TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS. Un introduzione sulla Lubrication Management

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Un’introduzione sulla Lubrication Management

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“Quando si progetta un sistema di tenuta, tutti gli elementi devono lavorare insieme come una squadra.”

Holger Jordan,

Segment Manager Fluid Power Europe, Trelleborg Sealing Solutions

Introduzione

Prestazioni. Efficienza. Durata. Queste sono le caratteristiche che più contano in una buona progettazione. Sono anche quegli elementi chiave che un sistema efficace di tenuta e lubrificazione deve preservare nel tempo - tale sistema richiede un approccio innovativo alla gestione della lubrificazione. Una visione che non guardi al singolo elemento in modo separato dal resto, ma che lo riconosca e integri come parte complementare di un unico sistema.

Una buona gestione della lubrificazione parte sostanzialmente da un approccio di squadra - in un settore ancora così inesplorato, i benefici a lungo termine ne saranno la prova.

Questo editoriale non vuole essere un prontuario illustrato sulla gestione della lubrificazione e della tenuta. Sarà piuttosto un’utile panoramica sulla gestione della lubrificazione vista nell’ottica del sistema di tenuta.

Farà riferimento sia alla competenza interna alla Trelleborg Sealing Solutions, sia più in generale nel mondo industriale per fornire un trampolino di lancio nella tribologia. Un punto di partenza che servirà a comprendere il mondo della tenuta e della lubrificazione con una maggiore conoscenza della sua storia e delle sue evoluzioni, fino a scoprirne gli approcci e le soluzioni più recenti. Lo scopo è quello di dimostrare quanto un approccio di squadra possa condurre a un incremento di qualità, efficienza, durevolezza e scorrevolezza.

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La Storia fino a ora

L’evoluzione della “Lubrication Management”

“In una civiltà che dipende dalle macchine, i materiali che lubrificano le parti mobili sono assolutamente essenziali.”

Kevin J. Anderson,

MRS Bulletin Dall’invenzione della ruota – e dalla scoperta che

il grasso animale spalmato sulle assi ne facilita il movimento – fino alle macchine d’avanguardia nell’industria pesante dei giorni nostri, la lubrificazione è stata parte integrante della storia dello sviluppo umano e della sua innovazione.

La scoperta scientifica della frizione, poi l’utilizzo dei primi lubrificanti a base minerale e infine l’avvento di lubrificanti solidi, semisolidi e liquidi sono tre tappe fondamentali di questa storia. La gestione della lubrificazione è il più recente passo nel percorso di miglioramento delle performance di tutti quei macchinari che oggi fanno girare il mondo.

La lubrificazione e la tenuta sono ormai aspetti di fondamentale importanza nel funzionamento di un’intera macchina e oggi è ampiamente riconosciuto che la tenuta tra le parti mobili di un meccanismo sia una sfida essenziale per assicurare qualità e durevolezza. Questi due aspetti sono interconnessi quanto fondamentali nella prevenzione di possibili guasti, anche se spesso vengono trascurati nella pianificazione di gestione degli impianti, i cui costi di manutenzione sono spesso stanziati verso altre aree – come visibile nella figura 1.

Lubrificanti 1%;

Deprezzamento 15%;

Costi di gestione 35%;

Manutenzione 30%

Consumi 19%;

Figura 1: L’incidenza della Lubrificazione sui costi

Questo grafico mostra una distribuzione media delle spese di funzionamento degli stabilimenti,

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Figura 2: Cedimenti prematuri dei cuscinetti Montaggio non

eseguito correttamente 16%;

Contaminazione 14%

Inadeguata lubrificazione 36%;

Usura 34%;

Come evidenziato, vi è una discrepanza considerevole tra consapevolezza e risultati.

Di seguito vedremo in dettaglio le sfide e i costi relativi ai guasti, ma già questa discrepanza evidenzia la concreta necessità di una gestione più efficace della lubrificazione.

Quali sono i fattori effettivamente coinvolti?

