نقش سدیم و پتاسیم در آنالیز روغن موتور

با درود فراوان به محضر مبارک تمامی مخاطبین محترم و معزز این وبلاگ مهندسی

هدف از این پست، ارائه پاسخ به سوال مطرح شده توسط یکی از مخاطبین و خوانندگان محترم در خصوص آنالیز روغن (سطح پیشرفته) و تفسیر وجود سدیم و کلسیم بیش از حد در نتایج آنالیز عناصر شیمیایی می باشد.

شرح سوال: نتایج آنالیز عناصر واصله از آزمایشگاه برای یک دیزل ژنراتور 16 سیلندر نشان دهنده افزایش غیرعادی سدیم در روغن است. ژنراتور ما در کنار دریا یا حتی نزدیکی آن نیست! اخیرا، با اندازه گیری درون سایت (آنالیزور پرتابل) متوجه افزایش پتاسیم هم شده ایم. همچنین، ویسکوزیته روغن نیز افزایش داشته (روغن سفتتر شده). این نتایج برای من کمی گیج کننده است. این افزایش مقادیر را چطور می توان تفسیر کرد؟

پاسخ: در منابع مطالعاتی مختلف، علل متعدد و متنوعی برای حضور سدیم یا ترکیبات سدیم دار در روغن های موتوری ذکر شده است: از ضدیخ/ضد جوش گرفته تا نمک دریا، نمک های کویری، ادتیو ها، تغلیظ گر گریس، برخی روغن های پایه، نفوذ گرد و خاک، آب چاه، و... . اینکه کدامیک از این منابع باعث و بانی افزایش سدیم در نمونه روغن موتوری شما شده اند، بیشتر بستگی به محیط استقرار و عملکرد دیزل ژنراتور و نحوه تعمیر، نگهداری، و سرویس آن دارد.

از طرفی، پتاسیم یک منشا ویژه و مشخص دارد که آنهم ضدیخ/ضد جوش است. اما، به این سادگی نمی توان نتیجه گرفت که بله! چون سدیم و پتاسیم در آنالیز روغن زیاد شده، پس حتما کسی ضد یخ/ضد جوش داخل مدار روغن ریخته یا نشتی ضد یخ دارم!

موضوع کمی پیچیده تر است! چراکه بنا به تجربه شخصی نویسنده، این نتیجه گیری با خطای بسیار همراه است و بمنظور کاهش این خطا باید روند تغییرات (افزایشی یا کاهشی) عناصری چون بور (B)، کروم (Cr)، فسفر (P)، و سیلیس (Si) را نیز در نظر گرفت و با رسم یک نمودار مقایسه ای-تجمعی چند معیاره به تصویر دقیقی از وضعیت روغن موتور دست یافت. در صورتیکه تمامی عناصر فوق روندی هارمونیک داشته باشند، می توانید نتیجه بگیرید که جایی از مدار روغنرسانی موتور شما نشتی ضد یخ/ضد جوش وجود دارد. این بدان معناست که باید جایی در مدار روغنرسانی دیزل ژنراتور خود بدنبال یک یا چند مورد از موارد زیر باشید:

