare din 1.04.1994.Unele firme specializate n purificarea fluidelor folosesc un cod asemntor codului ISO, care ns specific i numrul de particule mai mari de 2 m. Puritatea fluidelor este deaemnat de un cod de tipul R/ R1/R2, n care R1 i R2 au semnificaia de mai sus, iar R corespunde, conform tabelului 3.1, numrului de particule mai mari de 2 m.

Tabelul 3.1Clase de impurificare conform SR ISO 4406Clasa de contaminareNr. de particule / 100 ml

De laLa

21

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9250500

8130250

764130

63264

51632

Modul de variaie al codului ISO pentru diverse categorii de uleiuri i diverse grade de contaminare ale acestora cu particule este prezentat n tabelul 3.2.

160

48

Tabel 3.2Clase de puritate ale uleiurilor minerale conform ISO 4406

Tip de uleiClasa de contaminare ISO 4406

11/712/914/1116/1318/1520/1722/1924/21

Uleiuri hidrauliceFoarte curateCurateImpu-rificate

Ulei de angrenajeFoarte curateCurate

Lubrifiani autoFoarte curateCurateImpu-rificate

Ulei de turbinaFoarte curateCurateImpu-rificate

Ulei de transformatorCurateImpu-rificate

Cteva din cile de acces ale contaminanilor particulai n sistemele folosind uleiuri minerale sunt enumerate mai jos: supape i aerisiri dispozitivele de etanare a arborilor de acionare uleiul nou contrar credinei populare c uleiul prospt este curat, uleiul nou este adesea foarte contaminat. Acesta poate transporta impuritile chiar de la fabricant, se poate contamina la depozitare sau se poate contamina n timpul transportului. Filtrele filtrele care sunt colmatate, stricate sau cu funcionare defectuoas pot elibera particulele stocate (desorbie) sau pur i simplu eueaz n operaia efectiv de nlturare a particulelorParticulele solide, n special particulele metalice, cum sunt: cuprul, fierul i plumbul, acioneaz catalitic i mresc viteza proceselor de oxidare a uleiului. Prezena particulelor n ulei determin i consumul aditivilor polari, inclusiv a aditivilor antiuzur, a aditivilor de presiune extrem, a inhibitorilor de coroziune i a agenilor tensioactivi. De asemenea, prezena a numeroase particule mici n suspensie pot detemina creterea viscozitii uleiului.Particulele solide abrazive determin prin uzur distrugerea prematur a organelor de main.Modul n care decurge procesul de uzur abraziv, datotrat prezenei particulelor solide avnd dimensiuni de acelai ordin de mrime cu distana dintre cele dou piese n micare este descris n figura 3.1a pentru piese ce au una fa de alta o micare de translaie, iar n figura 3.1b pentru piese ce execut o micare de rostogolire.

a) b)Figura 3.1.: Mecanismul uzurii datorate particulelor solide din uleiuri

Controlul gradului de contaminare a uleiurilor cu particule solide se realizeaz att prin luarea de msuri de protecie n zonele n care este posibil ca aceste particule s ptrund n sistem, ct i prin filtrarea periodic a uleiului. Exist numeroase tipuri de medii filtrante, fltre i mecanisme fizice pentru nlturarea particulelor. Performanele operaiei de filtrare este n general evaluat n concordan cu urmtoarele criterii: Stabilitatea filtrului n timpInstabilitatea performanelor unui filtru este echivalent cu un control al contaminrii particulate care nu inspir ncredere. Exist muli factori care influeneaz stabilitatea filtrului, incluznd variaia de temperatur, pornirea rece, valorile mari ale presiunii i vibraiile mecanice. Dimensiunea filtrului, modelul i construcia sunt de asemenea parametrii care influeneaz stabilitatea. Capacitatea filtrului reprezint cantitatea n grame de contaminant de testare pe care o poate separa filtrul Eficiena filtrului este o informaie important n evaluarea abilitii unui filtru de a atinge cerinele de puritate din interiorul echipamentelor, ca i n evaluarea costului total al operaiei de filtrare a uleiului. OO modalitate de evaluare a eficienei filtrului este testul Multipass, conform ISO 4572 al crui principiu este prezentat n figura 3.2.

