Olieanalyse is een bijkomende troef in conditiebewaking

Door smeerolie te analyseren kan men de conditie en evolutie van een machine inschatten. Een olieanalyse bepaalt naast de machineconditie ook de toestand van de smeerolie. In de olie vindt men namelijk deeltjes door slijtage, pollutie, oxidatie, watercontaminatie, verbrandingsresten, … terug. De laboratoriumuitslag geeft in het bijzonder aan of er al dan niet onderhoud nodig is aan een machine. Men vermijdt met olieanalyse het onnodig stilleggen en demonteren van machines. De smeerolie vervangt men bovendien pas wanneer het echt nodig is. Reparatiekosten drukt men hierdoor vanwege de vroegtijdige detectie van problemen.

Olieanalyse laat toe om een bruuske toename van fijne metaalpartikels door abnormale slijtage of vervuiling waar te nemen.

Levensduur van smeerolie

De levensduur is afhankelijk van de mate waarin één of meerdere van de voor een bepaald type olie geldende eigenschappen, in kwaliteit achteruit gaan. Een smeermiddel is aan vervanging toe voordat er nadelige effecten van uitgaan op de prestatie en levensduur van de machine.

De viscositeit mag bijvoorbeeld niet zover oplopen dat er gevaar dreigt voor cavitatie in een smeeroliepomp omdat bijvoorbeeld de smeerolie niet snel genoeg kan toestromen. De viscositeit mag evenmin te laag worden omdat dit immers een direct effect heeft op de dikte van de oliefilm.

Het zuurneutraliserend vermogen van een motorolie mag niet teruglopen omdat er anders bijvoorbeeld gevaar draagt voor corrosie van de lagers. Het gehalte aan verontreinigingen speelt hierin ook een rol. De verontreinigingen kunnen stof en vuil zijn. Ook water, verouderingsproducten en verbrandingsproducten bij motoren zijn van betekenis.

De olie ververst men op basis van een aantal laboratoriumtesten en dus niet op een vooraf ingeschat moment. Kortom, door olieanalyse verlengt men de werkelijke levensduur van de olievulling. De laboratoriumtesten zijn gericht op de fysische eigenschappen van oliën.

Olieanalyse

Bij de interpretatie van de laboratoriumuitslag is voorzichtigheid geboden. Verschillende parameters kunnen de resultaten van de olieanalyse beïnvloeden. Men dient zich de vraag te stellen of het monster represantief is voor de totale olievulling. Voor het nemen van een represantief monster voor olieanalyse bestaan richtlijnen. De testen moeten afgestemd zijn op de olie en toepassing. Bijkomende gegevens zoals draaiuren van de machine, ouderdom van de olie en de hoeveelheid bijgevulde olie zijn bijgevolg eveneens belangrijk voor de interpretatie van de resultaten.

Voor de uitvoering van de testen maakt men bij een olieanalyse een onderscheid in de herhaalbaarheid van de test en de reproduceerbaarheid ervan. De herhaalbaarheid van een test betreft het verschil in analyseresultaat tussen twee testen in hetzelfde laboratorium. De reproduceerbaarheid van een test is gedefinieerd als het verschil in analyseresultaat van eenzelfde test op hetzelfde monster in twee verschillende laboratoria.
Men werkt zoveel mogelijk met genormeerde testmethoden. Een aantal organisaties die zich met deze normering bezighouden zijn ATM (American Society for Testing and Materials), DIN (Deutsche Industrie Normen), NEN (Nederlandse norm) en API (American Petroleum Institute).

Kenmerken van testen

Coulometrische waterbepaling – Karl-Fisher

De hoeveelheid water aanwezig in het staal meet men m.b.v. de automatische Coulometer.
Methode DIN 51777T2

Air release

De waarde definieert men als de tijd die in olie geblazen lucht, nodig heeft om te reduceren in volume tot 0.2%.
Methode IP 313

Water separability

De methode meet tot in hoeverre de olie zich van water kan scheiden.
Methode ASTM D1401

Viscositeit

Dit is al met al één van de meest geteste eigenschappen van smeeroliën. Viscositeit is een maat voor inwendige wrijving van een vloeistof en voor de inwendige weerstand tegen vloeien. Viscositeit is weliswaar onlosmakend met de temperatuur verbonden.
Bij de testmethode meet men de tijd die een bepaalde vloeistof nodig heeft om onder invloed van de zwaartekracht door een geijkt glazen capillair te vloeien bij 40°C en 100°C.
Techniek: Houillon
Methode: ASTMD445

Er geldt dat de kinematische viscositeit gelijk is aan de dynamische viscositeit gedeeld door de dichtheid, bij dezelfde temperatuur.

