Il monitoraggio di toluene e metiletilchetone, riportato nel presente lavoro di tesi, viene effettuato sulle basi lubrificanti prodotte dalla Raffineria eni di Livorno. Tali basi lubrificanti vengono miscelate tra loro e con opportuni additivi per l’ottenimento dei prodotti finiti.
A seconda del tipo di miscela lubrificante, il laboratorio chimico deve effettuare la determinazione di alcuni dei parametri riportati di seguito.
Aspetto
Una delle prime analisi effettuate sui campioni lubrificanti è il controllo della soluzione a livello visivo, come descritto nel metodo normato APM 27.
Tale parametro è considerato un indice dell’efficacia del processo di miscelazione nell’impianto, in quanto se il campione risulta visivamente come un liquido opalescente e non un liquido limpido è possibile dedurre la presenza di: paraffina emulsionata, umidità, acqua emulsionata, solidi.
Viscosità
La viscosità è la resistenza che un fluido oppone allo scorrimento reciproco delle proprie particelle e rappresenta una delle proprietà fondamentali per un prodotto lubrificante.
Questo parametro viene determinato mediante il metodo normato ASTM D445. La viscosità degli oli lubrificanti diminuisce con l’aumentare della temperatura e per questo motivo è fondamentale effettuare la misurazione ad una valore di temperatura ben determinato (ad esempio 40 °C).
A seconda del tipo di olio e del suo utilizzo, le misure vengono effettuate a due diverse temperature, 40 °C e 100 °C, mediante un apposito viscosimetro munito di tubi capillari termostatati alla temperatura desiderata, che misura il tempo di deflusso dell’olio tra due traguardi presenti sul capillare. Dal tempo di reflusso è possibile risalire al valore di viscosità cinematica espressa in mm2/s alla temperatura di lavoro.
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Indice di viscosità
L’indice di viscosità (IV) misura la variazione della viscosità con la temperatura; più elevato è il valore dell’indice di viscosità, minore è la variazione della viscosità con la temperatura.
Per effettuare l’analisi, in accordo con il metodo ASTM D2270, occorre determinare le viscosità alle due temperature di 40 °C e 100 °C utilizzando un viscosimetro capillare.
Il valore numerico di questo parametro si ricava dall’equazione VI.1.
(VI.1)
L è la viscosità a 40 °C di un olio di riferimento con IV arbitrario pari a 0, H è la viscosità a 40 °C di un secondo olio di riferimento con IV arbitrario pari a 100 e U è la viscosità a 40 °C dell’olio in esame. Entrambi gli oli di riferimento devono avere una viscosità a 100 °C uguale a quella del campione incognito.
Nel caso in cui U < H, per determinare l’indice di viscosità viene utilizzata l’equazione VI.2.
(VI.2)
H e U hanno lo stesso significato della formula precedente, mentre ν è la viscosità cinematica a 100 °C dell’olio in esame.
Densità
Il valore della densità può dare indicazioni sulla provenienza dell’olio (origine paraffinica o naftenica), oltre ad altre indicazioni sul grado di raffinazione (ad esempio l’eliminazione delle sostanze insature diminuisce la densità).
L’analisi viene effettuata in accordo con il metodo ASTM D4052, il quale prevede la misura mediante un densimetro a tubo vibrante.
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Punto di scorrimento
Il punto di scorrimento è definito come la temperatura minima alla quale l’olio lubrificante è fluido.
L’analisi, in accordo al metodo ASTM D97, prevede la misurazione di questo parametro mediante l’utilizzo di un apposito strumento, il quale effettua il raffreddamento della soluzione e verifica, inclinando la provetta, a quale temperatura il liquido cessa di scorrere.
Viscosità a freddo
Questo parametro fornisce indicazioni sulle prestazione dell’olio alle basse temperature.
In accordo al metodo analitico normato ASTM D5293, per la determinazione di questo parametro viene utilizzato un viscosimetro rotazionale CCS (Cold Cracking Simulator) costituito da un cilindro a corona nella cui parte interna viene inserito l’olio.
La superficie esterna del cilindro ruota sotto la forza costante di un motore, mentre l’olio presente all’interno, termostatato alle basse temperature richieste dalle specifiche di produzione, ostacola il movimento del rotore rallentandolo. Come conseguenza, quanto maggiore è la viscosità del lubrificante tanto minore risulta la frequenza di rotazione del cilindro, che viene correlata alla viscosità del lubrificante.
Punto di infiammabilità
Il punto di infiammabilità (Flash Point) indica la temperatura a cui i vapori del lubrificante mescolati con l’aria e riscaldati progressivamente in un recipiente standard di laboratorio si infiammano all’avvicinarsi di una fiamma.
