Λίπανση

Λίπανση είναι η παρεμβολή μιας ουσίας μεταξύ δύο τριβομένων επιφανειών που λέγεται λιπαντικό και που έχει σαν σκοπό:

• Λίπανση: μείωση της τριβής μεταξύ των επιφανειών που έχει ως αποτέλεσμα την ελάττωση των απωλειών λόγω τριβής και την αύξηση της απόδοσης της μηχανής.

• Ψύξη: απαγωγή της θερμότητας που αναπτύσσεται λόγω τριβής.

• Στεγανοποίηση: στεγανοποιεί κενά και εμποδίζει τη διαφυγή καυσαερίων.

• Προστασία από οξείδωση: προστασία των μεταλλικών μερών της μηχανής από τη διάβρωση ακόμα και όταν η μηχανή δεν λειτουργεί.

• Καθαρισμός: Τη διατήρηση της καθαρότητας των μεταλλικών μερών της μηχανής με τα οποία το λιπαντικό έρχεται σε επαφή. Αυτό επιτυγχάνεται με διάλυση της αιθάλης και των εναποθέσεων μέσω επίδρασης ειδικών απορρυπαντικών προσθέτων.

 

Λίπανση

 


Υγρή λίπανση – Ξηρή τριβή

Το λιπαντικό είναι υγρό που παρεμβάλλεται μεταξύ τριβομένων επιφανειών σχηματίζοντας μια «λιπαντική μεμβράνη» με σκοπό τη λίπανση και προστασία τους. Το λιπαντικό μπορεί να σχηματίσει μία λιπαντική μεμβράνη με ποικίλο πάχος που διακρίνεται σε:

1. Υδροδυναμική λίπανση, όταν η λιπαντική μεμβράνη έχει αρκετό πάχος πράγμα που δεν συμβαίνει συχνά σε κινητήρες μηχανών εσωτερικής καύσεως και

2. Οριακή λίπανση, που χαρακτηρίζεται από πολύ μικρό πάχος λιπαντικής μεμβράνης και που οφείλεται στο γεγονός ότι οι φαινομενικά λείες επιφάνειες των μετάλλων παρουσιάζουν πάντοτε μικρές ανωμαλίες.

Είναι λοιπόν φυσικό κατά την έναρξη της περιστροφής ενός άξονα και όταν το πάχος της λιπαντικής μεμβράνης είναι πάρα πολύ μικρό, οι ανωμαλίες των μεταλλικών επιφανειών να έρθουν σε επαφή μεταξύ τους σε μερικά σημεία. Στα σημεία αυτά η λιπαντική μεμβράνη διακόπτεται με συνέπεια να εμφανίζεται τοπικά η ξηρή τριβή. Αυτό ακριβώς αποτελεί την οριακή λίπανση.

Ο σχηματισμός της λιπαντικής μεμβράνης εξηγείται ως εξής: όταν η μηχανή είναι ακίνητη, ο άξονας εδράζεται εντελώς στο στροφείο και έτσι έχουμε σχεδόν «ξηρή τριβή», που διαρκεί ως τη στιγμή της εκκίνησης. Ευθύς μετά την εκκίνηση, λόγω της ανοχής του στροφείου και των εδράνων δημιουργείται η υδροδυναμική σφήνα του ορυκτελαίου κατά τη φορά της περιστροφής, που έχει ως συνέπεια την ανάπτυξη μιας ανυψωτικής τάσεως, ωθώντας τον άξονα προς τα πάνω. Το λιπαντικό εισχωρεί στο κενό που σχηματίζεται μεταξύ του εδράνου και του άξονα και αποκαθιστά την λιπαντική μεμβράνη οπότε έχουμε συνθήκες «υγρής λίπανσης».

