Bab 3: Minyak Hidraulik Berasaskan Petroleum

Selain menghantar tenaga, minyak berbasis petroleum mempunyai satu fungsi kritikal lain: pelinciran. Kedua-dua fungsi — penghantaran tenaga dan pelinciran — dipengaruhi secara kuat oleh kelikatan. Ini menjadikan kelikatan sebagai sifat paling penting bagi minyak hidraulik.

Pelinciran

Pelinciran ialah proses mengurangkan geseran antara dua permukaan yang bersentuhan dan bergerak relatif antara satu sama lain.

Pelinciran merupakan fungsi kritikal minyak hidraulik. Tanpa pelinciran, geseran antara bahagian yang bergerak menyebabkan haus berlebihan dan menghasilkan haba.

Penyelaras

Geseran ialah daya yang menentang pergerakan. Walaupun permukaan yang kelihatan licin sebenarnya kasar secara mikroskopik. Apabila dua permukaan bergesel antara satu sama lain, titik-titik tinggi mikroskopik pada permukaan tersebut bersentuhan, mengalami deformasi, melekat secara sementara, dan kemudian terpisah — proses pemisahan ini merupakan geseran. Semakin kasar permukaannya, semakin besar daya gelongsor yang diperlukan dan semakin banyak geseran yang dihasilkan.

Rajah 3-1 Geseran berlaku apabila titik-titik tinggi mikroskopik pada dua permukaan bersentuhan, melekat secara sementara, dan terpisah apabila permukaan tersebut meluncur.

Filem minyak

Jika terdapat filem minyak di antara dua permukaan logam, sentuhan langsung logam-ke-logam dielakkan. Permukaan-permukaan tersebut meluncur di atas filem minyak bukannya di atas satu sama lain, sehingga mengurangkan geseran secara ketara.

Sebarang cecair boleh membentuk filem minyak, tetapi beberapa cecair lebih baik daripada yang lain. Air, sebagai contoh, digunakan sebagai bendalir hidraulik pertama, tetapi filemnya lemah dan mudah pecah. Minyak hidraulik berbasis petroleum membentuk filem yang jauh lebih kuat dan tahan lama.

Pelumatan

Kepelinciran ialah keupayaan suatu cecair untuk membentuk filem yang sukar dipecahkan. Ia bergantung kepada:

1. Ketebalan film semula jadi cecair tersebut.
2. Keupayaan cecair tersebut melekat (berikat) pada permukaan logam.

Minyak hidraulik petroleum mempunyai kelicinan yang sangat baik. Tuangkan minyak ini ke atas plat keluli dan anda akan melihat lapisan minyak yang tebal dan luas menutupi permukaan serta kekal di sana. Tuangkan air ke atas plat yang sama, dan lapisan nipis terbentuk tetapi mudah pecah. Tuangkan merkuri, dan ia membentuk titisan berbentuk sfera — merkuri hampir tidak mempunyai daya lekat terhadap keluli, jadi kelicinannya sangat lemah.

Rajah 3-2 Perbandingan kelicinan. Kelicinan yang baik memerlukan kedua-dua lapisan film yang semula jadi tebal dan ikatan yang kuat dengan permukaan logam. Minyak unggul dalam kedua-dua aspek ini.

Kelikatan minyak hidraulik yang sesuai mesti menyeimbangkan dua keperluan: minyak mesti cukup pekat untuk membentuk lapisan film yang baik, tetapi masih cukup cair untuk mengalir dengan bebas. Keseimbangan ini akan dibincangkan seterusnya.

Kesan Kelikatan terhadap Sistem

Minyak mempunyai dua fungsi penting dalam sistem hidraulik:

3. Sebagai medium pemindahan tenaga (Bab 2).
4. Sebagai pelincir bagi bahagian-bahagian bergerak dalaman.

Kedua-dua fungsi ini — dan kesan akhirnya terhadap sistem — dipengaruhi secara kuat oleh kelikatan. Mari kita terlebih dahulu mentakrifkan kelikatan, kemudian mengkaji kesannya terhadap penjanaan haba, pelinciran, pelinciran dinamik, aliran dalam kelegaan (clearance flow), dan lain-lain.

Molekul cecair

Seperti semua cecair, minyak hidraulik petroleum terdiri daripada molekul-molekul yang saling menarik antara satu sama lain. Daya tarikan molekul dalam cecair jauh lebih kuat berbanding dalam gas, tetapi lebih lemah berbanding dalam pepejal (di mana molekul-molekul terkunci dalam kedudukan tetap). Oleh sebab molekul cecair boleh meluncur melalui satu sama lain, cecair mampu mengalir secara berterusan.

Kekerapan

Kelikatan ialah sifat yang menahan aliran molekul cecair melalui satu sama lain — iaitu bentuk geseran dalaman. Cecair berkelikatan tinggi (seperti madu atau molases) mengalir perlahan dan dengan rintangan yang besar. Cecair berkelikatan rendah (seperti air atau minyak masak) mengalir dengan mudah.

