⛽ Smarnosc paliw HFRR
Ocena wlasciwosci smarnych oleju napedowego za pomoca aparatu HFRR (High Frequency Reciprocating Rig) przez pomiar srednicy sladu zuzycia na stalowej kulce.
Przegląd
Smarnosc (lubricity) oleju napedowego jest krytycznym parametrem jakosciowym, ktory okresla zdolnosc paliwa do ochrony par trybologicznych w pompach wtryskowych i wtryskiwaczach przed nadmiernym zuzycem. Nowoczesne systemy common rail pracuja pod cisnieniem do 2500 bar, a elementy robocze sa smarowane wylacznie paliwem przeplywajacym przez uklad.
Metoda HFRR (High Frequency Reciprocating Rig) jest standardowa procedura oceny smarnosci paliw Diesla. Polega na obciazeniu stalowej kulki masa 200 g i wprawieniu jej w ruch posuwisto-zwrotny (skok 1 mm, czestotliwosc 50 Hz) po stalowej plytce zanurzonej w probce paliwa przez 75 minut w temperaturze 60°C. Po zakonczeniu testu mierzy sie srednice sladu zuzycia (WSD — Wear Scar Diameter) na kulce za pomoca mikroskopu optycznego lub kamery cyfrowej.
Norma PN-EN 590 wymaga, aby wartosc WSD1,4 (skorygowana do wilgotnosci wzglednej 1,4 kPa) nie przekraczala 460 um. Paliwa o niskiej smarnosci (wysokim WSD) moga powodowac przyspieszony zuzycie pomp wtryskowych, wycieki i awarie. Problem ten nasilil sie po wprowadzeniu odsiarczania paliw do poziomu <10 ppm siarki, poniewaz zwiazki siarki naturalnie obecne w ropie stanowily naturalne srodki smarne.
Aparat HFRR produkowany jest przez PCS Instruments (Wielka Brytania) i jest jedynym urzadzeniem wymienionym w normach ISO 12156, ASTM D6079 oraz ASTM D7688. Wynik badania wyraza sie jako srednia arytmetyczna osi wielkiej i malej eliptycznego sladu zuzycia.
Zasada metody
Stalowa kulka (srednica 6 mm, stal AISI 52100) jest dociskana sila 200 g (1,96 N) do nieruchomej stalowej plytki zanurzonej w 2 mL badanego paliwa utrzymywanego w temperaturze 60°C. Kulka wykonuje ruch posuwisto-zwrotny o skoku 1 mm z czestotliwoscia 50 Hz przez 75 minut. W wyniku tarcia na powierzchni kulki powstaje eliptyczny slad zuzycia, ktorego wymiary (osia glowna i osia mniejsza) sa mierzone pod mikroskopem lub kamera cyfrowa. Srednica sladu zuzycia WSD = (d1 + d2) / 2, nastepnie korygowana do standardowej wilgotnosci wzglednej 1,4 kPa: WSD1,4 = WSD + F(RH), gdzie F jest funkcja korekcyjna wilgotnosci.
Zastosowania
- Kontrola jakosci oleju napedowego wg PN-EN 590 (WSD1,4 ≤ 460 um)
- Badanie wplywu biokomponentow FAME na smarnosc paliwa
- Ocena skutecznosci dodatkow uszlachetniajacych (lubricity improvers)
- Kontrola jakosci paliw w rafineriach i terminalach paliwowych
- Badania rozwojowe nowych formulacji paliwowych
- Ocena smarnosci paliw alternatywnych (HVO, GTL, BTL)
- Reklamacje i spory dotyczace jakosci paliwa
Kluczowe parametry
| Parametr | Wartość |
|---|---|
| Srednica sladu zuzycia (WSD) | 350–700 um (zakres stosowalnosci) |
| Limit wg PN-EN 590 | WSD1,4 ≤ 460 um |
| Temperatura testu | 60 ± 2°C |
| Obciazenie | 200 ± 1 g (1,96 N) |
| Czas testu | 75 min |
| Powtarzalnosc | r = 63 um (dla WSD ok. 400 um) |
Norma
- Numer normy
- PN-EN ISO 12156-1:2023
- Tytuł (PL)
- Olej napedowy — Ocena smarnosci przy uzyciu urzadzenia z czestotliwoscia tarcia posuwisto-zwrotnego (HFRR) — Czesc 1: Metoda badania
- Title (EN)
- Diesel fuel — Assessment of lubricity using the high-frequency reciprocating rig (HFRR) — Part 1: Test method
Procedura krok po kroku
1. Przygotowanie elementow testowych
Oczysc nowa kulke i plytke testowa heptanem, a nastepnie acetonem. Osusz strumieniem powietrza. Nie dotykaj powierzchni roboczych palcami.
