Mentenanta fluidelor si sistemelor de racire

Generalitati: fluidele de prelucrare a metalelor (MWF-Metal Working Fluids) sunt produse chimice complexe, formulate sa raspunda unor cerinte generale sau specifice, care au in vedere tipul metalelor, felul aplicatiei, regimul de aschiere, conditiile mediului de lucru, duritate apei folosite, etc..

In cadrul proceselor de aschiere aceste fluide trebuie sa asigure:

• controlul caldurii in zona de actiune a sculei;

• indepartarea bucatilor de metal (chipsurilor) formate in zona de taiere;

• protectia sculelor;

• acuratetea dimensionala si un grad adecvat de finisarea a suprafetelor;

• protectia pieselor si masinilor impotriva coroziunii;

• siguranta in exploatare, protectia operatorilor;

• protectia mediului.

Fluidele de prelucrare a metalelor sunt clasificate astfel:

• Uleiuri nemiscibile cu apa, cunoscute si sub denumirea neat oils;

• Uleiuri solubile (fluide miscibile cu apa continand mai mult de 30% ulei) - formand macroemulsii sau microemulsii;

• Fluide semi-sintetice (microemulsii) care contin mai putin de 30% ulei, iar diametrul particulelor de ulei este mai mic de un micron.

• Fluide complet sintetice, care nu contin deloc ulei; impreuna cu apa formeaza solutii.

Fluidele solubile si semi-sintetice combina sinergetic proprietatile de racire ale apei si proprietatile de lubrifiere ale uleiului; contin, pe langa acestea, si diversi aditivi, cum ar fi emulgatori, antioxidanti, stabilizatori, agenti biocizi s.a..

Uleiurile de baza sunt de diverse tipuri, in functie de tipul fluidului si formulare: minerale naftenice, biodegradabile - uleiuri vegetale sau esteri.

Fluidele complet sintetice se bazeaza pe poliglicoli (PAG), polialfaolefine (PAO), polimeri, s.a.

Intretinerea fluidelor de prelucrare a metalelor:

Uleiuri (neat oils):

In cazul uleiurilor de prelucrare se recomanda sa se efectueze, periodic, minim urmatoarele actiuni:

• Filtrarea: trebuie sa se faca in mod regulat, pentru a indeparta particulele metalice acumulate, pentru a asigura performantele de taiere si de finisare a suprafetelor;

• Controlul continutului de apa: este esential, cresterea acestuia putand conduce la scaderea performantelor de prelucrare si la apartia coroziunii pe piese si masini; se realizeaza prin analiza in laborator;

• Controlul nivelului de aciditate – se poate determina prina analize de laborator; indicatorul relevant este valoarea TAN.

Fluidele de racire:

Intretinerea corespunzatoare mareste in mare masura durata de viata a fluidului, durata de utilizare a sculelor, imbunatateste calitatea pieselor, mediul de lucru si reduce costurile generale de operare. Intretinerea fluidelor de racire trebuie sa urmareasca urmatoarele aspecte:

Concentratia:

• concentratiile de lucru sunt date in fisele tehnice ale produselor, in functie de tipul operatiei de prelucrare; valorile au fost determinate in cursul proiectarii si testarii in laboratoarele fabricantului, urmarindu-se obtinerea performantelor optime; totusi, testarea in conditiile concrete de lucru poate impune ajustarea acestor valori, in functie de duritatea apei folosite, de tipul de metal si de regimul de aschiere. In orice situatie, o anumita concentratie minima este obligatorie, pentru a asigura protectia anticoroziva, performantele de prelucrare si biostabilitatea sistemului.

• Obtinerea concentratiei corecte: fluidele de racire trebuie amestecate cu apa, in proportiile corespunzatoare; pentru obtinerea unei emulsii/ solutii de buna calitate, intotdeauna produsul concentrat se adauga peste apa, nu invers!

Pentru o buna emulsionare, adaugarea de concentrat se face lent si sub agitatie continua; cea mai eficienta metoda este de a folosi un mixer (dozator volumetric) industrial pentru fluide; acesta asigura dozarea produsului, conform concentratiei prestabilite, dar si amestecarea optima cu apa.

In lipsa unui astfel de dispozitiv, se va alege un loc din sistem cu maxima turbulenta, in care se va introduce concentratul sau emulsia gata formata intr-un rezervor separat.

Determinarea concentratiei se poate face local, prin doua metode:

• Refractometric, cu ajutorul unui dispozitiv optic numit refractometru; exista si variante digitale ale dispozitivului. Concentratia este rezultatul valorii vizualitate pe dispozitiv, inmultita cu factorul de refractometru; factorul de refractometru este o valoare specifica fiecarui produs in parte si este furnizat in fisa tehnica a produsului.