In sostanza non si tratta solo di scegliere e applicare un lubrificante, ma di tenere sotto controllo e regolare i livelli di lubrificazione di tutti gli elementi all’interno di un sistema di tenuta, al fine di ridurre il carico su ciascun elemento e ottimizzarne le prestazioni in termini di attrito e durata. Un approccio globale alla manutenzione dei macchinari è incentrato sui punti di attrito:

le tenute, i cuscinetti e i punti di contatto tra le superfici in movimento che sono costantemente

soggette a pressione e usura. Sostanzialmente, in contrapposizione ad un approccio incentrato solo sulla scelta del lubrificante, un’efficace gestione della lubrificazione “comincia avendo ben presente la fine”⁴. Non si tratta più solo di spalmare grasso animale sulle ruote perché si è visto che ciò funziona. Data infatti la complessità delle macchine industriali odierne, un programma adeguato di gestione della lubrificazione sarà orientato in modo strategico al problem-solving, allo scopo di ridurre arresti improvvisi e costi supplementari, salvaguardando l’integrità del sistema di tenuta. Fare tutto questo significa affrontare il problema prima ancora di individuare la soluzione migliore attraverso materiali, applicazioni e manutenzione. Definito quanto sopra, passiamo adesso alla sfida che l’attrito presenta per l’industria.

Nonostante una scarsa attenzione a questo fattore, la mancanza di un’efficace lubrificazione è stata evidenziata come la causa predominante nei cedimenti dei cuscinetti – come mostra la figura 2.

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La Sfida

Viviamo in un universo dinamico, in costante trasformazione. Uno spazio senza confini in cui l’energia vibra, sgretola, forma e deforma, passando da uno stato all’altro. Il moto perpetuo è impedito da attrito, corrosione e resistività a livello atomico. In questo universo fisico la lubrificazione è un modo di porre un freno all’entropia. Lubrificare significa far funzionare ogni impianto in modo più fluido, migliorare l’efficacia e la durata delle prestazioni. Uno dei vari fronti di questa battaglia si svolge nelle aree di contatto del sistema di tenuta di ogni macchinario: punti d’attrito che possono far insorgere la necessità di una costosa riparazione oppure fare la differenza grazie ad un corretto funzionamento. Una tecnologia che cresce in modo esponenziale, unita all’esigenza

Come in altri ambiti, l’attrito è l’avversario più temibile, crea usura delle tenute e si manifesta in cari modi, tra cui:

Impiegare l’esperienza Trelleborg nelle tenute idrauliche per il settore Fluid Power

1. Pressione e velocità

a livello globale di vivere in un mondo in costante funzionamento, richiede attrezzature che siano di pari passo sempre più dinamiche e complesse, più efficienti e in grado di assicurare maggior precisione. Tutto ciò non significa però che si possano infrangere le leggi della fisica. L’attrito, l’usura e la pressione costituiscono rischi per ogni macchinario, causando potenziali guasti, interruzioni nel servizio e costi supplementari. La sfida contro l’attrito e l’usura è quindi moltiplicata – comprensibilmente – a livello esponenziale in ogni ambito applicativo in cui i sistemi di tenuta giochino un ruolo determinante per la sicurezza e per l’operatività, dagli O-Rings alle tenute per alberi rotanti.

L’incessante Lotta contro l’Attrito

Come già evidenziato, la domanda globale e i progressi tecnologici hanno permesso di sviluppare macchine di dimensioni e peso sempre più ridotti. L’effetto contrario è che questa riduzione ha incrementato i livelli di pressione e velocità nelle applicazioni idrauliche – spingendo le tenute in poliuretano sempre più vicino ai naturali limiti di questo materiale.

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3. Superfici ruvide

Più si guardano da vicino le superfici di contatto, più si potranno notare minuscole imperfezioni - fori, trame irregolari e caratteristiche che creano attrito. Negli ambiti di applicazione ad alta velocità menzionati prima, ciascuna di queste microscopiche varianti agisce come una lama che logora la tenuta ad ogni passaggio, abradendola fino a comprometterne l’integrità.

I tecnici della manutenzione e i direttori d’impianto sono solitamente consapevoli della necessità di rivestire in modo corretto le superfici di contatto dei sistemi idraulici. Tuttavia, questi rivestimenti sono spesso scelti per ragioni tecniche senza aver prima esaminato il sistema di tenuta. Ne risulta quindi che sono limitati in modo considerevole sia il ciclo di vita delle tenute, che quello dell’intero macchinario.

Figure 3: La ruvidità nella superfice di contatto è una sfida per i sistemi di tenuta 2. Coating della superficie di contatto

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4. Alterazioni e post-elaborazione

Naturalmente queste sfide sono molto specifiche da un punto di vista tecnico – ma non dobbiamo perdere di vista il quadro generale, almeno quando il costo di un guasto si traduce in tempo di inattività.

