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Cours de Mécanique industrielle - Huiles industrielles (2)

 
Note par nos Maxinautes :  

1. Huiles à compresseurs

Un compresseur est une machine qui élève la pression d'un gaz et le refoule pour des applications comme la combustion, la réfrigération, le transport de gaz et de nombreux autres usages.

Les huiles à compresseurs doivent :

- assurer un entraînement d'huile moins important dans le réseau (air, climatisation, etc.) ;

- avoir une volatilité la plus faible possible ;

- être compatibles avec le gaz à comprimer.

Les fabricants spécifient des huiles en fonction :

- du type de compresseurs,

- de son rendement,

- de son environnement.

La norme ISO VG détermine le grade de viscosité cinématique lors de la fabrication des huiles à compresseur.

L'expérience démontre que le choix d'une huile synthétique satisfait très bien les exigences de certains compresseurs.

2. Sélection d'une huile industrielle

Le choix d'une huile industrielle est influencé par les facteurs suivants :

- la charge (pression),

- la vitesse,

- la température,

- l'environnement.

La charge (pression) :

  • La charge est la somme de travail que le lubrifiant doit effectuer.
  • Il faut que le lubrifiant résiste aux pressions exercées si l'appareil fournit une plus grande puissance.

La vitesse :

La vitesse joue un rôle important dans le choix d'un lubrifiant :

  • plus la vitesse augmente, plus l'usure augmente.

Le fabricant détermine la bonne viscosité du lubrifiant en fonction de la vitesse de fonctionnement de l'appareil.

La température :

La température agit directement et considérablement sur les lubrifiants.

  • Une température basse fera épaissir l'huile.

Le fabricant suggère des viscosités différentes en fonction de la température ambiante où fonctionne un appareil.

L'indice de viscosité (VI) :

Imposé par les conditions d'utilisation et les conditions climatiques.

Par exemple VI 100 ou VI > 100.

  • L'indice de viscosité est amélioré par certains additifs.

Le niveau anti-usure et extrême pression :

  • Imposé par la sévérité des conditions de fonctionnement mécaniques.

Le niveau de filtration :

Ce critère intervient dans les circuits hydrauliques pour éliminer les particules contenues dans le lubrifiant.

Certains organes (exemple servovalves) imposent un niveau de filtration très poussé.

Homologations

Les fabricants imposent des homologations de type AFNOR, DIN etc…

Environnement :

L'environnement et le milieu d'application d'un lubrifiant ont une importance considérable dans le choix de celui-ci.

Par exemple, si l'huile est utilisée dans un système qui contient de l'eau, elle devra être démulsifiable, surtout si elle est :

  • agitée ;
  • brassée ;
  • éclaboussée.
3. Sélection d'une huile : cas pratique

En industrie, les manuels d'entretien sont parfois rédigés en anglais seulement mais il y a obligation maintenant à ce qu'ils soient traduits en français.

présentation d' exemples tirées d'un manuel d'installation et d'entretien.

Exemple 1: boîte d'engrenages.

  • La figure suivante montre une boîte d'engrenages de série H (horizontal) et sa plaque signalétique.

Plaque signalétique et croquis d'une boîte d'engrenages :

Sur la plaque, on trouve les éléments suivants :

"Order No" = numéro de commande à l'achat de l'appareil ;

"kW Rating" = estimation de la puissance en kW ;

"Output RPM" = nombre de rotations par minute à l'arbre de sortie ;

"Oil change period" = fréquence de renouvellement de l'huile ;

"Type" = modèle de la boîte d'engrenages ;

"Ratio" = rapport entre les tr/min de l'arbre d'entrée et de l'arbre de sortie ;

"D B Oil Grade" = grade de l'huile.

Exemple 2 : lubrifiants utilisables.

La figure suivante montre la liste des lubrifiants utilisables dans cette boîte d'engrenages.

  • La première colonne donne la liste des fabricants d'huiles ; 
  • la deuxième présente le nom commercial correspondant aux huiles ;
  • la troisième présente le grade de viscosité de l'huile 6E.

Notez que dans cette colonne, le chiffre entre parenthèses indique la plus basse température en °C à laquelle peut fonctionner la boîte d'engrenages.