  Atentie: aceasta metoda se poate aplica doar in cazul emulsiilor si solutiilor relativ proaspete; dupa un anumit stadiu de utilizare, date corecte se pot obtine doar prin titrare cu acid!

• Prin titrare cu acid - in laboratorul de analize chimice din cadrul unitatii de productie sau local, folosind truse de analize portabile (Mini Lab).

Controlul pH:

• Valoarea pH-ului de lucru este data in fisele tehnice ale produselor, pentru o concentratie standard si un domeniu al duritatii apeide amestec. In orice situatie, un nivel minim al pH este obligatoriu, pentru a asigura protectia anticoroziva, performantele de prelucrare si biostabilitatea sistemului.

• Determinarea pH se face in conditii de laborator sau la fata locului, utilizand un pH-metru portabil, digital. Pentru rezultate relevante, proba de analizat trebuie prelevata intr-un recipient perfect curat si sa provina din bazinul de fluid curat (filtrat).

• Cresterea nivelului pH se poate face prin refacerea concentratiei fluidului si adaugarea unui ameliorator de pH, cum ar fi Castrol Inhibitor 611.

Controlul contaminarii microbiene:

Bazinele cu fluide de racire – in sisteme centralizate sau individuale - sunt mediu propice dezvoltarii de bacterii, ciuperci, drojdii si mucegaiuri, din cauza umezelii, intunericului si nutrientilor (uleiul in sine). Uleiul parazit din sisteme este un factor amplificator pentru aceste dezvoltari nedorite.

Acesta furnizeaza hrana pentru bacteriile anaerobe, care degaja un gaz- hidrogenul sulfurat, ca rezultat al metabolizarii, acelerate de mediul cald. Hidrogenul sulfurat are un miros cunoscut in mediul industrial, seamana cu cel al oualelor stricate; se simte mai pregnant luni de dimineata, dupa ce in weekend, mai ales in perioadele de vara, sistemele au fost inactive si nici circuitele de recirculare nu au fost lasate pornite.

Din pacate, interactiunea dintre apa, sulful continut in hidrogenul sulfurat si metabolitii anaerobi produce diversi acizi, cum ar fi acidul sulfuric, care scad nivelul pH. Rezultatul scaderii pH este formarea de rugina pe piese, scule si suprafetele metalice ale masinilor.

Contaminarea poate aparea din cauzele aratate mai sus , dar si din cauze care tin de unele practici nepotrivite din unitatea de productie – introducerea in fluid de mizerie provenita de la curatarea podelelor sau masinilor sau de substante straine (resturi de mancare, paine, lichide); de asemenea, introducerea accidentala a unor substante de curatare poate deteriora nivel pH-ului, provocand instabilitatea sistemului si coroziune.

Masuri preventive:

• Nivelul concentratiei: este un aspect esential: multe produse emulsionabile au in compozitie inhibitori de dezvoltarea microbiana (bor, biocizi, formaldehida, etc.) care se manifesta activ doar intr-o anumita concentratie minima a produsului; daca aceasta scade sub limita pentru mai mult timp, pot aparea diverse probleme: dezvoltarea microbiana, scaderea pH-ului, coroziunea aliajelor feroase (rugina rosie), performante slabe de prelucrare, in cele din urma, spargerea emulsiei (separare pe faze) fara posibilitatea de reemulsionare. In acest stadiu, solutia de rezolvare a problemei este eliminarea fluidului deteriorat si introducerea unuia nou format. Pentru o eficienta maxima, trebuie respectata, insa, procedura de schimbare a emulsiei.

• Determinarea nivelului si tipului contaminarii: in acest scop, se pot folosi cu usurinta fiolele de tip Dip-Cult Combi, diponibile pe piata, la firmele de profil. Acestea indica, pe o fata, nivelul de bacterii, iar pe celalta nivelul de fungi. Procedura de utilizare este descrisa aici.

• Biocidarea: in situatia constatarii contaminarii microbiene, in functie de tipul acesteia si de nivel, se va actiona cu un produs biocid adecvat, insa doar cu unul dintre cele autorizate de organismul national in materie – Institutul de Sanatate Publica! Lista acestor produse si numarul de autorizare se pot gasi pe site-ul insitutiei. Procedura de biocidare a sistemelor este descrisa aici.

Calitatea apei:

Calitatea apei are un rol important in stabilitatea si durata de viata a fluidului de racire.

Apa foarte dura poate provoca instabilitate chimica si separarea emulsiei, iar apa moale favorizeaza spumarea.