-واشر آببند/درزگیر خراب؛

-هرگونه فرسایش الکتروشیمیایی؛

-هرگونه فرسایش ناشی از کاویتاسیون؛

-خوردگی لاینر ها؛

-هرگونه آسیب دیدگی رادیاتور یا مدار خنک کاری موتور؛

-آسیب دیدگی واشر سرسیلندر؛

-هرگونه ترک خوردگی یا آسیب دیدگی بلوک موتور یا سرسیلندر ها

همانگونه که به درستی تشخیص داده اید، نفوذ و انحلال ضد یخ/ضد جوش می تواند منجر به افزایش ویسکوزیته سینماتیک شود. اما این افزایش در دمای 40 درجه سلسیوس چندان محسوس نیست. بدین ترتیب، توصیه می شود که از نمونه روغن خود تست دانسیته گرفته و نتایج تغییر در ویسکوزیته دینامیک را در دو نقطه دمایی 40 و 100 درجه سلسیوس دنبال کنید. بدین ترتیب به نتایج واضح تری خواهید رسید. در عین حال، می توانید جهت دستیابی به یک تصویر واضح تر، نمودار مقایسه ای-تجمعی از دو معیار ویسکوزیته دینامیک و عدد اسیدیته کل (TAN) یا عدد قلیایی کل (TBN) را رسم کرده و نتایج را عینا ببینید و تفسیر کنید. افزایش TAN در هارمونی با ویسکوزیته دینامیک می تواند موید رفتار خورنده و غیرمعمول روغن موتور شما در اثر آلودگی جریان روغن به ضد یخ/ضد جوش باشد. نفوذ ضد یخ/ضد جوش در مقادیر اندک (زیر 5 درصد حجمی) به روغن موتور می تواند موجب تشکیل ژله های بنفش رنگ شود. این ژله ها را می توانید در لابلای کاغذ فیلتر روغن ببینید. در صورتیکه میزان انحلال ضد یخ/ضد جوش در روغن از 5 درصد فراتر رفته و به 10 درصد و بیش از آن (کمتر از 20 درصد حجمی) برسد، تشکیل ژله ها آنقدر زیاد می شود که فیلتر را مسدود کرده و مسیر بای پس باز (By Pass) خواهد شد. بنابراین، در صورتیکه هنوز فیلتر های روغن موتور خود را باز بینی نکرده اید، ولی شاهد گرفتگی پیش از موعد فیلتر و باز شدن مکرر مسیر روغنرسانی بای پس (By Pass) هستید، می توانید نتیجه بگیرید که در مدار روغنرسانی تجهیز نشت ضد یخ/ضد جوش وجود دارد.

نفوذ و انحلال ضد یخ/ضد جوش در روغن موتور می تواند باعث اشکالاتی اعم از افزایش ویسکوزیته (بیشتر دینامیک)، گرفتگی فیلتر های روغن در اثر تشکیل کامپاند های امولسیونی (بیشتر به شکل ژله)، تشکیل ترکیبات اسیدی و بروز خوردگی ناشی از آن در مدار روغنرسانی، و در نهایت گرفتگی مدار روغن و عدم روغنرسانی صحیح شود. اما، چیزی که بنا به تجربه شخصی نویسنده این سطور بیش از موارد فوق اهمیت داشته و می تواند موجب توقف کامل دیزل ژنراتور شود، پدیده ای با عنوان «ساچمه های روغن» می باشد که حاصل واکنش شیمیایی (مکانیزم هیدرولیز) بین کلسیم سولفونات (بعنوان یکی از کامپاند های دیترجنت همیشه حاضر در ساختار روغن موتور) و اتیلن گلیکول (ماده اصلی تشکیل دهنده ضد یخ/ضد جوش)  است. جزییات این زنجیره واکنشی در جدول 1 نشان داده شده است.

جدول 1: خلاصه ای از زنجیره واکنشی (هیدرولیز) بین ترکیبات کلسیم دار و اتیلن گلیکول تا تشکیل ساچمه های روغن

شکل 1: تصویری از ساچمه های روغنی با بزرگنمایی 1000 برابر از ساچمه های روغن فرورفته در لایه محافظ بابیتی یک برینگ که با میکروسکوپ الکترونی گرفته شده است

این ساچمه ها قطری 5 تا 40 میکرونی داشته و از سختی قابل توجه 48 HRC برخوردارند. لذا، با توجه به این سایز و این میزان از سختی براحتی قادر به تخریب و فرسودن بابیت برینگ ها و سطح میل لنگ خواهد بود. برای اطلاعات بیشتر در این زمینه، مطالعه مقاله ای در این خصوص از طرف انجمن مهندسی خودروی ایالات متحده امریکا با عنوان

Influence of Oil Balls on Premature Overlay Removal of Diesel Engine Connecting Rod Bearings

نوشته M. Patel، چاپ شده در نشریه مهندسی خودروی همین انجمن با شماره مقاله SAE Paper 810501 توصیه می شود. روند تشکیل و توزیع این ساچمه های روغنی در شکل 2 نشان داده شده است.

شکل 2: شماتیکی از روند تشکیل ساچمه های روغنی در روغن موتور

بمنظور تشخیص روند تشکیل این ساچمه ها در جریان روغن، بهترین گزینه، مطالعه روند تغییرات سدیم به کلسیم (Na/Ca) می باشد. سیر صعودی گرفتن این نسبت، می تواند دال بر آلودگی شدید جریان روغن بوده و بهانه ای برای هشدار و مطالعه عمیقتر وضعیت موتور باشد.