Kesan suhu terhadap kelikatan

Seperti yang disebutkan di atas, cecair terdiri daripada molekul-molekul yang bergerak secara berterusan dan saling menarik antara satu sama lain. Apabila molekul-molekul bergerak perlahan, daya tarikan antara mereka lebih kuat, dan rintangan terhadap aliran menjadi lebih besar — kelikatan adalah tinggi. Apabila molekul-molekul bergerak laju (apabila dipanaskan), daya tarikan melemah dan kelikatan menurun.

Molases sejuk dari peti sejuk mempunyai kelikatan yang sangat tinggi — ia mengalir perlahan dan memerlukan usaha. Panaskannya di atas dapur dan molekul-molekul akan bergerak lebih laju, daya tarikan melemah, kelikatan menurun, dan ia mengalir dengan mudah melalui corong.

Saat Saybolt Universal (SUS/SSU)

Salah satu cara untuk mengukur kelikatan minyak ialah dengan Saat Saybolt Universal (SUS, juga dikenali sebagai SSU). Unit SI bagi kelikatan ialah sentistokes (cSt). SUS dinamakan sempena George Saybolt, yang mencadangkan viskometer Saybolt kepada Biro Piawaian Amerika Syarikat pada tahun 1919.

Kaedah: Tuangkan cecair ke dalam bekas dan panaskan hingga suhu ujian. Tarik keluar sumbat bawah dan mulakan jam randik pada masa yang sama. Hentikan jam randik apabila tepat 60 mL cecair telah mengalir ke dalam kelalang. Masa yang berlalu dalam saat adalah kelikatan SUS pada suhu tersebut.

Contoh: Jika minyak yang dipanaskan hingga 100°F (37.7°C) mengambil masa 143 saat untuk mengalir, kelikatannya ialah 143 SUS @ 100°F (37.7°C). Jika minyak yang sama yang dipanaskan hingga 130°F (54.4°C) mengambil masa 82 saat: kelikatan = 82 SUS (17.7 cSt) @ 130°F (54.4°C). Kelikatan sentiasa bergantung kepada suhu, oleh itu anda mesti sentiasa nyatakan kedua-dua nilai dan suhu tersebut. "150 SUS (32 cSt)" tanpa menyebut suhu merupakan bentuk ringkas bagi 150 SUS (32 cSt) @ 100°F (37.7°C).

Rajah 3-5: Viscometer Saybolt. Minyak dipanaskan hingga suhu tertentu, kemudian diukur masa aliran tepat 60 mL ke dalam kelalang. Masa dalam saat bersamaan dengan kelikatan SUS.

Kesan tekanan terhadap kelikatan

Kelikatan juga berubah mengikut tekanan sistem. Apabila tekanan meningkat, kelikatan turut meningkat (seperti yang ditunjukkan oleh lengkung dalam rajah). Peningkatan tekanan dari 0 hingga 3,000 psi (207 bar) boleh meningkatkan kelikatan minyak hidraulik industri biasa sebanyak kira-kira 40%.

Rajah 3-6 Kelikatan meningkat dengan tekanan. Pada 3,000 psi (207 bar), kelikatan boleh menjadi 40% lebih tinggi berbanding pada tekanan atmosfera.

Kesan kelikatan terhadap penjanaan haba

Kelikatan secara langsung mempengaruhi penjanaan haba. Minyak berkelikatan tinggi (contohnya, 500 SUS / 107.9 cSt) mencipta rintangan aliran dalaman yang lebih besar berbanding minyak berkelikatan rendah (contohnya, 150 SUS / 32 cSt), menghasilkan lebih banyak haba dalam sistem.

Dalam kebanyakan sistem hidraulik, julat kelikatan operasi adalah 150–250 SUS (32–53.9 cSt) @ 100°F (37.7°C).

Kesan kelikatan terhadap pelinciran

Kelikatan adalah rintangan terhadap aliran, jadi kelihatannya tidak diingini. Namun, ia mempunyai kesan besar terhadap pelinciran — ianya amat penting untuk membentuk lapisan minyak yang baik. Kelikatan yang lebih tinggi bermaksud lapisan yang lebih tebal dan lebih kuat. Namun, minyak juga perlu mengalir dengan bebas, maka kelikatan yang sesuai mesti menyeimbangkan kedua-dua keperluan ini.

Rajah 3-7 Ketebalan lapisan minyak berubah mengikut kelikatan. Kelikatan tinggi memberikan lapisan yang lebih tebal tetapi meningkatkan rintangan aliran. Kelikatan rendah mengalir dengan mudah tetapi lapisan nipis mungkin pecah di bawah beban.

Kesan kelikatan terhadap pelinciran dinamik (hidrodinamik)

Keupayaan membentuk lapisan minyak yang kukuh merupakan sifat penting minyak hidraulik petroleum. Kami menyebut keupayaan ini sebagai kelinciran. Kelihatannya bahawa komponen bergerak berkelajuan tinggi sukar dilincirkan kerana kelajuan tersebut akan menghapuskan lapisan itu — namun pada hakikatnya, kelikatan cecair biasanya menghalang perkara ini.