Figura 3-3Figura 3.2.: Coeficientul de reinere al unui filtru i eficiena filtrului

Dintre tehnicile de separare a particulelor solide din uleiurile minerale amintim: Filtrare utiliznd medii filtrante din fibre celuloziceSe utilizeaz filtre de presiune cu cartue filtrante cilindrice sau cu configuraie n spiral. Cartuele filtrante sunt echipate cu un mediu filtrant cutat pe baz de hrtie. Aceste filtre sunt n general eficiente n ndeprtarea particulelor mari, dar adesea nu au performane bune n nlturarea particulelor fine ce alctuiesc lamurile. Mediul filtrant de hrtie este supus efectelor distructive provocate de ap i de temperaturi nalte. Filtrare prin medii filtrante din microfibre de sticl

Figura 3.3.: Imagini la microscop ale mediilor filtrante celulozice i din fibr de sticlSe folosesc de asemenea filtre de presiune, cu cartue filtrante cilindrice sau spirale; performanele filtrelor cu medii din fibr de sticl sunt n general superioare filtrelor cu fibre celulozice, datorit diametrului mic al fibrelor rsucite, densitii ridicate a porilor, dimensiunea medie mai mic a porilor i a posibiltii realizrii unor pori calibrai, insensibili la aciunea presiunii din interiorul carcasei filtrante. Aceste filtre pot ndeprta majoritatea particulelor de dimensiuni mari i multe particule de dimensiuni reduse din ulei. Ele posed o stabilitate termic superioar i n general nu sunt afectate de prezena apei. Figura 3.3 prezint comparativ aspectul microscopic al mediilor filtrante celulozice i din fibr de sticl. Filtrare n cmp centrifugal:Prin centrifugarea uleiului se pot ndeprta eficient particulele mari n suspensie. Aceste separatoare sunt n general eficiente n ndeprtarea particulelor mari, cu densitate ridicat, din uleiurile cu vscozitate sczut. Performanele sunt diminuate cnd particulele sunt mici, cu densitate mic, sau cnd vscozitatea uleiului este ridicat.Efectul operaiei de filtrare asupra coninutului de particule dintr-un ulei este prezenta n figura 3.4.

Figura 3.4.: Efectul operaiei de filtrare asupra coninutului de particule din uleiuri

Separarea n cmp electrostaticAparatele captureaz particulele prin precipitare electrostatic. Prin crearea unei celule de potenial de nalt tensiune, particulele ncrcate sunt atrase de planul de separare care are o ncrcare opus (figura 3.5). Separatoarele electrostatice ofer performane excelente n ndeprtarea particulelor sine de tipul nmolurilor i suspensiilor oxidice i polimerice insolubile.Performanele lor depind de proprietile dielectrice ale uleiului i de aceea sunt micorate de prezena apei.

Figura 3-5

Figura 3.5.: Principiul de funcionare al separatoarelor electrostatice de particule

3.2. ApaApa este unul din cei mai frecveni contaminania ai uleiurilor minerale n timpul transportului, manipulrii i depozitrii acestora. Aceasta se datorete desigur prezenei apei, practic n orice mediu, precum i faptului c apa este larg folosit pentru splarea echipamentelor.Apa exist n ulei sub urmtoarele forme, dup cum este prezentat i n figura 3.6:

Figura 3.6.: Forme de existen ale apei n uleiurile minerale

Dizolvat:Uleiurile minerale dizolv o mic cantitate de ap, dependent de compoziia chimic a uleiului, precum i de temperatura acestuia. Uleiurile parafinice de baz, noi, de calitate superioar, cu puritate ridicat, care nu au aditivi sau au doar un inhibitor de oxidare, vor dizolva foarte puin ap nainte de a atinge punctul de saturaie.Uleiurile de calitate inferioar, oxidate, care sunt puternic ncrcate cu aditivi polari i contaminani, vor dizolva un volum mare de ap naintea atingerii punctului de saturaie. Bineneles, punctul de saturaie a oricrui ulei mineral depinde de temperatur,dup cum rezult din figura 3.7.

