Θέμα: Συνθετικά λιπαντικά. (Ιδιότητες- εφαρμγές). Η συμβλή τυς στην εξικνόμηση ενέργειας Εισηγήτρια: Ελένη Συλαντίκα- Καpαμπάτσυ*, ΜΜΜ ΕΜΠ, μηχ/κόι:; εφαρμγών πετρελαιειδών Γαλ. Ινστ. Πετρελαίυ (FP) Ι. Εισαγωγή - Ιστρική αναδρμή Όπως είναι γνωστό τ μεγαλύτερ πσστό των λιπαντικών πυ χρησιμπιύνται σήμερα είναι με βάση τα ρυκτέλαια. Τα ρυκτέλαια παράγνται από τη διύλιση υπό κενό τυ υπλείμματς της απόσταξης σ ατμσφαιρική πίεση. Τη διύλιση υπό κενό ακλυθύν κι ρισμένες άλλες επεξεργασίες (όπως π.χ. αππαρραφίνωση, απασφάλτωση, απμάκρυνση αρωματικών υδργνανθράκων κ.λπ.), ανάλγα κύρια με τν τύπ τυ απσταζόμενυ αργύ και τις πιότητες των λαδιών πυ θέλυμε να πάρυμε. Πριν, όμως, από την παρασκευή ρυκτελαίων μ αυτή τη διαδικασία, πυ είναι σχετικά πρόσφατη, ι ανάγκες για λιπαντικές ύλες καλύπτνταν από φυτικά και ζωικά λιπαντικά (λάδι ελιάς, φινικόλαδ, καστρέλαι κ.λπ.). Πλλά απ αυτά τα φυτικά υλικά χρησιμπιύνται ακόμη και σήμερα σαν συστατικά λιπαντικών, κύρια ειδικευμένων χρήσεων. Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας τυ 1930 φάνηκε η αναγκαιότητα ανάπτυξης της τεχνλγίας παρασκευής νέων συνθετικών λιπαντικών. Μερικί από τυς παράγντες πυ δήγησαν σ αυτό τ απτέλεσμα ήταν ι παρακάτω: - Ερευνα πάνω από ρυκτέλαια έδειξε ότι ρισμένες ργανικές ενώσεις είχαν καλύτερη συμπεριφρά στα λιπαντικά απ ότι άλλες διαφρετικής δμής. - Ο Δεύτερς Παγκόσμις Πόλεμς πρκάλεσε ελλείψεις στν εφδιασμό πετρελαιειδών ιδιαίτερα στις χώρες Γερμανία, Γ αλλ ία και Ιαπωνία. * - Μηχανικός Εφαρμγών Πετρελαιειδών Γαλ. Ινστ. Πετρελαίυ (FP- 1978) - 1979-1985 στη Δ/νση Βιμ. Πωλήσεων της Mobil Oil Hellas - Από Ιύλι 1985 μέχρι σήμερα στη Δ/νση Εμπρικών και Βιμηχανικών Πωλήσεων της ΕΚΟ ΑΒΕΕ - Οι κατασκευαστές μηχανλγικύ εξπλισμύ πρχώρησαν πλύ σε τεχνλγία και τα τότε υπάρχντα λιπαντικά δεν μπρύσαν ν αυξημένες απαιτήσεις. Σήμερα, εκτός απ ανταπκριθύν σε τόσ όλυς τυς λόγυς πυ πραναφέρθηκαν, τόσ ι εταιρείες πετρελαιειδών, όσ κι ι κατασκευαστές μηχανλγικύ εξπλισμύ στρέφνται σε λύσεις πυ πρσφέρυν ικνμία σ κατανάλωσης καυσίμων, μ... λόγω τριβών στα ξεκινήματα κ.λ.. ενέργεια (μείωση κατανάλωσης ενέργειας Η δη στις αε ρπρικtς εφαρμγές τα λιπαντικά πυ χρησιμπιύνται είναι όλα συνθετικά λόγω ακριβώς των ιδιαίτερα δυσμενών συνθηκών λειτυργίας (πλύ χαμηλές θερμκρασίες, ως και -65'C, μεγάλες μηχανικές καταπνήσεις, κλιματλγικές αλλαγές σε πλύ μικρά χρνικά διαστήματα κ.λπ.). Στν τμέα τυ αυτκινήτυ γίννται σημαντικές πρσπάθειες για παρασκευή «εκ συνθέσεως» λιπαντικών. Ηδη ρισμένες εταιρείες πετρελαιειδών εμπρεύνται μ αρκετή επιτυχία τέτια λιπαντικά και πιστεύεται ό τι η πρόδς της τεχνλγίας κάπια στιγμή θα κάνει ε πιτακτική τη χρήση τυς. Κάτω από τ ίδι πρίσμα αναπτύσσεται και η τεχνλγία nαρασκευής βιμηχανικών λιπαντικών. Και στις βιμηχανικές εφαρμγές ι απαιτήσεις λίπανσης είναι αυξημένες και ειδικά σ ρισμένες θέσεις μόν συνθετικά λιπαντικά μπρύν ν' απδώσυν (όπως π.χ. ι θέσεις πυ απαιτύν μη αναφλέξιμ υδραυλικό λάδι). Στη συνέχεια e αναπτυχθύν, όσ γίνεται απλύστερα, στιχεία πυ αφρύν στη χημική σύνθεση, στις ιδιότητες και στις εφαρμγές των συνθετικών λιπασμάτων. Ε πίσης θα δθύν στατιστικά κι ικνμικτεχνικά στιχεία σχετικά με τις καταναλώσεις συνθετικών λιπαντικών και τα φέλη πυ πρκύπτυν από τη χρησιμπίησή τυς.
14 Τεχνικά Χρνικά Σεπτ. Οκτώβρ. 1989 11. Ορισμός των συνθετικών λιπαντικών Είναι γεγνός ότι δεν υπάρχει διεθνώς κάπις ρισμός πυ ν' ανταπκρίνεται στη φύση και στα ειδικά χαρακτηριστικά των συνθετικών λιπαντικών. Ο πι τέλεις ρισμός αυτή τη στιγμή είναι αυτός της ASM, σύμφωνα με τν πί «συνθετικό λιπαντικό είναι πρϊόν χημικής α ντίδρασης διαφόρων συστατικών κάτω από ελεγχόμενες συνθήκες». Ετσι παρασκευάζεται ένα πρϊόν με πρκαθρισμένες φυσικές και χημικές ιδιότητες. Σε πλλές περιπτώσεις η πιότητα τυ βασικύ συνθετικύ υγρύ βελτιώνεται με τη χρηση πρόσθετων, όπως α κριβώς γίνεται και με τα ρυκτέλαια. Επίσης είναι πιθανό να γίνει ανάμειξη συνθετικύ λαδιύ και ρυκτέλαιυ, ειδικά σε περιπτώσεις πυ εμφανίζεται κάπι πρόβλημα ως πρς την συμβατότητα ή διάλυση κάπιυ πρόσθετυ. Σ αυτές τις περιπτώσεις ανάμειξης λαδιών διαφρετικής βάσης όταν τ πσστό τυ ρυκτέλαιυ υπερβαίνει τ 14% τ τελικό λάδι δεν νμάζεται συνθετικό (σύσταση ταυ SO-nternational Standardisation Organisation). Μέσα στα επόμενα δέκα χρόνια πρβλέπεται μεγάλη αύξηση στην κατανάλωση των συνθετικών λιπαντικών. Παρόλ πυ τα συμβατικά λιπαντικά θα κρατήσυν και πάλι τ μεγαλύτερ πσστό (επειδή η τιμή τυς θα παραμένει σε χαμηλά επίπεδα), υπλγίζεται ότι τ 1989 τα συνθετικά λιπαντικά θα καλύπτυν τ 5% περίπυ της παγκόσμιας αγράς, από 800.000 τόννι τ χρόν. δηλαδή θα καταναλώννται περισσότερι 111. Χημική σύσταση και ιδιότητες των κυριτέρων κατηγριών συνθετικών ενώσεων Για να διευκρινιστεί κάπως περισσότερ η διαφρά μεταξύ ρυκτέλαιων και συνθετικών υγρών θα αναφερθύν μερικά στιχεία πάνω στην τεχνλγία παρασκευής τυς. Τα ρυκτέλαια παρασκευάζνται με διύλιση σε ατμσφαιρική πίεση τυ αργύ πετρέλαιυ, διύλιση υπό κενό τυ υπλείμματς αυτής, απμάκρυνση των αρωματικών υδργνανθράκων με διαλύτες, υδργόνωση, απκήρωση με διαλύτες και φιλτράρισμα. Ομως ακόμη και κάτω από τις ιδανικότερες συνθήκες παραγωγής τ τελικό nρ'ίόν αυτής της σειράς επεξεργασιών είναι ένα μίγμα διάφρων ργανικών ενώσεων. Δεν υπάρχει τρόπς να γίνει επιλγή των συστατικών με τις καλύτερες ιδιότητες, αλλά κι αν ακόμη υπήρχε, βαθμός απόδσης θα ή ταν τόσ μικρός, πυ η διαδικασία παραγωγής θα ήταν τελείως αντιικνμική. Έτσι ι τελικές ιδιότητες τυ μίγματς είναι μέσς όρς των ιδιτήτων των συστατικών τυ μίγματς, και των καλύτερων και των χειρότερων. Αντίθετα τα συνθετικά υγρά παρασκευάζνται με σύνθεση ή/και συνδυασμό μιας ή περισστέρων χημικών ενώσεων κατά τρόπ, ώστε η σύσταση τυ τελικύ πρίόντς να είναι δεδμένη. Μ αυτή τη μέθδ παρασκευής ι ιδιότητες τυ πρϊόντς είναι καθρισμένες κι αρκετές φρές τα συνθετικά υγρά έχυν χαρακτηριστικά πυ τα ρυκτέλαια είναι αδύνατ ν απκτήσυν, ακόμα και μ ενίσχυσή τυς με βελτιωτικά πρόσθετα (π.χ. αναμειξιμότητα με νερό ή μη αναφλεξιμότητα κ.λπ.). Τ κύρι πλενέκτημα των συνθετικών λιπαντικών έναντι των ρυκτέλαιων είναι η συμπεριφρά τυς στις πλύ μικρές και πλύ μεγάλες θερμκρασίες. Στις χαμηλές θερμκρασίες εμφανίζυν ικανπιητική ρευστότητα και στις ψηλές θερμκρασίες έχυν μεγάλη αντχή στην ξείδωση. Αυτή ακριβώς η συμπεριφρά τυς είναι πυ τα επέβαλε σε διάφρες ειδικευμένες εφαρμγές (π.