LUBRIFICANTI AD ALTO RENDIMENTO PER MOTORI BIOGAS E LORO GESTIONE MEDIANTE ANALISI PREDITTIVA. NILS SPA dr. Ivo Cordioli

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1 LUBRIFICANTI AD ALTO RENDIMENTO PER MOTORI BIOGAS E LORO GESTIONE MEDIANTE ANALISI PREDITTIVA

2 La nostra breve trattazione odierna riguarderà essenzialmente le problematiche connesse alla lubrificazione di motori endotermici per la cogenerazione e alle tecniche di monitoraggio al fine di ottenere la massima resa e durata dei motori stessi e i minimi costi di gestione. I lubrificanti principalmente in uso sono di natura minerale, solo di recente vanno diffondendosi alcuni tipi a base sintetica per rispondere alle sempre crescenti esigenze dei produttori di cogeneratori. La viscosità più diffusa è SAE 40, ovvero si tratta di lubrificanti unigrado, tendenzialmente più viscosi dei classici prodotti da autotrotrazione.

3 Principali requisiti: - lunga durata (stabilità termica e ossidativa) - minima formazione di depositi nel motore - ottimizzazione dei consumi - potere detergente - protezione anti-usura La sfida principale nella lubrificazione di motori a cogenerazione è rappresentata dal tipo di combustibile utilizzato, in particolare dall uso del BIOGAS.

4 IMPIANTI DI COGENERAZIONE A BIOGAS Il biogas è un gas combustibile che si sviluppa per fermentazione anaerobica di sostanze organiche di varia natura. E un processo che viene portato avanti da varie specie di microrganismi batterici. Le sostanze organiche che vengono usate per la fermentazione sono solitamente resti vario tipo: - liquami organici, solidi e liquidi - residui vegetali o alimentari - legno - ecc. Il biogas è costituito per un 50-70% di metano e per il resto di altri tipi di gas di varia natura in percentuale differente a seconda del tipo di sostanze organiche da cui deriva.

5 Il biogas, pur essendo composto in larga parte da metano, che rappresenta la componente «nobile» e la cui combustione genera l energia necessaria all Impianto, è quindi un gas impuro e contiene anche componenti di altro tipo (es. ammoniaca, acido solfidrico e altro), molto aggressivi, che possono provocare un precoce invecchiamento del lubrificante. Tale invecchiamento può essere ulteriormente accelerato da altri fattori quali: - temperature di esercizio tendenzialmente superiori ai normali oli motore - riduzione dei volumi di lubrificante impiegato - aumento delle ore di esercizio

6 Da un punto di vista formulativo tali lubrificanti rappresentano una sorta di sfida per il produttore in quanto devono tenere conto di due esigenze contrapposte: lunga durata, detergenza, protezione dagli acidi, anti-usura, riduzione depositi nel motore FORTE ADDITIVAZIONE RIDUZIONE ADDITIVAZIONE

7 Consci delle difficoltà di lubrificazione e detergenza i costruttori (principalmente GE JENBACHER, MAN, MWM )hanno previsto due tipi diversi di lubrificante in funzione del tipo di gas bruciato nei loro motori. Nei casi in cui tali motori siano alimentati con metano puro è consigliato un olio a basso contenuto di ceneri (per non sporcare troppo il motore stesso), mentre nel caso di motori a biogas si opta per un olio ad alto contenuto di ceneri (ovvero molto additivato). Uniche eccezioni sono quelle in cui si possa provare che la qualità del biogas a disposizione è molto buona. OLIO LOW ASH - metano - biogas pulito OLIO HIGH ASH - biogas tradizionale

8 Nel suo programma di prodotti dedicati alla cogenerazione NILS offre due prodotti innovativi, formulati sulla base di componenti di ultima generazione, omologati dopo lunghe prove sul campo in collaborazione ai principali costruttori, e consolidati dall esperienza di vari anni presso una vasta gamma di utilizzatori. Olio low ash (cogenerazione a metano o biogas «pulito») Olio high ash (cogenerazione biogas)

9 NILS BURIAN LIGHT Burian è un olio per motori a cogenerazione del tipo LOW ASH, basso contenuto di ceneri. Per questo è particolarmente adatto per l impiego su motori alimentati a metano e biogas pulito. Tale prodotto è omologato: - MWM (ex DEUTZ) ed è parimenti consigliato per motori: - MAN - GE JENBACHER - MTU (ex MDE)

10 NILS BURIAN Burian è un olio per motori a cogenerazione del tipo HIGH ASH, alto contenuto di ceneri. Per questo è particolarmente adatto per l impiego su motori alimentati a biogas. Tale prodotto è omologato: - MAN - MWM (ex DEUTZ) - GE JENBACHER e raccomandato per: - CATERPILLAR

11 NILS BURIAN, olio per motori a biogas, rappresenta la perfetta sintesi di quel formulativo prima accennato. E infatti un prodotto con: EFFICACE PROLUNGAMENTO DEGLI INTERVALLI DI SOSTITUZIONE MASSIMA DETERGENZA DEL MOTORE (anche con biogas «sporchi») Alcuni esempi tratti da prove effettuate in collaborazione con i costruttori.

