Che tipo di lubrificante viene utilizzato per le tenute meccaniche

Le tenute meccaniche utilizzano lubrificanti come oli sintetici, grassi, lubrificanti secchi e fluidi barriera o tampone per ridurre al minimo l'attrito e l'usura. La selezione del lubrificante giusto dipende da fattori quali temperatura, pressione, velocità, compatibilità dei fluidi e viscosità.

Quando la tenuta meccanica è installata correttamente e la pompa è in funzione, la faccia rotante della tenuta crea una forza centrifuga che attira una sottile pellicola di fluido tra le facce della tenuta. Questa pellicola di fluido lubrifica le superfici di contatto, riducendo al minimo l'attrito e l'usura. Il fluido aiuta anche a dissipare il calore generato dalle superfici rotanti, prevenendo il surriscaldamento e i danni termici ai componenti della tenuta.

Tipi di lubrificanti per tenute meccaniche

Oli sintetici

Gli oli sintetici sono lubrificanti ampiamente utilizzati nelle tenute meccaniche grazie alla loro eccellente stabilità termica e ossidativa, bassa volatilità e compatibilità con vari elastomeri e faccia di sigillo materiali. Mantengono la loro viscosità in un ampio intervallo di temperature, assicurando una lubrificazione adeguata anche in ambienti difficili. Gli oli sintetici comuni includono polialfaolefine (PAO), polialchilenglicoli (PAG) e perfluoropolieteri (PFPE).

Gli oli sintetici sono preferiti per applicazioni ad alta temperatura, come nelle pompe di alimentazione delle caldaie o nei reattori, dove gli oli minerali possono rompersi o formare depositi sulle superfici di tenuta. Sono inoltre eccellenti in applicazioni che coinvolgono sostanze chimiche aggressive o fluidi corrosivi che possono degradare i lubrificanti convenzionali.

Grasso

Il grasso è un lubrificante semisolido costituito da un olio base, addensante e additivi. Offre eccellenti proprietà di tenuta e lubrificazione nelle tenute meccaniche, in particolare in applicazioni con basse velocità, carichi elevati o funzionamento intermittente. L'addensante forma una pellicola protettiva sulle superfici della tenuta, impedendo il contatto diretto e riducendo l'usura.

I grassi sono classificati in base al tipo di olio base (minerale, sintetico o vegetale) e all'addensante (sapone o non sapone). I grassi a base di litio sono comuni nelle applicazioni generiche, mentre i grassi siliconici, fluorurati o poliureici sono utilizzati in ambienti ad alta temperatura o chimicamente aggressivi.

Lubrificanti secchi

I lubrificanti secchi, noti anche come lubrificanti solidi, sono utilizzati nelle tenute meccaniche dove i lubrificanti liquidi o grassi convenzionali non sono adatti. Sono applicati come rivestimenti sottili sulle superfici delle tenute e forniscono lubrificazione attraverso la loro bassa resistenza al taglio e l'elevata capacità di carico. I lubrificanti secchi comuni includono grafite, bisolfuro di molibdeno (MoS2), politetrafluoroetilene (PTFE) e nitruro di boro esagonale (hBN).

I lubrificanti secchi sono ideali per ambienti ad alta temperatura, sotto vuoto o con radiazioni, dove i lubrificanti liquidi evaporerebbero, si decomporrebbero o emetterebbero gas. Sono inoltre eccellenti in applicazioni che coinvolgono particelle abrasive o contaminanti che potrebbero intasare o danneggiare le guarnizioni lubrificate convenzionali.

Fluidi barriera e tampone

In alcuni tenuta meccanica design, i fluidi barriera o tampone vengono utilizzati per lubrificare e raffreddare le superfici di tenuta, isolandole al contempo dal fluido di processo. I fluidi barriera vengono utilizzati nelle tenute doppie o in tandem, dove riempiono lo spazio tra le tenute primarie e secondarie, fornendo un ambiente pulito e compatibile per le superfici di tenuta. I fluidi tampone vengono utilizzati nelle tenute doppie, dove vengono mantenuti a una pressione più elevata rispetto al fluido di processo per evitare perdite.

I fluidi barriera e tampone vengono selezionati in base alla loro compatibilità con il fluido di processo, i materiali delle superfici di tenuta e gli elastomeri. Possono essere acqua, oli sintetici o fluidi appositamente formulati con additivi per migliorare la lubrificazione, prevenire la corrosione o resistere alla degradazione. Nei settori farmaceutico o alimentare, vengono utilizzati lubrificanti di grado alimentare o fluidi approvati dalla FDA per garantire la purezza e la sicurezza del prodotto.

