Aplicații ale reologiei în domeniul ungerii echipamentelor de ancoră și manevră navale

Capitolul 1

Lubrifianţii

1.1. Introducere

Se numeşte lubrifiant orice substanţă interpusă între două suprafeţe cu scopul de a reduce frecarea şi/sau uzura dintre ele.

Comportarea lubrifiantului într-un tribosistem este foarte importantă şi de aceea se acordă o atenţie deosebită studiului şi testării acestuia în diverse condiţii.

Funcţiile unui lubrifiant sunt:

- reducerea frecării şi, implicit, creşterea randamentului sistemului tehnic;

- prevenirea sau limitarea uzurii, aspect care are repercursiuni importante asupra durabilităţii şi mentenabilităţii sistemului;

- protecţia împotriva coroziunii;

- evacuarea căldurii din zona suprafeţelor în contact;

- evacuarea produselor de uzură;

- transmiterea puterii (transmisii şi cuplaje hidraulice etc.).

Lubrifiantul nu poate fi considerat un element auxiliar într-un tribosistem, ci indispensabil pentru funcţionarea fără probleme a zonelor de frecare.

Criteriile de clasificare a lubrifianţilor sunt diverse. Unul poate fi starea de agregare. Din acest punct de vedere există:

- lubrifianţi gazoşi: în unele aplicaţii, aerul sau alte gaze (heliul, bioxidul de carbon, hidrogenul, azotul etc.) care constituie şi mediul înconjurător al tribosistemului, contribuie, în anumite condiţii de sarcină şi viteză, la separarea corpurilor în contact; tot în această grupă poate fi inclus aburul;

- lubrifianţi lichizi, care includ uleiurile de orice natură, apa sau alte fluide neconvenţionale (glicerina, alcoolul etc.), dar şi emulsiile ca lichide bifazice, şi lichidul sinovial (ca un lubrifiant pseudo-plastic ) etc.;

- lubrifianţi semisolizi sau vâsco-plastici cum sunt unsorile; în general lubrifianţii din această grupă sunt compuşi dintr-un lubrifiant lichid şi agenţi de îngroşare care pot fi de natură foarte diversă: de la săpunuri metalice de calciu, plumb, litiu, natriu, aluminiu, până la polimeri;

- lubrifianţi solizi: această grupă cuprinde substanţe lamelare gen grafit şi disulfură de molibden, polimeri cum este politetrafluoretilena, unele aliaje metalice; acestea din urmă ar putea fi analizate aici pentru că, înainte de introducerea în contactul solicitat sunt solide dar în exploatare, se înmoaie sau se fluidizează, comportându-se asemănător unei unsori foarte rezistente la temperatură sau la anumite condiţii de mediu. Tot în această grupă pot fi incluşi unii oxizi (PbO3, SiO2, Cr2O3, etc.) şi materiale pe bază de ceramică, utilizate însă în aplicaţii foarte înguste (turnarea sticlei în matriţe etc.).

Un alt criteriu de clasificare este natura lubrifiantului, care poate fi:

- minerală,

- sintetică,

- vegetală sau animală.

Un criteriu important de clasificare este domeniul de utilizare.

În ultimul timp, biodegradabilitatea sau/şi reciclarea lubrifianţilor constituie criterii care avansează rapid în preferinţele utilizatorilor.

Pentru a selecta un lubrifiant, inginerul trebuie să cunoască cât mai multe din proprietăţile acestuia şi informaţii referitoare la comportarea tribologică în diferite condiţii de lucru.

Lubrifiantul este un material cu un set indivizibil de proprietăţi, unele dorite, altele nedorite de utilizator. Arta de a alege un astfel de material pentru o aplicaţie particulară constă în acceptarea unui compromis între cele două categorii de proprietăţi, astfel încât performanţele sistemului să crească, preţul să fie rezonabil sau suportabil şi, din ce în ce mai important, impactul asupra mediului să fie acceptat de societate.

1.2. Uleiuri minerale

1.2.1. Prezentare generală

Uleiurile minerale sunt componente de bază ale fluidelor lubrifiante, deşi în ultimul timp sunt puternic concurate de lubrifianţii sintetici. Când tehnologia de elaborare a celor sintetici va reuşi să coboare costurile de producţie, lubrifianţii minerali vor avea o îngustare rapidă a domeniilor de utilizare.

Uleiurile minerale sunt extrase din petrol şi parţial din cărbune, fiind amestecuri de hidrocarburi, cu diferite compoziţii. Principalele hidrocarburi, componente ale uleiurilor minerale, sunt:

- parafinele sunt compuşi saturaţi, cu molecule lungi dar sunt întâlnite şi izoparafine – compuşi cu molecule ramificate. Parafinele cu lanţuri lungi, liniare sunt responsabile de comportarea la curgere la rece a uleiurilor minerale din cauza solubilităţii lor nefavorabile la temperaturi joase;

- naftenele sunt tot hidrocarburi saturate, cu structură ciclică, având o solubilitate mai bună decât parafinele, o comportare mai bună la ungere dar dependenţa vâscozitate – temperatură este mai puternică decât a parafinelor, ceea ce nu şi-ar dori un tribolog;

- hidrocarburile aromatice sunt compuşi ciclici nesaturaţi, solubilitatea lor faţă de aditivi est bună dar ele au cea mai nefavorabilă comportare vâscozitate - temperatură .

În afara acestor hidrocarburi saturate, stabile, uleiurile conţin şi compuşi nesaturaţi, instabili, în care sunt incluse elemente ca sulf, azot, oxigen, săruri metalice, şi care influenţează puternic îmbătrânirea, modificarea consistenţei, implicit, durata de utilizare a uleiului.

Proporţia diferitelor componente dictează calitatea uleiului, aceasta depinzând şi de locul de extracţie al petrolului.

Proprietăţile uleiurilor sunt trecute în revistă în următorul subcapitol, cu referire în special la uleiurile minerale. Pentru alţi lubrifianţi la care sunt definite similar proprietăţile, se vor face specificaţiile necesare pentru a le diferenţia.