Protégete de los contaminantes invisibles: el aire

Las burbujas de aire en los sistemas hidráulicos o de lubricación pueden alterar la eficiencia operativa, inhibir el rechazo de calor, aumentar el desgaste y, en última instancia, generar mayores costos de mantenimiento y reemplazo de componentes. Los operadores de equipos a menudo piensan que la contaminación del aire es inevitable. Pero hay pasos que puede tomar para reducir o eliminar los efectos nocivos de la contaminación del aire.

La intrusión de aire puede tomar muchas formas, pero la espuma y el aire atrapado son las mayores amenazas para los operadores de equipos. El aire arrastrado se refiere a las burbujas de aire suspendidas debajo de la superficie de un fluido que forman burbujas en el fluido. Por otro lado, cuando estas burbujas suben a la superficie del fluido, crean espuma. En ambos casos, las bolsas de aire pueden impedir el flujo y hacer que el equipo sea propenso al desgaste.

La espuma superficial en un tanque hidráulico bien diseñado y correctamente lleno rara vez causa problemas durante la operación del equipo. Sin embargo, la formación de espuma puede indicar un problema más fundamental, como la contaminación o degradación del aceite. Demasiada espuma puede causar que el nivel de aceite baje tanto que la línea de succión de la bomba quede expuesta en la superficie, causando que el aceite hidráulico se airee. La formación excesiva de espuma puede incluso hacer que el aceite se derrame por el respiradero del tanque, lo que lo vuelve peligroso.

Si bien la espuma es más visible y tiende a causar la mayor preocupación para el personal de mantenimiento, el aire arrastrado en realidad causa el mayor daño. El aire arrastrado en los sistemas hidráulicos o de lubricación puede ser más difícil de identificar porque tiene pocos indicadores externos o visuales. El aire es arrastrado a través de vibraciones normales del motor y de la máquina, cilindros retraídos, fugas, niveles de aceite incorrectos y aumentos repentinos de flujo causados ​​por trabajar en pendientes. El aire arrastrado puede causar cavitación, microexcavaciones de diésel y aumento del ruido o la vibración. El resultado final es un desgaste excesivo de los componentes. También puede reducir la potencia, la capacidad de respuesta o la eficiencia.

resolver la burbuja

La naturaleza y el alcance de la formación de espuma dependen de las propiedades del aceite base lubricante y de los aditivos utilizados para proporcionar la lubricidad deseada. Por lo tanto, los antiespumantes se utilizan a menudo para controlar la formación excesiva de espuma. Desafortunadamente, la mayoría de estos agentes se basan en partículas de silicio grandes, que eventualmente conducen al colapso de la burbuja al formar un puente entre la capa de espuma y la tensión superficial más baja. Sin embargo, los sistemas modernos a menudo tienen sistemas de filtración que pueden filtrar partículas tan grandes que destruyen la eficacia de estos aditivos.

Shell Lubricants examina las causas y los efectos de la contaminación del aire y obtiene información sobre la formación de espuma y el aire arrastrado y cómo interactúan con varios sistemas. Al trabajar con fabricantes de dispositivos e investigadores, hemos identificado y probado más de una docena de posibles ingredientes antiespumantes que pueden pasar a través de filtros finos sin comprometer su eficacia. El aditivo más prometedor, con una estructura principal de silicio, pero modificado para brindar buenas propiedades espumantes, ofrece un excelente control de la espuma, alta compatibilidad de materiales y, lo que es más importante, sigue siendo efectivo después de la filtración.

Nuestras pruebas encontraron que agregar estos antiespumantes a base de silicona a los lubricantes industriales puede reducir la espuma en un 50 %, incluso cuando el fluido circula varias veces a través de un sistema de filtración fina que normalmente atrapa partículas de más de 3 µm. El uso de un antiespumante secundario a menudo ayuda a suprimir la espuma durante la filtración fina y a mantener las características de rendimiento del aceite durante un período de tiempo prolongado.

El equipo de científicos de Shell, trabajando con investigadores Universidad Stanford , estudia la estabilidad de la espuma, la cinética de explosión y otras propiedades de la espuma para comprender mejor las causas de la mitigación de la espuma y las soluciones más efectivas. Entre estos hallazgos, el equipo realizó estudios de explosión de una sola burbuja en una variedad de sistemas de aceite base utilizando técnicas de la Universidad de Stanford y registró el tiempo que tardó cada burbuja en fusionarse. Tasa de explosión de burbujas y uso de pruebas estándar de la industria (p. ASTM D892 (Método de prueba estándar para las características de formación de espuma de los lubricantes).