 

Είδη Λιπαντικών

Τα λιπαντικά, ως προς την φυσική τους κατάσταση χωρίζονται σε τρεις βασικές κατηγορίες:

1. Υγρά λιπαντικά (ορυκτέλαια, φυτικά έλαια, ζωικά έλαια)
2. Στερεά λιπαντικά (ταλκ, γραφίτης )
3. Ημίρρευστα ή συνεκτικά έλαια (γράσα )

Αν εξαιρέσει κανείς τα ζωικά ή φυτικά έλαια, που δεν έχουν εφαρμογές στη βιομηχανία, υπάρχουν: 
1. Τα ορυκτέλαια, που προέρχονται από την επεξεργασία του φυσικού πετρελαίου και καλύπτουν το μεγαλύτερο ποσοστό των λιπαντικών ουσιών. Παρουσιάζουν μεγάλη χημική σταθερότητα λόγω της μοριακής τους δομή ( υδρογονάνθρακες ) που από τη φύση τους έχουν πολύ μεγάλη χημική σταθερότητα.
2. Τα συνθετικά έλαια (πρόκειται για προϊόν χημικής αντίδρασης και όχι απόσταξης). Υπερέχουν ποιοτικά από τα ορυκτέλαια αφού υπάρχει η δυνατότητα κατά την παραγωγή τους να καθοριστούν οι επιθυμητές ιδιότητες. Η χρήση τους ολοένα αυξάνεται παρά το υψηλό τους κόστος.

Τα παραπάνω χρησιμοποιούνται ως πρώτη ύλη για την παραγωγή των τελικών προϊόντων λιπαντικών που έχουν εφαρμογή σε πολυάριθμες εφαρμογές. Ανάλογα με τις εφαρμογές τις οποίες προορίζονται, μπορούν να κατανεμηθούν στις εξής κατηγορίες:

1. Λιπαντικά γενικής χρήσης: Συνήθως χωρίς χημικά πρόσθετα που χρησιμοποιούνται για εύκολες εφαρμογές λίπανσης.
2. Λιπαντικά τετράχρονων κινητήρων εσωτερικής καύσεως: Μονότυπα και πολύτυπα για βενζινοκινητήρες και πετρελαιοκινητήρες. 
3. Λιπαντικά δίχρονων κινητήρων: Αναμιγνύονται με τη βενζίνη για τη λίπανση των δίχρονων κινητήρων.
4. Βαλβολίνες: Μονότυπα και πολύτυπα για λίπανση κιβωτίων ταχυτήτων και διαφορικών συστημάτων. 
5. Βιομηχανικά λιπαντικά: Για βιομηχανική χρήση σε υδραυλικά συστήματα, αεροσυμπιεστές, ψυκτικά συστήματα, τουρμπίνες, στροβίλους, μετασχηματιστές κ.λπ.
6. Ναυτιλίας: Για κινητήρες πετρελαίου ανάλογα με τη βαθμίδα θείου του καυσίμου που χρησιμοποιεί και λίπανση άλλων μερών του κινητήρα.
7. Γράσα.


Χαρακτηριστικά των λιπαντικών

Το λιπαντικό θα πρέπει να καλύπτει τις εξής ιδιότητες:

• Να έχει κατάλληλο ιξώδες

• Να μην έχει διαβρωτική επίδραση

• Να έχει ικανοποιητική πρόσφυση

• Να έχει χημική σταθερότητα

Το ιξώδες ενός λιπαντικού είναι η ιδιότητα εκείνη που έχει το λιπαντικό να παρουσιάζει αντιστάσεις στη τριβή. Η επιλογή λοιπόν του λιπαντικού για την μηχανή που προορίζεται έχει σαν βάση το σωστό ιξώδες αλλά όχι μόνο.