Figura 3.7.: Curbe de solubilitate a apei n uleiuri minerale

Emulsionat:Cnd apa liber (nedizolvat) este supus eforturilor de forfecare prezente pe parcursul pomprii sau cauzate de micarea aparatelor cu roi dinate sau rulmenilor, ea este fragmentat n picturi mici care pot rmne suspendate ntr-o stare stabil, n ulei. Aditivii, oxizii, i contaminanii pot ncuraja emulsiile stabile de ap n ulei. Apa emulsionat are un aspect tulbure. Liber:Apa este liber cnd se separ de ulei datorit insolubilitii inerente a celor dou substane i a diferenei de densitate. n uleiurile minerale, apa liber se depune la partea inferioar a rezervorului. Totui, anumite uleiuri sintetice au densiti mai mari ca ale apei, ceea ce face ca apa s se ridice deasupra acestora.Apa ptrunde n sistem prin acele locuri unde acesta interfer cu mediul nconjurtor: AtmosferaApa liber este adesea prezent n instalaiile industriale. Ploaia de ploaie, pierderile de ap din traseele de rcire, etc., pot ptrunde n sisteme prin etanri necorespunztoare, supape, crpturi ale rezervoarelor, sau mpreun cu uleiul nou. Condensarea mainile care opereaz cu porniri i opriri frecvente sunt supuse ingresiei de condensat. Cnd temperatura crete, volumul absolut al apei care poate fi dizolvat de ctre ulei, crete. Reciproc, scderea de temperatur, scade punctul de saturaie i uleiul poate atinge punctul de rou, sau punctul la care apa dizolvat este separat de ulei. Cnd temperatura crete din nou, uleiul absoarbe mai mult ap i procesul continu. Apa condenseaz pe tavanul i pereii spaiului de deasupra rezervoarelor i colectoarelor de ap. Condensatul poate picura n ulei i se depune la baza rezervoarelor.. Pierderi ale agentului de rcire:Sistemele de rcire ale uleiului pierd adesea ap datorit uzurii chimice i eroziunii. Procese de oxidare ale uleiurilorApa este unul dintre produii reaciilor de oxidare ale hidrocarburilor, i deci implicit a uleiurilor minerale.Apa din uleiuri reacioneaz cu unii aditivi i formeaz precipitate i unele produse secundare agresive din punct de vedere chimic.Apa poate, de asemenea, juca rol de catalizator, accelernd oxidarea, n special n prezena unor metale reactive cum ar fi fierul, cuprul sau plumbul. Acolo unde apa se acumuleaz n rezervorul de ulei, se pot dezvolta microorganisme. Acestea se hrnesc cu ulei, l descompun i formeaz acizi, care accelereaz oxidarea i determin colmatarea filtrului.Apa care se afl n stare liber sau emulsionat n uleiuri interfer cu procesul de lubrifiere, slbind rezistena filmului de lubrifiant. Filmul slbit de ap las maina mult mai sensibil la abraziune, adezivi i uzur la oboseal. De asemenea, apa produce rugin pe suprafeele de fier i oel i crete potenialul coroziv al acizilor care atac metalele.Controlul contaminrii cu ap se face prin analize periodice ale coninutului de ap n uleiuri i prin deshidratare periodic a acestuia prin diverse metode. Dac proprietile fizice i chimice ale uleiului nu sunt afectate, apa poate fi ndeprtat, iar uleiul meninut n lucru. Dintre metodele de ndeprtarea ale apei din ulei amintim: Decantoare:Apa liber poate fi ndeprtat prin decantare n rezervoare cu fundul conic, de tip vas florentin (figura 3-8),dei rezultatele procesului variaz n funcie de diferenele de densitate i de vscozitate a uleiurilor. Decantarea poate fi accelerat prin nclzirea uleiurilor.Aceast metod nu este eficient n ndeprtarea apei dizolvate sau emulsionate. Separatoarele centrifugale:Procesul de decantare poate fi accelerat cnd forele de greutate sunt amplificate folosind o centrifug sau un sistem turbionar (figura 3-9). Dei mai eficiente dect separatoarele gravitaionale, separatoarele centrifugale sunt i ele ineficiente n ndeprtarea apei dizolvate i emusionate din uleiurile minerale.

Figura 3.8.: Decantor pentru separarea apei din ulei

Figura 3.9.: Principiul de funcionare al separatoarelor de ap centrifuugale

Distilarea n vid Apa poate fi eficient ndeprtat prin firbere cnd temperatura atinge 100C, dar expunerea la temperaturi mai ridicate, poate determina solicitri termice i oxidative n ulei. Aparatele de distilare n vid (figura 3-10) deshidrateaz uleiul fr afectarea substanial a calitii acestuia, prin creterea moderat a temperaturii i crearea unui vid care reduce eficient punctul de fierbere al apei.

Filtrele polimerice aceste filtre sunt asemntor filtrelor convenionale de tip cartu sau spirale, dar ele utilizeaz un mediu filtrant care este impregnat cu un polimer super absorbant pentru ap (figura 3-11). Polimerul absoarbe apa liber sau emulsionat i formeaz un gel care este reinut n mediul filtrant.

