Ghost Riders qui hantent votre huile.

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La définition d’un contaminant est tout « quelque chose » étranger qui pénètre dans un lubrifiant pendant la formulation, l’emballage, le transport, le stockage ou l’entretien. Les contaminants compromettent l’intégrité, les performances et la durée de vie du lubrifiant et endommagent la machine. Aucun lubrifiant n’est indemnisé de leurs effets ou ne peut coexister en toute sécurité avec des contaminants. De même, il n’y a pas de lubrifiants ou de machines qui peuvent être définis de manière réaliste comme exempts de contaminants.

Les dangers provoqués par divers types de contaminants ont été largement couverts dans les pages du magazine Machinery Lubrication . Nous avons montré comment les dégâts peuvent progresser lentement ou attaquer soudainement et de manière destructrice. Quoi qu’il en soit, les contaminants sont une grave maladie des lubrifiants qui mérite une attention particulière de la part des analystes des lubrifiants et des professionnels de la fiabilité.

Les contaminants solides (également connus sous le nom de particules) ont des tailles, des formes, des duretés et des compositions très variées. Souvent omis dans la discussion sur la contamination par les particules sont les cavaliers fantômes qui se cachent dans votre huile. Ces contaminants, qui passent inaperçus par le personnel de maintenance et non mesurés et non signalés par les laboratoires d’analyse d’huile, doivent être exposés et compris. Leur capacité destructrice est immense, et comme les filtres conventionnels ne peuvent y remédier, il faut se tourner vers d’autres solutions, comme les technologies de séparation .

Mais d’abord, que sont exactement les cavaliers fantômes et pourquoi sont-ils si destructeurs ?


Figure 1. Les petites particules peuvent passer sans entrave à travers un filtre.

Définir les Ghost Riders

Les propriétaires d’actifs mécaniques lubrifiés d’aujourd’hui veulent minimiser les coûts de maintenance et de réparation. Les consommables comme les lubrifiants sont souvent ciblés pour la réduction des coûts. De nos jours, les lubrifiants sont formulés pour être de plus en plus robustes et résistants à la dégradation chimique due à la chaleur, à l’oxydation et aux conditions de fonctionnement. Cette stabilité physique et chimique permet moins de vidanges d’huile et réduit le coût de la consommation de lubrifiant.

C’est une bonne chose, mais malheureusement, il y a un inconvénient aux vidanges d’huile prolongées ou, dans certains cas, à l’absence de vidanges d’huile. Plus longtemps un lubrifiant reste en service, plus longtemps il est exposé à la contamination par des particules provenant de diverses sources d’infiltration. De plus, la plupart des particules qui envahissent un lubrifiant sont très petites. Les petites particules pénètrent plus facilement que les grosses particules. Par exemple, pour chaque particule de 10 microns qui pénètre dans l’huile, il peut y avoir dix particules de 3 microns.

Cette dominance de petites particules est encore aggravée par la filtration. La plupart des machines à circulation d’huile ont des filtres. Cependant, la plupart des filtres éliminent les particules en fonction de l’exclusion de taille. Cela signifie qu’ils n’éliminent pas toutes les particules, mais plutôt certaines particules au-dessus de certaines tailles de micron (basées sur la taille moyenne des pores du média filtrant). Pour plus de simplicité, nous pouvons nous référer à cela comme la coupure de la taille des particules du filtre.

Ces particules plus grandes que la taille limite du filtre sont éliminées de manière pratique à chaque changement de filtre. Les particules plus petites que la taille limite du filtre restent avec l’huile et dans la machine. Il en résulte une population croissante de petites particules qui ne sont pas contrôlées par la filtration. En raison de leur taille extrêmement petite, ils ne sont pas non plus enclins à se déposer (loi de Stokes) mais plutôt bien intégrés dans l’huile, maintenus par la viscosité, la circulation et le mouvement brownien (comme le colorant alimentaire dans l’eau).

A quelle taille de particules fait-on référence ? Eh bien, si le filtre a une coupure de 10 microns, alors toutes les particules inférieures à 10 microns sont des cavaliers fantômes. En poids total, la plupart de ces particules peuvent être inférieures au micron (c’est-à-dire d’une taille inférieure à 1 micron). Il s’agit notamment de matières organiques (contaminants mous et insolubles pouvant entraîner la formation de boues et de vernis) ainsi que de particules dures inorganiques provenant de la poussière environnementale et des débris d’usure. N’oubliez pas que l’œil humain peut voir des particules jusqu’à environ 45 microns. Par conséquent, nous pouvons affirmer avec certitude que les cavaliers fantômes ne sont visibles qu’à l’aide de microscopes et de méthodes de laboratoire similaires.