Πρέπει παράλληλα με το σωστό ιξώδες, να επιλέγεται το λιπαντικό με κριτήριο του ότι το ιξώδες θα παραμείνει ανεπηρέαστο από τις μεταβολές της θερμοκρασίας που το λιπαντικό θα συναντήσει στις διάφορες φάσεις λειτουργίας της μηχανής. Δεν αρκεί να έχουμε στη μηχανή μας λιπαντικό με κατάλληλο ιξώδες κατά την εκκίνηση. Όταν η μηχανή ζεσταθεί, ύστερα από ορισμένο χρόνο λειτουργίας πρέπει το ιξώδες του λιπαντικού να παραμένει αρκετά υψηλό ώστε να μην υπάρξει κίνδυνος εκθλίψεως της λιπαντικής μεμβράνης. Όταν το ιξώδες είναι μεγαλύτερο από το κανονικό, δυσχεραίνεται την εκκίνηση της μηχανής και προκαλεί απώλεια ισχύος και μείωση του βαθμού απόδοσης. Αντίθετα χαμηλό ιξώδες δεν εξασφαλίζει πάντοτε την λιπαντική μεμβράνη που απαιτείται ανάμεσα στις τριβόμενες επιφάνειες. Η σταθερότητα του ιξώδους στις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας, εξασφαλίζεται από τον «δείκτη ιξώδους» (Viscosity Index–V.I.). Η τιμή του δείκτη ιξώδους είναι ανάλογη της σταθερότητας του ιξώδους με την αλλαγή της θερμοκρασίας. Μία υψηλή τιμή δείκτη ιξώδους υποδεικνύει μειωμένη μεταβολή του ιξώδους με τις μεταβολές της θερμοκρασίας.

Το ιξώδες του λιπαντικού είναι ίσως το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό αφού σχετίζεται με τη ρευστότητα του. Τα λιπαντικά κατατάσσονται με βάση αυτή την ιδιότητα τους σε μία κλίμακα γνωστή ως «SAE». Την κλίμακα αυτή υπέδειξε η Αμερικάνικη εταιρεία μηχανικών αυτοκινήτων (SAE: Society of Automobile Engineers) και μετά τις Η.Π.Α την υιοθέτησαν όλες οι χώρες του κόσμου. Η κλίμακα SAE αρχίζει από το 0 που αντιστοιχεί σε ένα πολύ λεπτόρρευστο λάδι κατάλληλο ίσως για ωρολογιακούς μηχανισμούς και φτάνει μέχρι το 250 που είναι ένα βαρύ παχύρευστο λιπαντικό κατάλληλο για λίπανση οδοντωτών τροχών.

Πρέπει να τονιστεί ότι ο αριθμός SAE ενός λιπαντικού δεν έχει καμιά σχέση με την ποιότητα του. Φανερώνει μόνο τη τιμή του ιξώδους και σε μερικές περιπτώσεις έμμεσα τον δείκτη ιξώδους. Επειδή το ιξώδες του λιπαντικού μεταβάλλεται με τη θερμοκρασία, υπάρχουν μονότυπα και πολύτυπα λιπαντικά.

Τα μονότυπα είναι εκείνα που έχουν έναν μόνο αριθμό SAE και μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε περιορισμένο εύρος θερμοκρασιών. Δηλαδή, αν χρησιμοποιούσαμε τέτοιου τύπου λάδι τον χειμώνα ή σε περιβάλλον με χαμηλή θερμοκρασία, πιθανόν να μην έχει επαρκή ρευστότητα για να προστατεύσει τον κινητήρα κατά την εκκίνηση και μέχρι να φτάσει στη θερμοκρασία λειτουργίας της.

Για παράδειγμα, ένα ορυκτέλαιο με SAE 40 που ίσως είναι κατάλληλο για λίπανση βενζινομηχανής στους θερινούς μήνες, σε χαμηλές θερμοκρασίες τον χειμώνα θα αποκτά ιξώδες τόσο υψηλό που μπορεί να δυσχεραίνει την εκκίνηση του κινητήρα. Αντίθετα η ένδειξη SAE 20W φανερώνει λιπαντικό που και στις χαμηλές θερμοκρασίες διατηρεί το ιξώδες του σε ικανά επίπεδα για την καλή λειτουργία του κινητήρα.

