علل تشکیل رسوبات در سیستم های روانکاری

آلودگی های ناشی از اكسیداسیون روغن در جعبه دنده ها، دستگاه های هیدرولیك و موتورها، سبب تخریب روغن، افزایش دمای كاركرد، مصرف بیشتر انرژی و سایش اجزای دستگاه می شود.
بی تردید درك اساسی چگونگی تخریب روانكار و تشكیل آلودگی های روانكار در هدایت سیستم به سمت بهبود وضعیت تاثیر بسزایی دارد.
روانكارها می توانند به دلایل مختلف تخریب شده و موجب تشكیل رسوبات مختلف در سیستم های روانكاری شوند. به طور كلی، روغن بر اثر عواملی از یك ساختار مولكولی به ساختار دیگری تغییر شكل می یابد و به صورت مخلوطی از آلودگی ها در روغن رسوب می كند. آلودگی هایی مانند دوده حاصل از روغن موتور و یا لجن های ناشی از ورود گرد و غبار در روغن، همچنین ممكن است در دمای بالا و بار زیاد، مواد صمغی در روانكار تشكیل شده و بر روی اجزای دستگاه رسوب كند.
در بیشتر موارد، رسوبات به وجود آمده در روانكار حاصل تخریب روغن پایه و تشكیل تركیبات جدید در اثر تغییر ساختار روغن است كه در طول مراحل مختلف افزایش می یابد. وجود عوامل مختلفی موجب سهولت ایجاد اینگونه رسوبات در روانكارها می شود كه عبارتند از:
▪ دما،
▪ فشار،
▪ آب،
▪ حلال ها،
▪ اسیدها
▪ فلزات مختلف.
در زیر به شرح مواردی كه در تشكیل رسوبات مختلف موثر است می پردازیم.
۱) غلظت و فشار
هر گاه غلظت تركیبات فعال اسیدها و یا آلودگی ها افزایش یابند، مولكول ها یا ذرات به یكدیگر نزدیك می شوند. به بیانی دیگر در یك حجم مشخص تعداد مولكول ها افزایش می یابد. همین مسئله را در زمانی كه فشار افزایش می یابد نیز مشاهده می كنیم كه در این صورت، امكان برخورد مولكول ها با یكدیگر و شانس موفقیت انجام واكنش مواد بر یكدیگر بیشتر می شود. همچنین سرعت واكنش هایی از جمله واكنش بین اسیدهای تولید شده (سولفوریك، نیتریك، كربوكسیلیك)، رادیكال های آزاد، تشكیل رسوبات، كاهش وزن (دانسیته) و توانایی تولید اكسیژن و سایر گازها (Bomb Colorimetet) ، تغییر در رنگ و یا شفافیت، تغییر در PH ، تغییر در هدایت الكتریكی و یا تغییر در فشار افزایش می یابد كه بسیاری از این تغییرات توسط روش های مختلف در محل و یا در آزمایشگاههای تجزیه و تحلیل قابل اندازه گیری است.
۲) اندازه ذرات و نوع آلودگی
به طور كلی پنج نوع ساییدگی وجود دارد كه می تواند موجب تولید ذرات باشد كه عبارتند از:
▪ ساییدگی مالشی (Rubbing)
▪ ساییدگی برشی (Cutting)
▪ ساییدگی لغزشی سنگین
▪ ساییدگی كششی
▪ فرسودگی (Rolling Fatigue)
▪ مجموعه عملیات كششی و لغزشی با یكدیگر.
این موارد در بیشتر سیستم های روانكاری وجود دارد.
ذرات حاصل از خوردگی و سایش در سیستم های مختلف عامل اصلی تولید رادیكال آزاد و اكسید شدن روغن هستند. در بیشتر موارد آلودگی های میكروسكوپی (تا حدود۵۰ میكرون)- از قبیل ذرات فلزی حاصل از سایش، خاك و ذرات آلوده- سریع تر از ذرات جامد وارد واكنش می شوند. بنابراین امكان انجام یافتن واكنش و افزایش تعداد برخوردهای موفق بین مولكولی، بیشتر می شود و سرعت واكنش افزایش خواهد یافت. فقط در سایش هایی از نوع مالشی و كششی- فرسودگی، ذرات كوچكتر از۱۵ میكرون تولید می شوند كه از نظر ایجاد ساییدگی، ذرات بسیار خطرناكی هستند.
ماهیت شیمیایی آلودگی می تواند بر روی افزایش میزان رسوبات تاثیر بسزایی داشته باشد. آلودگی ها ممكن است شامل یون های فلزی ذرات معدنی یا آلی یا فیبر حاصل از مقوا باشد.