Liste de lubrifiants recommandés par le fabricant d'une boîte d'engrenages :

Fabricants d'huile
Nom commercial de l'huile
DB Grade 6E EP Oils
Ampol Ltd.
Applied Chemicals Ltd.
Batoyle Ltd.
B.P. Oil Ltd.
Burmah-Castrol (U.K.) Ltd.
Burmah-Castrol (U.K.) Ltd.
Caltex (U.K.) Ltd.
Caltex (U.K.) Ltd.
Carl Bechem GmbH
Century Oils Ltd.
Century Oils Ltd.
Chemico (Pty) Ltd.
Esso Petroleum Co. Ltd.
Fuchs Minealoelweke GmbH
Gulf Oil (G.B.) Ltd.
Kuwait Petroleum International
Lubrication Engineers Inc.
Mobil Oil Co. Ltd.
Omega Manufacturing
Co. Pty. Ltd.
Optimol Olwerke GmbH
Optimol Olwerke GmbH
Optimol Olwerke GmbH
Petrofina (U.K.)
Petromin Lubricating Oil Co.
Shell Lubricants (U.K.) Ltd.
Texaco Ltd.
Total
Trek-Petroleum (Pty.) Ltd.
Gearlub SP
Tribol 1100
Remus
Energol GR-XP
Alpha ES
Alpha SP
Meropa Lubricant
RPM Borate EP Lubricant
Bechem Staroil C-LP
Centlube …76 Series
Special WE Gear Oils
Lubro Gear Oil GEP
Spartan EP
Renep Super
EP Lubricant HD
Q8 Goya
Almasol Vari-purpose Gearlube
Mobil Gear 600 Series
Omega 690

Optigear
Optigear BM
Ultra
Giran
Gearlube
Omala
Meropa Lubricant
Carter EP
Trek Gear Oil EP
320 (-1)
320 (-18)
320 (-2)
320 (-10)
320 (-22)
320 (-16)
320 (-4)
320 (-4)
109 (-13)
G76 (-1)
WE Medium (-4)
320 (-11)
320 (-11)
8 (-10)
320 (-7)
320 (-13)
605 (-113)
632 (-113)
SAE 85W/140
(-15)
5180 (-9)
320 (-10)
5180 (-10)
320 (-7)
6EP (-7)
320 (-7)
320 (-13)
320 (-7)
320 (-10)
DANGER
Numbers in brackets indicates recommended minimum operating temperature in C°. THE UNIT MUST NOT BE RUN BELOW THIS TEMPERATURE.

Exemple 3 : la contenance d'huile :

Le tableau de la figure suivante montre la contenance d'huile de tous les modèles de boîtes d'engrenages de la série H.

Ce tableau permet de déterminer la quantité d'huile approximative.

La plaque signalétique indique également qu'il s'agit du modèle B3M 280.

En parcourant la colonne Type of unit de la figure suivante,

  • vous trouvez le B3 ;
  • sur la même ligne horizontale, vous trouvez le chiffre 50, exprimé en litres, qui correspond à la colonne 280 ;
  • la lettre M veut dire que la boîte d'engrenages est motorisée.

Contenance d'huile des boîtes d'engrenages de la série H :

Caractéristiques d'une huile pour engrenages :

Exemple 4 : le choix d'huile

le choix de l'huile peut se faire de deux manières :

  • à l'aide du manuel d'entretien ;
  • ou de la plaque signalétique.

Par exemple, si notre fournisseur principal est Esso , le manuel d'entretien suggère l'utilisation du Spartan EP ayant un grade de viscosité de 320.

Sur la plaque signalétique (figure 1.40), le D B Oil Grade indique 6E. C'est un grade AGMA qui correspond au grade 320 de la norme ISO (figure ci-dessous).

Les renseignements techniques du Spartan EP indiquent également les numéros AGMA correspondant au grade du lubrifiant à sélectionner.

Huiles industrielles pour boîtes d'engrenages :

Huiles industrielles pour boîtes d'engrenages
Grade AGMA
Grade
de viscosité ISO
équivalent
Équivalent
approximatif
en unités SUS
R&O avec inhibiteur
Type EP
1

2

3

4

5

6

7*

8*

8A*

-

2EP

3EP

4EP

5EP

6EP

7EP

8EP

-

46

68

100

150

220

320

460

680

1 000

215

315

465

700

1 000

1 500

2 150

3 150

4 650

* Mélangé à une huile grasse ou à une huile synthétique grasse dans une proportion de 3 à 10 %

 

4. Huiles synthétiques

Dans certains cas d'applications particulières et sévères, les conditions de fonctionnement des machines industrielles (température, pression, vitesse, etc.) conduisent à préconiser un lubrifiant de synthèse.

Les huiles synthétiques sont obtenues par réactions de plusieurs composants pétrochimiques.