χ. αερπρία) και συνέχεια επεκτείνει τη χρήση τυς σε πλλύς τμείς (αυτκίνητα, βιμηχανία, ναυτιλία). Ο λόγς πυ κύρια φείλεται η πλύ καλή συμπεριφρά των ανθεκτικών στις ακραίες θερμκρασιακές περιχές είναι ότι με την επιλγή των συστατικών τυς πετυχαίνεται η απμάκρυνση των ενώσεων με πλύ μικρό και πλύ μεγάλ μριακό βάρς (ι «υρές» όπως λέγνται). Οι υδργνάνθρακες με μικρό μριακό βάρς είναι αυτές πυ καθρίζυν τη συμπεριφρά στις ψηλές θερμκρασίες, ενώ ι ενώσεις μεγάλυ μριακύ βάρυς επιδρύν κύρια στη συμπεριφρά στις χαμηλές θερμκρασίες. Η διαφρά της κατανμής των υδργνανθράκων στα ρυκτέλαια και στα συνθετικά φαίνεται στ χ. 1. Επίσης στ σχ. 2 φαίνεται ότι κατά τρόπ η επιλγή γίνεται και ανάλγα με τ μέγεθς και τη μρφή τυ μόριυ έτσι, ώστε να εξασφαλίζεται κατά τ δυνατό η μιμρφία και συμμετρικότητα, πράγμα πυ ελαχιστπιεί τις τριβές μεταξύ των μόριων κι δηγεί στην ελάττωση των εσωτε pικών τριβών. Για την ταξινόμηση των συνθετικών ενώσεων έχυν χρησιμπιηθεί διάφρι τρόπι με διαφρετικές φιλσφίες καθένας. Στη μελέτη αυτή αναφερόμαστε σε τέσσερις βασικύς τύπυς ενώσεων, πυ μόνι τυς α πτελύν πάνω από τ 90% τυ συνλικύ όγκυ συνθετικών υγρών πυ χρησιμπιύνται παγκόσμια σαν βάση για τα συνθετικά λιπαντικά. Συγκεκριμένα στη συνέχεια θ" αναφερθύμε στις παρακάτω κατηγρίες ενώσεων: 1. Εκ συνθέσεως υδργνάνθρακες (SHF) 2. Πλυγλυκόλες 3. Οργανικί εστέρες 4. Φωσφατικί εστέρες :t MoJec:uιes Σχήμα Ι - HYDROCARBON MOLECULE DιSTRBUTON
Σεπτ.- Οκτώβρ. 1989 Τεχνικά Χρνικά 15 Κa».λiτι:ρc; 11.ιnς Μpιι,.).., t\όριa no.payoμενa t σμνοιι:wς ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΥΔΡΟΓΟΝΑΝΟΡΑΚΩΝ fa ΣΥΝΗΘΗ ΟΡΥΚΤΕΛΑΙΑ tiynθ[fiko Yt.POrΌNANOPAK[;) Παρασκευάζνται από λιγμερισμό τυ αιθυλένιυ πρς λεφίνες μεγαλύτερυ μριακύ βάρυς (συνήθως 3-1 Ο άτμα άνθρακα). Η τυπική μρφή ενός τέτιυ υ δργνάνθρακα με 1 Ο άτμα άνθρακα φαίνεται στ χ. 3. Στν πίνακα 1 πυ ακλυθεί δίννται συγκριτικά στιχεία για τις φυσικές ιδιότητες ενός SHF με βάση τ πλυδεκένι κι ενός ρυκτέλαιυ με την ίδια σχεδόν ρευστότητα στυς 100 C. Από τν πίνακα μπρύμε εύκλα να διαπιστώσυμε τη σημαντική διαφρά στη συμπεριφρά στις πλύ χαμηλές θερμκρασίες (-17,8 C και -40 C) και στις απώλειες μ εξάτμιση (στυς 400 C δεκαπλάσι πσστό). Πίνακας 1 Σχήμα2 111. 1 Υδργνάνθρακες εκ συνθέσεως Απτελύν την κατηγρία πυ αναπτύσσεται γρηγρότερα και έχει τη μεγαλύτερη κατανάλωση. Είναι καθαρί υ δργνάνθρακες και παρασκευάζνται από πρώτες ύλες-παράγωγα τυ αργύ πετρέλαιυ. Δύ είναι ι κυριότερι τύπι αυτής της κατηγρίας, πυ αντιπρσωπεύυν και τ μεγαλύτερ εμπρικό ενδιαφέρν. Ο ένας είναι τα λεφινικά λιγμερή (και ιδιαίτερα ι πλυαλφαλεφίνες) και άλλς τα αλκυλαρωματικά. Υπάρχει και ένας τρίτς τύπς, τα πλυβυτένια, πυ έ χυν πλύ περιρισμέν πεδί εφαρμγών. Η πι σημαντική εφαρμγή τυς είναι σαν ηλεκτρμνωτικά υλικά, επειδή έχυν μεγάλη διηλεκτρική αντχή. Οι υπόλιπες εφαρμγές τυς στηρίζνται στ γεγνός ότι, όταν φτάσυν στη θερμκρασία απσύνθεσής τυς (288 C), διασπώνται μόν σε αέρια υλικά. Ειδικά σ ότι αφρά στυς δυ πρώτυς τύπυς αυτής της κατηγρίας ρισμένα βασικά στιχεία αναπτύσσνται παρακάτω: α) Ολεφινικά λιγμερή CH, - CH CH, CH CH, - CH, CH 2 CH, CH, CH 2 CH, CH, CH, CH, CH, CH 2 CH, CH 2 CH 2 CH, CH, CH, CH, CH, CH 2 CH, CH, CH 3 CH, CH, Σχ 3. Ολεφινικό λιγμερές Τυπική μρφή τυ λιγμερύς 1-δεκενίυ, πυ είναι λάδι χαμηλύ ιξώδυς κατάλληλ κύρια για παρασκευή λιπαντικών αυτκινήτυ. Ιδιότητα SHF Ορυκτέλαι Ιξώδες CST στυς 100 C 5,7 5,2 CST στυς 40 C 29,0 29,5 CST στυς -17,8 C 1010 CST στυς -40 C 7790 * * Δείκτης ιξώδυς (V) 140 102 Σημεί ρής, oc -54-18** Σημεί ανάφλεξης, oc 235 218 Απόσταξη / απόσταγμα στυς 400 C 2 20 Παρατηρήσεις: * Αδύνατς πρσδιρισμός **Με πρόσθετα ταπεινωτικά τυ σημείυ ρής Οι πλυαλφαλεφίνες λόγω τυ από φύση μεγάλυ δείκτη ιξώδυς έχυν χαρακτηριστικά ρευστότητας σχεδόν ιδανικά στις ακραίες θερμκρασιακές συνθήκες. Ετσι στις χαμηλές θερμκρασίες ξεκινήματς εμφανίζυν ρευστότητα τέτια, πυ να μειώννται ι απώλειες ενέργειας και παράλληλα στις ψηλές θερμκρασίες να παρέχυν πρστασία στις μεταλλικές επιφάνειες. Τα χα ρακτηριστικά τριβής των λαδιών πρσδιρίζνται με τ CONE DRVE WORM GEAR BENCH τεsτ, πυ χρησιμπιεί aτέρμνες ακρίβειας, πυ στ συγκεκριμέν τεστ έχυν λόγ μετάδσης 50:1 και ιππδύναμη 3ΗΡ. Η δκιμή γίνεται με 1680 RPM ταχύiητα εισόδυ, θερμκρασία λαδιύ 195 F και φρτία 1 ΟΟ/, 150/ και 200/. Η διάρκεια τυ τεστ είναι 2 1/2 μέρες, μετριύνται ι ρπές εισόδυ και εξόδυ και υπλγίζεται η απόδση. Η επαναληψιμότητα της δκιμής αυτής είναι πλύ καλή γιατί ακριβώς ι aτέρμνες είναι ακρίβειας. --------------- Πίνακας 2: Cone Driνe Worm Gear Test Λόγς μετάδσης 50:1 SHF Ορυκτέλαια: Λάδι γραναζιών Μ Λάδι γραναζιών Ε Λάδι γραναζιών Χ Απόδση 80,8 75 75,3 75,6 ρείχαλκς/χάλυβας Βελτίωση σε σχέση με ρυκτέλαι αvαφ ράς Μ +7,7% Λάδι αναφράς +0,4% +0,8%
16 τεχνικά Χρνικά Σεπτ. - Οκτώβρ. 1989 Στν πίνακα 2 φαίννται τ' απτελέσματα των μετρήσεων μ αυτή τη μηχανική δκιμή για διάφρα ρυκτέλαια και ένα SHF λάδι. Από τν πίνακα φαίνεται η σημαντική βελτίωση στην απόδση όταν χρησιμπιείται λάδι SHF. Η αύξηση της απόδσης συνδεύεται από τη δυνατότητα λειτυργίας σε χαμηλότερες θερμκρασίες και τν περιρισμό της α πρρόφησης ενέργειας. Ε να άλλ τεστ πυ πρσδιρίζει χαρακτηριστικά τριβής είναι τ TANNERT TEST, πυ χρησιμπιήθηκε στη Γερμανία αρκετά χρόνια. Η δκιμή αυτή μετράει με μια ρισμένη διάταξη συντελεστές τριβής μεταξύ διαφόρων μεταλλικwν επιφανειών. Απτελέσματα αυτύ τυ τεστ με SHF κι ρυκτέλαι ενισχυμέν με θειύχα και φωσφρύχα πρόσθετα ψηλής πίεσης φαίννται στν πίνακα 3. Πίνακας 3: Tannert test rig Συντελεστής τριβής στυς 20 C Χάλυβας Ι Κράμα κασσίτερυ Χάλυβας/Κράμα μόλυβδυ Χάλυβας/Κράμα ρείχαλκυ Ορυκτέλαι για γρανάζια με πρόαθετα sυ & ΡΗ 0,16 0,17 0,176 Λάδι SHF 0,126 0,166 0,119 Τα κράματα πυ ελέγχθηκαν με τ τεστ είναι απ' aυτά πυ κύρια χρησιμπιύνται στην κατασκευή έδρανων και ρυλεμάν. Οι μικρί συντελεστές τριβής δηγύν σε μικρή κατανtιλωση ενέργειας (ειδικά όπυ υπάρχυν τακτικά σταματήματα και ξεκινήματα). β) Αλκυλαρωματικά Παρασκευάζνται με αλκυλίωση μιας aρωματικής ένωσης, συνήθως τυ βενζένιυ. Η αλκυλίωση συνίσταται στην ένωση τυ aρωματικύ μόριυ με αλκυλμάδες και αντικατάσταση αντίστιχων ατόμων υδργόνυ. Γενικά ι αλκυλμάδες περιέχυν 10-14 άτμα άνθρακα και έ χυν παραφινική δμή. Οι ιδιότητες τυ τελικύ πρϊόντς μεταβάλλνται ανάλγα με τη δμή και τη θέση των αλκυλίων. Τ διαλκυλβενζένι είναι ένας τυπικός αλκυλαρωματικός υδργνάνθρακας και η δμιt τυ φαίνεται στ σχ. 4. CH... CH C-R 11 CH. CH ""c...