Apabila sebuah blok logam pegun diletakkan di atas permukaan logam berminyak dan daya dikenakan kepadanya, tepi hadapan blok tersebut terangkat sedikit. Minyak menentang proses mampatan (akibat kelikatan), dan terbentuklah sejenis 'wedge' minyak di bawah blok tersebut. 'Wedge' ini menyokong blok semasa ia bergerak — seperti bot yang terapung di atas air. Selagi tekanan pada blok yang bergerak kekal dalam julat tertentu, 'wedge' minyak ini akan mengelakkan permukaan daripada bersentuhan secara langsung antara logam dengan logam. Ini dikenali sebagai pelinciran dinamik (hidrodinamik).

Cecair berkelikatan rendah seperti air, dalam keadaan kelajuan rendah dan beban tinggi, mudah dimampatkan keluar — 'wedge' tidak dapat terbentuk sepenuhnya, dan lapisan minyak mudah pecah.

Apabila komponen sistem berada dalam pergerakan, proses hidrodinamik memberikan pelinciran yang baik. Namun, semasa permulaan operasi atau apabila tekanan yang memacu komponen terlalu tinggi, keupayaan minyak untuk membentuk lapisan yang kukuh (sifat pelincirannya) menjadi sangat penting.

Rajah 3-8 Pelinciran hidrodinamik. Apabila blok bergerak, suatu jisim minyak terbentuk yang menampung beban dan mengelakkan permukaan daripada bersentuhan logam-ke-logam.

Kesan tekanan terhadap kelikatan

Kelikatan juga mempengaruhi sejauh mana minyak dapat menyegel celah-celah ketat antara komponen bergerak. Banyak komponen hidraulik (pam, motor, injap) bergantung pada penyegelan logam-ke-logam — tiada segel getah di antara, sebagai contoh, omboh dan silindernya dalam suatu pam omboh. Hanya wujud suatu lapisan nipis minyak dalam celah kesesakan tersebut.

Celahan antara komponen-komponen ini bertindak seperti orifis tetap — ianya secara berterusan menghadkan aliran kebocoran kecil. Aliran kebocoran ini berfungsi untuk melincirkan dan menyegel. Kebocoran yang terlalu sedikit bermaksud pelinciran tidak mencukupi; manakala kebocoran yang terlalu banyak menyebabkan sistem kehilangan aliran, kecekapan menurun, dan haba berlebihan dihasilkan.

Untuk pengedap yang terbaik, jarak renggang harus sekecil mungkin — tetapi tidak terlalu kecil sehingga minyak tidak dapat melincirkan, dan tidak terlalu besar sehingga berlaku kebocoran berlebihan. Jarak renggang optimum menyeimbangkan fungsi pengedapan dan pelinciran.

Apabila kelikatan minyak terlalu rendah (minyak terlalu cair), kebocoran melalui jarak renggang menjadi berlebihan. Ini mengurangkan aliran yang sampai ke aktuator dan menghasilkan haba yang tidak perlu. Apabila kelikatan terlalu tinggi, lapisan minyak masih terbentuk tetapi rintangan aliran meningkat dan kecekapan sistem menurun.

Rajah 3-9: Kesan kelikatan rendah terhadap kebocoran dalaman. Dengan minyak yang cair, kebocoran melalui jarak renggang logam-ke-logam meningkat, mengurangkan aliran yang sampai ke aktuator.

Indeks Kelikatan

Kelikatan minyak hidraulik merupakan parameter penting dalam sistem hidraulik. Namun, kelikatan berubah mengikut suhu; oleh itu, jika sistem tidak mampu mengekalkan suhu operasi yang malar, kelikatan minyak mesti kekal relatif stabil di sepanjang julat suhu operasi.

Indeks Kelikatan (VI) menggambarkan seberapa besar kelikatan berubah dengan suhu. Hubungan ini menggunakan carta piawai kelikatan-suhu ASTM (American Society for Testing and Materials): apabila kelikatan minyak pada dua suhu berbeza diplotkan pada carta ini, hasilnya adalah satu garis lurus. Kelikatan pada suhu lain boleh kemudian dibaca daripada garis tersebut (kaedah ini sah untuk minyak asas tanpa bahan tambah kimia; bahan tambah boleh mempengaruhi hubungan kelikatan/suhu semula jadi).

Jika dua lengkung minyak diplotkan pada carta yang sama, garis yang lebih mendatar mewakili minyak dengan VI yang lebih tinggi. Sebagai contoh:

• Minyak A: 153 SUS (33 cSt) @ 100°F (37.7°C) dan 44 SUS (9.5 cSt) @ 210°F (98.9°C).
• Minyak B: 165 SUS (35.6 cSt) @ 100°F (37.7°C) dan 42 SUS (9.1 cSt) @ 210°F (98.9°C).

Minyak A mempunyai garis yang lebih rata — kelikatannya berubah kurang dengan suhu — maka Minyak A mempunyai Indeks Kelikatan yang lebih tinggi.