Définition :

Les huiles synthétiques, qui représentent 5 % du marché mondial des lubrifiants, ont été développées au début des années 40 par l'industrie aéronautique.

On jugeait alors que les huiles minérales n'étaient pas assez efficaces dans le cadre d'écarts de température très élevés.

Aujourd'hui, certains fabricants de machinerie recommandent ce type d'huile parce qu'elle constitue la meilleure solution face aux contraintes technologiques élevées :

  • les températures ;
  • les pressions ;
  • les vitesses.

Une huile synthétique est une matière onctueuse obtenue par la réaction chimique de plusieurs composants dans des conditions contrôlées. On peut obtenir de l'huile synthétique à 100 %.

Certains fabricants optent pour un mélange d'huile minérale et d'huile synthétique, ce qui se solde par un meilleur rapport entre le coût et le rendement.

Cependant, la norme ISO n'est pas applicable à un lubrifiant synthétique contenant plus de 15 % d'huile minérale.

Contrairement à l'huile minérale, l'ajout d'additifs est nécessaire à la fabrication d'une huile synthétique capable d'assurer une lubrification optimale.

On regroupe les lubrifiants synthétiques en quatre catégories principales :

- les esters (diesters et polyolesters),

- les esters de l'acide phosphorique,

- les polyglycols,

- les hydrocarbures de synthèse.

Les esters :

Ils sont issus de la réaction d'un alcool et d'un acide organique.

Les esters sont caractérisés par :

- leur indice de viscosité élevé ;

- leur faible volatilité ;

- leur point d'écoulement bas ;

- leur fluidité à basse température.

Les esters sont utilisés dans :

  • les équipements aéronautiques,
  • les compresseurs,
  • les turbines à gaz;
  • les moteurs thermiques.

Caractéristiques : fluides résistants au feu mais incompatibles avec les huiles minérales.

Les esters de l'acide phosphorique,sont utilisés dans :

  • les circuits hydrauliques ;
  • les turbo-alternateurs des centrales nucléaires et thermiques.

Caractéristiques : ils sont résistants au feu.

Les polyglycols :

Ce sont des polymères linéaires qui possèdent des fonctions (polyéthylène glycol).

Les polyglycols ont :

  • un pouvoir lubrifiant élevé ;
  • un indice de viscosité élevé ;
  • un point d'écoulement bas ;
  • une bonne stabilité thermique.

Ils permettent la lubrification à très haute température (180°C) et sont utilisés pour :

  • les engrenages spéciaux ; 
  • les compresseurs ;
  • l'usinage des métaux (huile de coupe).

Attention :

  • Ce lubrifiant synthétique est incompatible avec les huiles minérales.
  • Les polyglycols détruisent également les joints d'étanchéité classiques.
  • Il est recommandé de les utiliser avec des joints en téflon, en viton ou en caoutchouc de silicone.

Les hydrocarbures de synthèse :

Ils sont issus d'une opération de polymérisation d'alphaoléfine.

Le produit obtenu s'appelle PolyAlphaOléfine connu sous le nom de PAO.

Les hydrocarbures de synthèse sont les lubrifiants synthétiques les plus utilisés en industrie parce qu'ils permettent un mélange homogène (compatible et miscible) avec toutes les huiles minérales.

Ils sont surtout utilisés dans:

  • les moteurs thermiques,
  • les systèmes hydrauliques,
  • les engrenages,
  • les paliers,
  • les compresseurs,
  • les circuits frigorifiques,
  • les pompes à chaleur, etc.

Ils ont un ensemble de propriétés trés importantes :

  1. - un indice de viscosité élevé,
  2. - une fluidité à très basse température,
  3. - un point d'écoulement bas,
  4. - une excellente stabilité chimique et thermique,
  5. - une faible volatilité,
  6. - une lubrification à haute température,
  7. - une grande résistance à l'oxydation.

Le tableau de la figure suivante montre la comparaison entre une huile minérale et une huile synthétique (hydrocarbure de synthèse).

Comparaison entre une huile minérale et un hydrocarbure de synthèse :

HUILE
99°C
38°C
- 18°C
- 40°C
Point écoulement
Point éclair
Minérale
5,3 cSt
32,9 cSt
Non mesurable
Non mesurable
- 18°C
218°C
Synthétique
5,8 cSt
31,6 cSt
1 010 cSt
7 790 cSt
- 54°C
235°C

Vous remarquez :

  • que la viscosité de l'huile synthétique est mesurée aux températures de - 18°C et - 40°C ;
  • que les températures de son point d'écoulement et de son point d'éclair sont respectivement beaucoup plus basses et plus élevées que celles de l'huile minérale

Avantages et inconvénients :

Avantages :

Un lubrifiant synthétique a les avantages suivants :

- l'espacement entre les vidanges (plus longue vie du lubrifiant),

- une lubrification efficace à très haute température,

- une suppression du réchauffage de l'huile au moment de la mise en marche d'un appareil,

- très peu de perte par évaporation,

- une bonne durée de vie des organes mécaniques,

- une diminution de la consommation d'huile,

- une augmentation de la performance de l'appareil.