- 1 R Σχ. 4. Αλκυλαρωματικά. Η δμή αυτή είναι τυ διαλκυλβενζενίυ. Η αλκυλμάδα R περιέχει συνήθως 10-14 άτμα άνθρακα. Τα αλκυλαρωματικά εμφανίζυν πλύ καλή συμπεριφρά στις χαμηλές και ψηλές θερμκρασίες, είναι λιγότερ πτητικά από τα αναλόγυ ιξώδυς ρυκτέλαια, περισσότερ ανθεκτικά στην ξείδωση και στην υδρόλυση και δείκτης ιξώδυς είναι περίπυ ίδις με αυτόν των ρυκτέλαιων ψηλύ δείκτυ ιξώδυς. Τ κυριότερ μεινέκτημά τυς είναι η συμπεριφρά τυς ως πρς τα πρόσθετα, γι' αυτό ι λιπαντικές τυς ιδιότητες μπρεί να είναι φτωχές. Όπως και ι πλυλεφίνες, και τ' αλκυλαρωματικά είναι συμβατά με τα ρυκτέλαια και είναι κατάλληλα για όλα τα συ στή ματ α πυ σχεδιάστηκαν να λειτυργήσυν με ρυκτέλαια. 111. 2. Πλυγλυκόλες Οι πλυγλυκόλες χρησιμπιύνται ευρύτατα στην παρασκευή συνθετικών λιπαντικών και έχυν μεγάλ πεδί εφαρμγών. Είναι γραμμικά πλυμερή πυ παρασκευάζνται με πρσθήκη ενός αλκυλενξειδίυ σε μια υδρξυλιύχ ένωση. Η ένωση αυτή μπρεί να είναι νερό, αλκόλη, αιθυλενγλυκόλη, πρπυλενγλυκόλη ή γλυκερίνη. Τ ιξώδες τυ τελικύ πρϊόντς είναι συνάρτηση τυ μριακύ βάρυς τυ πλυμερύς κι ελέγχεται μ επιλγή των χημικών ενώσεων πυ χρησιμπιύνται για την παρασκευή. Οι πλυγλυκόλες αναφέρνται σαν πλυαλκυλενγλυκόλες, πλυεστέρες, εθέρες πλυαλκυλενγλυκόλης. Η τελευταία κατηγρία είναι και αυτή πυ χρησιμπιείται κύρια σαν βάση για την παρασκευή λιπαντικών, ενώ ι αιθυλεν- και πλυαιθυλενγλυκόλες χρησιμπιύνται σχεδόν κατ απκλειστικότητα για τα υγρά φρένων. Τυπικές ενώσεις της κατηγρίας αυτής φαίννται στ σχ. 5. ΟΗ CH,-CH, ΟΗ Αιθυλενγλυκόλη CH,-1-CH,-0-CH,-1,-CH, ΟΗ ΟΗ Εθέρας πλυαιθυλενγλυκόλης Σχ. 5. Η αιθυλενγλυκόλη είναι η απλύστερη γλυκόλη. Όταν πλuμεριστεί αχηματίζεται δεαμός ξυγόνυ και αχηματίζεται εθέρας παλυγλυκόλης. Οι πλυγλυκόλες διαθέτνται ανάλγα με την εφαρμγή τυς σε δυ κύριυς τύπυς: διαλυτές ή αδιάλυτες στ νερό. Ενα από τα κύρια πλενεκτήματά τυς είναι ότι στις πλύ ψηλές θερμκρασίες διασπώνται σε πτητικά συστατικά. Αυτή τυς η ιδιότητα δηγεί σε πλύ χαμηλά πσστά κατάλιπων (λάσπης) σε σχετικά ψηλές θερμκρασίες ή σε απόλυτη aπσύνθεσή τυς σε ρισμένες εφαρμγές σε εξαιρετικά ψηλές θερμκρασίες. Στν πίνακα 4 φαίννται ρισμένα από τα χαρακτηριστικά των πλυγλυκλών. Και ι πλυγλυκόλες, όπως και τα SHF λάδια, έχυν πλύ καλά χαρακτηριστικά τριβής. Σε συγκριτική δκιμή με aτέρμνες ενώ τα διάφρα ρυκτέλαια πυ δκιμάστηκαν έδειξαν αύξηση της θερμκρασίας μέχρι και 90 C, ι πλυγλυκόλες έμειναν στυς 53 C και η απόδση αυξήθηκε κατά 10% σε σχέση με τα συμβατικά ρυκτέλαια. Τ CONE DRVE WORM GEAR TEST έδωσε τ α πτελέσματα πυ φαίννται στν πίνακα 5.
Σεπτ.- Οκτώβρ. 1989 Τεχνικά Χρνικά 17 Πίνακας 4: Χαρακτηριστικά πλυγλυκλών Οι ργανικί εστέρες έχυν τη μεγαλύτερη ιστρία ε φαρμγής μεταξύ όλων των συνθετικών λιπαντικών. Η χρησιμπίησή τυς άρχισε από τ Β Παγκόσμι Πόλεμ στη Γερμανία, όπυ χρησιμπιήθηκαν σαν πρόσθετα για τη βελτίωση των χαρακτηριστικών χαμηλών θερμκρασιών των ρυκτέλαιων. Από τ 1950 και μετά χρησιμπιύνται σαν λιπαντικά αερπρίας κατ κότητα. απκλειστι Λιπαντικότητα Σημεί ανάφλεξης, oc Δείκτης ιξώδυς (V) Πτητικότητα Σημεί ρής, oc Θερμική σταθερότητα Συμβατότητα με ρυκτέλαια Εξαιρετική 149-260 100-200 χαμηλή -23 ως -57 Καλή Πλύ περιρισμένη Οι εστέρες είναι πρίόν της αντίδρασης μεταξύ μιας αλκόλης και ενός ργανικύ ξές και χαρακτηρίζνταί από εξαιρετικές φυσικές ιδιότητες (ψηλός δείκτης ιξώδυς, χαμηλή πηκτικότητα, χαμηλό σημεί ρής, ρευστότητα σε χαμηλές θερμκρασίες) και έχυν πλύ καλή χημική και θερμική σταθερότητα. Επίσης εμφανίζυν πλύ καλή διαλυτικότητα των πρσθέτων. Πίνακας 5: Coνe driνe worm gear test Λόγς μετάδσης 50:1 Πλυγλυκόλη Ορυκτέλαια - Λάδι γραναζιών Μ - Λάδι γραναζιών Ε - Λάδι γραναζιών Χ Απόδση 80,3 75,0 75,3 75,6 Ορείχαλκς/χάλυβας Βελτίωση σε σχέση με ρυκτέλαι αναφράς Μ +7,1% Λάδι αναφράς +0,4% +0,8% Στν πίνακα 6 φαίννται τ' απτελέσματα τυ TANNER TEST για τις πλυγλυκόλες σε σχέση μ ενισχυμένα ρυκτέλαια. Οι παρατηρήσεις είναι ανάλγες μ" αυτές για τα λάδια SHF. Πίνακας 6: Tanner test rig Συντελεστής τριβής στυς 20 C Χάλυβας/κράμα κασίτερυ Χάλυβας/κράμα μόλυβδυ Χάλυβας/κράμα ρείχαλκυ Ορυκτέλω γι γρανάζια με πρόσθετα SU & ΡΗ Πλυγλυκόλη 0,16 0,17 0,176 0,126 0,166 0,119 Γενικά για τα υπόλιπα χαρακτηριστικά τυς ι πλυγλυκόλες έχυν μεγάλη θερμική αγωγιμότητα και χαμηλά σημεία ρής. Δεν είναι συμβατές με τα ρυκτέλαια και τα πρόσθετα πυ χρησιμπιύνται σ' αυτά και πρσβάλλυν τα περισσότερα κι επικαλυmικά (είναι συμβατές μόν με τα επξειδωτικά χρώματα και τα επικαλυπτικά πλυυρεθάνης). Δεν πρκαλύν διόγκωση των ελαστικών παρεμβυσμάτων (lέflon, VTON, BUTADENE, κ.λπ), αλλά όταν χρησιμπιείται υδατδιαλυτός τύπς γλυκόλης πρέπει να επιλέγνται παρεμβύσματα πυ δε διγκώννται με τ νερό. Αξίζει να σημειωθεί τ γεγνός ότι ακόμα κι αν η πλυγλυκόλη δεν περιέχει αρχικά νερό, έχει μεγάλη τάση ν aπρρφάει υγρασία από την ατμόσφαιρα. 111.3 Οργανικί ετέρες Η ανωτερότητα των ργανικών εστέρων ως πρς τ' αναλόγυ ιξώδυς ρυκτέλαια φαίνεται στν πίνακα 7, όπυ γίνεται σύγκριση των κυριτέρων φυσικών τυς χαρακτηριστικών. Οι κυριότερι τύπι ργανικών εστέρων πυ χρησιμπιύνται για την παραγωγή -λιπαντικών υλών είναι ι ε στέρες διβασικών ξέων και ι εστέρες πλυόλης. α) Εστέρες διβασικών ξέων (ή διεστέρες) Οι εστέρες αυτί πρκύmυν από αντίδραση διβασικών ξέων με αλκόλες πυ περιέχυν μια ενεργή υδρξυλική μάδα (μνυδρικές αλκόλες). Στ σχήμα 6 φαίνεται η δμή ενός τυπικύ διεστέρα. Οι φυσικές ιδιότητες τυ τελικύ πρϊόντς μεταβάλλνται ανάλγα με την αλκόλη ή τ ξύ πυ χρησιμπιύνται για την παρασκευή τυ. Πίνακας 7 Ιδιότητα Εστέρες Ορυκτέλαι Ιξώδες, CST στυς 100 C 4,6 5,2 στυς 40 C 21 29,5 στυς -17,8 C 474 * στυς -40 C 5465 * Δείκτης ιξώδυς 140 102 Σημεί ρής, C -57-18** Σημεί ανάφλεξης, C 243 218 Απόσταξη / απόσταγμα στυς 400 C 3 20 * Αδύνατη η μέτρηση * * Με πρόσθετα ταπεινωτικά τυ σημείυ ρής 11 11 RO - C - (CH2)o - C - ΟΡ Σχήμα 6. Εστέρας διβασικύ ξές. Τα συνήθως χρησιμπιύμενα ξέα εivaι τα αδιπtκά, αζελαiκό και σεβασtκό. Ot αλκόλες πυ χρησιμπιύνται είναι ι 2-εθυλεξύλ ιc.ι. τριμεθυλεξύλ (C ) ισδεκύλ (C,o) και τριδεκύλ (C,). Τα κυριότερα χαρακτηριστικά των διεστέρων, πυ τα επέβαλαν σαν τα κατ' εξχή λιπαντικά αερπρίας είναι η αντχή στην ξείδωση κι η θερμική τυς σταθερότητα. Οι βελτιωμένες τυς ιδιότητες σ' αυτά τα δύ χαρακτηριστικά συντελύν στα: - ελάχιστη δημιυργία ξέων - ελάχιστη φθρά σε γρανάζια κι έδρανα - αντίσταση στ σχηματισμό λάκας και δημιυργία ε- ξανθρακωμάτων