Les dangers cachés des petites particules

Ne présumez pas que vous êtes complètement en sécurité si vous avez un bon filtre, même s’il s’agit d’un filtre 3 microns à haute efficacité de capture. Oui, les filtres sont importants et nombre d’entre eux offrent des performances exceptionnelles en atténuant l’exposition et les risques de contamination par les particules. Lorsque des particules plus grosses sont rapidement filtrées de l’huile, elles ne peuvent pas endommager les surfaces de la machine et ne peuvent pas être broyées en petites particules de la taille de nos pilotes fantômes. Bien sûr, une bonne filtration est essentielle au contrôle de la contamination.

Les préoccupations et les risques associés aux petites particules varient selon le type de lubrifiant et le type de machine. Voici une brève liste des dangers et des dommages causés aux lubrifiants et aux machines par la présence anormale de petites particules fantômes :

Polissage et friction mécanique accrue

De nombreuses machines sont exposées à une lubrification limite périodique ou continue. Cela signifie qu’en raison d’une vitesse lente et/ou d’une charge unitaire élevée, le lubrifiant est incapable de maintenir un film d’huile. Il en résulte des surfaces qui frottent mécaniquement dans des zones de frottement glissant. L’usure n’est contrôlée que par l’action atténuante des additifs extrême-pression (EP) et anti-usure. Cependant, ces additifs ne font pas grand-chose pour empêcher les dommages abrasifs causés par de petites particules, conduisant à des surfaces polies et adoucies dans des conditions aux limites courantes. Plus la population de ces petites particules est élevée, plus les dommages dus à l’usure sont importants. Bien sûr, là où il y a usure, il y a frottement excessif, consommation d’énergie plus élevée et conséquences environnementales négatives, tout cela n’est pas bon.

Verrouillage du limon

Les petites particules sont communément appelées particules de la taille d’un limon ou simplement limon. Ces particules peuvent se coincer et s’entasser dans les conduits d’huile, les presse-étoupes et les orifices étroits. Ils peuvent restreindre le débit d’huile, entraînant une privation de lubrifiant, et altérer le mouvement mécanique (par exemple, dans une servovalve), provoquant une entrave au mouvement.

Additif Tie-up

Une densité élevée de petites particules expose l’huile à une grande quantité de surface (les surfaces collectives de l’enveloppe externe de toutes les particules). De nombreux additifs du lubrifiant sont polaires, ce qui signifie qu’ils sont naturellement attirés par les surfaces de la machine et des particules. Les exemples incluent les modificateurs de friction, les dispersants, les inhibiteurs de rouille, les désactivateurs de métaux, les détergents, les additifs anti-usure et extrême-pression. Lorsque ces additifs s’accrochent aux particules, ils perdent leur valeur fonctionnelle au profit de l’huile et de la machine. Les particules occupent (nouent) ce rôle à la place. L’épuration des additifs par de petites particules est un mécanisme courant d’épuisement des additifs. Plus il y a de particules, plus l’épuisement est important. Il en résulte une perte ou une altération de la protection contre la corrosion, de la stabilité à l’oxydation, de la résistance du film, de la capacité de dispersion (contrôle de la suie) et du contrôle des dépôts.

Perte de désémulsibilité

De nombreuses particules sont des agents émulsifiants. En d’autres termes, ils inhibent la décantation naturelle de l’eau libre hors de l’huile en mouvement et lient plutôt l’eau en une émulsion serrée dans le corps de l’huile. Cela permet à l’eau d’être transportée dans les zones de frottement, entraînant une usure accélérée, et expose également l’additif d’huile polaire à des globules d’eau microscopiques, contribuant à l’hydrolyse et à l’épuisement. Les petites particules de rouille sont particulièrement susceptibles de former des émulsions huile-eau.

Oxydation par des catalyseurs métalliques

Les particules métalliques (en particulier le fer et le cuivre) favorisent ou catalysent l’oxydation de l’huile de base. Cette condition est plus prononcée lorsque les particules sont en présence de niveaux anormaux de chaleur et de contamination par l’eau. Les débris d’usure sont la principale source de particules métalliques dans l’huile. Si ces débris ne sont pas filtrés rapidement, ces particules peuvent être broyées en particules plus petites. Le broyage des particules expose une plus grande surface de métal naissant à l’huile et à ses additifs. Finalement, les inhibiteurs d’oxydation sont épuisés (complètement épuisés) et l’huile de base atteint son point de rupture, suivi d’un état d’oxydation incontrôlable. Il n’y a aucun moyen de remédier à l’oxydation autre qu’une vidange complète, une chasse d’eau et un changement d’huile.

