Voda v oleji
Prítomnosť vody v oleji môže byť vo viazanej alebo voľnej forme. Množstvo vody, ktoré ropný olej môže rozpustiť závisí od pôvodu základového oleja, od druhu a množstva prísad, od prítomnosti nečistôt (produktov starnutia) a najmä od teploty. Malé množstvá vody sa môžu rozpustiť v oleji bez zakalenia. Zakalenie oleja ukazuje, že roztok je nasýtený (bod nasýtenia vody v oleji) a môže prebiehať vznik emulzie, a to voda v oleji. So stúpajúcou teplotou rozpustnosť vody v oleji narastá.

Vplyv vlhkosti, vody na vlastnosti mazacích olejov
V technickej praxi sa stretávame so vznikom nežiadúcich olejových emulzií, ktoré kvalitatívne znehodnotia mazací olej, jeho funkčné vlastnosti a iné. Najmä tie oleje, ktoré obsahujú povrchovo aktívne látky, motorové oleje s detergentno-disperzantnými prísadami, mastné oleje, opotrebované oleje a pod. sú na tvorbu olejových emulzií veľmi náchylné a podľa toho sa musí s nimi zaobchádzať pri manipulácii, skladovaní a vlastnom použití.
Napriek tomu, že voda v mazacích olejoch nie je žiadúca, stretávame sa s ňou veľmi často. Preto sú stanovené hraničné hodnoty, limity obsahu vody v % hmotnostných na mazacie oleje v jednotlivých mazacích systémoch strojov a zariadení. Tieto hodnoty sú uvedené v tabuľke č. 1 a majú len informatívny charakter.

Obsah vody sa vzťahuje na obsah vody v neemulgovanej kvapaline, t. j. pokiaľ nie je vytvorená emulzia typu „voda v oleji“.
Emulzia oleja s vodou je koloidný disperzný systém, ktorého stálosť rastie zmenšovaním medzipovrchového napätia. Čím menšie je medzipovrchové napätie oboch fáz, tým ľahšie sa tvorí emulzia. Hodnoty medzipovrchového napätia, resp. voľnej energie sú malé a všetky sa ešte zmenšujú nasycovaním povrchu kyslíkom, vodnou parou, všeobecne nečistotami. Hodnoty voľnej povrchovej energie sú napr. pre vodu 72 mNm-1 a mazacích olejov 30 mNm-1 pri 20 °C. K látkam zväčšujúcim povrchové napätie oleja patria polárne látky, ktoré sa síce vo vode nerozpúšťajú, ale čiastočne sa rozpúšťajú v olejoch. Sú to napríklad v oleji rozpustné fenoláty, naftenáty, sulfonáty, ropné živice, asfaltény, polárne nečistoty z rafinácie olejov, látky vzniknuté starnutím olejov a pod. Sklon oleja k tvorbe emulzií môžu zväčšovať aj iné látky, ktoré majú schopnosť vytvárať na rozhraní povrchov fáz dostatočne pevný film. Takto môžu pôsobiť jemne rozptýlené tuhé látky. Napríklad za tvorbu emulzie, kalov v olejových nádržiach motorov sú zodpovedné jemne rozptýlené čiastočky uhlíka zo spalín, prachu a pod. V tejto súvislosti treba povedať, že v praxi sa niekedy stretávame so zvláštnym problémom pri aplikácii motorových olejov, ktoré obsahujú detergentno-disperzantné prísady, a to najmä vtedy, ak obsahujú veľké množstvo bezpopolných disperzantov (succinimidy). Disperzanty môžu pôsobiť ako účinné emulgátory a v tých častiach motora, v ktorých je voda, môže vzniknúť emulzia voda v oleji, ktorá sa podobá svojím vzhľadom maslu. Často sa uvádza ako kalová emulzia alebo studené kaly. Problém sa môže ešte zhoršiť pri motoroch, kde dochádza k prefukom plynov zo spaľovacej komory do kľukovej skrine, olejovej nádrže. Tento problém sa už rieši úpravou motora, v ktorom prefukujúce plyny cirkulujú do sacieho palivového systému (palivo – vzduch). Tento problém sa rieši tiež použitím deemulgátorov do motorových olejov. V prítomnosti kovov a vody pri vyšších teplotách môže prebiehať katalyzovaná oxidácia. Voľná voda urýchľuje degradáciu oleja a to pre hydrolýzu olejov na esterovom základe a tiež vápenatých sulfonátov. Okrem toho sú to prísady citlivé na prítomnosť vody, napríklad prísady na báze ZDDP (zinc dialkyldithiophosphate), t. j. prísady obsahujúce zinok. V prítomnosti vody nastáva hydrolýza, t. j. rozklad solí (ZDDP) na kyselinu a zásadu.
Podľa dostupných informácií hydrolýze podliehajú také soli, na zložení ktorých je zúčastnená slabá kyselina alebo slabá zásada. Prísady na báze ZDDP hydrolyzujú, rozkladajú sa na látky, ktoré môžu mať silný korozívny účinok na meď a jej zliatiny. V tomto prípade prísady na báze ZDDP strácajú potrebný účinok ako prísady proti opotrebovaniu aj na oceľové trecie povrchy. Preto niektorí výrobcovia strojov požadujú oleje bez obsahu zinku. Ide o bezzinkové turbínové a hydraulické oleje, ktoré nachádzajú uplatnenie v praxi.