Inconvénients :

Le seul élément négatif est son coût qui est de quatre à cinq fois plus élevé que celui d'une huile minérale.

L'expérience démontre que l'utilisation des huiles minérales satisfait la majorité des applications en industrie.

Procédure générale de remplacement d'huile :

Une huile usagée peut, à la longue, être de moindre qualité et causer la détérioration des composants d'un appareil.

Les fabricants de machines industrielles ont fait des études statistiques pour garantir la qualité d'une huile.

  • il faut respecter les recommandations du fabricant concernant la fréquence de vidange.
  • Le respect de la procédure du remplacement de l'huile permet d'assurer une longévité accrue d'un appareil.

La procédure suivante peut être prise comme guide lorsque vous effectuerez la vidange d'une huile.

1. Consultez le manuel d'entretien de l'appareil pour vous assurer du bon choix du lubrifiant et pour vérifier s'il y a une consigne particulière de vidange. Il peut arriver que le grade du lubrifiant à utiliser soit inscrit sur la plaque signalétique de certains appareils.

Dégagement de l'appareil :

2. La majorité des appareils industriels peuvent démarrer à distance. Assurez vous que l'appareil est verrouillé ("Énergie zéro") c'est-à-dire qu'il ne peut démarrer sans votre approbation. En industrie, des règlements de sécurité s'appliquent lorsqu'on doit réparer une machine. Ainsi, il est nécessaire qu'un électricien verrouille le démarreur électrique de cette machine.

Vidange de l'huile usée :

3. Faites la vidange lorsque l'appareil vient d'être arrêté et que l'huile est encore chaude.

4. Glissez le bac de récupération sous le bouchon de vidange, desserrez-le avec une clé à molette, puis retirez-le à la main. Une pompe d'aspiration peut dans certains cas être utilisée.

5. Notez la température, les phénomènes de formation de mousse et les autres particularités lors de l'écoulement de l'huile, si nécessaire. La présence de particules foncées ou brillantes peut dénoter l'usure prématurée de certains organes mécaniques.

Remplacement du filtre et de l'huile :

6. Dans le cas d'un système par circulation d'huile, vérifiez les composants du circuit et spécialement les filtres, les crépines et le réservoir. Nettoyez ou changez l'élément filtrant si nécessaire. Prenez note que certains appareils possèdent un reniflard. Assurez-vous qu'il n'est pas bouché.

7. Utilisez de préférence une pompe aspirante pour évacuer tous les résidus de la vieille huile qui peuvent s'accumuler dans le fond du carter. Le carter est une enveloppe métallique étanche située sous l'appareil. Il sert de cuve. Dans le cas des systèmes hydrauliques, son nettoyage est nécessaire pour éliminer le cambouis, le vernis ou autres dépôts. Il est nécessaire d'utiliser une huile de rinçage de viscosité assez élevée qui n'endommage pas les appareils du système.

8. Nettoyez le bouchon de vidange et la rondelle et vissez-le bouchon à la main. Quand il arrive en fin de course, serrez-le d'un demi-tour avec une clé.

9. Vérifiez la quantité d'huile indiquée dans le manuel d'entretien de l'appareil. Lors du transvasement de l'huile neuve dans le carter, assurez-vous de la propreté des récipients ou des pompes de transfert.

Vérification du niveau d'huile et de l'étanchéité :

10. Après avoir fait tourner à vide l'équipement au moins une minute (si cela est possible), vérifiez le niveau d'huile et ajoutez-en au besoin. Soyez attentif à tout bruit anormal et essayez d'en localiser la source. Vérifiez l'étanchéité de l'appareil et apportez les correctifs nécessaires.

11. Ne jetez pas l'huile dans l'égout afin de protéger l'environnement. Dans plusieurs industries, il existe un contenant de récupération des huiles usées dont on se sert comme source d'énergie.