Además, el equipo observó que el sistema de aceite base de varios componentes estabilizó las burbujas mejor que el sistema de un solo componente. A medida que se evaporan los componentes más livianos en un sistema de múltiples componentes, la tensión superficial del aceite aumenta y crea un pequeño flujo, como el vino a lo largo del borde de una copa. Estos flujos atraen más petróleo a la parte superior de la espuma, engrosando sus paredes y haciendo que sea menos probable que estalle. Sin embargo, en los sistemas de un solo componente, este flujo impulsado químicamente está ausente, lo que da como resultado un colapso más rápido de las burbujas debido al drenaje por gravedad. El estudio se reporta en Artículos Recientes En Actas de la Academia Nacional de Ciencias.

El equipo de investigación ahora está desarrollando modelos matemáticos para determinar el efecto de la distribución y la evaporación del antiespumante en la estabilidad de la espuma, lo que les permitirá simular cómo se comportan los aceites puros o mezclados antes y después de la filtración. Luego aplicarán estos hallazgos en el diseño de fórmulas que reduzcan la espuma.

El aire arrastrado se refiere a las burbujas de aire suspendidas debajo de la superficie del fluido, que forman burbujas en el fluido y forman espuma cuando estas burbujas suben y descansan sobre la superficie del fluido.

Solución de problemas de arrastre de aire

Para mejorar la eficiencia del combustible y la energía, los fabricantes están construyendo dispositivos de mayor carga y presión con tanques más pequeños. Esto significa que el aceite pasa menos tiempo en el sumidero y, por lo tanto, el aceite debe tener mejores propiedades de separación de aire y agua. Al mismo tiempo, la mayoría de los operadores de equipos requieren intervalos de drenaje de aceite más prolongados para reducir los costos de mantenimiento y lubricantes. En otras palabras, el aceite tiene que trabajar más durante más tiempo, lo que genera temperaturas más altas que afectan su capacidad para liberar aire. Todos estos factores significan que los lubricantes con buenas propiedades de liberación de aire son más importantes que nunca.

Crear un lubricante que controle tanto la formación de espuma como el arrastre de aire es complejo. Por ejemplo, los aditivos a base de silicona son excelentes antiespumantes pero se quedan cortos en términos de liberación de aire. Para abordar este desafío, el grupo de estadística y quimiometría de Shell ayudó a encontrar, mapear y evaluar múltiples combinaciones de aceites base de la misma viscosidad para determinar la mejor formulación para una liberación de aire más rápida. Hemos encontrado que los aceites base de gas a líquido (GTL) tienen propiedades de liberación de aire superiores en comparación con los aceites base minerales de la misma viscosidad. Luego desarrollamos un prototipo de fluido hidráulico GTL completamente formulado utilizando una mezcla de aceite base optimizada y un paquete de aditivos de rendimiento. Los aceites hidráulicos GTL completamente formulados tienen tiempos de liberación de aire mucho más rápidos que los aceites hidráulicos que usan aceites base estándar y el mismo paquete de aditivos.

En nuestras pruebas, los aceites hidráulicos que contenían aceites base sintéticos como GTL combinados con un paquete de aditivos de rendimiento tenían burbujas de aire que tenían un diámetro mucho mayor que los aceites hidráulicos que contenían aceites base minerales. Las burbujas de aire más grandes estallan más rápido, lo que permite que el aire escape más rápidamente.

Aunque incorporamos muchos de estos hallazgos en el desarrollo de nuestro producto, continuamos investigando esta importante cuestión. Creemos que estos estudios en curso tendrán un impacto significativo en el desarrollo de lubricantes resistentes al aire y extenderán la vida útil de los lubricantes en nuestras máquinas.

El Dr. Abhishek Kar es ingeniero de investigación en el Centro de descubrimiento de lubricantes y la Dra. Sravani Gullapalli es ingeniera de investigación en hidráulica, fluidos industriales y servicios técnicos en Shell Global Business Technologies. Para mayor información por favor visite red de concha .

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