Για τους λόγους αυτούς, ευρέως διαδεδομένα είναι τα πολύτυπα λάδια τα οποία χαρακτηρίζονται από δύο αριθμούς SAE (π.χ. 5W-40). Σε χαμηλές θερμοκρασίες συμπεριφέρεται σαν λεπτόρρευστο (5W), ενώ σε υψηλές συμπεριφέρεται ως παχύρευστο (40).

5W40 - a
To W προκύπτει από το αγγλικό Winter που σημαίνει Χειμώνας και υποδεικνύει πως το λιπαντικό καλύπτει προδιαγραφές ιξώδους για χρήση σε χαμηλές θερμοκρασίες.

Το νούμερο που βρίσκεται μπροστά από το γράμμα W αντιστοιχεί στο ιξώδες του λιπαντικού σε χαμηλές θερμοκρασίες όταν ο κινητήρας είναι κρύος. Όσο πιο χαμηλό το ιξώδες αυτό τόσο πιο λεπτόρρευστο το λάδι κατά την εκκίνηση του κινητήρα. Αυτό θα βοηθήσει την γρήγορη και εύκολη κυκλοφορία του λιπαντικού στον κινητήρα ώστε να τον προστατέψει από τριβές.

5W40 - b
Ο αριθμός που βρίσκεται στο τέλος είναι ο αριθμός ιξώδους σε κατάσταση και θερμοκρασίες λειτουργίας του κινητήρα. Το παχύρευστο λάδι σε αυτές τις θερμοκρασίες είναι καλό για τη διατήρηση της πίεσης και της λιπαντικής ικανότητας καθώς επίσης και τη χαμηλή κατανάλωση λιπαντικού.

5W40 - c

Η σύνθεση των λιπαντικών με την ιδιότητα να διατηρούν την τιμή του ιξώδους τους σχετικά σταθερή με τις μεταβολές θερμοκρασίες, επιτυγχάνεται με την προσθήκη των κατάλληλων προσθέτων τα οποία είναι γνωστά ως βελτιωτικά ιξώδους και διευρύνουν σημαντικά το φάσμα τιμής ιξώδους που ένα λιπαντικό μπορεί να καλύπτει. Με τη βοήθεια των προσθέτων μπορεί να παραχθούν λιπαντικά από 0W ως 50W.

Λιπαντικά με SAE 0W μέχρι SAE 20 είναι γενικά λεπτόρρευστα κατάλληλα για χαμηλές θερμοκρασίες (εκκίνηση της μηχανής). Η περιοχή SAE 30 μέχρι SAE 60 αντιστοιχεί σε λιπαντικά με μέσο και υψηλό ιξώδες, ενώ η περιοχή SAE 70W μέχρι SAE 250 αντιστοιχεί σε λάδια που προορίζονται για λίπανση κιβωτίων ταχυτήτων και διαφορικού (βαλβολίνες).

Πιο απλά, ένα λιπαντικό με ένδειξη SAE 0W/30 δείχνει ένα αρκετά λεπτόρρευστο λάδι που έχει τη δυνατότητα να βοηθήσει την εκκίνηση της μηχανής σε θερμοκρασία περιβάλλοντος μέχρι και -36oC και να διατηρήσει και να ανεβάσει το ιξώδες του (λόγω των αναπτυσσομένων θερμοκρασιών και πιέσεων μέσα στον κινητήρα) μέχρι την κλίμακα SAE 30 που αντιστοιχεί σ’ ένα μέσο ιξώδες. Αντίστοιχα ένα άλλο λιπαντικό με ένδειξη SAE 20W/50 δείχνει ένα λάδι που έχει τη δυνατότητα εκκίνησης ενός κινητήρα σε θερμοκρασία μέχρι και -24οC και την ανύψωση του ιξώδους στην κλίμακα SAE 50 κατά τη διάρκεια λειτουργίας του κινητήρα.