Temps de suspension élevé

Tous les lubrifiants ont des niveaux importants d’air dissous (invisibles à l’œil nu). Les changements de pression et de température de l’huile peuvent faire évoluer l’air d’un état dissous à un état de bulles d’air entraîné (loi de Henry). Les petites particules facilitent la transition en fournissant des sites de nucléation pour les bulles d’air émergentes. Les lubrifiants très purs ont plus tendance à produire de grosses bulles d’air flottantes (libération rapide de l’air). À l’inverse, les huiles fortement contaminées, y compris celles riches en matières solides organiques, entraînent la formation de petites bulles d’air, qui altèrent la flottabilité et entraînent un ralentissement de l’entraînement de l’air (effets de la loi de Stokes). Comme cela a été discuté précédemment dans ce magazine, l’huile pétillante et aérée a de nombreuses conséquences négatives.


Figure 2. De nombreux additifs sont attirés par les
surfaces des particules et y adhèrent fermement. Lorsque les particules
sont ensuite éliminées par des filtres ou se déposent sur les sols des puisards,
les additifs sont éliminés de l’huile. Les particules
qui restent en suspension dans l’huile maintiennent les additifs
occupés et incapables de remplir leur fonction prévue.

Exposer Ghost Riders grâce à l’analyse de l’huile

De nombreuses machines qui contiennent de grands volumes d’huile en circulation n’ont pas d’intervalle de vidange d’huile programmé. Au lieu de cela, l’analyse de l’huile est utilisée pour alerter l’approche de la fin de la durée de vie utile restante (RUL). C’est ce qu’on appelle un changement d’huile basé sur l’état. Cela fonctionne très bien si les tests effectués par le laboratoire évaluent pleinement tous les facteurs qui définissent la santé et l’état de l’huile.

Par exemple, si vous ne surveillez que la stabilité à l’oxydation, l’épuisement prématuré des inhibiteurs de corrosion peut passer inaperçu. Les changements d’huile basés sur l’état dépendent de la vigilance et de l’évaluation complète de tous les facteurs et attributs importants de la santé et des performances du lubrifiant. Certains laboratoires font du bon travail avec ça. D’autres ont coupé les coins ronds.

De nombreuses méthodes de laboratoire courantes présentent des angles morts importants lorsqu’il s’agit de quantifier la concentration réelle de petites particules dans l’huile. Cela est vrai pour le comptage de particules, la spectroscopie élémentaire, la densité ferreuse, la ferrographie analytique et autres. Le tableau 1 fournit une liste de divers tests d’analyse d’huile et la capacité de ces méthodes à quantifier ou même à indiquer grossièrement la présence de particules de taille fantôme dans l’huile.

Un test se distingue par sa capacité à rapporter une valeur numérique unique pour les solides totaux (durs et mous). Ce test est une analyse gravimétrique. Il peut être amélioré en utilisant des solvants comme le toluène et l’hexane pour isoler et quantifier séparément les particules molles insolubles et les particules dures. D’autres tests de ce tableau peuvent également être efficaces, en particulier lorsqu’ils sont combinés avec des méthodes de test supplémentaires. Par exemple, les données de deux ou plusieurs des tests suivants peuvent fournir une compréhension pratique de la contamination par de petites particules : ultracentrifugeuse, MPC, test ponctuel de buvard, spectroscopie élémentaire et test de patch submicronique.


Tableau 1. Tests d’analyse d’huile pour indiquer la présence de particules fantômes dans l’huile

Suppression des Ghost Riders de votre huile et de votre machine

Certains types de filtres en profondeur ont la capacité d’éliminer de nombreuses particules bien dans la gamme submicronique. Cela peut conférer un contrôle important, en particulier si les filtres sont utilisés tout au long de la durée de vie de l’huile. Souvent, l’efficacité de ces filtres varie en fonction de la taille et de la composition des particules. Il existe également des séparateurs de particules chargées de différents types qui peuvent s’avérer efficaces.

Il y a également eu des développements intéressants avec des technologies de séparation combinées à des contrats basés sur la performance, comme la technologie de double séparation (DST) de SKF RecondOil . Des solutions holistiques comme celles-ci sont un excellent moyen de passer à une approche plus proactive dans le traitement de la contamination par les particules fantômes, car elles traitent l’accumulation de particules à l’échelle nanométrique.

Lorsque tout le reste échoue, la solution la plus pratique peut simplement consister à effectuer une vidange d’huile. C’est un choix plus logique pour les petites machines de puisard par rapport à celles contenant des milliers de gallons d’huile. (machinerylubrication Jim Fitch , Noria Corporation

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