Figura 3-11 Filtrarea polimericFigura 3.10.: Instalaie de deshidratare n vid a uleiurilor

Figura 3.11.: Principiu de funcionare a filtrelor polimerice

3.3.Contaminati chimicin timpul transportului i manipulrii uleiului mineral acesta este expus contaminrii i cu diveri contaminani chimici, care pot proveni din ali produi ce au fost manipulai n acelai echipament.Cu toat diversitatea lor, contaminanii chimici au o proprietate comun, aceea de a fi puternic polari i tensioactivi.Din aceast categorie de contaminani fac parte uleiurile de motor, aditivi anticorozivi, detergeni, uleiuri vegetale i derivai ai acestora, etc.Acest tip de contaminani influeneaz factorul de pierderi dielectrice i/sau tensiunea suoerficial.Contaminanii chimici pot fi ndeprtai prin tratare cu argile activate, tratament a crui eficien nu este ns garantat. De aceea, dup tratare, uleiul trebuie testa n ceea ce privete mai ales stabilitatea la oxidare.

3.4. Uleiuri parafinice / SolventiUleiurile parafinice i solvenii influeneaz viscozitatea i punctul de inflamabilitate al uleiurilor de transformator, n funcie de concentraia lor. Uleiurile parafinoase, cnd sunt prezente chiar n cantiti mici, influeneaz de asemeni proprietile de agent de rcir a uleiurilor de transformator, precum i stabilitatea la oxidare a acestoraContaminarea cu solveni are efecte nocive asupra punctului de inflamabilitate al uleiurilor.Din nefericire, nu exist metode clare i eficiente de ndeprtare a acestui tip de contaminani, uleiurile contaminate puternic putnd fi folosite doar ca i combustibili.

3.5.Efecte ale principalilor contaminanti aupra uleiurilor minerale si asupra echipamentelor deservite de acesteaEfectele nocive pe care contaminaii enumerai mai sus le exercit asupra uleiurilor i asupra utilajelor cae folosesc n funcionarea lor aceste fluide sunt sistematizate n tabelul 3.3.

Tabelul 3.3Efectele contaminanilor asupra uleiurilor i utilajelorContaminantProcese induse n uleiEfecte asupra uleiuluiEfecte asupra utilajului

Apa liber- emulsificareScderea viscozitiiUzur adeziv

Suspensii mecanice- precipitare, apariielamuri- oxidare, apariiecleiuri- reacii de consumarea aditivilorCreterea viscozitiiUzur abrazivBlocare orificii, ventile

Apa liber/ dizolvat isuspensii mecanice- oxidare- precipitare aditivi-adsorbia aditivilor pe suspensii- degradare chimic- degradarea chimic- creterea aciditii- consumarea aditivilor- scderea rigiditiidielectrice- creterea viscozitiiprin formarea delamuri- coroziune- scderea saupierderea capacitiide ungere- uzur mecanic