Metódy a postupy na kontrolu vody
Obsah vody sa stanovuje podľa STN 65 6062. Skúška spočíva v spätnej destilácii zmesi vzorky s benzínom, predpísaným destilačným zložením sa zisťuje obsah vody nad 0,025 %. Na stanovenie obsahu vody sa s výhodou používa titračná metóda podľa Karl Fischera, ktorá je uvedená v norme STN 65 0330, resp. DIN 51 777.
Obsah vody podľa metódy K. Fischera sa udáva v mg/kg, resp. v ppm (parts per milión, 1 ppm = 0,0001 %). Podľa tejto metódy možno zistiť obsah vody už od 3 mg/kg (3 ppm, t. j. 0,0003 % hm.). Obsah vody sa dá stanoviť aj podľa infračervenej spektrometrie FTIR v rozsahu vlnovej dĺžky od 3 650 do 3 150 cm-1.
V prípade priemyselných olejov treba uviesť jednu zo základných vlastností, s ktorou súvisí prítomnosť vody v mazacích olejoch, t. j. vlastnosť, podľa ktorej je charakterizovaná deemulgačná schopnosť, odlúčivosť vody z oleja. Táto vlastnosť sa mení počas používania oleja v prevádzke, a to najmä vplyvom prítomných nečistôt ako sú oxidačné produkty, voda a mechanické nečistoty. Stanovenie deemulgačných vlastností, odlúčivosti vody od oleja má veľký význam najmä v prípade turbínových a hydraulických olejov. Na turbínové oleje sa ešte často používa skúška podľa STN 65 6230, resp. IP 19 na stanovenie deemulgačného čísla, a to najmä na parné turbíny. V prípade čerstvých turbínových olejov sa hodnota deemulgačného čísla požaduje do 300 sekúnd. Hraničná hodnota na použité turbínové oleje sa udáva 600 sekúnd, resp. v niektorých ďalších aplikačných prípadoch až 800 sekúnd. Táto skúška mala a má určitú tradíciu najmä u nás. Zahraničné olejárske spoločnosti ju používajú veľmi málo. Na turbínové oleje, ale najmä hydraulické oleje sa používa skúška podľa STN 65 6229 na stanovenie deemulgačnej charakteristiky oleja. Skúška sa vykonáva tak, že olej sa zmieša v objemovom pomere 1:1 s vodou (40 ml vody a 40 ml oleja) pomocou miešadla presne definovanou rýchlosťou pri teplote v závislosti od viskozitnej triedy (do ISO VG 100 pri 54 °C a nad pri 82 °C), vytvorí sa emulzia a potom sa pozoruje rozdelenie emulzie do jednotlivých fáz (olej – voda – emulzia) a vyhodnocuje sa čas a objemový podiel jednotlivých fáz. Nárast objemu emulzie alebo predĺženie času na oddelenie jednotlivých fáz svedčí o spotrebovaní prísady na zlepšenie deemulgačných vlastnosti, prítomnosti oxidačných produktov, ktoré tieto vlastnosti významne ovplyvňujú. Hraničná hodnota vzhľadom na podmienky skúšky a samotné vyhodnocovanie je v rozsahu od 40 do 60 minút, a to podľa viskozity viskozitnej triedy kontrolovaného oleja.

Hodnoty nasýtenia vody v mazacích olejoch
Hraničné hodnoty nasýtenia vody v mazacích olejoch závisia od kvality jednotlivých komponentov a od formulácie mazacích olejov, t. j. aké sú použité druhy základových olejov, prísad alebo množstva nečistôt, ktoré vznikli z dôvodu degradácie olejov. Každá zmena hodnoty limitu nasýtenia vody v olejoch je v relácii k aktuálnemu stavu, a to počtu voľných molekúl vody. Táto hodnota sa mení počas prevádzkového života mazacieho oleja v závislosti od zmien, ktoré nastanú v oleji. Tento aspekt je špeciálne dôležitý vtedy, ak treba rozlišovať krivky nasýtenia vody v oleji. Možno povedať, že ide o matematický vzťah medzi hodnotou nasýtenia a hodnotou vody v ppm v čerstvom oleji a tento stav sa môže zmeniť po nejakom čase pri používaní oleja v prevádzke. Na obr. 1 je uvedená krivka nasýtenia vody v turbínovom oleji, kde pri teplote 40 °C olej je schopný prijať 200 ppm vody. Z toho vyplýva, že čím je vyššia teplota oleja, tak olej je schopný prijať väčšie množstvo viazanej vody.