Apabila konsep VI diperkenalkan buat pertama kali, skala ini berjalan dari 0 (terburuk, paling sensitif terhadap suhu) hingga 100 (terbaik, paling tidak sensitif). Kaedah penapisan moden mampu menghasilkan minyak dengan VI melebihi 100. Dalam sistem hidraulik moden, VI ≥ 90 biasanya diperlukan, walaupun bagi sistem yang beroperasi pada suhu yang relatif tetap, nilai VI menjadi kurang penting.

Rajah 3-10: Carta kelikatan-suhu ASTM. Semakin mengufuk garis tersebut, semakin tinggi Indeks Kelikatan — maksudnya minyak tersebut kurang sensitif terhadap perubahan suhu.

Julat Pengoperasian Minyak Hidraulik

Minyak hidraulik petroleum merupakan pelincir yang baik untuk sistem hidraulik, tetapi ia mempunyai julat kelikatan di mana ia berfungsi paling optimum. Jika kelikatan minyak terlalu rendah, lapisan minyak menjadi terlalu nipis (seperti air), dan komponen mengalami haus. Jika kelikatan terlalu tinggi, minyak tidak dapat mengalir ke dalam bantalan dengan cukup cepat dan komponen mengalami kekurangan bekalan minyak.

Komponen berputar — pam hidraulik dan motor — terutamanya memerlukan pelinciran bekas yang baik. Pengilang pam menetapkan julat kelikatan untuk produk mereka. Jika komponen-komponen tersebut dilincirkan dengan betul, maka semua komponen sistem lain juga akan dilincirkan secara memadai.

Setelah julat kelikatan yang diperlukan diketahui, julat suhu pengoperasian sistem akan menentukan minyak hidraulik khusus yang perlu dipilih. Sebagai contoh, jika sistem memerlukan kelikatan antara 70–250 SUS (15–54 cSt) dan suhu pengoperasiannya adalah 80–140°F (26.7–60°C), pilih Minyak Y. Jika julat suhunya adalah 110–170°F (43.3–76.7°C), pilih Minyak Z.

Walaupun dalam persekitaran industri, suhu boleh menjadi sangat rendah. Untuk memastikan pam dapat menarik minyak secara normal semasa permulaan operasi, pengilang pam menetapkan kelikatan maksimum yang dibenarkan semasa permulaan: biasanya 1,000 SUS (216 cSt) untuk pam piston, dan 7,500 SUS (1,618 cSt) untuk pam bilah dan pam gear.

Rajah 3-11 Memilih gred minyak berdasarkan suhu operasi. Jalur berlorek menunjukkan julat kelikatan yang boleh digunakan. Pilih minyak yang jalurnya merangkumi julat suhu operasi anda.

Titik curah

Carta kelikatan ASTM tidak menunjukkan titik tuang. Pada suhu yang sangat rendah, minyak petroleum berhenti mengalir sepenuhnya — hablur parafin berminyak terenap daripada minyak dan menghalang aliran. Titik tuang ialah suhu terendah di mana minyak hidraulik masih mampu mengalir, diukur di bawah syarat makmal ASTM.

Dalam sistem sebenar, jika keperluan kelikatan maksimum semasa permulaan dipenuhi, titik tuang biasanya tidak perlu diperiksa secara berasingan. Namun, jika sistem mungkin beroperasi pada suhu sangat rendah, titik tuang minyak mestilah sekurang-kurangnya 20°F di bawah suhu operasi minimum yang dijangka.

Data titik tuang untuk sebarang minyak tertentu boleh didapati pada lembaran data produknya.

Masalah Minyak dan Bahan Tambahan

Apabila sistem hidraulik beroperasi setiap hari, minyak petroleum terdedah kepada keadaan yang mencabar. Beberapa masalah boleh berlaku yang memberi kesan kepada minyak dan sistem tersebut: pelinciran tekanan tinggi, pengoksidaan minyak, pencemaran air, penyerapan udara, dan pencemaran zarah pepejal. Bahan tambah kimia dalam minyak dapat menangani banyak daripada isu-isu ini.

Pelinciran tekanan tinggi

Minyak hidraulik petroleum berkualiti baik tidak sentiasa menjadi pelincir yang baik pada tekanan tinggi. Apabila tekanan meningkat, lapisan minyak di antara bahagian yang bergerak lebih mudah terputus, dan filem pelekat (kelicinan) menjadi kritikal. Bahan tambah kimia boleh meningkatkan pelinciran tekanan tinggi atau pelinciran sempadan.

