W sektorach przemysłowych, gdzie kluczowe jest zachowanie wysokiej jakości olejów hydraulicznych i eksploatacyjnych, niezwykle istotne jest stosowanie zaawansowanych technik filtracji. Te metody są niezbędne do zapewnienia nieprzerwanej pracy maszyn oraz minimalizacji wydatków operacyjnych.

Wśród technik oczyszczania oleju najbardziej popularne są metody wirówkowe oraz elektromagnetyczne.

Metody wirówkowe

Oczyszczanie oleju metodą wirówkową opiera się na wykorzystaniu siły odśrodkowej do odseparowania od oleju bazowego zanieczyszczeń stałych oraz cieczy o różnej gęstości. W praktyce olej zanieczyszczony jest wprowadzany do wirówki, gdzie pod wpływem szybkiego obrotu, cięższe elementy, takie jak woda czy stałe zanieczyszczenia, są wypychane na zewnątrz, pozostawiając oczyszczony olej w centrum. Można dwa rodzaje wirówek: talerzowe oraz rurowe.

Wirówki talerzowe

Wirówki talerzowe, najczęściej stosowane w przemyśle, wykorzystują szereg talerzy wklęsłych, które zwiększają powierzchnię separacji, co prowadzi do bardziej efektywnego rozdzielenia faz. Z kolei wirówki rurowe są mniej popularne, ale używane są w specjalistycznych aplikacjach, gdzie wymagane są mniejsze ilości przepływu.

Praca wirówki talerzowej opiera się na zasadzie wysokoprędkościowej separacji odśrodkowej. W praktyce oznacza to, że płyny są wprowadzane do wirującego cylindra, w którym pod wpływem siły odśrodkowej dochodzi do ich rozdzielenia na składniki o różnej gęstości. Lżejsze składniki, takie jak olej, przemieszczają się ku górze, podczas gdy cięższe elementy, takie jak woda i osady, kierują się ku dołowi.

Wirówka rurowa

Wirówka rurowa to typ wirówki sedymentacyjnej o wysokich prędkościach obrotowych, działająca w sposób ciągły pod względem przepływu cieczy. Jednakże usuwanie osadu odbywa się w trybie przerywanym, co wymaga manualnego wyjmowania stałych składników. Charakteryzuje się cylindrycznym, rurowym bębnem o małej średnicy, co pozwala na pracę z wysokimi prędkościami obrotowymi i zalicza ją do kategorii ultrawirówek.

Bęben wirówki rurowej jest zaprojektowany do rozdzielania zawiesin (separacja ciecz–ciało stałe) oraz do oddzielania mieszanin cieczy, które są niejednorodne i wzajemnie nierozpuszczalne, różniąc się gęstością. Wewnątrz rurowego bębna zawiesina lub mieszanina cieczy jest wprowadzana od dołu, uderzając w wewnętrzną ścianę bębna. Proces ten pozwala na uzyskanie klarownej cieczy, która wypływa z góry bębna i kierowana jest na zewnątrz wirówki.

Metody elektromagnetyczne

Oczyszczanie oleju metodą elektromagnetyczną polega na wykorzystaniu pól magnetycznych do przyciągania i usuwania cząstek ferromagnetycznych zawartych w oleju. Metoda elektromagnetyczna wykorzystuje prawo Coulomba i jest wyjątkowo efektywna w usuwaniu drobnych cząstek żelaza i innych metali ferromagnetycznych, które mogą przyczyniać się do szybszego zużycia elementów maszyn. Jest stosunkowo tania w utrzymaniu i eksploatacji, jednak jej skuteczność ogranicza się tylko do zanieczyszczeń magnetycznie aktywnych. Nie jest efektywna w usuwaniu niemetalicznych zanieczyszczeń czy wody.

W praktyce – olej przepływa przez komorę, w której znajdują się jeden lub więcej magnesów. Elektrody mają różnicę potencjałów w zakresie 10 do 14 kV. Między tymi elektrodami umieszczone są specjalnie zaprojektowane wkładki, zwane kolektorami, na których zanieczyszczenia osadzają się pod wpływem sił elektrostatycznych. Kolektory te są łatwe do wymiany, a ich żywotność jest znacznie dłuższa w porównaniu do tradycyjnych, wysokowydajnych filtrów. Absorpcyjność tych kolektorów mierzy się nawet w kilogramach, co pozwala na długotrwałe użytkowanie bez konieczności wymiany oleju, o ile nie zachodzi potrzeba kompensacji strat wynikających z wycieków.