I metodi standard di determinazione sono due: ASTM D92 (a vaso aperto, o COC = cleveland open cup) e ASTM D93 (a vaso chiuso, o PM = Pensky-Martens).
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Demulsività
La demulsività è una misura della capacità di un olio a separarsi dall’acqua nel caso di eventi accidentali che possono causare infiltrazioni di vapore o acque nel sistema di lubrificazione.
L’esecuzione di tale prova viene eseguita in accordo al metodo ASTM D1401, che prevede il mescolamento di una miscela acqua/olio e una successiva misura del tempo necessario per la separazione delle due fasi.
Prova ruggine
La prova ruggine è un test che viene effettuato per misurare le caratteristiche di un olio lubrificante ad impedire la formazione di ruggine sulle parti metalliche in presenza di acqua.
In accordo al metodo normato ASTM D665, viene posizionato un provino metallico all’interno del campione lubrificante a cui è stato aggiunta una determinata quantità di acqua. Il sistema viene termostatato e posto in agitazione. Dopo 24 ore viene verifica la presenza di ruggine sul provino.
Schiumeggiamento
Questa prova consente di valutare il comportamento degli oli in funzione della possibile formazione di schiuma in esercizio.
La prova viene eseguita in accordo al metodo ASTM D892, il quale prevede 5 minuti di insufflaggio di aria all’interno del campione lubrificante termostatato. Dopo aver insufflato aria nel campione deve essere misurato il volume di schiuma. Inoltre, dopo 10 minuti viene effettuata una nuova misurazione dell’eventuale volume di schiuma residuo.
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Trattenimento aria
Insieme alla proprietà antischiuma il trattenimento aria è un’altra importante proprietà, poiché il lubrificante deve essere in grado di rilasciare nel minor tempo possibile l’aria presente al suo interno.
Il metodo utilizzato per eseguire questo tipo di analisi è il DIN 51381 che presuppone l’impiego di una bilancia idrostatica per la misura della densità dell’olio. All’interno del campione lubrificante viene insufflata aria che provoca una diminuzione della densità dell’olio. Il tempo necessario per il ritorno ai valori di densità iniziale rappresenta il valore del trattenimento aria.
Livello inquinamento
L’inquinamento di un lubrificante può avvenire per effetto di cause interne o esterne e può essere legato alla presenza di alcune sostanze, prime fra tutte: polveri, acqua, liquidi di raffreddamento, carburanti, fuliggini da combustione.
L’analisi viene condotta eseguendo le operazioni descritte nel metodo NAS 1638. Il livello di inquinante viene determinato contando mediante un lettore laser il numero di particelle estranee presenti in un’aliquota di olio.
Numero di neutralizzazione
I prodotti lubrificanti finiti devono essere neutri e la presenza di acidità può indicare un’imperfetta neutralizzazione degli acidi forti nei trattamenti di raffinazione acida o fenomeni di ossidazione dovuti all’usura. L’acidità può essere anche conferita dagli additivi presenti nei lubrificanti finiti.
In accordo al metodo ASTM D974, l’analisi viene condotta mediante la titolazione, per mezzo di una soluzione di KOH, del campione disciolto in un solvente di titolazione.
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Metalli
La presenza di metalli nei lubrificanti finiti è dovuta all’aggiunta degli additivi, i quali permettono di migliorare le proprietà qualitative dei prodotti.
L’analisi del contenuto dei metalli viene effettuata mediante spettroscopia ad emissione ottica ICP, in accordo al metodo ASTM D4951.
Il primo step prevede la formazione di una retta di taratura mediante l’analisi di soluzioni standard a concentrazione nota.
Una volta effettuata la fase di taratura è possibile analizzare i campioni lubrificanti. I risultati vengono espressi come concentrazione percentuale in massa (% m/m).
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Ringraziamenti
Ringrazio la Raffineria eni di Livorno per la disponibilità fornitami per lo svolgimento delle attività di tirocinio.
Un sentito ringraziamento ai miei relatori, Prof.ssa Anna Maria Raspolli Galletti e Dott.ssa Mariangela Cozzolino, per il loro grande aiuto e contributo per la realizzazione di questo lavoro di tesi.
Ringrazio il controrelatore, Prof. Alessio Ceccarini, che con la sua competenza e la sua disponibilità ha agevolato la stesura dell’elaborato di tesi.
Un particolare ringraziamento va a tutto il personale del laboratorio chimico della Raffineria di Livorno per la collaborazione e la pazienza dimostratemi nel periodo trascorso assieme a loro.
Infine, ringrazio tutte le persone che mi sono state vicine e mi hanno supportato in questo periodo.