۳) دما
تغییر در دمای كنش گرها موجب تغییر در سرعت واكنش می شود. اتم ها، مولكول ها و ذرات در حال حركت بوده و دارای انرژی سینتیكی هستند. افزایش دما موجب افزایش انرژی جنبشی می شود. هر گاه سرعت برخوردهای موفق افزایش یابد، افزایش سرعت واكنش را در پی خواهد داشت. به طور تقریبی افزایش هر۱۰ درجه سانتی گراد، موجب دو برابر شدن سرعت واكنش می شود. این شرایط موجب تسریع واكنش شده و حركت ذرات و مولكول های واكنش پذیر را افزایش می دهد. همانطور كه بیان شد با افزایش تحرك، انجام واكنش بیشتر می شود. برعكس، بعضی از شرایط و یا مواد، موجب تأخیر و یا ممانعت از فرآیند واكنش شده و در این حالت، دما، اثری كاهشی خواهد داشت. آنتی اكسیدان ها و مواد ضد خوردگی و سایش، از این گروه هستند.
● چگونه رسوبات به سطح فلز می چسبند؟
رسوبات در وهله اول به درون نقاط ریز و سوراخ های فلزات نفوذ كرده و به طور مكانیكی خود را به سوراخ های میكروسكوپی فلزات می چسبانند. در واقع رسوبات مجموعه ای از مولكول هایی هستند كه به دور هم جمع شده و یك توده بزرگ را تشكیل می دهند. رسوبات از طریق یك سری پیوندهای یونی به یكدیگر متصل می شوند. همچنین این رسوبات از طریق پیوند یونی نیز به سطح فلز متصل می شوند.
مولكول ها در حالت مایع دارای نیروهای بین مولكولی قوی هستند. وجود نیروهای بین مولكول های مشابه نشانگر نیروهای منسجمی است. وجود نیروهای همبستگی خاص در سطوح، موجب ایجاد كشش سطحی می شوند و از آنجایی كه مولكول های روی سطح، مولكول های مشابه دیگری را در تمام سطوح ندارند، با مولكول های دیگری كه به طور مستقیم به آنها متصل شده اند، همبسته می شوند. بدین ترتیب لایه ای روی سطح تشكیل شده كه باز دارنده حركت سطح فلزات بر یكدیگر است و برداشتن لایه بسیار سخت است، بخصوص در زمانی كه این لایه به طور كامل تشكیل شده باشد. تغییر در نیروهای بین مولكولی می تواند موجب شكستن كشش سطحی شود.
وقتی نیروی جاذبه بین مولكولی غیرمشابه است به آن نیروی چسبندگی گفته می شود. این نیروها را نیروهای الكترواستاتیك می نامند كه اغلب به عنوان پیوندهای واندروالس نیز معروف هستند. این پیوندها می توانند از پیوندهای همبستگی قوی تر باشند. پیوندهای چسبنده روی سطوح هم به صورت شیمیایی و هم به صورت مكانیكی وجود دارند و بسیار مشكل است كه با استفاده از عوامل فیزیكی آنها را از بین برد. اما از طریق شیمیایی می توان نیروی چسبندگی را تخریب كرد و از بین برد. این فرایند برای برداشتن رسوبات موثر است.
● آلودگی ها چگونه عمل می كنند!
در ابتدا وجود رسوبات بر روی سطح فلز، می توانند موجب افزایش دمای كاركرد و باعث تغییر در گرانروی، ناكارآمد شدن زود هنگام قطعات، كاهش عمر روغن و افزایش مصرف انرژی شوند. وجود رسوبات بر روی سطح فلزات، عملكرد سیال روانكار را تحت تاثیر قرار می دهد رسوبات روی سطوح به سیال اجازه عملكرد صحیح را نمی دهند.
در زیر به ذكر چند مورد از عملكردهای روانكارها و شرح تاثیر مخرب رسوبات بر روی آنها پرداخته ایم:
▪ كاهش اصطكاك:
رسوبات تشكیل شده بر روی سطح فلز اجازه روانكاری مرزی را نمی دهد و به همین دلیل موجب افزایش حرارت، خوردگی و تخریب مواد افزودنی می شود.
▪ جذب و یا دفع فشار بار وارده:
تركیبات فعال كننده سطح بر اثر وجود رسوبات نمی توانند به سطح فلز بچسبند. رسوبات موجب می شوند روانكار پوشش دهی مناسب خود را به منظور جذب و یا دفع فشار بار وارد شده از دست بدهد كه این امر موجب خوردگی زودرس می شود.