Με βάση αυτή τη μέτρηση από το 1975 ο Διεθνής Οργανισμός Τυποποίησης (ISO) έχει καθιερώσει ένα νέο σύστημα ταξινόμησης των ορυκτελαίων που έχει ήδη γίνει δεκτό από τις περισσότερες χώρες του κόσμου και τείνει να εκτοπίσει όλα τα παλαιότερα συστήματα. Σύμφωνα με το σύστημα αυτό που καλύπτεται από το πρότυπο ISO 3448, η ρευστότητα (ιξώδες) εκφράζεται σε μονάδες Centistokes (cSt) σε θερμοκρασία 40o C που είναι αντιπροσωπευτική της θερμοκρασίας λειτουργίας των λιπαντικών στις περισσότερες εφαρμογές. Η ταξινόμηση ISO καθορίζει 18 κλάσεις ρευστότητας από 2 μέχρι 1500 cSt σε 40o C. Η κάθε κλάση χαρακτηρίζεται και αριθμείται από το ιξώδες στο μέσο των ορίων της με επέκταση +10% από την τιμή αυτή. Π.χ. ISO 10 , είναι προϊόν με ιξώδες σε 40 o C από 9 μέχρι 11 cSt, που αντιπροσωπεύεται σε μέση τιμή 10 cSt.

Τα πλεονεκτήματα που προσφέρει η ταξινόμηση ISO είναι:

α) Περιλαμβάνει τον ελάχιστο αναγκαίο αριθμό κλάσεων (18) που καλύπτουν τις απαιτήσεις λιπάνσεως όλων των κατηγοριών μηχανών και μηχανημάτων.

β) Διευκολύνονται σημαντικά οι μηχανικοί και οι προμηθευτές λιπαντικών στον καθορισμό του κατάλληλου για κάθε περίπτωση λιπαντικού.

Αριθμός  SAE  -  Εύρος χρήσης σε θερμοκρασία περιβάλλοντος

Αριθμός SAE

 

Συγκριτική ρευστότητα λιπαντικών

Συγκριτική ρευστότητα λιπαντικών

AGMA: American Gear Manufacturers Association

Επιλογή του λιπαντικού

Η επιλογή του λιπαντικού πρέπει να γίνεται με βάση την χρήση για την οποία προορίζεται, σύμφωνα με το ιξώδες του αλλά και με τις προδιαγραφές που ορίζει ο κατασκευαστής. Κάθε λιπαντικό είναι σχεδιασμένο για συγκεκριμένη χρήση και αυτό πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την εφαρμογή ενός λιπαντικού. 

Αφού προσδιορίσουμε την κατηγορία στη οποία πρέπει να αναζητήσουμε το σωστό λιπαντικό για την εφαρμογή που το προορίζουμε, πρέπει να μελετήσουμε τις προδιαγραφές που μας υποδεικνύει ο κατασκευαστής και πρέπει το λιπαντικό μας να είναι ίδιων ή νεότερων προδιαγραφών από τις υποδεικνυόμενες. Στις περισσότερες περιπτώσεις κατάταξης των προδιαγραφών, οι νεότερες προδιαγραφές υπερκαλύπτουν τις προγενέστερες τους σε απαιτήσεις λίπανσης. Μία κλίμακα κατάταξης των λιπαντικών με βάση τις προδιαγραφές τους είναι η API (American Petroleum Institute). Η τάξη «S» (Spark) αντιστοιχεί σε βενζινοκινητήρες, «C» (Compression) για πετρελαιοκινητήρες και «GL» (Gear Lubricant) για βαλβολίνες. Με την πρόοδο της τεχνολογίας των κινητήρων και άλλων μηχανημάτων εξελίσσεται παράλληλα και αυτή η κλίμακα με νέες προσθήκες τάξεων προδιαγραφών.

 

Συνεχίζεται