Bahan tambah anti-haus (AW) dan mengurangkan haus (WR)

Terdapat tiga jenis penambahan tahan haus:

5. Penambahan kelicinan/pelinciran (WR) — molekul yang berdiri tegak di atas permukaan logam seperti bulu karpet, membentuk lapisan kimia. Apabila lapisan minyak pecah, lapisan kimia ini menanggung beban. Namun, lapisan ini tidak terlalu kuat dan mudah pecah di bawah tekanan tinggi.
6. Penambahan mengurangkan haus (WR) — terikat secara kimia dengan permukaan logam, membentuk lapisan pelindung. Apabila komponen bergerak bersentuhan secara ringkas, penambahan ini menghasilkan sedikit haba, mengilatkan dan melicinkan permukaan sentuh, serta mengurangkan geseran.
7. Penambahan tekanan ekstrem (EP) — pada tekanan sentuh tinggi, jika permukaan logam menjadi panas sehingga melebur bersama, penambahan EP bertindak balas dengan permukaan logam untuk mencegah peleburan tersebut. Penambahan ini memberikan penyelesaian bagi situasi di mana penambahan AW konvensional gagal.

Ketiga-tiga jenis ini tidak boleh digunakan secara serentak dalam minyak yang sama — masing-masing mempunyai fungsi yang berbeza. Bahan tambah ketidaklicinan/WR digunakan untuk sistem tekanan rendah (di bawah 1,000 psi / 68.97 bar). Bahan tambah EP terutamanya digunakan untuk sistem di atas 3,000 psi (207 bar) atau untuk pelincir gear dan jentera perkakasan. Bahan tambah AW digunakan untuk julat sederhana (1,000–3,000 psi / 68.97–207 bar).

Memeriksa pelinciran tekanan tinggi

Untuk memeriksa sama ada suatu minyak mengandungi bahan tambah anti-haus, rujuk nama minyak tersebut atau konsultasikan lembaran data pembekal. Contoh: "Hamony 48 AW" (Gulf Oil Co.) — "AW" menunjukkan sifat anti-haus; "Sunvis 816 WR" (Sun Oil Co.) — "WR" menunjukkan pengurangan haus.

Ramai pengeluar minyak terrefinasi tidak menyenaraikan kandungan bahan tambah anti-haus dalam nama produk; bagi minyak tertentu, sentiasa rujuk lembaran data. Jika suatu sistem mengalami masalah haus berlebihan dan minyak yang digunakan tidak mengandungi bahan tambah anti-haus, beralih kepada minyak AW mungkin membantu — tetapi pastikan dahulu bahawa haus tersebut bukan disebabkan oleh pencemaran minyak.

Pengoksidaan Minyak

Pengoksidaan ialah tindak balas kimia suatu bahan dengan oksigen — suatu proses yang biasa. Apabila anda menggigit sebiji epal dan bahagian dalamnya bertukar menjadi perang, itu adalah pengoksidaan. Fender kereta yang tergores dan terdedah kepada udara bertindak balas dengan oksigen dan berkarat. Sebahagian besar dunia, termasuk minyak, mengalami pengoksidaan dengan cara ini.

Pengoksidaan minyak dalam sistem hidraulik berlaku terutamanya di dua tempat: takungan dan saluran keluar pam. Kedua-duanya melibatkan sentuhan antara minyak dan oksigen, tetapi proses pengoksidaannya berbeza di setiap tempat.

Pengoksidaan dalam takungan

Dalam takungan, permukaan bebas minyak bertindak balas dengan oksigen di udara. Hasil tindak balas ini termasuk asid lemah dan bahan-bahan bersifat sabun. Asid-asid ini mengakis permukaan komponen dan menghasilkan tompokan noda gelap. Bahan bersifat sabun ini melitupi permukaan komponen dan menyumbat orifis kecil di pelabuhan pengesan tekanan serta laluan pelinciran.

Haba mempercepat pengoksidaan minyak. Setiap kenaikan suhu sebanyak 18–20°F (10–11°C) di atas suhu purata takungan (130°F / 54,4°C) menghampirkan kadar pengoksidaan menjadi dua kali ganda. Zarah besi, zarah tembaga, dan titisan air dalam minyak juga mempercepat proses pengoksidaan.

Pengoksidaan di saluran keluar pam

Lokasi kedua tempat minyak mengalami pengoksidaan ialah di saluran keluar pam. Jika saluran isapan bocor udara atau minyak yang dikembalikan mengganggu takungan sehingga menyebabkan saluran masuk pam mengisap gelembung udara, maka gelembung-gelembung udara tersebut akan sampai ke saluran keluar pam bertekanan tinggi dan tiba-tiba meletup (runtuh secara ganas) di bawah tekanan tinggi. Proses ini menghasilkan haba setempat yang sangat ekstrem. Pengiraan menunjukkan bahawa apabila satu gelembung dimampatkan dari hampir sifar hingga 3,000 psi (207 bar), suhunya boleh mencapai 2,100°F (1,149°C). Pada suhu ini, minyak terbakar, menghasilkan enapan berbentuk resin dan bau terbakar yang tajam.

Jika produk pengoksidaan terbentuk di saluran keluar pam, resin tersebut larut ke dalam minyak. Apabila resin bersentuhan dengan permukaan panas (rotor pam, spul injap pelupasan, dll.), ia mengendap keluar dari minyak sebagai enapan varnis pada permukaan tersebut, menyebabkan komponen bergerak melekat dan terkunci.