18 Τεχνικά Χρνικά Σεπτ. - Οκτώβρ. 1989 - περιρισμός των επικαθήσεων - πρίόντων της a πικδόμησης των συστατικών τυ λαδιύ β) Εστέρες πλυόλης Σχηματίζνται από την αντίδραση μιας πλυυδρικής αλκόλης (αλκόλης με δύ ή περισσότερα ενεργά υδρξύλια) μ ένα μνβασικό ξύ. 11 CH 2 - Ο -- C - R Ο 11 CH, - CH 2 - C - CH, - Ο -- C -- R CH 2 --Ο- C- R 11 Εστέρας τριμεθυλπρπανίυ 11 Ο CH 2 - Ο - C - R Ο R - 11 Ι 11 C - Ο - CH, - C - CH, - Ο - C - R CH,-0-C- R 11 Εστέρας πενταερυθριτόλης Σχ. 7 Τυπικσi εστέρες πσλυόλης. Οι ρiζες συνήθως περrέχυv από 6 ως 10 άτμα άνθρακα ιι.:αι πρτιμύνται αυτές με μvό αριθμό ατόμων άνθρακα. Στ σχήμα 7 φαίννται δύ τυπικί εστέρες αυτής της κατηγρίας. Όπως και στυς διεστέρες, ι φυσικές ιδιότητες τυ τελικύ πρίόντσς διαφέρυν ανάλγα με την αλκόλη ή και τ ξύ πυ χρησψπιείται Οι εστέρες αυτί έχυν καλύτερη σταθερότητα σε ψηλές θερμκρασίες από ότι ι διεστέpες. Οι υπόλιπες ιδιότητές τυς είναι ανάλγες με αυτές των διεστέρων με μικρές απκλίσεις, κύρια όσν αφρά στη διόγκωση των παρεμβυσμάτων και στη συμπεριφρά στα χρώματα, πυ είναι χειρότερη. Τ συγκριτικό διάγραμμα της πτητικότητας είναι ανάλγ με αυτό των διεστέρων, μια και τα χαρακτηριστικά πτητικότητας των δύ κατηγριών είναι ανάλγα. 111. 4 Φωσφατικί εστέρες Η κατηγρία αυτή των συνθετικών ενώσεων είναι από τις κυριότερες από πλευράς κατανάλωσης. Η δμή ενός τυπικύ φωσφατικύ εστέρα φαίνεται στ σχ. 8. Ό-R / Ο- Ρ:: Ο -o-r 0-J\ '\ f- R Σχ. Β. Φωσφατικός εστέρας. Τ R μπρε/ να ε/ναι αλκύλι ή αρύλι. Στην περ/πτωση πυ τ R είναι μεθύλι (CH3) η ένωση εiναι φωσφaτικός τρικρεζυλεστέρας. Η βασικότερη ιδιότητά τυς είναι η αντχή τυς σε ανάφλεξη, πυ είναι πλύ μεγαλύτερη απ' αυτή των ρυκτέλαιων, γι αυτό η κύρια εφαρμγή τυς είναι σαν μη α ναφλέξιμα λάδια υδραυλικών συστημάτων. Η αντχή τυς στην ανάφλεξη φείλεται ως ένα ρισμέν βαθμό στ ό.τμ τυ φωσφόρυ πυ συμμετέχει στ μόρι της ργανικής ένωσης και η αντχή αυτή αυξάνεται όσ τ μριακό βάρς μειώνεται. Για τ λόγ αυτό, ό πως φαίνεται και στν πίνακα 8, ι φωσφατικί εστέρες χαμηλύ ιξώδυς αναφλέγνται σε μεγαλύτερες θερμκρασίες. Ιξώδες CST στυς 40"C 17,3 28,2 40,3 68,1 Πίνακας 8. Αντχή στην ανάφλεξη των φωφατικών εστέρων 111. 5 Γενικά συμπεράσματα Αντανάφλεξη "C ASTM 0286 650 605 590 585 Στυς πίνακες 9, 1 Ο και 11 παραθέτνται συγκεντρωτικά τα στιχεία πυ αναπτύχθηκαν σ έκταση στα παραπάνω κεφάλαια σχετικά με τις ιδιότητες των συνθετικών λιπαντικών. Παράλληλα γίνεται αντιπαράθεση με τα ρυκτέλαια έτσι, πυ αμέσως να φαίννται ι διαφρές τυς και να πρκύπτυν τα πλενεκτήματα και μεινεκτήμcηά τυς. Από τα στιχεία αυτά είναι δυνατό να πρκύψυν τα συμπεράσματα για τις πιθανές εφαρμγές τυ κάθε τύπυ συνθετικύ λιπαντικύ και τις πιτικές δυνατό τητές τυ. V. Εφαρμγές των συνθετικών λαδιών Οπως ήδη έχει αναφερθεί τ πεδί εφαρμγών των συνθετικών λιπαντικών είναι αρκετά μεγάλ και συνέχεια τείνει να επεκταθεί σε πλύ περισσότερυς τμείς. Οι ιδιότητες πυ κύρια επιβάλλυν τη χρήση των συνθετικών λαδιών είναι η αντχή στην ξείδωση, η θερμική σταθερότητα σε ψηλές θερμκρασίες και η ρευστότητα στις χαμηλές θερμκρασίες. Τελικό, δηλαδή, αυτό πυ τα ξεχωρίζει από τα ρυκτέλαια είναι ότι ι θερμκρα σιακές περιχές μέσα στις πίες μπρύν να χρησιμπιηθύν είναι κατά πλύ ευρύτερες από αυτές των ρ υ κτέλαιων. Στν πίνακα 12 παραθέτνται συγκεντρωμένες ι εφαρμγές της κάθε κατηγρίας συνθετικών λιπαντικών. Βλέπυμε ότι στν τμέα της βιμηχανίας όλες ι κατηγρίες βρίσκυν εφαρμγή (ακριβώς λόγω των πικίλων εφαρμγών πυ απαντάμε στη βιμηχανία και των διάφρων ειδικών απαιτήσεων). Αντίθετα στν τμέα τυ αυτκινήτυ τα SHF κατέχυν την πρώτη θέση αυτό παρατηρείται κύρια γιατί αυτή η κατηγρία όπ.ως έχει πραναφερθεί παρυσιάζει πλήρη συμβατικότητα, άρα και α ναμιξιμότητα, με τα ρυκτέλαια και τα πρόσθετα πυ χρησιμπιύνται σ αυτά, καθώς και με όλα ΤΏ συστήματα πυ είναι σχεδιασμένα και μελετημένα για να λι πανθύν με ρυκτέλαια
Σεπτ.- Οκτώβρ. 1989 Τεχνικά Χρνικά 19 Πίνακας 9: Ιδιότητες συνθετικών υγρών σε σύγκριση με τα ρυκτέλαια Ορuκτέλακι Πλuαλτα Διαλκuλ Εστέρες Εστέρες Πλu Φωσφα.τικi ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ Παραφινι Αεφίνες βενζενια Λιβαικύ Πλuόλης Γλυκόλες Εστέρες Σιλικόνες Μεταβλή της: ρευστότητας κής βάσης με τη θερμκρασία ΜΚ κ ΜΚ π κ κ π κ Α Ε Ρευστότητα σε χαμηλές: θερμκρασίες: Α κ κ κ κ κ ΜΚ κ Σταθερότητα έναντι της: ξείδωσης σε ψηλές θερμκρασίες (με βελτιωτικό) ΜΚ π κ κ κ Ε κ ΜΚ Α Σ υ μβατότητα με ρυκτέλαια Α Ε Ε κ ΜΚ Α ΜΚ Α Χαμηλή πτητικότητα ΜΚ Ε κ Ε Έ κ κ κ Συμβατότητα με χρώματα Ε Ε Ε ΜΚ κ κ Α π κ Σταθερότητα έναντι υδρόλυσης Ε Ε Ε ΜΚ ΜΚ π κ ΜΚ κ Σταθερότητα έναντι σκυριάς (με βελτιωτικό) Ε Ε Ε ΜΚ ΜΚ κ ΜΚ κ Διαλυτηίηση πρσθέτων Ε κ Ε π κ π κ ΜΚ κ Α Συμπεριφρά στη διόγκωση των ελαστικών παρεμβυσμάτων (buna rubber) Ε Ε Ε κ ΜΚ Ε ΜΚ Ε Τα γράμματα είναι ενδεικτικά της πιτικής στάθμης: ξέως Α= Ασχημη, Κακή, ΜΚ = Μέτρια, καλή, Κ = Καλή, ΠΚ = Πσλύ Καλή, Ε = Εξαιρετική Πίνακας 1 Ο: Πλενεκτήματα και περιρισμί στη χρήση των συνθετικών λιπασμάτων Συνθετικά λιπαντικά Πλενεκτήματα σε σχέση με τα ρυκτέλαια Περιρισμί στη χρήση ---------------------------- SHF (Synthetic hydrocarbon Σταθερότητα σε υψηλές θερμκρασίες: Μεγάλη διάρκεια ζωής Διαλυτικότητα/ Απρρυπαντικότητα* flυids Ρευστότητα σε χαμηλές θερμκρασίες Συμβατότητα με Μεγάλς δείκτης: ιξώδυς παρεμβύσματα* Μεγαλύτερη πρστασία κατά της: φθράς: Χαμηλή πτητικότητα (εξικνόμηση λαδιύ) Συμβατότητα με ρυκτέλαια και χρώματα Δεν περιέχυν παραφινικύς: κηρύς Οργανικί εστέρες: Φωσματικί εστέρες Πλuγλυκόλες Σταθερότητα σε υψηλές θερμκρασίες Μεγάλη διάρκεια ζωής Ρευστότητα σε χαμηλές: θερμκρασίες: Διαλυτικότητα/ Απρρυπαντικότητα Μη αναφλεξιμότητα Λιπαντική ικανότητα Ικανότητα απρρόφησης: νερύ Υψηλός δείκτης ιξώδυς Ρευστότητα σε χαμηλές: θερμκρασίες Αντισκωριακή ικανότητα Δεν περιέχυν παραφινικύς: κηρύς: Συμβατότητα με παρεμβύσματα* Συμβατότητα με ρυκτέλαια* Αντισκωριακή ικανότητα* Σ υ μπεριφρά κατά της φθράς και στις: υψηλές: πιέσεις Σταθερότητα έναντι υδρόλυσης Συμβατότητα με χρώματα Σ υ μβατότητα με παρεμβύσματα Χαμηλός δείκτης ιξώδυς Σ υ μβατότητα με χρώματα Μεταλλική διάβρωση* Σταθερότητα έναντι υδρόλυσης Συμβατότητα με ρυκτέλαια Σ υ μβατότητα με χρώματα Σταθερότητα έναντι ξειδώσεως: * Οι αρνητικί αυτί παράγντες μπρύν να γίνυν αμελητέι με κατάλληλες τρππιήσεις στη Χημεία και τη σύνθεση της τελικής φόρμυλας παρασκευής τυ λιπαντικύ.