La lubrificazione, spesso sottovalutata, è un fattore che incide in modo significativo sui tempi di inattività pianificati o imprevisti, sia a causa di eccessiva usura o di aumento delle temperature, sia attraverso la contaminazione, le perdite e un’inadeguata applicazione del lubrificante – o a causa di uno dei tanti piccoli problemi più o meno gravi che possono insorgere. La gestione della lubrificazione è un passo importante per ridurre al minimo e persino eliminare questi tempi di fermo attraverso una manutenzione programmata e proattiva.

I fattori appena evidenziati sono solo una parte delle numerose sfide che l’attrito costituisce nell’assicurare integrità, qualità e durata delle tenute, anche se in effetti dipingono un quadro abbastanza reale delle problematiche che i macchinari moderni devono affrontare. Questi problemi possono essere risolti con un’unica soluzione: un’efficace gestione della lubrificazione.

La vita delle tenute e delle applicazioni è spesso migliorata da rivestimenti, lavorazioni e adattamenti che ne prevengono l’usura. Il maggior ostacolo, in questo caso, è il costo. Effettuare modifiche ad un sistema di tenuta può comportare costi molto elevati, sia da un punto di vista economico, sia in termini di interruzioni e guasti che potrebbero minare la competitività di un’azienda anche su scala internazionale.

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La Soluzione

La sfida dell’attrito è sempre presente in un mondo in cui la domanda è in costante crescita, perciò, come affermato nell’introduzione di questo documento, quando si progetta un sistema di tenuta e si vuole far fronte a questa grande sfida, tutti gli elementi devono lavorare insieme come un team.

È facilmente intuibile che l’applicazione di adeguati lubrificanti alle tenute sotto pressione possa mitigare gli effetti della frizione e dell’attrito, ed estenderne la vita. Questa visione semplicistica non tiene conto però delle suddette sfide legate a velocità e pressione dei macchinari moderni,

nonché all’imperativa necessità di ridondanza nelle più importanti applicazioni industriali. Nelle applicazioni idrauliche del settore Fluid Power la migliore prassi è quella di utilizzare una tenuta primaria e una tenuta secondaria. La tenuta primaria svolge il grosso del lavoro, mantenendo l’integrità per quanto più sia possibile; la tenuta secondaria invece è l’elemento legato proprio a quella necessità di ridondanza – in quanto pronta ad intervenire quando necessario. Anche in questo caso la sfida si fa a dir poco pressante.

Come ottimizzare le prestazioni

Sezione della tenuta con distribuzione standard delle

forze di contatto Figure 4 - Sistemi standard di tenuta

Elevatapressione di contatto

Minimo passaggio di olio Scarso livello di lubrificazione;

Elevata usura e attrito

Tenuta Primaria

P

1

1 2 2

Tenuta Secondaria

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Ipotizziamo che la tenuta primaria faccia il suo lavoro alla perfezione, per un tempo quanto più esteso. In questo caso il lubrificante non oltrepassa mai la tenuta primaria e ciò crea condizioni di funzionamento a secco per la seconda tenuta che porteranno a problemi di usura. Questa è una situazione che potrebbe facilmente verificarsi senza un’adeguata gestione della lubrificazione.

Abbiamo trattato la gestione della lubrificazione in termini generici, ma passiamo adesso a descrivere più in concreto in che cosa essa consista. In sostanza, un adeguato controllo

La buona notizia è che il recente aumento di interesse nella gestione della lubrificazione fa sì che un numero maggiore di profili di tenuta possano essere usati a questo scopo, inclusi Turcon^® Stepseal^® V e Zurcon^® Buffer Seal.

della lubrificazione bilancia il rischio di perdita di lubrificante a supporto sia della performance della tenuta primaria, sia della vita utile della secondaria. Ciò si ottiene permettendo il passaggio di uno spessore maggiore di olio al di sotto della tenuta primaria sottoposta a pressione, al fine di modificare la distribuzione e ridurre l’intensità delle forze di contatto al di sotto della tenuta stessa. Il volume del film di olio che oltrepassa la tenuta primaria è poi controllato tramite una valvola di controllo integrata nell’area di contatto tra la tenuta secondaria e la superficie di contatto.

Applicare un sistema di Lubrication Management diventa quindi solo una questione di scelta, disponendo di una certa flessibilità. La vera domanda adesso è: come funziona la gestione della lubrificazione nel mondo reale?

Sezione della tenuta con distribuzione neutra/simmetrica

delle forze di contatto.