Resin dalam minyak juga bergabung dengan habuk dan zarah-zarah untuk membentuk lumpur, yang menyumbat orifis kecil dalam injap dan penapis, serta menghalang pemindahan haba melalui dinding takungan. Letupan gelembung di saluran keluar pam merupakan salah satu punca utama pengoksidaan minyak yang pesat.

Rajah 3-14: Letupan gelembung udara di saluran keluar pam. Apabila gelembung dimampatkan daripada tekanan rendah kepada tekanan tinggi, suhu setempat boleh melebihi 2,000°F — cukup tinggi untuk menyalakan minyak dan membentuk enapan varnis.

Memeriksa pengoksidaan minyak

Bandingkan satu sampel minyak daripada sistem (mungkin telah teroksida) dengan satu sampel minyak baharu daripada tong, pada suhu yang sama. Minyak baharu terasa jelas melekit apabila digosok antara ibu jari dan jari telunjuk, dan kekal melekat di jari. Minyak teroksida terasa seperti air — ia mengalir turun seperti air, dengan ketahanan lekat dan daya lekat yang lemah.

Minyak yang teroksida akibat letupan gelembung juga mempunyai bau tajam dan pedas. Jika sampel menunjukkan tanda-tanda pengoksidaan, hantarkannya ke makmal untuk dianalisis. Jika minyak tidak dapat dipulihkan, bersihkan sistem sepenuhnya dan isikan semula dengan minyak baharu.

Air dalam Minyak Hidraulik

Semua minyak hidraulik mengandungi sejumlah kecil kelembapan. Dalam jumlah kecil, air terpecah kepada titisan-titisan halus dan diangkut bersama minyak. Air dan minyak tidak bercampur (kecuali minyak larut-air); dalam jumlah besar, air akan mengendap di dasar takungan.

Jika minyak sudah mengandungi asid dan resin hasil pengoksidaan, bahan-bahan ini akan mempercepat penahanan air.

Memeriksa kontaminasi air

Membandingkan sampel tersangka dengan sampel minyak baharu merupakan pemeriksaan asas. Masukkan minyak baharu ke dalam kelalang kaca dan angkat ke arah cahaya — minyak tersebut jernih dengan gelembung-gelembung kecil. Jika suatu sampel mengandungi 0.5% air, ia kelihatan keruh atau berkabut. Pada kandungan air 1%, minyak kelihatan seperti susu.

Kaedah lain: panaskan sampel yang keruh/berkabut — jika ia menjadi jernih selepas beberapa ketika, kemungkinan besar air hadir. Jika minyak mengandungi jumlah air yang besar, sebahagian besarnya akhirnya akan mengendap; pemisahan sentrifugal boleh mempercepat proses ini jika masa adalah faktor penting.

Jika minyak hanya mengandungi sedikit air (< 0.5%) dan keperluan sistem tidak terlalu ketat, minyak tersebut mungkin tidak perlu digantikan serta-merta. Air dalam minyak mempercepat pengoksidaan dan mengurangkan kelicinan; air itu sendiri akhirnya akan menguap, tetapi hasil pengoksidaan yang disebabkannya kekal dan terus menimbulkan kerosakan. Jika keadaan minyak berada di tahap sempadan, hantarkannya ke makmal.

Rajah 3-16: Pemeriksaan visual kandungan air. Jumlah air dalam minyak boleh dianggarkan berdasarkan tahap kekeruhan sampel apabila diangkat ke arah cahaya.

Kakisan dan Karat

Dari perspektif sistem hidraulik, kakisan adalah serangan kimia terhadap permukaan komponen yang disebabkan oleh asid yang terbentuk semasa pengoksidaan minyak. Karat ialah pengoksidaan permukaan berbasis besi yang disebabkan oleh air dalam minyak.

Kakisan melarutkan logam dan menghilangkannya — mengurangkan saiz dan berat komponen tepat. Karat menambah bahan pada permukaan besi — meningkatkan saiz dan beratnya. Apabila komponen tepat berubah saiznya, kecekapan dan prestasinya terjejas. Baik kakisan mahupun karat tidak dapat diterima dalam sistem hidraulik.

Perencat karat dan pengoksidaan (R&O)

Walaupun kandungan air dalam minyak sangat kecil, ia boleh menyebabkan karat pada permukaan komponen besi. Dalam keadaan semula jadi, minyak sahaja tidak memberikan perlindungan terhadap kakisan yang mencukupi, dan secara praktikalnya mustahil untuk mengecualikan semua air daripada sistem hidraulik — oleh itu, kebanyakan minyak hidraulik mengandungi perencat karat, yang membentuk lapisan pelindung kimia pada permukaan logam.

Interaksi udara-minyak dalam takungan juga menghasilkan produk pengoksidaan yang akhirnya menyerang permukaan logam dan mempercepat pengoksidaan minyak seterusnya. Oleh itu, penghalang pengoksidaan juga ditambahkan — bahan kimia ini mengganggu tindak balas berantai pengoksidaan.