Fattori che influenzano la selezione del lubrificante

Temperatura

L'intervallo di temperatura di esercizio influenza significativamente la selezione del lubrificante per le tenute meccaniche. Le alte temperature possono causare la rottura dei lubrificanti, perdendo la loro viscosità e le proprietà protettive. Questa degradazione può portare a una maggiore usura delle superfici di tenuta, riducendo la durata della tenuta e causando potenzialmente perdite. Al contrario, le basse temperature possono causare l'addensamento dei lubrificanti, compromettendone la capacità di fluire e lubrificare correttamente le superfici di tenuta. La selezione di un lubrificante con un ampio intervallo di temperatura e una buona stabilità termica garantisce prestazioni ottimali in condizioni variabili.

Gli oli sintetici, come le polialfaolefine (PAO) e i perfluoropolieteri (PFPE), offrono un'eccellente stabilità alle alte temperature rispetto agli oli minerali. Questi lubrificanti sintetici mantengono la loro viscosità e le loro proprietà lubrificanti anche a temperature elevate.

Pressione

Anche la pressione di esercizio del sistema gioca un ruolo fondamentale nella scelta del lubrificante. Le pressioni elevate possono causare il diluimento dei lubrificanti, riducendone la capacità di carico e portando a una maggiore usura delle superfici di tenuta. In casi estremi, le pressioni elevate possono persino causare la vaporizzazione dei lubrificanti, portando a una perdita completa di lubrificazione. La scelta di un lubrificante con un indice di viscosità elevato e un buon coefficiente pressione-viscosità assicura che mantenga le sue proprietà lubrificanti in condizioni di alta pressione.

Per applicazioni ad alta pressione, lubrificanti con additivi quali agenti EP (estrema pressione) e additivi antiusura possono fornire una protezione aggiuntiva. Questi additivi formano pellicole protettive sulle superfici di tenuta, riducendo l'usura e prevenendo danni superficiali sotto carichi estremi.

Velocità

Anche la velocità di rotazione dell'albero influenza la selezione del lubrificante. Le applicazioni ad alta velocità generano più calore a causa dell'attrito aumentato, che può portare alla rottura del lubrificante e alla riduzione della viscosità. Ciò può causare una lubrificazione inadeguata, una maggiore usura e un prematuro guasto della guarnizione.

Lubrificanti a bassa viscosità, come oli leggeri o grassi a bassa consistenza, sono spesso preferiti per applicazioni ad alta velocità. Questi lubrificanti hanno un attrito interno inferiore e possono scorrere più facilmente, riducendo la generazione di calore e fornendo una lubrificazione adeguata alle superfici di tenuta. Oli sintetici, come poliglicoli ed esteri, offrono un'eccellente stabilità al taglio e sono adatti per applicazioni ad alta velocità.

Compatibilità dei fluidi

La compatibilità tra il lubrificante e il fluido di processo è un altro fattore critico nella selezione del lubrificante. Il lubrificante deve essere in grado di resistere all'esposizione al fluido di processo senza rompersi o perdere le sue proprietà lubrificanti. I lubrificanti incompatibili possono degradarsi, formando depositi sulle superfici di tenuta o causando il rigonfiamento dei componenti elastomerici, con conseguenti perdite e guasti prematuri della tenuta.

Quando si seleziona un lubrificante, considerare la composizione chimica del fluido di processo e la sua reattività con vari tipi di lubrificanti. Ad esempio, in applicazioni che coinvolgono prodotti chimici o solventi aggressivi, potrebbero essere necessari oli fluorurati o grassi perfluoropolietere (PFPE) a causa della loro eccellente resistenza chimica. Nei settori alimentare e farmaceutico, i lubrificanti devono essere di qualità alimentare e conformi alle normative pertinenti, come le linee guida NSF H1 o FDA.

Viscosità

La viscosità è una proprietà critica che determina la capacità di un lubrificante di formare una pellicola stabile tra le superfici di tenuta e proteggere dall'usura. La viscosità ottimale dipende da fattori quali temperatura di esercizio, pressione, velocità e progettazione della tenuta. Un lubrificante con viscosità troppo bassa potrebbe non fornire uno spessore di pellicola adeguato, con conseguente aumento dell'attrito e dell'usura. Al contrario, un lubrificante con viscosità troppo alta potrebbe creare una resistenza e una generazione di calore eccessive, compromettendo le prestazioni della tenuta.

La viscosità deve essere sufficientemente elevata da mantenere un film lubrificante stabile in condizioni operative, ma sufficientemente bassa da consentire un'efficiente dissipazione del calore e ridurre al minimo le perdite per attrito. I miglioratori dell'indice di viscosità possono essere aggiunti ai lubrificanti per mantenerne la viscosità in un ampio intervallo di temperature, garantendo prestazioni ottimali in condizioni variabili.