Duritatea apei se exprima, in general, in ppm CaCO3 sau grade germane (dGH). Puteti citi mai multe despre acest subiect, aici.

De obicei, apa de retea este recomandata pentru formarea emulsiilor si solutiilor de racire, insa este esential sa se cunoasca macar duritatea acesteia.

Cea mai la indemana metoda este folosirea benzilor de hartie de duritate, care, in functie de culoarea de titrare aparuta pe banda, indica cu aproximatie valoarea duritatii.

O alta metoda, usor de aplicat in interiorul unitatilor de productie, este folosirea truselor de determinare a duritatii, disponibile pe piata, la firmele specializate.

Anumite procese presupun si un grad special de puritate a apei, ceea ce impune tratarea speciala a acesteia (prin osmoza inversa, ionizare, dedurizare) in unitatea de productie sau achizitionarea acesteia de la furnizori specializati.

Uleiul parazit (trump oil):

Pentru functionarea masinilor unelte se utilizeaza diferite tipuri de uleiuri – pentru lubrifierea angenajelor, ungerea rulmentilor, a axelor, pentru actionarea hidraulica si pentru ungerea ghidajelor, verticale sau orizontale.

Din pacate, o parte din aceste uleiuri ajung treptat, prin scurgere sau spalarea de catre fluidul de racire (cazul uleiurilor de ghidaje), in bazinul sistemului, contaminand fluidul de racire. Uleiul parazit in exces constituie un neajuns major, putand provoca deteriorarea fluidului de racire si a mediului de lucru, prin cresterea nivelului cetei de ulei si prin degajare de fum degajat prin incalzirea uleiului in zonele de aschiere.

Ceata de ulei afecteaza respiratia operatorilor, formeaza depuneri uleiose pe podele, masini si suprafetele de lucru, afecteaza mediul costituind un pericol real pe linie de protectia muncii pentru angajati. Uleiul depus poate afecta dispozitivele electrice si electronice, blocheaza filtrele de aer, etc.

Pentru retinerea cetei de ulei se pot folosi tehnologii traditionale care colecteaza vaporii de ulei in filtre mecanice sau filtre rotative, dar si solutii mai sofisticate, cum sunt separatoarele de ceta de ulei.

Continutul procentual al uleiului parazit se determina prin analiza de laborator, in general prin raportarea grosimii stratului de ulei decantat dupa un anumit timp, intr-o proba plasata intr-o sonda gradata, la inaltimea totala a probei. Un nivel care depaseste 1% este considerat un prag peste care trebuie luate masuri rapide de indepartare a uleiului parazit din sistem. Indepartarea uleiului parazit ar trebui sa fie, insa, efectuata periodic, la intervale de timp prestabilite.

Exista diferite metode si echipamente de indepartare a uleiului: discuri, skimmere cu banda, dispozitive mobile, tancuri de decantare, centrifuge de mare viteza cu disc sau tambur (care asigura si retinerea particulelor metalice > 2 μm), filtrare cu banda prin vacuum- care elimina in mod eficient si particulele metalice si namolul) si instalatii de coalescenta (coalescenta - contopire a picăturilor dintr-o emulsie sau a particulelor mici dintr-o suspensie coloidală in picaturi sau particule mai mari).

In functie de buget, posibilitatile tehnologice si de nivelul cerintelor, se poate alege o varianta mai simpla sau mai sofisticata.

Filtrarea:

In urma proceselor de prelucrare a metalelor, se genereaza mici particule de metal, de dimensiuni micronice si submicronice, care raman in fluidul de lucru in suspensie coloidala. Daca aceste particule nu sunt retinute prin filtrare, vor fi antrenate continuu de pompe si vor fi reintroduse in zona de taiere, afectand finisarea suprafetelor si accelerand uzura sculelor. Fluidul de racire tine particulele in suspensie pentru o perioada de timp destul de lunga, ingeunand depunerea lor pe fundul bazinelor.

Depunerile formeaza un noroi foarte dens pe fundul bazinului de racire si se acumuleaza mai ales in colturile bazinului si zonele stagnante. Acest noroi se poate acumula la un nivel atat de inalt, incat fluidul de raciresi biocizii, eventual adaugati, sa nu patrunda in straturile profunde.

Se creeaza, astfel, un mediu anoxic (lipsit de oxigen) care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor anaerobe.

O filtrare eficienta prelungeste considerabil durata de utilizare si performantele fluidelor.

Un sistem de filtrare performant reduce costurile totale de operare, prin scaderea consumului de fluide de racire si reducerea costurilor de eliminare a deseurilor.