Tenuta Primaria

P

Tenuta Secondaria

Figure 5 - Sistema di Gestione della Lubrificazione delle Tenute Ridotta pressione di contatto

Efficiente passaggio dell’olio Ottimale livello di lubrificazione Bassa usura e attrito

1

2

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In Concreto

“Individuare il programma ideale di gestione del lubrificante somiglia molto a risolvere

il cubo di Rubik.” Matt Mohelnitzky, U.S. Lubricants

Come ogni altro processo industriale, anche la gestione della lubrificazione necessita di un periodo di sperimentazione prima di dimostrare la propria efficacia. Più in particolare, ogni sistema necessita di essere testato al fine di determinare il metodo più ottimale di controllo in termini di inibitori di usura e tipo di lubrificazione.

Per esempio, un test condotto usando Turcon^® Stepseal^® V ha evidenziato una riduzione significativa delle interferenze – con una riduzione del compression set di quasi il 50%. Questa riduzione è stata riscontrata anche durante gli altri test, diventando un fattore costante, arrivando, in alcune specifiche circostanze, fino al 70%.

Chiaramente, una delle preoccupazioni primarie nella gestione della lubrificazione è la scelta del lubrificante utilizzato nelle singole applicazioni. Mentre la tendenza del settore industriale è quella di utilizzare lubrificanti a base di oli minerali, i lubrificanti e grassi sintetici comportano un numero di benefici evidenti, tra i quali, come affermato da John Bickley:

• Maggiore prevenzione dall’usura

• Un più esteso range delle temperature

• Maggiore durata del lubrificante

• Incremento del profitto

100 100

200 200

300 300

400 400

500 500

600 600

700 700

0 0

0.00 0.10 0.20 0.30 0.00 0.10 0.20 0.30

v[m/s]

F[N] F[N]

v[m/s]

0.40 0.50 0.40 0.50

0 bar 25 bar 50 bar 100 bar 150 bar 200 bar

Turcon^® Stepseal^® V Turcon^® Stepseal^® V LM

Dalla teoria alla pratica

Figure 6: Forze di attrito in un sistema

di tenuta standard Figure 7: Forze di attrito in un sistema di tenuta con Lubrication Management Technology

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Di conseguenza, mentre il costo iniziale di un lubrificante convenzionale possa essere ben minore, si ritiene che una gestione efficace della lubrificazione debba tener conto del costo totale del sistema durante tutto l’arco del suo ciclo di vita. Quindi, dal momento che i lubrificanti sintetici forniscono questi benefici, la differenza nei costi iniziali è di gran lunga superata dai vantaggi che vanno a favore di questa scelta.

In particolare: impatto a lungo termine sullo stato dei macchinari, performance delle tenute e resistenza all’usura. Come in ogni ambito, la scelta del lubrificante non è una decisione da prendere in modo affrettato; dovrebbe essere correlata ai parametri richiesti dall’applicazione in termini di viscosità, temperatura, velocità e carico di pressione, oltre all’impatto sulle economie del contesto in cui il sistema andrà a operare.

Ciò vale anche per gli altri elementi che di fatto garantiscono il funzionamento dell’intero sistema di tenuta, nonché di tutte le sue parti – elementi progettati in modo intelligente per adattarsi all’applicazione e migliorare la dotazione in uso.

Queste considerazioni, per la loro complessità, spesso richiedono una conoscenza specifica nel settore. Questa conoscenza richiede lavoro di squadra e questo ci riporta nuovamente all’idea iniziale che sia necessario concepire i sistemi di tenuta proprio come un team.

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Teamwork

“Un breve training di base sulla lubrificazione può approfondire notevolmente la comprensione e ottimizzare la tua programmazione.”

Ken Bannister, Maintenance Technology

Questo documento è un’introduzione nel campo della gestione della lubrificazione, arricchito solo da una serie di formule teoriche, risultati di test e metriche di performance a supporto di quanto affermato. È piuttosto facile perdersi in una materia complessa quanto quella che stiamo trattando, ed è per questo che il nostro ultimo consiglio è proprio il seguente: farsi consigliare.

La gestione della lubrificazione si scontra con una varietà di aspetti e considerazioni che vanno da una scelta dei lubrificanti più attenta alle prestazioni e all’ambiente, al controllo dei meccanismi, alla pianificazione della manutenzione - ma non solo.