20 Τεχνικά Χρνικά Σεπτ. Οκτώβρ. 1989....,... --,.-,----,--, Πίνακας 11 -... 8... 8...,...... 8 8 8 w τ Ί\JnL}«i ό;χnπι':λαω --------...::st,,_,f'-c------- ιι?ikό<υ""-------' Εστ-=έ:.ρ"'Ε='(; δ L ('c.σl ΚΟϋ Cf,coς ------- =Εστ. ι'.ρι:_c τιλώλη""-;!...,'-'-"'-"------ :.:Π=:.:.λυ.γ λuη6λες:.... u u u u u u.... ';- "' ":' -: ":.. ΣυνΕχή(; [ λε L TCJ.X))' ία. υ u u c.> u άνάλγα "' μέ τήy r; Λιακnτάμ.cνη ρπή V% λειτυργία bαίντpη(;..., "' Στις αερπρικές εφαρμγές την πρώτη θέση κατέχυν ι εστέρες και ακλυθύν τα SHF και ι σιλικόνες για πι ειδικευμένες χρήσεις (κύρια τα γράσσα σιλικόνης). Πρέπει να τνιστεί ότι πρακτικά στην αερπρία μόν συνθετικά λιπαντικά χρησιμπιύνται γιατί είναι πραγματικά τα μναδικά πυ μπρύν ν ανταπκριθύν σε τόσ σκληρές και aντίξες συνθήκες λειτυργίας. Τ ίδι συμβαίνει με τα διάφρα αερδιαστημικά πργράμματα, πυ, όπως είναι εύκλα κατανητό, απαιτύν λιπαντικά πλύ υψηλής και πρχωρημένης τεχνλγίας. Στα επόμενα κεφάλαια e αναφερθύμε αναλυτικότερα στις εφαρμγές κατά κύριυς τμείς δραστηριότητας. Ενδεχόμεν σ ρισμένα σημεία να επανέλθυμε σε στιχεία πυ ήδη έχυν αναπτυχθεί, αλλά αυτό κρίνεται αναγκαί για να γίνυν κατανητο πράγματα πυ εξετάζνται από διαφρετική άπψη. V. 1. Εφαρμγές τ" αυτκίνητα Τα λάδια αυτκινήτων απτελύν έναν από τυς κυριότερυς τμείς εφαρμγής των συνθετικών λαδιών. Αρχικά, όλες ι έρευνες και πρσπάθειες για την ανάmυξή τυς στηρίχτηκαν στην πλύ καλή συμπεριφρά τυς στις χαμηλές θερμκρασίες. Από τ 1973 και μετά, πυ η κρίση τυ πετρελαίυ έθεσε τ ενεργειακό πρόβλημα, τα συνθετικά υγρά αναπτύχθηκαν πάνω σε διαφρετική φιλσφία. Ετσι ι παράγντες πυ επηρεάζυν πια την ΠΕΔΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΙ - Κυκλφριακά συστήματα - Μειωτήρες - Υδραυλικά συστήματα Ιμη λιπαντικά) - Σ υμηιεστές - Αερστρόβιλι - Λιπάνσεις με γρά 11. ΑντΟΚΙΝΗΤΑ - Κινητήρες επιβατικών ΙΧ - Κινήτηρες μέσων μαζικών μεταφρών και βαριύ εκσκαmικύ και χωματυργικύ εξπλισμύ - Γ ραναζκιβώτια - Φρένα 111. ΑΕΡΟΠΟΡΙΚΕΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ - Αερστρόβιλι - Υδραυλικά υτήματα - Λιπάνσεις με γράσσ Πίνακας 12: Κυριότερες εφαρμγές των συνθετικών λιπαντικών τγπσ ΣγΝΘΗΙ ΚΟΥ ΛΙΠΑΝτΙΚΟΥ Πλυγλυκόλες, SHF, Οργανικί εστέρες Πλυγλuκόλες, SHF Φωφατικί εστέρες, Πλυγλυκόλες Πλυγλυκόλες, Οργανικί εστέρες, SHF SHF, Οργανικί εστέρες SHF SHF, ΟργανΙκί εστέρες SHF, Οργανικί εστέρες SHF Πλυγλυκόλες Οργανικί εστέρες Φωσφατικί εστέρες, Σιλικόνες, SHF Σιλικόνες, Οργανικi εστέρες, SHF
Σεπτ. Οκτώβρ. 1989 Τεχνικά Χρνικά 21 έρευνα πάνω στα συνθετικά λιπαντικά αυτκινήτων είναι ι εξής: - Οικνμία καυσίμων - Μεγαλύτερη διάρκεια ζωής τυ λιπαντικύ, με σκπό να ελαττωθεί χρόνς συντήρησης και να γίνει εξικνόμηση πρώτων υλών. Ψηλότερες θερμκρασίες λειτυργίας μια και η τάση των κατασκευαστών είναι πρς κινητήρες πι ταχύστρφυς και με σκληρότερες συνθήκες λειτυργίας παράλληλα με τη χρήση υπερπληρωτών. - Καθαρότερι κινητήρες για λόγυς πρστασίας περιβάλλντς και μακρόχρνης χρήσης τυς. Πλλές πρσπάθειες έγιναν για την παρασκευή και διάθεση στην αγρά συνθετικών λαδιών κινητήρων αυτκινήτων, μια και η αγρά αυτή παρυσιάζει μεγάλ εμπρικό ενδιαφέρν. Από ένα σημεί και μετά η πρσχή κύρια στράφηκε στα λιπαντικά με βάση SHF, τόσ για λόγυς πιότητας, όσ και για λόγυς συμβατότητάς τυς με τα ρυκτέλαια, τα πρόσθετα και τα υλικά πυ συνήθως χρησιμπιύνται από την αυτκινητβιμηχανία. Τα λάδια αυτά νέας σύλληψης και τεχνλγίας (NEW CONCEPT ENGNE OLS-NCEO) δεν έπρεπε μόν νάχυν εξαιρετική συμπεριφρά, αλλά και να πρσφέρυν στν αυτκινητιστή συγκεκριμένα και aπδείξιμα απτελέσματα. Παράλληλα έπρεπε ν ανταπκρίνεται (fι και να ξεπερνύν) τις ισχύυσες πρδιαγραφές, τόσ των κατασκευαστών αυτκινήτων, όσ και των διάφρων διεθνών ργανισμών. Εξικνόμηση ενέργειας Η χρήση των συνθετικών λιπαντικών δηγεί σ εξικνμικές ενέργειες και ι κύρις λόγς είναι τα πλύ βελτιωμένα χαρακτηριστικά τριβής (μικρότερη εσωτερική α ντίσταση-μείωση τριβών). Υπάρχει διάσταση απόψεων μεταξύ των ερευνητών και αυτών πυ γενικότερα ασχλύνται με τα συνθετικά, ό ταν γίννται εκτιμήσεις κι υπλγισμί για τη συνλική εξικνόμηση ενέργειας πυ πρκύmει πό τη χρήση αυθεντικών, κι αυτό γιατί είναι γεγνός ότι καταναλώνεται αρκετή ενέργεια στην παρασκευή τυς. Ειδικά για τη χρήση των συνθετικών στις ΜΕΚ μια λκληρωμένη μελέτη για τα ενεργειακά φέλη πυ πρσφέρυν κατάληξε σε πλύ θετικά συμπεράσματα. Η σύγκριση έγινε μεταξύ ενός συνθετικύ SAE SW-20 κι ε νός ρυκτέλαιυ SAE 1 OW-40. Οι παραδχές για τυς υπλγισμύς ήταν αλλαγή λαδιύ στα 6000 μίλια και 4% λιγότερη κατανάλωση καύσιμυ με τ συνθετικό. Με βάση αυτές τις παραδχές και με υπλγισμύς, πυ φαίννται αναλυτικά στν πίνακα 13, βρέθηκε ότι τ ενεργειακό ισζύγι μεταξύ της ε ξικνόμησης ενέργειας κι αυτή πυ καταναλώνεται για την παρασκευή τυ συνθετικύ είναι θετικό. Συγκεκριμένα βρέθηκε ενεργειακό όφελς της τάξης των 38 εκατμμυρίων BTU πυ ισδυναμύν με 6,6 βαρέλια αργύ. Πρέπει επίσης να τνιστεί τ γεγνός πως γι αυτή τη μελέτη τα 6000 μίλια για την αλλαγή ήταν μια παραδχή, ενώ έχει απδειχτεί ότι τα συνθετικά λάδια αντέχυν πλύ περισσότερ, άρα και τα φέλη είναι μεγαλύτερα. Επίσης η παραδχή τυ 4% για την εξικνόμηση καύσιμυ στηρίχτηκε σε απτελέσματα άλλων μελετών, πυ έ- καναν μετρήσεις τόσ σε πέδη όσ και με πραγματικές συνθήκες δήγησης. Γενικό συμπερόσματα-παρατηρήσεις Τα συνθετικά λάδια τύπυ SHF έχυν εξαιρετικές ιδιότητες πυ τα φέρνυν σε πάρα πλύ πλενεκτική θέση σε σύγκριση με τα ρυκτέλαια. Υπάρχει βέβαια τ πρόβλημα της αυξημένης τιμής αγράς τυς, αλλά τα πλενεκτήματα πυ πρσφέρυν έχυν αρχίσει να τα επιβάλλυν στυς καταναλωτές - και στυς κατασκευαστές. Εχυν παραχτεί συνθετικά λάδια όχι μόν για τη λίπανση των κινητήρων, αλλά και των σαζμάν και διαφρικών, πυ υπερκαλύπτυν τις ισχύυσες πρδιαγραφές. Καταλήγντας, επιγραμματικά τα πλενεκτήματα των συνθετικών λαδιών, όταν χρησιμπιύνται σε αυτκινήτα είναι: 1. Ευκλότερ και γρηγρότερ ξεκίνημα, λόγω τυ χαμηλότερυ ιξώδυς στις χαμηλές θερμκρασίες. 2. Μικρότερη φθρά στυς κινητήρες, με παχύτερη λιπαντική μεμβράνη στις ψηλές θερμκρασίες, γρήγρς σχηματισμός πρστατευτικύ φιλμ λαδιύ στ ξεκίνημα και <(κράτημα» της πίεσης τυ λαδιύ. 3. Καθαρότερς κινητήρας, μεγαλύτερη σταθερότητα ι ξώδυς, περισσότερη αντχή στην ξείδωση και μείωση των κατάλιπων στις βαλβίδες. 4. Μικρότερη κατανάλωση λαδιύ με μεγαλύτερ ιξώδες στις θερμκρασίες λειτυργίας και βελτιωμένα χαρακτηριστικα πτητικότητας. 5. Ευκλότερ ξεκίνημα με ζεστό κινητήρα με καλύτερ ((κράτημα» τυ ιξώδυς. 6. Βελτιωμένη απόδση στυς κινητήρες ντήζελ. V. 2. Εφαρμγές στη βιμηχανία Τα συνθετικά λιπαντικά χρησιμπιύνται ήδη σε αρκετές περιπτώσεις στη βιμηχανία και έχυν φτάσει στ 2% της παγκόσμιας αγράς λιπαντικών βιμηχανίας. Οι τύπι των συνθετικών υγρών πυ χρησιμπιύνται σαν βάση για την παρασκευή τυς είναι ι εστέρες (φωσφατικί και ργανικί), ι γλυκόλες και τα SHF. Μεταξύ των εφαρμγών των συνθετικών λιπαντικών στη βιμηχανία ι κυριότερες είναι ι παρακάτω: Κυκλφριακά συστήματα και συστήματα λίπανσης κυζινέτων πυ λειτυργύν σε πλύ ψηλές θερμκρασίες. Γρανάζια με δύσκλες συνθήκες λειτυργίας (ψηλά φρτία, μεγάλες θερμκρασίες). - Αερσυμπιεστές πυ δυλεύυν σε ψηλές θερμκρασίες. - Συμπιεστές ψυκτικών εγκαταστάσεων. - Συμπιεστές αέριων υδργνανθράκων. - Υδραυλικές αντλίες ψηλής πίεσης. - Εφαρμγές πυ απαιτύν μη-αναφλέξιμα λάδια. - Αερτυρμπίνες. -- Εξπλισμός πυ απαιτεί γράσσα εξαιρετικής αντχής σε φρτία και θερμκρασίες. Στη συνέχεια θ" αναπτύξυμε αναλυτικά τ' απτελέσματα της χρησιμπίησης των συνθετικών στη λίπανση γραναζιών κι aτερμόνων και ιδιαίτερη έμφαση θα δθεί στην εξικνόμηση ενέργειας στη Βιμηχανία από τη χρήση των συνθετικών. Αξίζει να σημειωθεί ότι από τα συνθετικά πυ καταναλώννται στη Βιμηχανία τ 25% είναι για τα γραναζκιβώτια.