Nivelul de filtrare se stabileste in functie de tipul aplicatiei de prelucrare, de tipul sistemului de racire, de nivelul de finisare a suprafetelor si de productivitatea ceruta.

Materialul si dimensiunea de filtrare se stabilesc in functie de aceste criterii. Dimensiunea de filtrare este exprimata in microni si poate varia de la cateva zeci de microni pana la niveluri submicronice (in cazul ultrafiltrarii ceruta de procesele de superfinisare).

Tehnologia de filtrare este complexa si se alege diferentiat, in functie de tipul sistemului de racire (centralizat sau individual) si de conditiile tehnologice; include filtrarea cu banda, cu banda prin vacuum, gravitationala, magnetica, electroconcentrare, etc.. Se pot utiliza statii fixe de filtrare sau unitati mobile – mai ales in cazul CNC-urilor. Unitatile mobile asigura, concomitent, mai multe functii: aspirarea intregului continut, filtrarea lichidului, curatarea bazinelor pentru emulsie si interiorul masinilor, aspirarea namolului si spanului.

Tratarea emulsiilor care spumeaza: spumarea unui lichid de racire poate fi o problema. Un nivel mare al spumei poate conduce in revarsarea lichidului din masina pe podeaua fabricii si poate afecta circuitele electrice sau poate cauza probleme de filtrare (reziduuri ramase in suspensie in spuma, care nu se filtreaza). Spumarea este, in general, asociata cu operatiile de prelucrare de mare viteza (de ex. rectificarea), iar despumarea chimica poate ameliora problema. Inainte de a aplica un asemenea tratament, este necesar sa se determine si sa se inlature cauzele spumarii, pentru ca, altfel, utilizarea antispumantilor va reprezenta doar o solutie temporara .

 

Probleme posibile	Rezolvare
Concentratia lichidului de racire este prea mare:	Se va determina concentratia si se va corecta conform prescriptiilor fabricantului. Se va cauta cauza erorii de concentratie (poate fi o eroare umana sau mecanica- datorata dispozitivului de dozare).
Concentratia recomandata poate fi prea mare pentru tipul respectiv de aplicatie;	Se va scadea concentratia gradat, de la 0.5 pana la 2%, in functie de tipul fluidului de racire, pana la atingerea concentratiei optime.  Atentie: daca concentratia este prea scazuta pot rezulta alte probleme, ca: rugina, aparitia bacteriiilor, scaderea duratei de viata a sculelor, etc.
Nivelul lichidului de racire din rezervor poate fi prea mic, cauzand antrenarea aerului prin pompa;	Se va umple rezervorul pana la nivelul normal de operare, cu apa si concentrat, respectandu-se concentratia de lucru recomandata.
O fisura in corpul pompei sau in conductele de aspiratie poate favoriza accesul aerului in sistem;	Se va inspecta pompa si sistemul de conducte; se vor face inlocuirile sau reparatiile necesare.
Presiune de iesire prea mare, viteza a fluidului prea mare, colturi ascutite in sistemul de retur sau zone de cadere prea inalte (cascade) - toate acestea pot crea o agitare excesiva;	Se vor identifica factorii care provoaca spumarea si se vor reduce sau elimina.
Apa poate fi prea moale pentru a fi utilizata cu respectivul produs;	Se va face analiza apei; daca duritatea totala a acesteia este mai mica de 50ppm, sau se va schimba produsul cu altul, compatibil cu apa moale, sau se va aduga un durificator pentru apa, Castrol Antifoam S 101 - solutie de acetat de calciu, recomandat in proportie de 0.02% Cresterea duritatii va scadea spumarea. Atentie : supradozarea poate avea ca efect instabilitatea emulsiei, chiar spargerea ei.
Sistemul poate fi contaminat din surse externe -detergenti, alte substante de spalare sau degresare;	Se va elimina sursa de contaminare si se va elimina. Daca va fi necesar se vor folosi antispumanti pentru readucerea fluidului la parametri normali. In caz de contaminare severa, sistemul se va goli, curata minutios si apoi se va reincarca cu emulsie proaspata.
Produsul poate sa nu fie cel potrivit pentru aplicatie. Unele produse antreneaza aerul mai mult decat altele, ceea ce conduce la o spumare excesiva;	Se va consulta furnizorul sau laboratorul, pentru recomandarea unui alt produs.
Daca se impune adaugarea unui antispumant in sistem, se va utiliza Castrol Antifoam S 109. Antispumantul se adaugã in fluidul de rãcire într-o concentratie de 0,01%- 0.03% raportatã la volumul total de amestec. Cel mai eficient mod de tratatare este de a dilua antispumantul cu apa si apoi turnarea in lichid, sau cel mai bine, folosind o stropitoare, se va dispersa solutia direct peste spuma.	Daca durificatorul pentru apa este necesar, se va obtine dozajul corect in laborator. Dozajul maxim va fi de 300 ml in 1000 L.  Atentie: supradozarea poate conduce la separarea spumei si, in cazuri extreme, la spargerea emulsiei. Asigurati-va ca aditivarea va fi discutata si aprobata de de laboratorul chimic.