Pengoksidaan suhu tinggi akibat letupan gelembung di saluran keluar pam tidak dapat dielakkan semata-mata melalui kaedah kimia; ia hanya boleh dikawal dengan menghilangkan udara daripada aliran masuk pam. Bahan tambah R&O merupakan pakej bahan tambah asas dalam kebanyakan minyak hidraulik industri. Minyak yang mengandungi bahan tambah ini kadangkala dirujuk sebagai "minyak R&O". Minyak R&O jernih (lutsinar) gred premium merupakan minyak berkualiti tertinggi; manakala minyak turbin gred lebih rendah mungkin masih sesuai untuk banyak aplikasi hidraulik dan dilabel sebagai "minyak R&O di bawah kualiti turbin".

Buih dan Pengarutan Udara

Minyak yang kembali ke takungan harus membebaskan sebarang udara terperangkap dari sistem. Dalam beberapa sistem, kebocoran udara di bahagian isapan adalah teruk, dan apabila minyak balik mencurah ke dalam takungan, ia menghasilkan buih — yang akhirnya menyebabkan udara terperangkap disedut semula ke dalam pam, mengakibatkan ketidakstabilan sistem, mempercepat pengoksidaan, menghasilkan hingar, dan berpotensi menyebabkan minyak melimpah keluar dari takungan, mencipta bahaya alam sekitar.

Penyelesaian terbaik ialah membaiki kebocoran dan mereka semula litar minyak balik, contohnya: menggunakan penghalang dalam takungan atau menggunakan paip balik yang lebih besar untuk mengurangkan halaju minyak yang memasuki takungan. Atas sebab ekonomi, praktikal, atau latihan, bahan tambah kimia boleh digunakan sebagai alternatif.

Bahan tambah anti-buih

Bahan tambah anti-bui mencegah pembuian minyak. Sebilangan daripadanya berfungsi dengan menggabungkan buih-buih kecil menjadi buih-buih besar yang naik ke permukaan dan pecah. Jenis lain pula berfungsi dengan mengganggu pelepasan udara untuk mengurangkan buih, tetapi meningkatkan bilangan buih halus dalam sistem. Apabila memilih bahan tambah anti-bui, pastikan anda memilih jenis yang membenarkan udara terlepas — bukan jenis yang menjebak lebih banyak udara.

Memeriksa kehadiran buih

Periksa buih minyak dengan mengambil sampel dari takungan. Pemeriksaan visual membolehkan anda mengetahui dengan cepat sama ada minyak mengandungi udara. Sampel harus diambil sedekat mungkin dengan saluran masuk pam supaya sampel tersebut mewakili minyak yang benar-benar memasuki sistem.

Tanda-tanda lain kehadiran udara dalam sistem: bunyi tinggi dan tidak sekata dari pam; pam kadangkala menghasilkan bunyi ketukan kuat, seolah-olah seseorang menembak senjata api di dalamnya. Pergerakan silinder yang tidak menentu dan bacaan tolok tekanan yang tidak stabil juga merupakan tanda kehadiran udara.

Rajah 3-18 Udara dalam sistem hidraulik. Busa di permukaan takungan (kiri) atau bunyi bising pam (kanan) keduanya menunjukkan masalah pengisapan udara.

Pencemar dalam Minyak Hidraulik

Masalah terbesar dengan minyak hidraulik semasa digunakan ialah pencemaran. Pencemar boleh berupa air, udara, atau zarah pepejal — zarah pepejal merupakan yang paling biasa dan paling merosakkan.

Pencemar pepejal boleh menyumbat lubang injap kawalan, menyebabkan bahagian bergerak terkunci, mempercepat kausan, dan menggalakkan pengoksidaan minyak.

Pencemar ialah sebarang bahan tidak larut dalam minyak. Pencemar memasuki sistem melalui pelbagai cara: semasa pembuatan, pemasangan, penyimpanan, dan pengangkutan komponen sistem; dari persekitaran luar melalui segel batang silinder yang haus atau penutup ventilasi takungan yang rosak; dan dari sistem itu sendiri — bahagian dalaman yang haus secara berterusan menghasilkan zarah logam. Pencemaran tidak pernah berhenti.

Tiada bahan tambah kimia yang boleh menghilangkan kontaminan daripada minyak atau menghalangnya daripada memasuki sistem. Matlamat rekabentuk dan penyelenggaraan sistem yang baik adalah untuk menghalang kontaminan daripada memasuki sistem, manakala penghilangan kontaminan daripada minyak merupakan tanggungjawab penapis dan pasukan penyelenggaraan.

Memeriksa Keganasan

Mata kasar tidak boleh menentukan tahap kontaminasi secara boleh dipercayai. Memeriksa minyak dalam kelalang kaca di bawah cahaya bukanlah kaedah pemeriksaan kontaminasi yang tepat — banyak zarah yang membahayakan sistem hidraulik terlalu kecil untuk dilihat. Penilaian kontaminasi yang tepat memerlukan analisis makmal.