22 Τεχνικά Χρνικά Σεm. - Οκτώβp. 1989 Πίνακας 13: Εξικνόμηση ενέργειας- Σύγκριση μεταξύ ενός συνθετικύ SAE SW-20 κι ενός ρυκτέλαιυ SAE 10W-40 BTU ανά 6000 μίλια Εξικνόμηση καύσιμυ - Ορυκτέλαι SAE 10W-40 με 15 MPG 6000 μίλια/15μρc400 γαλ. 400 γαλ. χ 116000 ΒΤU/γαλ. 46400000 - Συνθετικό SAE 5W-20 με 15,6 MPG (4% βελτίωση κατανάλωσης) 6000 μίλια/15.6 MPG=385 γαλ. 385 γαλ. χ116000 ΒΤU/γαλ.= 44700000 Οφελς από εξικνόμηση καύσιμυ στα 6000 μίλια 1700000 Ενεργειακές απαιτήσεις για την παρασκευή - Ορυκτέλαι SAE 10W-40 με 1600 μίλια/quαrτ (5 QUARTS γέμισμα+ 3 QUARTS συμπλήρωση) Ενέργεια για όλα τα στάδια παρασκευής (απόσταξη, διαχωρισμός, απκήρωση και πρετιμασία πρόσθετων)=1900 BTU/QUART 19000 BTU/QUART χ 8 QUARTS= 152000 - Συνθετικό SAE SW-20 με 2000 μίλια/quαrτ (25% βελτίωση) (5 QUART γέμισμα + 2 QUART συμπλήρωση) Ενέργεια για όλα τα στάδια παρασκευής με την ετιμασία των βασικών λαδιών και των πρόσθετων=37000 BTU/QUART 37000 BTU/QUART χ 7 QUARTS 259000 Διαφρά απαιτήσεων ενέργειας για 6000 μίλια αλλαγή 107000 Εξικνόμηση ενέργειας Εξικνόμιση καύσιμυ Ενέργεια για την παρασκευή Καθαρό όφελς για 6000 μίλια αλλαγή 1700000 107000 159300 Εξικνόμηση ενέργειας ανά βαρέλι SAE SW-20 168 QUARTS/βαρ. χ 1593000 ΒΤU/αλλαγή = 38000000 BTU 7 QUΑRΤS/αλλαγή Ισδύναμ σε βαρέλια αργύ 38000000 BTU 5800000 6,6 βαρ. ΒΤU/βαρ. V. 2.1. Λίπανση δντωτών τρχών Τα λιπαντικό δντωτών τρχών χωρίζνται σε 4 βασικές κατηγρίες: - Ορυκτέλαια με πρόσθετα κατά της ξείδωσης και της σκυριάς. - Παχύρρευστα ρυκτέλαια (κύρια κυλινδρέλαια) πυ περιέχυν ζωικά λίπη και χρησιμπιύνται για τη λίπανση aτερμόνων. Ορυκτέλαια ενισχυμένα με πρόσθετα ψηλής πίεσης, κύρια θειφωσφρικές ενώσεις, για τη λίπανση υ περφρτωμένων γραναζιών. Συνθετικά λιπαντικά, πυ είναι βασικά SHF και πλυγλυκόλες. Είναι γεγνός ότι πρς τ παρόν από τα λάδια πυ χρησιμπιύνται στη βιμηχανία κατεργασίας μετάλλων μόν τ 1% είναι συνθετικά. Τα πλενεκτήματα, όμως, πυ πρσφέρυν υπλγίζεται ν' ανεβάσυν αρκετά τ πσστό αυτό στα επόμενα χρόνια. Εχει πια απδειχτεί ότι τα συνθετικά δυλεύυν ακόμη κι εκεί πυ τα συμβατικά -ακόμη και υπερενισχυμέναρυκτέλαια απτυχαίνυν. Ειδικά για τις εφαρμγές στα γρανάζια (όπως και στα ρυλεμάν) τα ρυκτέλαια έχυν καλή συμπεριφρά όσ η θερμκρασία τυς δεν ξεπερνάει τυς 100 F. Αλλά ι κατασκευαστές μηχανλγικύ υπλγισμύ πρχωράνε σε μεγαλύτερες απδόσεις, μικρότερα μεγέθη και αραιότερα χρνικά διαστήματα συντήρησης και τα συνθετικά έ χυν αρχίσει σ ρισμένες εφαρμγές ν απτελύν τη μναδική λύση. V. 2.2. Εξικνόμηση ενέργειας στη βιμηχανία Μια μελέτη τ 1977 της ASME (AMERCAN SOCΠY OF MECHANCAL ENGNEERS) κατάληξε στ συμπέρασμα ότι η κατανάλωση ενέργειας κατά τμείς δραστηριότητας στις Η ΠΑ ήταν: Μεταφρά 25% Βιμηχανία 28% Εμπόρι/Κατικία 20% Διάφρα 27% Παράλληλα εκτιμήθηκε ότι ένα πσστό της τάξης τυ 11% μπρεί να εξικνμηθεί με την τριβλγία (τr BOLOGY). Ένα μέρς τυ 11% θα πρκύψει πό βελτιώσεις στ σχεδιασμό τυ μηχανλγικύ εξπλισμύ; τ υπόλιπ υπλγίζεται να είναι απτέλεσμα συστηματικής πρσπάθειας στν τμέα των λιπαντικών. Τα συνθετικά όταν χρησιμπιήθηκαν για πρώτη φρά ή ταν για να δώσυν λύση σ εφαρμγές πυ απαιτύσαν πλύ καλή συμπεριφρά είτε στις πλύ χαμηλές είτε
Σεπτ. - Οκτώβρ. 1989 Τεχνικά Χρνικά 23 στις πλύ ψηλές θερμκρασίες. Κάπια στιγμή, όμως, μετρήσεις πύγιναν έδειξαν ότι παράλληλα η χρήση συνθετικύ κατάληγε και σε σημαντική εξικνόμηση ε νέργειας. Σε μια μνάδα κατεργασίας κόκκων καφέ χρησιμπιηθηκαν συνθετικά λιπαντικά για ν αντιμετωπισθύν κύρια ι πλύ χαμηλές θερμκρασίας (και παράλληλα πλύ ψηλές σ ρισμένα σημεία). Στη μνάδα αυτή σ ένα γραναζκιβώτι -πυ δεν παρυσίαζε κανένα λειτυργικό πρόβλημα- πυ κινύσε έναν ανεμιστήρα αερισμύ, χρησιμπιύσαν ένα ρυκτέλαι με ΕΡ πρόσθετα 150220 (204 CST ή 950 SUS στυς 100 F). Τ ρυκτέλαι αυτό αντικαταστάθηκε μ ένα συνθετικό αντίστιχυ ιξώδυς (253 CST ή 1170 SUS στυς 100 F). Με την αλλαγή αυτή κι επειδή τ συνθετικό είχε κάπως μεγαλύτερ ιξώδες, θ' αναμενόταν να παρατηρηθεί αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας. Παρ όλα αυτα η αλλαγή δηγησε σε μείωση των ενεργειακών απαιτήσεων τυ συστήματς; συγκεκριμένα από τν κινήτηρα αυτό των 440 VOL Τ η εξικνόμηση αυτή μεταφράστηκε σε 2000 SUD τ χρόν. Τ ερώτημα πυ αμέσως δημιυργείται είναι, αν πραγματικά είναι δυνατό να υπάρχει τέτια διαφρά μεταξύ λιπαντικών αναλόγυ ιξώδυς. Τόσ ι κατασκευαστές μηχανλγικύ εξπλισμύ όσ και ι εταιρείες λιπανηκών έκαναν και κάνυν πλλές μελέτες για να πρσδιρίσυν τις δυνατότητες εξικνόμησης ενέργειας από τα συνθετικά λιπαντικά. Στ σχ. 9 φαίννται τ απτελέσματα μετρήσεων πυ έγιναν απ όλυς αυτύς, αλλά και από καταναλωτές-χρήστες στις εγκαταστάσεις τυς. Βλέπυμε ότι η απόδση των δντωτών τρχών ανέβηκε μέχρι και 8,8%. Αν λάβυμε υπόψη ότι με τν όρ α πόδση ενύμε τ λόγ εισαγόμενης ενέργειας πρς την εξερχόμενη η διαφρά αντιπρσωπεύει την ενέργεια πυ χάθηκε στ σύστημα εξαιτίας των μηχανικών και υ γρών τριβών. Πρέπει να τνιστεί ιδιαίτερα τ γεγνός ότι ακόμη κι αυτές ι μελέτες καλύπτυν ένα πλύ μικρό μέρς από τ δυναμικό πυ υπάρχει Επίσης πρέπει να ξεκαθαριστεί ό τι έχει μεγάλη σημασία η σωστή επιλγή τυ λιπαντικύ, ακόμη και τυ συνθετικύ; τ γιατί φαίνεται στο παράδειγμα τυ πίνακα 14. Πίνακας 14. Worm driνe d test rig Επίδραση τυ λιπαντικύ - ---- ------- 100% φρτί ----------- ------- Ορυκτέλαι Συνθετικό λάδι S Συνθετικό λάδι Μ Απόδση / 75 80,8 67,5 στην απόδση 200% φρτί Απόδση% 68,6 73,3 46,5 * * Η δκιμή διακόπηκε γιατί παρατηρηθηκε υπερθέρμανση των γραναζιών. --- ---.. ----- -- --------------------- Οι βασικί λόγι πυ δηγύν σε απώλεια ενέργειας σ' ένα λιπαινόμεν σύστημα είναι: 1. Επιφανειακές τριβές: Οταν υπάρχει επαφή μετάλλυ πρς μέταλλ, ακόμη κι όταν η λιπαντική μεμβράνη έχει τέτι πάχς, πυ να διαχωρίζει τις επιφά- Γ- - -- 1 1C Ι ι+ ΙΖ <. g u Ξ g u ι1ά -----.. --- Labo aτory Tesls ' ΓJ - c "ι 'Ί. illj Σχ. 9. Gca Ma.nulacτure Tests u.'ξ " ι ;:: "' -5.'Ξ :0 "' c, "' > 5 'Ξ' " - "' - "i "' Users' E)(;ιerιence o.rect Mf'<ιuιe'f!e-.-.ι! Ρ... cι Aedι;toon > c m Q Ε " Jιll» c ι' s. ι=,' U '-'ι" c: ::Ι :, ι '" "' νειες. Αυτό γίνεται γιατί μικρσκπικά καμιά εrηφάνεια δεν είναι τελείως μαλή και λεία κι υπάρχυν πρεξχές. 2. Υγρή τριβή: Η ενέργεια απρρφάται για να υπερνικηθύν ι τριβές μεταξύ των μρίων τυ ίδιυ τυ λιπαντικύ, μακριά πό τη ζώνη φόρτισης. 