Biocidarea fluidelor de racire: din fluidul de racire trebuie prelevate periodic probe si analizate. Frecventa analizarii depinde de specificul sistemului de racire (marimea bazinului, mod de utilizare, istoric, etc.). Probele trebuie luate intr-un recipient special, curat si uscat (nu ambalaj de macare sau bautura). Proba trebuie pastrata rece pana ajunge la laborator, pentru a se evita dezvoltarea oricaror bacterii care pot fi prezente. Procedura de terminare a nivelului de bacterii este descrisa aici. Specialistii furnizorului va vor recomanda aditivii care trebuie introdusi in sistemul de racire. Aditivarea trebuie facuta cat de repede posibil, pentru a se evita deteriorarea suplimentara a emulsiei.

Urmatorii biocizi sunt recomandati pentru tratarea sistemelor cu nivel ridicat de bacterii:

 

Denumire comerciala biocid / fabricant:	Registrul National al Produselor Biocide:
Acticide GR / Thor Specialities (UK) Limited-Marea Britanie	Aviz INSP nr. 2121BIO/13/12.24
Acticide MV / Thor Specialities (UK) Limited-Marea Britanie	Aviz INSP nr. 2122BIO/06 -11 -12-13/12.24
Acticide 14 / Thor GmbH, Germania	Aviz INSP nr. 1987BIO/06/12.24

Tehnica biocidarii:

 

Biocizii sunt substante periculoase si vor fi folosite numai de catre personal calificat! Se va solicita asistenta departamentului HSS!	Se va asigura purtarea PPE ( echipament de protectie personala ), incluzand manusi si ochelari, si citirea MSDS a produsului inainte de interventia in sistem.
Se adauga biocid numai intr-un sistem care circula. Nu se biocideaza sisteme stationare !	Se introduce biocidul intr-o zona turbulenta a masinii sau de suctie (pentru a se omogeniza mai repede); se adauga biocidul foarte incet !
Nu se va adauga biocidul in linia de prelucrare, pe piese sau scule; pot aparea reactii ale sculelor sau deteriorarea lor!	Se va permite amestecarea biocidului in fluidul de racire inainte de a preleva alta proba pentru analiza.

Nota importanta!:

Operatorii implicati in schimbarea sistemului vor fi instruiti in legatura operatiile care se vor efectua. Echipamentul personal de protectie va fi obligatoriu (ochelari si manusi de protectie, incaltaminte de siguranta, salopeta).

 

1	Adaugarea produsului de spalare in emulsia de lucru: cantitatile sunt calculate pentru un sistem centralizat de 50 mc. Produs de spalare recomandat : Castrol Techniclean MTC 43, concentratie cca. 2 % = 1000 kg* ; cantitatea utilizata de Castrol Techniclean MTC 43 se va adapta la 2% din volumul de emulsie ramasa in sistemul central.
2	Golirea intregului sistem; timp optim pentru recirculare : 24 h;
3	Curatarea filtrelor, conductelor, furtunelor si a statiei de pompe;
4	Curatarea sistemului/ masinilor;
5	Pornirea tuturor masinilor, curatare manuala si uscare;
6	Uscarea sistemului; Important: toate bazinele, conductele, furtunele si statia de pompe vor fi uscate complet.
7	Verificarea/ aprobarea curateniei sistemului central;
8	Clatirea sistemului- procedura de clatire va dura minim 4 ore. Vor functiona toate masinile conectate la sistemul central. Prepararea amestecului de clatire pentru un volum de cca.50 m³) : Apa (49.49 klt) + Castrol Techniclean MTC 43 - 1% (500kg ) + Thor Acticide 14 – 0.025% (12.5 kg); Nota: cantitatile se vor adapta la 1%, respectiv 0.025% din volumul minim de recirculare
9	Golirea completa a sistemului si a masinilor conectate;
10	Uscarea sistemului centralizat; toate bazinele, statia de pompe si furtunele vor fii complet uscate;
11	Verificarea sistemului central si a masinilor conectate;
12	Prepararea emulsiei noi si introducerea in sistem, conform indicatiilor din fisa tehnica a produsului.