Urządzenia wykorzystujące tę technologię do oczyszczania oleju zapewniają wieloletnią, bezawaryjną pracę maszyn bez konieczności przerywania ich działania czy wymiany oleju. Oczyszczanie oleju może być realizowane bezpośrednio w zbiorniku, co znacznie obniża koszty operacyjne – nawet o ponad 50 proc. Ciekawostką jest fakt, że technologia ta, stosowana w Japonii od końca lat 60., została wprowadzona w Europie stosunkowo niedawno, znacząco wpływając na poprawę efektywności i ekonomiczności w przemyśle.

Urządzenia elektromagnetyczne do oczyszczania oleju są zdolne do eliminowania nawet submikronowych cząstek zanieczyszczeń, które są zbyt małe, by mogły być usunięte przy użyciu tradycyjnych metod i których wielkość nie przekracza 1 mikrometra. Takie drobne cząsteczki zanieczyszczeń, mniejsze niż 2 mikrometry, są kluczowe do utrzymania bezproblemowej pracy nowoczesnego sprzętu, w tym maszyn wyposażonych w serwozawory czy zawory proporcjonalne, gdzie standardowy luz pomiędzy tłokiem a cylindrem oscyluje między 1 a 4 mikrometrami. Długoletnie obserwacje wykazują, że to właśnie te mikroskopijne zanieczyszczenia są najbardziej destrukcyjne, wpływając niekorzystnie na warstwę smarną (EHD) o grubości od 0,2 do 0,6 mikrometra. Zanieczyszczenia te akumulują się i tworzą rozległą warstwę na powierzchni oleju, co prowadzi do reakcji z kwasami w oleju i przyspiesza procesy utleniania. Dodatkowo, obecność nawet śladowych ilości wody w oleju może znacząco przyspieszyć te negatywne reakcje chemiczne.

Porównanie metod

Podczas gdy metody wirówkowe oferują wszechstronne rozwiązanie do usuwania różnych rodzajów zanieczyszczeń, w tym wody i stałych cząstek, metody elektromagnetyczne skupiają się na specyficznym typie zanieczyszczeń metalowych. Wybór odpowiedniej technologii zależy od specyfiki zanieczyszczeń w danym środowisku przemysłowym oraz od wymagań dotyczących czystości oleju.

Metody wirówkowe znajdują zastosowanie w szerokim spektrum przemysłów, od przemysłu ciężkiego, przez motoryzacyjny, po energetykę, gdzie wymagana jest wysoka czystość oleju hydraulicznego i smarnego. Metody elektromagnetyczne są często stosowane w miejscach, gdzie konieczne jest skuteczne usunięcie drobnych cząstek ferromagnetycznych, takich jak w obrabiarkach CNC, w przemyśle samochodowym czy w procesach obróbki metali.

Mikrofiltracja oleju

Mikrofiltracja oleju to innowacyjna usługa czyszczenia olejów stosowanych w różnorodnych zastosowaniach przemysłowych, takich jak oleje hydrauliczne, przekładniowe, turbinowe, chłodziwa, emulsje oraz oleje obróbcze. Ta ekologiczna metoda umożliwia eliminację zanieczyszczeń stałych, szlamu oraz niemal całkowitego usunięcia wody – do 99,95%. Przez zastosowanie specjalistycznych filtrów, które wyłapują cząstki już od 1 mikrometra, mikrofiltracja znacznie wydłuża żywotność urządzeń, przyczyniając się do oszczędności czasu i środków finansowych, a także poprawiając stan środowiska naturalnego.

Mikrofiltracja oleju jest procesem, który stosuje mechaniczne oddzielanie niechcianych substancji od oleju przy użyciu filtrów o mikroskopijnych porach, pozwalając olejowi na swobodny przepływ. Technologia ta znajduje zastosowanie zarówno w zapobieganiu zanieczyszczeniu oleju, jak i w sytuacjach awaryjnych, gdzie zanieczyszczenie jest już na tyle zaawansowane, że negatywnie wpływa na działanie maszyn.