3 Ελξη (ή εφελκυσμός): Είναι ι υγρές τριβές στη ζι;1νη φόρτισης. Οι μετρήσεις έδειξαν ότι παράγντας 1 είναι σχεδόν αμελητές στα συστήματα λίπανσης γραναζιών. Επίσης και για τν nαράγντα 2 βρέθηκε ότι δεν είναι σημαντική η επίδρασή τυ (πίνακας 16). Δκιμές ε aτέρμνες Οι aτέρμνες, επειδή σχεδιασμός τυς είναι τέτις πυ στη μετάδση της κίνησης υπεισέρχεται σε μεγάλ βαθμό και η λίσθηση, εμφανίζυν απώλειες ενέργειας με τη μρφή θερμότητας. Οσ μάλιστα αυξάννται ι ταχύτητες, η ιππδύναμη και ι λόγι μετάδσης τόσ μειώνεται η απόδση. Η θερμότητα πυ αναπτύσσεται στυς aτέρμνες έχει επίδραση στ λιπαντικό και στις τσιμύχες και δημιυργεί πλλές φρές σβαρά πρβλήματα. Ετσι ενώ τα μεταλλικά ιjέρη τυ συστήματς αντέχυν σε θερμκρασίες 400 F και πάνω, τ λιπαντικό, ι τσιμύχες και τα παρεμβύσματα αρχίζυν να φθείρνται στυς 200 F. Α πτέλεσμα αυτύ τυ περιρισμύ είναι να μην αξιπιύνται τα γρανάζια μέχρι τυ σημείυ πυ επιτρέπυν ι μηχανικές 1 υς δυνατότητες (τ θερμκρασιακό όρι για τη χρήση ενός συστήματς είναι κάτω από 200'F ή 100'F πάνω από τη θερμκρασία περιβάλλ-
24 Τεχνικά Χρνικό Σεπτ. Οκτώβρ. 1989 Πίνακας 15 Thermal Raling Ι 30:1 Gear Ratio /1750 RPM lnput Speed DESGN RATNG Gear Size (center distance in inches) ΟΡτιΟΝ 1.33 1.75 2.06 2.63 3.25 3.75 4.5 5.17 - - --- --------- ----------------- Basic Unit lnput ΗΡ 292 408 623 939 151 206 302 442 2_t:ι_rmal Rating Output Torque 224 313 455 704 1124 1580 2316 3492 With Synthetic lnput ΗΡ 337 469 716 108 174 237 338 506 Lubricant Output Toruqe 259 360 527 810 1293 1817 2593 4018 ---- With lnput ΗΡ 930 152 234 319 412 619 Fan Output Torque 684 1140 1742 2449 3157 4892 With Fan and lnput ΗΡ 269 367 473 712 Synthetic Lubricant Output Torque * 2004 2816 3631 5625 With Fan and lnput ΗΡ 351 453 681 Thermal Block Output Torque * * 2694 3473 5381 With Fan Thermal lnρut ΗΡ 404 521 783 Block Synthetic Lubs Output Torque * * * 3098 3992 8183 Mechanical lnput ΗΡ 337 675 930 152 329 508 751 103 Rating Output Torque 259 516 684 1140 2450 3880 5761 8150 * Mechanical rating is achieνed a lower leνel option. Πίνακας 16: Επίδραση τυ ιξώδυς στην απόδση ατέρμνων Λάδι γραναζιών με ΕΡ πρόσθετα θειάφι/φώσφρ AGMA 8 ΕΡ AGMA 7 ΕΡ AGMA 6 ΕΡ AGMA 7 ΕΡ %Απόδση (σε σχέση μ ένα λάδι αναφράς) +0,1 Λάδι αναφράς -0,5-0,4 ντς, ανάλγα με τ πι μικρότερ). Αυτό τ «θερμικό» όρι στυς aτέρμνες δημιυργεί πλλά πρβλήματα. κlιρια στα μικρά μεγέθη και ιδιαίτερα όταν είναι σχεδιασμένα για να χρησιμπιηθlιν με ειδικlις αντάπτρες πυ επιτρέπυν τη χρήση τυς σε συνδυασμό με μειωτήρες διάφρων κατασκευαστών. Για να μειωθεί κατά τ δυνατό η απόσταση μεταξύ μηχανικών δυναττήτων και θερμικών ρίων ι κατασκευαστές aτερμόνων κάνυν συνεχείς δκιμές πρσπαθώντας να επιφέρυν βελτιώσεις, πυ να επιτρέπυν τη χρησιμπίηση των γραναζιών με τη μεγαλύτερη δυνατή απδτικότητα. Χρησιμπίησαν μεγαλύτερα κιβώτια, για να πρσφέρυν μεγαλύτερες επιφάνειες μεταφράς θερμότητας από τ λάδι πρς τν περιβάλλντα χώρ, έ βαλαν εναλλακτές θερμότητας, μετέβαλλαν τις ταχύτητες και τ λόγ μετάδσης, αλλά ι λύσεις αυτές απδείχτηκαν για διάφρυς λόγυς κύρια ικνμικύς ανέφικτες. Μέσα στα πλαίσια αυτών των πρσπαθειών βελτίωσης της απόδσης δκιμάστηκαν και τα συνθετικά λάδια (τύπυ SHF) πυ έδωσαν θεαματικά απτελέσματα. Τ αναλυτικά απτελέσματα των δκιμών συγκεκριμένης εταιρείας κατασκευής aτερμόνων φαίννται στν πίνακα 15. Όπως φαίνεται στυς μικρύς μειωτήρες (1,33 ί ντσες απόσταση κέντρων) η μηχανική απόδση για λόγ μετάδσης 30:1 και ταχύτητα εισόδυ 1750 RPM εκφράζεται με ρπή εξόδυ 259 LB-N. Τ συνθετικό λάδι αύξησε σημαντικά τ «θερμικό» όρι, σε σχέση με τ μηχανικό; έτσι, ενώ με τ ρυκτέλαι μετρήθηκε ρπή εξόδυ 224 LB-N, με τ συνθετικό η ρπή ανέβηκε σης 259 08-N. Γενικά στις δκιμές αυτές φάνηκε ότι η χρήση συνθετικύ μόν, ή παράλληλα με τη χρήση ανεμιστήρων και θερμαπαγωγών μπλκ, επιφέρει σημαντική βελτίωση της απόδσης. Αυτό επιτρέπει τη λειτυργία με μεγαλύτερες ταχύτητες και ιππδυνάμεις, χωρίς μεταβλή τυ μεγέθυς και χρησιμπίηση μεγαλύτερων και πι ακριβών μνάδων. Ανάλγα απτελέσματα έδωσαν δκιμές και με παράλληλυς δντωτύς τρχύς, πυ πρρίζνταν για χρήση σε γεωργικά μηχανήματα και πυ μετά από ρισμέν χρόν παρυσίαζαν σημαντικές φθρές, όταν λιπαίννταν με ρυκτέλαι. Η χρήση συνθετικύ όχι μόν περιόρισε τις φθρές, αλλά δήγησε και σ επέκταση τυ χρόνυ αλλαγής και βελτίωση της απόδσης (από 75 ΗΡ σε 125 ΗΡ ρπή εισόδυ). Ο συνδυασμός δε τυ υνθετι-
Σεπτ. Οκτώβρ. 1989 Τεχνικά Χρνικά 25 Πίνακας 17: Επίδραση τυ σύνθεσης τυ λαδιύ (με ίδι ιξώδες) στην απόδση Λάδι γραναζιών με πρόσθετα ΕΡ θειάφι/ φώσφρ AGMA 517 ΕΡ (βελτιωτικό νι Χ) AGMA 517 ΕΡ (βελτιωτικό νι Υ) % Απόδση σε σύγκριση με λάδι AGMA 7 ΕΡ (χωρίς βελτιωτικό νι) ---- +0,7-3,8 Πίνακας 18: WORM DRVE D TEST RG Σχέση συντελεστή έλξης με την απόδση Λιπαντικό Συντελεστής έλξης Απόδση σε 100% φρτί ---------------------------------------- Ορυκτέλαι με ΕΡ πρόσθετα 0,018 75,0 Συνθετικό λάδι S 0,012 80,8 Συνθετικό λάδι Μ 0,027* 67,5 * Κατ εκτίμηση από απτελέσματα άλλων διατάξεων μέτρησης κι από στιχεία τυ κατασκευαστή. κύ λαδιύ με έναν ρισμέν λόγ μετάδσης, επέτρεψε στ τρακτέρ να λειτυργεί σε πλύ χαμηλές ταχύτητες -σχεδόν στ ραλαντί- με τις ανάλγες επιπτώσεις στην κατανάλωση καύσιμυ και στ λειτυργικό κόστς. Στν πίνακα 17 φαίνεται η μεταβλή της απόδσης, όταν σ' ένα λάδι AGMA 5 ΕΡ πρστίθεται βελτιωτικό δείκτυ ιξώδυς (νι ιμρrονεr) για να πρκύψει ένα λάδι AG MA 517 ΕΡ. τ απτελέσματα τυ πίνακα αυτύ δείχνυν ότι εκτός από τ ιξώδες, υπάρχει κάπι άλλ χαρακτηριστικό, πυ παίζει σημαντικό ρόλ στη διαμόρφωση της συμπεριφράς τυ λαδιύ. Αυτό τ χαρακτηριστικό τυ λιπαντικύ αντιπρσωπεύεται από τ συντελεστή έλξης. Η έλξη ρίζεται σαν η υγρή τριβή στη ζώνη ψηλής φόρτισης. Ο συντελεστής έλξης εκφράζει τη σχέση μεταξι'ι των εφαπτμενικών και καννικών δυνάμεων πυ εφαρμόζνται στη λιπαντική μεμβράνη στην περίπτωση ελαστϋδρδυναμικής (EHL) επαφής (χ. 1 0). 