Penunjuk penyumbatan penapis sistem memberikan cara lain untuk memeriksa kontaminasi. Jika penapis saiznya sesuai dengan sistem dan penunjuk berfungsi dengan betul: indikasi "bersih" bermaksud minyak cukup bersih untuk sistem; indikasi "memerlukan penyelenggaraan" bermaksud penapis memerlukan penyelenggaraan atau penggantian; jika penunjuk menunjukkan keadaan laluan pintas (bypass), maka minyak sangat kotor dan penapis memerlukan penyelenggaraan segera.

Rajah 3-19 Penunjuk keadaan penapis. "Bersih" (atas): minyak masih boleh digunakan. "Perlu Servis" (tengah): lakukan servis atau gantikan elemen penapis. "Dilalukan" (bawah): minyak sangat kotor — lakukan servis segera.

Penyelenggaraan Minyak Hidraulik

Seperti yang disebutkan, minyak hidraulik mempunyai pelbagai fungsi dalam sistem dan mengandungi pelbagai bahan tambah untuk menyokong fungsi-fungsi tersebut. Ia memerlukan perhatian khas semasa penyimpanan, pengangkutan ke takungan, dan sepanjang operasi sistem.

Penyimpanan

Semasa penyimpanan, aspek utama ialah mengekalkan minyak dalam keadaan terbaik yang mungkin. Kontaminasi minyak dalam dram penyimpanan bukan sahaja membazirkan sumber — malah juga boleh memasukkan minyak yang telah terdegradasi ke dalam sistem dan menjejaskan kebolehpercayaannya.

Dram harus disimpan di lokasi yang bersih dan kering. Dram yang disimpan di luar bangunan harus diletakkan secara melintang untuk mengelakkan air terkumpul di bahagian atas dan meresap masuk melalui segel sumbat.

Memindahkan minyak dari dram ke takungan

Sebelum memulakan pemindahan minyak, bersihkan penutup dram, kemudian sediakan semua alat dan peralatan yang diperlukan: hos lentur, pam pemindahan, corong, penapis isian takungan, dan tangan yang bersih. Semak sama ada jenama dan kelikatan yang tertera pada dram sepadan dengan keperluan yang ditetapkan. Tidak semua minyak hidraulik mengandungi bahan tambah yang sama; oleh itu, digalakkan agar tidak mencampurkan minyak dari pembekal yang berbeza kecuali dibenarkan secara khusus oleh pembekal tersebut.

Apabila minyak telah berada dalam sistem, lakukan penyelenggaraan dan pemantauan secara berkala mengikut selang masa yang ditetapkan. Penyelenggaraan minyak merangkumi: mengisi semula hingga paras minimum (gunakan minyak yang sama atau minyak yang serasi dengan minyak sedia ada), menangani kebocoran, dan mengganti unsur penapis.

Menukar unsur penapis secara berkala adalah sangat bermanfaat. Pencemaran amat berbahaya kepada minyak kerana ia menggalakkan pengoksidaan, terutamanya apabila zarah pencemar adalah besi, plumbum atau kuprum. Penapis mengeluarkan kebanyakan pencemaran daripada aliran, tetapi tidak dapat menyingkirkan pencemaran sepenuhnya daripada sistem — penapis hanya mengekalkan kualiti minyak. Jika penunjuk penapis memberikan amaran tetapi tidak diservis dengan segera, jumlah besar pencemaran yang tidak ditapis akan melalui laluan hilir, memberi kesan kepada komponen, manakala pencemar yang terperangkap dalam unsur penapis kotor tetap berada dalam sistem dan terus menggalakkan pengoksidaan.

Membersihkan elemen penapis jejaring

Unsur penapis jenis jejaring boleh dibersihkan dan digunakan semula. Ketelitian pembersihan bergantung pada ketelitian proses pembersihan itu sendiri, bukan pada kaedah pembersihan yang digunakan.

Kaedah biasa: rendam dalam pelarut bersih atau air sabun panas, kemudian tiup bersih dengan udara termampat. Menggunakan berus lembut (berus cat baharu) membantu membersihkan jejaring. Jangan sekali-kali menggunakan berus dawai atau bahan abrasif. Selepas pembersihan, pegang elemen tersebut di hadapan cahaya dan periksa — kawasan kelabu atau hitam menunjukkan elemen memerlukan pembersihan lanjut.

Pembersihan ultrasonik lebih mahal tetapi lebih mudah: letakkan elemen kotor ke dalam pembersih ultrasonik selama tempoh tertentu, kemudian keluarkan dalam keadaan bersih dan sedia digunakan semula. Elemen penapis berkadaran 40 μm atau lebih halus harus dibersihkan dengan pembersih ultrasonik untuk memulihkan jangka hayat perkhidmatannya secara berkesan.

Rajah 3-20: Membersihkan elemen penapis jejaring. (Kiri) Pembersih ultrasonik untuk elemen halus. (Kanan) Memegang elemen yang telah dibersihkan di hadapan cahaya untuk memeriksa kawasan tersumbat yang masih tinggal.