Podczas mikrofiltracji filtrująca maszyna wyposażona jest w specjalne filtry, które pochłaniają wodę oraz stałe zanieczyszczenia powyżej 1 mikrometra, zapewniając tym samym wyższą czystość oleju niż większość olejów świeżych dostępnych na rynku. Skuteczność tej metody została potwierdzona badaniami laboratoryjnymi i jest zdolna do wydłużenia trwałości olejów mineralnych co najmniej dwukrotnie, a syntetycznych nawet pięciokrotnie. Co ważne, mikrofiltracja nie usuwa dodatków z oleju, co jest kluczowe dla zachowania jego właściwości.

Zaletą mikrofiltracji jest także możliwość czyszczenia całych układów hydraulicznych bez potrzeby ich demontażu, co przyczynia się do większej wydajności i energetycznej efektywności maszyn. Proces ten zwiększa także żywotność układów i pozwala na uniknięcie awarii spowodowanych obecnością zanieczyszczeń.

Nanotechnologia – metoda przyszłości?

Nanotechnologia coraz śmielej wkracza w świat przemysłu. Prowadzone są obiecujące badania m.in.  nad metodą oddzielania oleju od wody, w której kluczową rolę odgrywają nanocząstki i magnesy. Kiedy olej miesza się z wodą, tradycyjne metody oczyszczania mogą okazać się nieefektywne, kosztowne i niebezpieczne dla środowiska. Naukowcy z University of Austin w Teksasie pracują nad nowym podejściem, które zostało opisane w „Journal of Nanoparticle Research”. Ich metoda wykorzystuje magnetyczne nanocząstki do oddzielania oleju od wody za pomocą sił elektrostatycznych i magnetycznych. Ta technologia ma szansę poprawić procesy oczyszczania wody w przemyśle naftowym i gazowym, efektywnie usuwać wycieki ropy oraz potencjalnie oczyszczać wodę pitną z ołowiu.

Najnowsze metody separacji w przemyśle naftowym usuwają do 95 proc. oleju z wody, ale pozostają małe kropelki trudne do odzyskania, co komplikuje proces uzdatniania. Ta nowa technika ma na celu usunięcie właśnie tych pozostałości oleju z wody. Zastosowanie nanocząstek magnetycznych umożliwia szybsze oddzielanie małych kropli oleju od wody niż tradycyjne metody, dzięki wykorzystaniu sił magnetycznych przewyższających grawitację.

Zespół, w skład którego wchodzi m.in. profesor inżynierii naftowej Hugh Daigle oraz inżynier biomedyczny Thomas Milner, opracował specjalne powłoki dla nanocząstek, które przyciągają kropelki oleju siłą elektrostatyczną. Pozytywnie naładowane nanocząstki magnetyczne przyciągają ujemnie naładowane krople oleju, co umożliwia ich szybkie i skuteczne oddzielenie.

Zespół bada również zastosowania techniki w regeneracji nanocząstek bez użycia chemikaliów, co może zmniejszyć koszty operacyjne i zredukować negatywny wpływ na środowisko.

Podsumowanie

Zarówno metody wirówkowe, jak i elektromagnetyczne oferują skuteczne rozwiązania w zakresie przemysłowego oczyszczania oleju, choć każda z nich ma swoje specyficzne zastosowania i ograniczenia. Również mikrofiltracja może się okazać korzystna zarówno z punktu widzenia ekonomicznego, jak i ekologicznego. Czysty olej gwarantuje lepszą pracę maszyn i dłuższą ich eksploatację, co jest kluczowe dla efektywności przemysłowej.

Wybór odpowiedniej metody zależy od konkretnych potrzeb i warunków panujących w danym zakładzie przemysłowym. Wdrożenie odpowiedniej technologii oczyszczania jest kluczowe dla zapewnienia długiej żywotności maszyn oraz minimalizacji kosztów operacyjnych i środowiskowych.

Autor: Damian Żabicki

Pełny tekst w wersji PDF znajduje się poniżej lub proszę kliknąć niniejszy link do pobrania pliku PDF
GM_2024_3_40_42_Olej