Een viscositeitsmeting van een gebruikte olie zegt dus iets over de conditie ervan, indien men deze viscositeit vergelijkt met de oorspronkelijke waarden. Een sterke toename van de viscositeit kan duiden op de aanwezigheid van geoxideerd product. Een afname kan bijvoorbeeld het gevolg zijn van brandstofverdunning.

Zuurgetal (TAN) en basegetal (TBN)

Elke gebruikte of ongebruikte olie heeft een bepaald zuur of basis karakter. Dit karakter drukt men uit in een zuurgetal – Neutralisation Number. Tijdens gebruik van smeerolie wijzigt dit zuurgetal. Het zuurgetal van een gebruikte olie vergelijkt men zodoende met de oorspronkelijke waarde.
Techniek TAN: Potentiometrische titratie
Methode TAN: ASTM D664
Techniek TBN: Potentiometrische titratie
Methode TBN: ASTM D2896

Het zuur of basisch karakter drukt men uit in de pH-waarde. De PH-schaal loopt van 0 tot 14.
0 = sterk zuur
4 = zwak zuur
7 = neutraal (overeenkomend met water)
11 = zwak alkalisch (zwak basisch)
14 = sterk alkalysch

Het zuurgetal of Total Acid Number (TAN) meet men doorgaans door potentiometrische zuurtitratie. Hierbij meet men namelijk de wijziging in het spanningsverschil, tussen twee elektroden in de vloeistof, onder het toedienen van een neutraliserende stof (base).

Het Total Acid Number is het aantal mg base – kaliumhydroxide – dat men moet titreren om een gram olie te neutraliseren. Kortom, om dus de pH op 11 te brengen. Het Strong Acid Number (SAN) is het aantal mg base dat men titreert om van een olie met pH <4, op een pH van 4 uit te komen.

Een zuivere minerale, goed geraffineerde olie geeft dus een indruk van de kwaliteit. Vooral de graad van oxidatie kan worden aangegeven. Mede aan de hand van de TAN kan men dus vaak bepalen of turbine-, thermische, compressoroliën, … voor verder gebruik geschikt zijn.

TBN motoroliën

Motoroliën zijn weliswaar detergerende en dispergerende oliën. Zij hebben een basisch karakter. Hier meet men de hoeveelheid zuur om het basisch karakter te neutraliseren. De hoeveelheid zuur – waterstofchloride – rekent men evenwel om naar een equivalent mg KOH/g base.

Het Total Base Number (TBN) is het aantal mg zuur, uitgedrukt in equivalente mg KOH, nodig om de pH op 11 te brengen.
Naarmate motoroliën gebruikt worden, daalt dus de TBN. Detergerende en dispergerende additieven gebruikt men om binnendringende zuren te neutraliseren en schadeloos maken. Anders gezegd, de daling van het TBN is een indicatie voor het uitputten van deze detergerende eigenschap.

Samengevat, TAN en TBN zijn hulpmiddelen in de bepaling of een olie nog geschikt is voor verder gebruik. Uitspraken doen over de conditie van de gebruikte alleen op basis van TBN of TAN houdt echter een risico in.

Tolueen- en pentaanonoplosbaarheid

Door de olie in pentaan of tolueen te schudden kan de mate van verontreiniging meten. De verontreinigingen bestaan uit de combinatie van vuil-/slijtagedeeltjes en geoxideerde olie (vernisachtige verbindingen).

Door de gebruikte olie in pentaan te schudden scheidt onoplosbaar geoxideerd product af. Bovendien worden hierdoor de overige verontreinigingen zoals vuil, slijtagemetalen, zand, … zichtbaar. Het geheel van deze verontreinigingen noemt men ‘pentane insolubles’.

Als men het geheel aan ‘pentane insolubles’ daarna met tolueen behandelt, scheiden de opgeloste oxidatieproducten af. De zogenoemde toluene insolubles blijven achter. Het verschil tussen de pentane en tolueen insolubles is het getal aan geoxideerd product in de olie. Kortom, hoe lager de pentane insolubles, hoe beter.

Hoge pentane insolubles geeft dus oxidatie en/of contaminatie weer. Een relatief hoge waarde voor tolueen insolubles geeft aan dat de contaminatie optreedt met externe verontreinigingen, bijvoorbeeld stof binnengekomen via een defect luchtfilter of slijtageproducten. Als het verschil tussen pentane insolubles en tolueen insolubles groot is, dan is er namelijk sprake van een in hoge mate geoxideerde olie. Dit kan het het gevolg zijn van een te hoge bedrijfstemperatuur, een verkeerd gekozen olie, slechte brandstofinspuiting, niet goed afdichtende zuigerveren, onvolledige verbranding, …

Spectraalanalyse

Een spectrometer maakt gebruik van de eigenschap dat elke zuivere stof (atoomsoort) bij verhitting energie absorbeert en die bij koeling weer afgeeft. Deze afgifte van energie kan door straling gebeuren. De kleur of golflengte van de lichtstraling bij afkoeling is zeer uniek voor elk element. Daarmee is dus elk element te onderscheiden.