12. Notez la date de la vidange d'huile et du changement du filtre si nécessaire.

Recyclage de l'huile :

En France, le marché des lubrifiants représente environ 950 000 tonnes dont 370 000 tonnes de lubrifiants industriels :

- huiles de maintenance = 280 000 tonnes (dont 110 000 tonnes en hydraulique)

- fluides de production = 90 000 tonnes

- huiles moteur : 580 000 tonnes

On évalue :

  • qu'il est possible de récupérer près de la moitié de cette quantité ;
  • le reste étant consommé ou perdu en cours d'utilisation.

Plusieurs compagnies pétrolières offrent des programmes de récupération et de régénération des huiles usées afin de protéger l'environnement.

Quelques industries ont un programme de filtration des huiles hydrauliques et des systèmes de circulation d'huile.

La figure suivante montre un purificateur mobile qui est très utilisé en industrie.

Ce type de purificateur peut éliminer :

  • l'eau;
  • les particules;
  • la contamination des solvants, de l'air et des gaz.

Purificateur mobile d'huile :

Méthode d'installation d'un purificateur:

La figure suivante montre une méthode d'installation d'un purificateur mobile dans un système hydraulique.

Finalement, même si l'huile hydraulique est bien purifiée, il est préférable de toujours en faire une analyse afin de vérifier si ses propriétés sont intactes, ceci dans le but de prolonger la durée d'utilisation de cette huile.

Filtration en parallèle :

L'analyse d'huile :


La couleur d'une huile usée ne permet pas de diagnostiquer l'état de sa qualité.
Un laboratoire d'analyse d'huile peut attester de sa qualité en vérifiant :
• sa viscosité,
son indice d'acide,
la présence d'eau, etc.,

5. Résumé sur les huiles industrielles

A la suite de la lecture de cette étude, vous devriez retenir les points suivants plus particulièrement.

Une huile industrielle doit avoir les propriétés suivantes : une viscosité satisfaisante et stable, un point d'éclair bas, un point d'écoulement satisfaisant, des agents antimousse, "extrême pression" et anti-usure des inhibiteurs de corrosion, d'oxydation et de rouille, des émulsifiants ou des démulsifiants et des détergents.

- L'ingrédient de base d'une huile industrielle est de l'huile minérale à laquelle on ajoute des additifs afin d'obtenir la meilleure lubrification possible.

Les fabricants d'engrenages sélectionnent les lubrifiants en fonction du genre d'engrenages, de la dimension de l'engrenage, du montage de l'engrenage, de la vitesse de rotation, de la charge exercée sur les dents d'engrenages, de la température de fonctionnement et des matériaux utilisés dans la fabrication de l'engrenage.

- Les huiles hydrauliques doivent transmettre la puissance, fournir un joint visqueux et maintenir la pression du système.

Les huiles à compresseurs doivent assurer un entraînement d'huile moins important dans le réseau, une volatilité d'huile la plus faible possible et une compatibilité avec le gaz à comprimer.

Le choix d'une huile industrielle est influencé par la charge (pression), la vitesse, la température, l'indice de viscosité, le niveau anti-usure et extrême pression, le niveau de filtration, l'homologation et l'environnement où est installé l'appareil.

Les lubrifiants synthétiques se retrouvent en quatre catégories principales : les esters (diesters et polyolesters), les esters de l'acide phosphorique, les polyglycols et les hydrocarbures de synthèse.

Les hydrocarbures de synthèse sont les lubrifiants synthétiques les plus utilisés en industrie parce qu'ils permettent un mélange homogène avec les huiles minérales.

Le respect de la procédure du remplacement de l'huile permet d'assurer la longévité accrue d'une machine.

L'additif "abaisseur de point d'écoulement" permet d'améliorer l'écoulement à basse température.

L'additif "agent antimousse" permet de réduire la tendance à la production de mousse.

L'additif "agent extrême pression" permet de prévenir le frottement, l'usure ou le raillage. Il empêche également le glissement saccadé.

L'additif "agent anti-usure" permet de prévenir l'usure ou le rayage.

L'additif "améliorant d'indice de viscosité" permet de rendre la viscosité de l'huile moins sensible aux variations de température.

L'additif "inhibiteur de corrosion" permet de protéger les surfaces lubrifiées contre la corrosion.

L'additif "inhibiteur d'oxydation" permet de réduire l'oxydation du lubrifiant, d'augmenter la viscosité et de réduire la formation d'acide.

L'additif "inhibiteur de rouille" permet de protéger les surfaces lubrifiées contre la rouille et de neutraliser les acides.

L'additif "désémulsifiant" permet de favoriser la séparation de l'huile et de l'eau.

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