1 H nz;ιn Contact WιC\h Force Σχ. 10. Δυvάμεις στη λίπαvση BHL. Σε δκιμές πυ έγιναν για τν πρσδιρισμό τυ συντελεστής έλξης με ειδική πειραματική διάταξη και για τα λάδια, πυ έχυν αναφερθεί σε πρηγύμεν πίνακα, βρέθηκαν, τ' απτελέσματα πυ φαίννται στν πίνακα 18. Φαίνεται καθαρά ότι τ μεγαλύτερ ρόλ στην υπόθεση ενεργεικές απαιτήσεις παίζει παράγντας έλξη και τελικά εκεί θα πρέπει να στραφύν όλες ι πρσπάθειες πυ απσκπύν σ εξικνόμηση ενέργειας στις δντκινήσεις. Εχυν αρχίσει πλλές μελέτες για τν πρσδιρισμό α νάλγης δυνατότητας και στα υδραυλικά συστήματα και στα ρυλεμάν. Ειδικά για τα ρυλεμάν, πυ έχει πια απδειχτεί ότι η λίπανσή τυς ακλυθεί τις ελαστϋδρδυναμικές (EHL) σχέσεις, τ' απτελέσματα είναι πλύ ενθαρρυντικά. V. Εξελίξεις και πρβλέψεις για τ μέλλν Ο παράγντας πυ φαίνεται ότι επηρέαζε και θα επηρεάζει στ μέλλν την εξέλιξη της τεχνλγίας των συνθετικών λιπαντικών είναι η εξικνόμηση ενέργειας και ε νεργειακών πρώτων υλών. Είναι γνωστό ότι μεγάλες πσότητες ενέργειας χάννται ανεκμετάλλευτες τόσ στη βιμηχανία όσ και στ' αυτκίνητα. Χαρακτηριστικά αναφέρεται ότι τ 1975 στις ΗΠΑ τ πσστό της ενέργειας πυ έμεινε ανεκμετάλλευτη στ' αυτκίνητα έφτασε τ 75/, ενώ στις μνάδες ηλεκτρπαραγωγής στ 65%. Οι περισσότερες απ' αυτές τις απώλειες πρέρχνται από τυς θερμδυναμικύς περιρισμύς της απόδσης των διαφόρων συστημάτων. Ενα άλλ μέρς των απωλειών πρέρχεται από την τριβή και τις φθρές των μεταλλικών μερών. Υπλγίζεται στατιστικά ότι με έρευνα και ανάπτυξη τυ τμέα της «τριβλγίας» (frιbology) μπρεί να πρκύψει εξικνόμηση ενέργειας ως και 11% της ετήσιας κατανάλωσης ενέργειας των ΗΠΑ Με βάση αυτή τη φιλσφία αναπτύσσεται η τεχνλγία των συνθετικών λιπαντικών, πυ έχει απδειχτεί ότι συμβάλλυν σημαντικά στην εξικνόμηση ενέργειας λόγω
26 των μειωμένων «υγρών)> τριβών πυ εμφανίζυν επειδή πρσφέρυν τη δυνατότητα χρησιμπίησης λαδιών χαμηλύ ιξώδυς κρτώντας παράλληλα τα υπόλιπα χαρακτηριστικά τυς σε ικανπιητικό βαθμό. Επίσης δίνυν τη δυνατότητα. αλλαγής τυ λιπαντικύ σε πλύ μεγαλύτερα χρνικά διαστήματα πράγμα πυ δηγεί σε διατήρηση χρήσιμων πρώτων υλών, μια και τα κλάσματα πυ χρησιμπιύνται για παρασκευή ρυκτελαίων, τώρα μπρύν να χρησιμπιηθύν αλλύ (πχ. για παραγωγή καυσίμων} ή να κρατηθύν σαν απόθεμα για τ μέλλν Ετσι, εκτός τn άμεσα φέλη, υπάρχυν και τα έμμεσα φέλη, πυ με πλλύς τρόπυς συμβάλλυν στην εξ ικνόμηση καύσιμυ, χρημάτων και λιπαντικών. Οι αλλαγές τυ λιπαντικύ σε πι μεγάλα χρνικά διαστήματα έ χυν σαν απτέλεσμα τα λιγότερα σταματήματα για συντήρηση, λιγότερα χρήματα γι- αγρά λιπαντικύ και μι κρότερ κόστς συντήρησης. Επίσης με τη χρήση των συνθετικών η μηχανή διατηρείται καθαρότερη και δεν παρυσιάζει πλλές φθρές, πράγμα πυ δηγεί σε λινό τερες αντικαταστάσεις φθαρμένων ανταλλακτικών με την ανάλγη ικνμία και σε χρήμα και σε πρώτες ύλες. Η χρήση των σιjvθετικών λιπαντικών επιτρέπει τ σχε διασμό μηχανημάτων μεγαλύτερης απόδσης. Ειδικά στην αερπρία κατασκευάζνται τυρμπίνες με όλ και μεγαλύτερ λόγ ιππδύναμης/βάρς. Τ ίδι συμβαίνει και με τυς κινητήρες αυτκινήτων. Ετσι μπρύμε πια να πηγαίνυμε πρς κινητήρες μικρύ όγκυ και μεγάλης απόδσης, πυ ήταν πάντα μια και από τις κύριες ε πιδιώξεις των κατασκευαστών.. Ενα άλλ στ μαντικό όφελς πυ πρσφέρει η χρήση συνθετικών λιπαντικών είναι η απθεματπίηση των βασικών ρυκτελαίων, πυ πιθανή έλλειψή τυς εξαιτίας: κά πιας πετρελαικής κρίστς θα δημιυργύσε πλλά πρβλήματα. Για όλυς αυτύς τυς λόγυς η παρασκευή και κατανόλωση συνθετικών λιπαντικών αυξάνεται συνέχεια και μέσα στη δεκαετία 1977-1967 υπλγίζεται ότι θα εξελι στεί όπως φαίνεται στν πίνακα 19 (στιχεία από τ περιδικό "SYNTHΠC LUBRCANTS", REPORT Ν. 77-6, CHEM SYSτEMS, NC., ΝΥ 1976). Πίνακας 19. Συνλική Τύπς συνθετικύ υγρύ Πλυαλφαλεφίvες Διεστέρες Εστέρες πλυόλης Διαλκυλβενζέvια Πλυαλκυλενγλυκόλη Φωσφατικί εστέρες Πλυβενζέvι Σιλικόνη Διάφρα Σύνλ κατανάλωση λιπαντικών σε ΗΠΑ, Δ. Ευρώπη και Ιαπωνία 1977-1987 (σε 1000 ΜΤ /Χρόν) 1977-87 & ετήσια 1977 1982 1987 αύξηση 16,0 56,6 18,0 56,0 32,0 55,9 7,3 22,2 86,3 117,3 32,9 34,1 25,3 33,2 2,8 9,4 25,2 26,2 123,4 131,5 90,6 50,0 142,6 36,1 43,0 13,6 28,6 22,7 22,0 11,Ο 21,2 4,9 0,9 5,4 17,1 1,3-246,0 4'-1'-'5"-', 1'---=C.. 660,0 10,3 ----- Τα λιπαντικά αυτκινήτων (λάδια κινητηρων, μετάδσης κίνησης, γράσσα) απτελύν τν κυριότερ τμέα πυ πρβλέπεται ότι θα καταναλώσει πλύ μεγαλύτερες πσότητες απ ότι τώρα. Συγκεκριμένα από 1% πυ είναι τώρα πρβλέπεται ότι τ 1985 θα φτάσυν τ 8%. Όσν αφρά στα λιπαντικά αερπρίας ήδη όλα όσα χρησιμπιύνται είναι συνθετικά κι η κατανάλωσή τυς θα εξαρτηθεί από τ πώς θα εξελιχθύν ι ώρες πτησης των αερσκαφών κάθε τύπυ. Στη βιμηχανtα υπλγίζεται ότι μέσα στη δεκαετία 1977-1987 η κατανάλωση θ' αυξηθεί από τ 2% πυ είναι τώρα στ 3%. Εδώ τα συνθετικά λιπαντικά πρσφέρυν πλλές δυνατότητες κι η ανάπτυξη της τεχνλγίας τυς πρβλέπεται ραγδαία. Η αύξηση αυτή της κατανάλωσης rων συνθετικών λιπαντικών θα δηγήσει σε αντίστιχη κατανάλωση των συνθετικών υγρών πυ χρησιμπιύνται σαν βάση νια την παρασκευή τυς. Παρόλα αυτά μέσ στη δεκαετία 1977-1987 δεν πρβλέπεται να σημειωθεί έλλειψη αυτών των πρώτων υλών, μια και ι ενώσεις από τις πtες συνθέτνται διαθέτνται σ επαρκείς πσότητες. Αλλά, ακόμη κι αν η πετρχημική βιμηχανία δεν μπρεί σε κάπια στιγμή να καλύψει αυτές ης ανάγκες, υπάρ χυν ι εναλλακτικές λύσεις τυ άνθρακα, τυ αργύ α πό σχιστόλιθυς και τα φυτικά λάδια. Αλλωστε αυτός είναι και απώτερς σκπός της ανάπτυξης της τεχνλγίας των συνθετικών λιπαντικών: η σταδιακή απδέσμευ. ση από τ πετρέλαι και, αν είναι δυνατόν, η πλήρης α νεξαρτπίηση, όχι μόν στν τμέα της παραγωγής ε νέργειας, αλλά και σ aυτόν της παραγωγης πρώτων υ λών. Βιβλιγραφία 1. D. Klaman. "L ubricants and Aelated Products", Ver ιag Chemίe, Dez. 1983, pp 36-135 2 L.W. Manley- R. Μ. Jublot. "New Deνelopmeπts ίn Synthetic L ubricants", Sept. 1979, 1Oth World Petroleum Congress, Buchurest, Rumania 3. Ε. L. Armstrong - D. S. Taber. "Synthesized Hydrocarbon Lubrίcaπts Reνίew" Sepι 1974, Amerίcan Chemical Society/Syntιetic Lubrίcants Sessions 4. J. G. Wills. "Lubrίcation Fιιndamentaιs", 1980, Marcel Dekker lnc_ Ν. γ_ p.p. 75-87 5. C. Ρ. G. Gilmore. "The bίg debate oνer synthetιc oils for your car", April 1976, Popular Scιence 6. D. S. Taber. 'Ήw SHC Gear Lubes stack up", Power Transmission Designed 7. G. R. Jordan 'Έiectrίc ΒίΙιs and the Tractioπ Fractions Synthetίc νs Mίneraι, "Lubricants", 37th Annuaι Meetίng Ι SAE, Cίncinπati, Οhί, May 10-13, 1982, Lubricatίon Enginneering, Vol. 39, Β, 491-495 8 Η. Ο. Schlenker_ "Synthetic Lubricaπt Upgrades Worm Gear Capacities, Power Transmission Design 9 Ελ. Συλαντίκα - Καραμπάτσυ. «Συνθετικά λιπαντικά Ι Τεχνλγία - Ιδιότητες - Εφαρμγές», Παρυσίαστ στ 3ημερ σεμινάρι τυ Π.Σ.Δ.Μ.Η., 21-23/2/1984. Ευχαριστώ πάρα πλύ