12 MAN: motore E2842 LE302 Caratteristiche: - 12 cilindri KW giri/min - 40 litri olio

13 - relativamente alle condizioni del biogas presente, con una media di 450 ore di utilizzo, si è potuto aumentare del 50% la durata di ogni intervallo di sostituzione - le usure riscontrate sono rimaste ben al di sotto dei limiti posti dal costruttore stesso - l ottimo stato dei componenti meccanici è stato confermato dopo lo smontaggio del motore che sono risultati integri e straordinariamente puliti

14 MWM (ex DEUTZ POWER SYSTEM): motore TCG 2016 V12 Caratteristiche: - 12 cilindri KW giri/min litri olio

15 Aumento viscosità (%) Ossidazione (A/cm) SOSTITUZIONE Come da specifiche Deutz il test è stato iniziato con olio low ash. Solo in seguito, considerando la necessità di prolungare gli intervalli di sostituzione si è optato per la versione high ash, ovvero il Burian. BURIAN LIGHT BURIAN

16 Risultati: - prolungamento degli intervalli di sostituzione - minima usura presente - estrema pulizia del motore, assenza di depositi

17 GE JENBACHER: motore J320 (serie 3) Carattertistiche: - 20 cilindri KW giri/min litri olio

18 Particolarmente significative le foto relative a Varie parti del motore in seguito a normale ispezione dopo vari cicli con intervalli sostitutivi di quasi 3000 ore l uno.

19 In questo settore assume una importanza cruciale la MANUTENZIONE PREDITTIVA MEDIANTE ANALISI DEL LUBRIFICANTE Queste deve essere: - RAPIDA nei tempi di esecuzione e invio degli esiti - PRECISA nella determinazione dei parametri richiesti - PROPOSITIVA per una effettiva valenza pratica dal punto di vista dell utilizzatore

20 Le analisi sul lubrificante assumono in questo settore una importanza fondamentale. L insieme dei parametri analizzati consentono di disegnare un quadro della salute del lubrificante e decidere se proseguire l utilizzo o procedere ad una sostituzione. Parallelamente vengono verificati i dati di usura del motore. Gli intervalli di sostituzione, che già è difficile stabilire a priori su altri tipi di impianti, sono da valutare caso per caso per questi motori. In particolare per i motori biogas la durata dell olio è strettamente legata al tipo di biogas utilizzato. Un gas più acido provoca di sicuro un invecchiamento più rapido e intervalli più brevi. Il monitoraggio deve anche avvenire in maniera costante e duratura in quanto la qualità degli stessi gas può variare in base agli scarti destinati alla fermentazione. Altri fattore che influenza la durata della carica di olio è la capacità volumetrica del serbatorio di lubrificante.

21 Principali parametri analizzati 1) VISCOSITA tendenza alla crescita in seguito a ossidazione (es. estremo di olio a 470 ore) 2) ACQUA anche minime quantità (0,2%) possono influenzare l ossidazione del lubrificante e l azione degli additivi

22 3) T.B.N. (TOTAL BASIC NUMBER) E una additivazione degli oli motore, in particolare anche per cogenerazione, che ha la funzione di neutralizzare gli acidi che si formano per invecchiamento dell olio o provenienti dall esterno. Ogni olio motore ne possiede un certo quantitativo iniziale che si consuma in un certo lasso di tempo a seconda dell entità della presenza acida. Al di sotto di una certa soglia si consiglia la sostituzione della carica di olio. (olio 700 ore, TBN iniziale di 8,6 mg KOH/g)

23 4) T.A.N. (TOTAL ACID NUMBER) Si tratta del contenuto di acidi presenti nell olio. Tale contenuto è in continua crescita in seguito all ossidazione del lubrificante e all azione degli inquinanti esterni. E un controllo critico soprattutto sui motori biogas a causa dell estrema aggressività e acidità di questi ultimi.

24 5) usure / accumulo di inquinanti solidi (es. Si) Fe Tramite opportuni strumenti di analisi è possibile individuare il tipo e la quantità di elementi di usura presenti. Al I tipi di metalli che si ritrovano sono molto diversi in un motore e ciò consente di individuare con maggiore facilità i punti di origine del fenomeno di usura. Ni Cu La presenza di silicio in forma di silicati di dimensioni variabili può avere forte influenza sullo sviluppo di usura dei meccanismi per effetto abrasivo e va pertanto monitorata.

25 L analisi del lubrificante consente di individuare l usura già nei primi stadi in cui si manifesta. Il referto qui riportato, relativo ad un olio SAE 40 con 400 ore di utilizzo, dimostra come i valori di usura subiscano una decisa impennata quando il lubrificante è molto inacidito (TBN praticamente esaurito) ed è presente acqua in quantità superiore ai limiti di sicurezza (0,15-0,2%).

26 Considerata l importanza dell analisi del lubrificante per stabilire gli intervalli di sostituzione delle carica di olio o l esigenza di effettuare manutenzioni, i principali costruttori hanno elaborato tabelle con limiti di riferimento per i vari parametri.

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28 Alcuni esempi da applicazioni pratiche motore MWM intervallo di sostituzione prolungato di oltre 2000 ore

29 motore Jenbacher vari serbatoi olio lubrificante, ca. 750 litri, raddoppio delle ore di durata di una singola carica