Anche per gli specialisti del settore si tratta di un ambito di intensa sperimentazione, che può richiedere anni prima di acquisire l’esperienza necessaria a eliminare l’errore e a prendere la miglior decisione. Diventa quindi molto importante lavorare con un partner che abbia le conoscenze e le abilità necessarie a concepire e implementare

una pianificazione. Oltre a questo, un partner nella Lubrication Management può fungere anche da coadiuvante con il team, infondendo nel tempo le proprie abilità e conoscenze al resto del personale, tramite attività di orientamento, formazione e collaborando nel quotidiano.

In definitiva, affidando la Lubrication Management nelle mani di un partner di esperienza si potranno acquisire i benefici di tale pianificazione, incluso un aumento delle performance e dell’affidabilità della strumentazione, evitando che questo diventi una preoccupazione nel lavoro di tutti i giorni.

Mentre il partner esterno si occupa di tribologia, sarà possibile concentrarsi sul quadro generale.

Questo è il risultato finale di un’evoluzione che, partendo dal concetto di lavoro di squadra e di teamwork, porterà ad ottenere il miglior sistema di tenuta.

Assolda il tuo team

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In Sintesi

“Nessun singolo obiettivo avrà mai un impatto maggiore sull’affidabilità dei macchi- nari, quanto un programma di lubrificazione di precisione, completamente ottimizzato, documentato e implementato nel modo appropriato.”

Matt Spurlock, STLE

Prestazioni. Efficienza. Durata. Abbiamo dato inizio a questo approfondimento definendo ciò che conta di più nel settore industriale. Come ha evidenziato nel 2011 Deepak Katnala, della Society of Tribologists and Lubrification Engineers:

“guardando indietro, dieci anni fa i lubrificanti non erano considerati in alcun modo come qualcosa di importante.” Tutto questo è destinato a cambiare. Il moderno mercato globale richiede macchinari in grado di lavorare con maggiore pressione e per un tempo sempre più prolungato, mentre le pressioni economiche spingono alla ricerca senza fine di ottimizzazione dei costi. In questo scenario frenetico è essenziale trovare un modo di far andare avanti le cose in modo più liscio – e questo è esattamente ciò che fa un programma di Lubrication Managment.

Questa è stata una breve introduzione a questa disciplina; una panoramica veloce sulle sfide chiave da fronteggiare e delle soluzioni per superarle, con qualche dritta per mettere in pratica tutto questo nel mondo reale. Cosa accadrà da ora in poi è una scelta personale. C’è un mare di dati empirici e raccomandazioni in cui potersi immergere. Un numero di fonti tanto grande quanto il numero di partner pronti ad aiutare a dare un senso alla gestione della lubrificazione.

L’unica cosa certa è che la lubrificazione dei sistemi di tenuta non può essere più ignorata o sottovalutata, in un tempo in cui la tecnologia si evolve verso il futuro. Sarà possibile contare su un corretto funzionamento soltanto quando un sistema e i suoi addetti lavoreranno insieme come un team.

Per concludere

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1 Anderson, K.J., ‘A History of Lubricants’, https://www.cambridge.org/core/services/aop-cambridge-core content/view/S0883769400055895 (retrieved November 2016).

2 Bickley, J., ‘Proper Lubrication Practices Improve Plant Operations’, http://www.powermag.com/proper lubrication-practices-improve-plant-operations/?pagenum=3 (retrieved November 2016).

3 Richards, B.G. & Michalicka, P., ‘Developing An Effective Lubrication Management Program’,

http://www.maintenancetechnology.com/2013/08/developing-an-effective-lubrication-management- program/ (retrieved November 2016).

6 Johnson, Metal, ‘Lubrication technology and management: The next 10 years’, http://www.amm.com/pdf Best_Practice_38Lubrication_MngtThe_Next_10_Yrs.pdf (retrieved November 2016).

Riferimenti

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Holger Jordan

Segment Manager Fluid Power Europe Trelleborg Sealing Solutions Germany Email [email protected]

Holger Jordan lavora per la Trelleborg Sealing Solutions dal 1990.

Come Segment Manager è responsabile dell’area Fluid Power Europe, coordinando lo sviluppo dei partenariati in una stretta collaborazione tra clienti, centri di competenza TSS e siti di produzione.

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twitter.com/TrelleborgSeals youtube.com/TrelleborgSeals linkedin.com/company/trelleborg-sealing-solutions

di alte prestazioni e sostenibilità per i clienti. Il Gruppo Trelleborg ha una presenza locale in oltre 40 paesi nel mondo.