4.3. Contaminarea uleiurilor mineraleContaminaii uleiurilor minerale pot fi definii ca orice fel de substan sau energie nedorit care intr n contact cu uleiurile. Contaminanii pot aprea n diverse forme, din afara sau din interiorul sistemelor folosind uleiuri minerale, unii fiind deosebit de distructivi fa de ulei, de aditivii acestuia i de suprafeele solide ale echipamentelor. Sunt considerai ca surs de avarii, din cauz c impactul lor este de obicei lent i imperceptibil, atacnd echipamentele dinspre interiorul acestora.ntruct nu este nici practic i nici economic s se ncerce eradicarea total a contaminrii uleiurilor minerale, controlul i meninerea nivelului de contaminare al acestora n limite acceptabile este vital pentru fiabilitatea instalaiilor industriale.Contaminanii curent ntlnii n uleiurile minerale utilizate industrial sunt particulele solide, umiditatea, aerul i alte gaze, glicolul, solvenii, detergenii.n prezena contaminanilor, uleiurile hidraulice, de lubrifiere i dielectrice i modific proprietile fizice, chimice i dielectrice i, prin urmare, pot determina avarierea organelor de maina n micare, costuri de ntreinere mari, reducerea duratei de via a organelor de maina, dar i a duratei de serviciu a uleiului.4.3.1. Contaminarea cu particule solideContaminarea uleiurilor cu particule solide este unanim recunoscut ca avnd efectele cele mai distructive asupra uleiurilor i echipamentelor.Nu este de loc exagerat ca particulele solide din uleiuri s fie considerate ca un grup de sabotori microscopici ai sistemului folosind ulei mineral. Particulele fine sunt mult mai periculoase dect particulele de dimensiuni mari. Acestea pot fi purtate de ulei, fr a fi detectate, un timp ndelungat i, deoarece sunt mai puin friabile dect particulele mari, distrugerile provocate echipamentelelor pot fi importante.Cu toate acestea, muli specialiti n probleme de mentenan au o concepie greit privind relaia dintre dimensiunea particulelor i pagubele pe care le pot produce. Aceast viziune greit se refer la modul de definiie al uleiurilor curate i al celor impurificate cu particule solide, de aceast definiie depinznd cerinele de puritate ce sunt impuse uleiurilor i metodele de meninere a acetor cerine.Pentru definirea cantitativ a gradului de contaminare a unui ulei cu particule solide, metoda cea mai eficient este cea stabilit prin codul ISO. Codul ISO este un sistem universal de reprezentare a concentraiei particulelor solide n ulei innd seama de numrul particulelor de o anumit dimensiune. Codul nlocuiete sisteme complicate de desemnare a numrului de particule prezent ntr-un anumit volum de ulei i implicit a gradului de puritate a uleiului respectiv.Codul ISO introduce noiunea de clas de puritate i folosete un tabel de coresponden (Tabelul 4.6) care stabilete cte particule de o anumit dimensiune corespund unei anumite clase de puritate. Codul const ntr-un ansamblu de dou numere R1/R2: primul numr R1 corespunde, conform tabelului 4.1, numrului de particule mai mari ca 5 m din 100 ml de fluid; al doilea numr R2 corespunde, conform tabelului 4.1, numrului de particule mai mari ca 15 m din 100 ml de fluid.De pild, un fluid din clasa de puritate 13/8 conine 4000 - 8000 particule > 5 m i 130 - 250 particule > 15 m.Codul este standardizat sub forma ISO 4406, standard adoptat i n Romania ca SR ISO 4406, cu aplicare din 1.04.1994.

Tabelul 4.6Clase de impurificare conform SR ISO 4406

Clasa de contaminareNr. de particule / 100 ml

De laLa

21

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9250500

8130250

764130

63264

51632

Unele firme specializate n purificarea fluidelor folosesc un cod asemntor codului ISO, care ns specific i numrul de particule mai mari de 2 m. Puritatea fluidelor este deaemnat de un cod de tipul R/ R1/R2, n care R1 i R2 au semnificaia de mai sus, iar R corespunde, conform tabelului 4.6, numrului de particule mai mari de 2 m.Modul de variaie al codului ISO pentru diverse categorii de uleiuri i diverse grade de contaminare ale acestora cu particule este prezentat n tabelul 4.7.

67

Tabel 4.7Clase de puritate ale uleiurilor minerale conform ISO 4406

Tip de uleiClasa de contaminare ISO 4406

11/712/914/1116/1318/1520/1722/1924/21

Uleiuri hidrauliceFoarte curateCurateImpu-rificate

Ulei de angrenajeFoarte curateCurate

Lubrifiani autoFoarte curateCurateImpu-rificate

Ulei de turbinaFoarte curateCurateImpu-rificate

Ulei de transfor-matorCurateImpu-rificate

Cteva din cile de acces ale contaminanilor particulai n sistemele folosind uleiuri minerale sunt enumerate mai jos: supape i aerisiri dispozitive de etanare a arborilor de acionare uleiul nou contrar credinei populare c uleiul proaspt este curat, acesta este adesea foarte contaminat. El poate transporta impuritile provenind chiar de la fabricant, se poate contamina la depozitare sau se poate contamina n timpul transportului. Filtrele filtrele care sunt colmatate, stricate sau cu funcionare defectuoas pot elibera particulele stocate (desorbie) sau pur i simplu eueaz n operaia efectiv de nlturare a particulelorParticulele solide, n special particulele metalice, cum sunt: cuprul, fierul i plumbul, acioneaz catalitic i mresc viteza proceselor de oxidare a uleiului. Prezena particulelor solide n ulei determin i consumul aditivilor polari, inclusiv a aditivilor antiuzur, a aditivilor de presiune extrem, a inhibitorilor de coroziune i a agenilor tensioactivi. De asemenea, prezena a numeroase particule mici n suspensie pot detemina creterea viscozitii uleiului.Particulele