▪ دور كردن حرارت از فلز:
رسوبات همانند عایق، موجب نگهداری حرارت بر روی سطح می شوند. افزایش حرارت موجب افزایش اكسیداسیون روغن و تخریب مواد افزودنی می شود. همچنین گرانروی روغن افزایش یافته و موجب كاهش روانی روغن شده و در نتیجه روغن با روانی كم باعث افزایش حرارت
می شود.
▪ عامل دور كردن تركیبات آلوده:
لایه نازك روغن بین سطوح در اثر افزایش حرارت و یا تخریب مواد افزودنی شكسته می شود.
روغن های موتور و یا كمپرسور می توانند به عنوان یك عامل دفع آلوده كننده ها بین اجزای متحرك و ساكن دستگاه عمل كنند كه وجود رسوبات موجب تخریب آنها می شود.
▪ ممانعت از خوردگی و سایش:
تركیبات فعال روی سطح قابل چسبیدن بر روی فلزات نیستند. رسوبات مانعی در مقابل خوردگی و سایش ایجاد نمی كنند و اصولاً دارای طبیعت خورنده هستند و باعث خوردگی زودرس می شوند.
▪ حذف آلودگی ها:
بسیاری از روانكارهای معمولی دارای مقادیر كمی از مواد پاك كننده و معلق كننده هستند كه در نتیجه وجود رسوبات، این مواد نمی توانند عملكرد لازم را داشته باشند.
▪ انتقال نیرو (روغن هیدرولیك):
وجود رسوبات موجب محدودیت جریان سیال از پمپ ها و خطوط می شود. افزایش حرارت عملیات موجب كاهش عمر روغن شده و افزایش فشار ناشی از محدودیت در مسیر گردش روغن موجب تضعیف واشرها، شیلنگ ها و ... می شود.
● جداسازی و از بین بردن رسوبات
چندین روش برای جدا سازی رسوبات از روانكار وجود دارد. در سالهای گذشته بعضی از مكانیك های پرتجربه مقداری گازوییل و یا نفت را به محفظه موتور اضافه می كردند زیرا اعتقاد عمومی بر این بود كه این مواد باعث حل شدن رسوبات در خود می شود، اما گذشت زمان نشان داد كه مصرف طولانی مدت مواد یاد شده آثار منفی دارد و بهتر است محفظه موتور پس از شستشو با گازوییل یا نفت با روغن تازه شستشو داده شود. البته بسیاری از موتورها با این روش شسته شده و بسیاری دیگر دچار خرابی
می شد. چندین علت برای خطرناك بودن این روش وجود دارد:
۱) هیدروكربن های سوخت می توانند به عنوان حلال رسوبات عمل كنند، اما این توانایی را نیز دارند كه موجب شكسته شدن لایه نازك جدا كننده پیستون و سیلندر باشند.
۲) افزایش دمای ایجاد شده موجب می شود كه روغن به سرعت تجزیه شده و عوامل ضد سایش و اصطكاك در آن كاهش یابد.
۳) بر اثر این مواد بسیاری از عوامل جلوگیری كننده از نشت و نفوذ، یعنی واشرهای در تماس با سوخت گازوییل و یا نفت تخریب می شوند.
۴) مولكول های با وزن مولكولی پایین كه در گازوییل و نفت وجود دارند به راحتی شكسته شده، رادیكال های آزاد تولید می كنند كه خود منجر به تولید تركیبات فعال می شود.
۵) افزودن گازوییل و یا نفت موجب كاهش گرانروی روغن می شود.
۶) وقتی روغن از سیستم تخلیه می شود حدود۵ تا۴۰ درصد از آن به صورت پسماند باقی می ماند كه این پسماند به سرعت تخریب و اكسید می شود.
هم اكنون به كمك مواد و فناوری های جدید برداشتن موثر رسوبات امكان پذیر شده است. اما تمهیدات زیادی باید اعمال شوند تا با انتخاب صحیح مواد، رسوبات قابل برداشت از سیستم حذف شوند.
در سال۱۹۹۹ دستور العملی با عنوان عملیات استاندارد، برای تمیز كردن، شستشو دادن و خالص كردن سیال روانكار در سیستم های هیدرولیك ASTMD ۴۱۷۴-۸۹ تنظیم شد كه برای شستشوی سیستم های هیدرولیك به كار می رود.

نویسنده: رضا زحمتكش

منبع : ماهنامه نفت پارس