In un impianto oleodinamico l’energia meccanica viene inizialmente convertita in energia idraulica. Questa poi viene trasferita, controllata o regolata e inviata ad uno o più utilizzatori che la riconvertono in energia meccanica. Affinché l’intero processo appena descritto funzioni, un impianto oleodinamico è caratterizzato da diversi parti che si occupano ciascuna di una particolare funzione: componenti come serbatoi, filtri, scambiatori di calore, dispositivi di misura e controllo, permettono il trattamento del fluido idraulico.
Nell'articolo "Oil Condition Monitoring: prendersi cura dell'olio idraulico" troverai le risorse utili per un corretto monitoraggio dell'impianto oleodinamico. In questo articolo approfondiamo invece, come le criticità tipiche del fluido idraulico possano essere risolte applicando correttamente le procedure di Oil Condition Monitoring.
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I fluidi che possono essere impiegati in oleodinamica sono acqua, oli minerali, emulsioni acqua-olio. L’acqua favorisce la corrosione e non ha potere lubrificante, quindi il suo uso è limitato a quando sono presenti rischi di infiammabilità o inquinamento per l’ambiente. Generalmente si utilizzano oli minerali. Le caratteristiche dell'olio idraulico sono:
Viscosità e indice di viscosità: entrambe sono proprietà chimico-fisiche da tenere sotto controllo nel fluido idraulico, ma i due termini non sono equivalenti, vediamo le differenze. La viscosità riguarda lo stato del fluido, ed è infatti la grandezza fisica che ne definisce le caratteristiche intrinseche di resistenza allo scorrimento misurata dalla viscosità dinamica.
Le caratteristiche di viscosità dell'olio idraulico possono mutare al variare di temperatura e pressione. La temperatura incide sulla viscosità dell'olio idraulico, nel senso che il fluido sottoposto a riscaldamento vede diminuire la viscosità con l’aumentare della temperatura: l'indice di viscosità è il parametro che fornisce la misura di tale influenza.
Un filtro intasato, il grippaggio di un ingranaggio, la cavitazione di una pompa o l’usura di un cuscinetto sono alcune criticità note a chiunque abbia avuto a che fare con la manutenzione, la messa in servizio o il fermo macchina di un qualsiasi impianto azionato idraulicamente. Per evitare abrasioni e grippaggi, il fluido idraulico deve compiere un’azione lubrificante nei componenti, in quanto i giochi fra le parti mobili in oleodinamica sono di pochi μm. Vediamo, quali sono i fattori critici che degradano il fluido idraulico?
È altrettanto noto come il guasto di un impianto oleodinamico sia spesso dovuto alla presenza di contaminazione dell'olio idraulico, ma nonostante ciò si tende a intervenire con la semplice sostituzione del componente.
Particelle presenti nell’ambiente circostante all’impianto oleodinamico penetrano, inevitabilmente, nel sistema attraverso guarnizioni dei cilindri, tenute degli alberi e bocchettoni dei serbatoi. Uno dei problemi da risolvere per la corretta gestione dell’impianto oleodinamico è il deterioramento degli oli idraulici che può comportare malfunzionamenti e danni ai suoi elementi.
Già alla sua immissione nell’impianto, un olio può avere in seno elementi potenzialmente nocivi al funzionamento; occorre quindi dapprima quantificare la potenziale nocività derivante dalle impurità presenti nel fluido e poi combatterla con un'adeguata filtrazione.
La presenza nell’olio di elementi estranei, potenzialmente nocivi per l’impianto, si suole denominare contaminazione. In generale, la contaminazione dipende dall’introduzione di particelle nell’olio a seguito di manovre non corrette come ad esempio il riversamento dell’olio da bidoni sporchi, o ancora l’installazione di parti di ricambio o di complemento non perfettamente pulite.
Inoltre, durante le fasi di rabbocco o di riempimento dei serbatoi vi sono, ad esempio, diverse possibilità di contaminazione: da quella proveniente dall’ambiente esterno (aria) sino a quella derivante dalla presenza di residui nei fusti commerciali (morchie).
Quest’ultimo caso fa sì che serva il flussaggio: la rimozione di particelle mediante flussi turbolenti. È inoltre frequente che entrino nell’impianto residui di lavorazione durante il montaggio, l’installazione e il commissioning, contaminando pericolosamente l’intero sistema, proprio come abbiamo spiegato nell'articolo Fluid care: come, quando e perché.
Gli impianti risentono, poi, della contaminazione liquida spesso originata da sbalzi termici che determinano variazioni percentuali della saturazione dell’acqua nell’olio. La presenza di acqua, inoltre, è spesso collegata a perdite o rotture del sistema di raffreddamento.
A tal proposito occorre evidenziare che, la contaminazione del fluido viene comunemente suddivisa in tre tipologie: liquida (acqua e olii incompatibili tra loro), gassosa (aria) e solida (metallica). A sua volta, la contaminazione solida viene declinata in tre gruppi di particelle: estremamente dure, dure e morbide. Per una panoramica sulle tipologie di contaminazione si rimanda alla lettura de "Olio idraulico: i danni legati alla contaminazione" con un approfondimento dedicato ai danni e alle conseguenze che si verificano maggiormente in ciascun tipologia di contaminazione.
Per "Fluid Monitoring System" si intende quell’insieme di procedure volte al monitoraggio costante e continuo dello stato di usura e contaminazione del fluido. Come anticipato, per consentire un perfetto condition monitoring dello stato dei fluidi idraulici e di lubrificazione, gli impianti più evoluti sono dotati di sistemi di controllo del fluido con sensori di manutenzione predittiva e logiche di misura e controllo, che informano sulla natura e sui livelli di contaminazione. Se correttamente predisposti, saranno poi i sensori e le logiche di controllo ad inviare l'alert di soglia target raggiunto per consentire il corretto intervento. Questo tipo di approccio rivolto al trattamento dei fluidi e all’oil condition monitoring riduce i fermo macchina e le eventuali tempistiche di reperimento pezzi e sostituzione dei componenti.
Abbiamo parlato del corretto approccio alla manutenzione 4.0 ed i suoi vantaggi nell'articolo "Manutenzione oleodinamica e IPdM: parola all’esperto".
Com' è, quindi, possibile contenere il livello di contaminazione? Il contenimento del livello di contaminazione accettabile per un sistema oleodinamico è demandato ai filtri. Il filtraggio deve essere concepito in modo da rispettare le esigenze dell’impianto e non creare criticità al suo funzionamento.
La predisposizione di sistemi di filtrazione (filtri) e dei relativi strumenti di controllo (sensori) e l’approccio alla manutenzione predittiva è alla base del corretto trattamento del fluido. Per sopperire a eventuali eccessi di contaminazione è inoltre utile prevedere la possibilità di dotarsi di strumenti di filtrazione e flussaggio aggiuntivi.
In conclusione, abbiamo visto come la modernizzazione delle procedure di condition monitoring sia guidata dall'introduzione di tecnologie innovative che facilitano la raccolta di dati precedentemente non disponibili o che richiedevano strumentazione avanzata o tecniche analitiche complesse. Poiché la durata del fluido dipende da vari fattori, applicare le corrette tecniche di Fluid Monitoring System è importante in termini aziendali per l’efficienza dei processi di produzione, in quanto aiuta a monitorare e prevenire eventuali problemi e guasti dovuti all’inadeguata manutenzione.
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