De atomen in de olie verwarmt men hoog zodat ze licht uitstralen. Dit gebeurt door de olie te injecteren in een plasmawolk van 3500°C. In de foto-emmissiespectrometer kan men zo alle atoomsoorten opsporen. Bovendien kan bij benadering de hoeveelheid gemeten worden. De spectraalanalyse verschaft informatie over de additieven en de concentratie ervan die in de olie aanwezig zijn, de aanwezigheid van zand en stof, de mate van contaminatie van een hydrauilische olie met een detergerende motorolie.

Infrarood spectrumabsorptie

Met behulp van een infrarood spectrumabsorptie verkrijgt men als het ware een foto van de olie. Bij deze proef beschijnt men een olie met een infrarode lichtbron. Een detector meet vervolgens de hoeveelheid licht die de olie absorbeert. Het resultaat wordt grafisch weergegeven. Infraroodanalyse is ondermeer van belang bij de bepaling van de percentages aromaten, naftenen en paraffines in basisolie, de controle op oxidatie en eventueel de concentratie van additieven.

Het is voor interpretatie van de testresultaten altijd van belang dat men de infraroodscan vergelijkt met een scan van de originele olie.

Methoden van deeltjestelling

Er zijn een aantal manieren om het aantal deeltjes van een bepaalde grootte in een monster van bepaalde afmetingen te meten.
De standaardmethode om het aantal deeltjes en de grootte ervan te tellen, na een bepaald volume olie te filteren door een filter met poriegrootte <1 micrometer. Vervolgens kan men dan met een gekalibreerde microscoop de deeltjes van een bepaalde categorie tellen. Men schat het totaal aantal aanwezige deeltjes volgens statistische methoden. De gedetailleerde procedure voor het filteren van een vloeistof en het tellen van deeltjes staat beschreven in de testnormen ASTM F311 en F312. De procedures zijn immers afgeleid van de SAE Aerospace Recommended Practice ARP 598A.

De microscopische methode voor particle counting zoals hierboven beschreven is enigszins subjectief en bovendien tijdrovend. Vele laboratoria maken gebruik van een automatische deeltjesteller. In deze instrumenten wordt een kleine stroom olie langs een sensor geleid. Deze sensor bevat een lichtbron en een foto-detectiecel. Als de vloeistof een vuildeeltje bevat, wordt een gedeelte van het licht geblokkeerd, zodat de lichtinval in de cel kleiner wordt. De verandering in de lichtintensiteit is een maat voor de afmeting van het vuildeeltje in de vloeistof. Een nadeel van deze methode is dat luchtbellen vaak voor verontreinigingen worden gezien. Deze negatieve invloed moet daarom volledig worden geëlimineerd alvorens met de proef te starten. Klassebepaling volgens NAS 1638 (HAIC-ROYCO) – ISO 4406.

Bij de VIDAS-methode filtreert men het oliestaal. Vervolgens weegt men het filtraat (= de hoeveel vervuiling). Via een foto berekent de computer het aantal deeltjes en de grootte ervan.

Slijtage- en additiefmetalen vaststellen methode Inductive Coupled Plasma (ICP) – Methode ASTMD5185

Een met oplosmiddel verdund oliestaal brengt men in het plasma bij een temperatuur van 10.000°C. De aanwezige metaaldeeltjes gloeien bij deze hoge temperatuur op en stralen licht uit. Het spectrum van dit licht is karakteristiek voor elk metaal en de intensiteit is evenredig met de aanwezige hoeveelheid metaal. Dit staat dus in direct verband met de concentratie va het metaal in het oliestaal. Gelijktijdig kan men er 75 metalen mee detecteren.

In gebruikte olie kan men volgende metalen detecteren:

• Additiefmetalen: Ca, Mg, Ba, Zn, P
• Slijtagemetalen: Pb, Cu, Fe, Al, Cr, Sn, Si
• Antigel: Na, B

Kortom, de detectie van additiefmetalen geeft een controle op de kwaliteit van de gebruikte olie. De oorsprong van slijtagemetalen is afhankelijk van het type werktuig.

Heeft u een interim-manager met een technische bagage nodig? Contacteer ons.