Obrázok č. 1

Treba uviesť, že v prípade mazacích olejov, napr. hydraulických a cirkulačných olejov, keď sú v prevádzke, tak rozpustnosť vody narastá. Zvýšený počet nečistôt, polárnych látok, ktoré sú výsledkom starnutia oleja, tak tieto sa môžu spájať s molekulami vody. V nasledujúcom prehľade uvedieme v tab. 2 hodnoty nasýtenia vody v niektorých mazacích olejoch pri 20 °C v ppm.

Špecifikácie a hraničné hodnoty
Vzhľadom na uvedené informácie, niektorí výrobcovia a tiež hodnotiace organizácie vydávajú odporúčania na obsah voľnej vody v mazacích olejoch. Ide o stanovenie hraničných limitov obsahu vody, ktoré sú dovolené pre jednotlivé druhy mazacích olejov. V tab. 3 uvedieme niektoré údaje na dovolený obsah vody v ropných olejoch a syntetických kvapalinách.

Uvedené hodnoty obsahu vody boli stanovené podľa metódy Karla Fischera. Samotné limity predstavujú absolútny obsah vody v oleji v ppm (mg/kg). Treba poznamenať, že niektoré hraničné hodnoty môžu byť aj prekročené. Tu treba často porovnávať hodnoty namerané dostupným senzorom vlhkosti a absolútnym obsahom vody. Na zníženie vlhkosti v mazacích systémoch strojov, najmä hydraulických systémoch, sa používajú rôzne typy odvzdušňovačov, resp. prevzdušňovačov. Ide o určitý filter, systém (inhalácie a exhalácie) vysušovania pomocou hygroskopických činidiel (silikagél) a tiež odstraňovania mechanických nečistôt. Pri návrhu konštrukcie mazacieho systému stroja treba na to pamätať. Vizuálnou kontrolou týchto filtrov môžeme jednoducho kontrolovať stav olejovej náplne. Na obr. 2 je uvedený ako príklad, filter na vysušovanie vlhkosti a odstraňovanie pevných nečistôt zo vzduchu.

Obrázok č. 2

Spôsoby odstraňovania vody, ošetrovanie mazacích olejov
V odbornej oblasti zameranej na ošetrovanie mazacích olejov sa všeobecne stretávame s chemickými a fyzikálnymi postupmi, ktoré sa používajú na regeneráciu a čistenie použitých olejov. K fyzikálnym čistiacim postupom sa zahrňujú všetky spôsoby, ktoré využívajú fyzikálne javy. Do týchto čistiacich postupov počas prevádzky zahrňujeme:
 odstreďovanie,
 filtrácia mazacích olejov

Uvedené dva postupy ošetrovania mazacích olejov môžu byť v prevádzke stroja navzájom veľmi úzko prepojené. Pomocou odstreďovania sa odstráni nadmerná vlhkosť (voda) a samotné dočistenie sa vykoná pomocou vhodnej filtrácie, napr. obtoková filtrácia (bypass). Odstreďovanie je založené na princípe vytvorenia odstredivej sily, pomocou ktorej sa ťažšie častice v oleji separujú. Čím väčší je rozdiel v špecifickej hmotnosti medzi nečistotami a olejom, tým je proces efektívnejší. Preto odstredivky často pracujú efektívnejšie pri menších merných hmotnostiach a nízkej viskozite olejov, ako sú napr. turbínové alebo hydraulické oleje. V odstredivke sa môže odstrániť voľná a čiastočne aj emulgovaná voda, ale nie viazaná voda. To všetko závisí od druhu použitých prísad v oleji, ktoré môžu zadržiavať vodu v suspenzii s olejom. V prípade odstreďovania platí, že čím je nižšia teplota oleja, tým je efektívnejší spôsob odstraňovania vody, pretože veľa vody je v emulgovanom a voľnom stave. Nevýhodou odstredivky je, že odstraňuje len voľnú a čiastočne emulgovanú vodu. V tab. 4 uvedieme možnosti odstraňovania vody z mazacích olejov podľa odporúčaných postupov ošetrovania.
Nepretržité odstreďovanie sa neodporúča – môže nastať úbytok prísad v mazacom oleji. Treba spomenúť, že spôsob odstreďovania v spojení s filtráciou nám ponúka väčšiu efektívnosť ošetrovania, zhodnocovania mazacích olejov počas prevádzky. Na odstránenie viazanej vody z mazacieho oleja je vhodná vákuová destilácia.

Záver
Vlhkosť sa pravidelne objavuje v mazacích systémoch strojov, vyskytuje sa v mazacích olejoch, čo vedie často k nepredvídateľným zmenám ich funkčných vlastnosti. To môže viesť až k poruchám strojov a zariadení. Cieľom príspevku bolo poukázať na tento stav a upozorniť na problémy, ktoré sa môžu vyskytnúť. Voda je životodarná kvapalina, ale v spomínaných technických a technologických prípadoch je pri použití mazacích olejov nežiaduca.

text/foto Jozef Stopka