2. Kondycjonowanie probki
Doprowadz probke paliwa do temperatury pokojowej (20–25°C). Delikatnie wymieszaj przez odwracanie pojemnika.
3. Pomiar warunkow otoczenia
Zmierz i zapisz temperature i wilgotnosc wzgledna w laboratorium. Wilgotnosc powinna miescic sie w zakresie 0,5–1,8 kPa (cisnienie par wody).
4. Montaz probki
Umiesc plytke testowa w uchwycie rezerwuaru. Dodaj 2 ± 0,2 mL paliwa za pomoca strzykawki.
5. Montaz kulki
Zamocuj kulke w uchwycie ramienia wibracyjnego. Opusc ramie na plytke. Zaloz obciazenie 200 g.
6. Ustawienie parametrow
Ustaw parametry: temperatura 60°C, czestotliwosc 50 Hz, skok 1 mm, czas 75 min. Uruchom nagrzewanie.
7. Przeprowadzenie testu
Po osiagnieciu 60°C uruchom test automatyczny. Aparat rejestruje wspoltczynnik tarcia i temperature w czasie rzeczywistym.
8. Zakonczenie testu
Po 75 minutach aparat automatycznie zatrzymuje test. Zdejmij obciazenie i ramie wibracyjne. Wyjmij kulke pinetka.
9. Czyszczenie kulki
Delikatnie oczysc kulke heptanem z resztek paliwa. Nie dotykaj sladu zuzycia. Osusz strumieniem powietrza.
10. Pomiar sladu zuzycia
Umiesc kulke pod mikroskopem lub w kamerze WSD. Zmierz srednice osi glownej (d1) i osi mniejszej (d2) sladu zuzycia z dokladnoscia 1 um.
11. Obliczenie WSD i korekta
WSD = (d1 + d2) / 2. Zastosuj korekte wilgotnosciowa: WSD1,4 = WSD + 60 × (1,4 - p), gdzie p = cisnienie par wody [kPa].
12. Raportowanie wyniku
Zapisz WSD1,4 w um. Porownaj z limitem PN-EN 590 (max 460 um). Dolacz wykres wspolczynnika tarcia vs. czas.
Wymagany sprzęt i aparatura
| Sprzęt | Przykład | Orientacyjna cena |
|---|---|---|
| Aparat HFRR | PCS Instruments HFRR (jedyny producent wg normy ISO) | 120 000–200 000 PLN |
| Mikroskop pomiarowy / kamera WSD | PCS Instruments Wear Scar Camera, mikroskop optyczny 100× | 15 000–40 000 PLN |
| Kulki testowe AISI 52100 | PCS Instruments (d = 6 mm, Ra < 0,05 um), op. 100 szt. | 500–1 200 PLN / 100 szt. |
| Plytki testowe AISI 52100 | PCS Instruments (10 × 10 × 3 mm, Ra < 0,02 um), op. 50 szt. | 800–1 500 PLN / 50 szt. |
| Higrometr laboratoryjny | Testo 608-H1, Rotronic HygroPalm | 500–2 000 PLN |
| Strzykawka dozujaca 2 mL | Strzykawka szklana Hamilton, jednorazowe pipety Pasteur | 50–200 PLN |
Odczynniki, podłoża i materiały eksploatacyjne
| Odczynnik | CAS | Szczegóły |
|---|---|---|
| n-Heptan (czystosc min. 99%) | 142-82-5 | Do czyszczenia kulek, plytek i rezerwuaru probki przed i po tescie |
| Aceton | 67-64-1 | Rozpuszczalnik do odtluszczania elementow testowych, czystosc min. 99% |
| Toluen | 108-88-3 | Alternatywny rozpuszczalnik do mycia elementow aparatu |
| Paliwo referencyjne CEC RF-06-03 | — | Paliwo referencyjne o znanej smarnosci do weryfikacji aparatu |
Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)
- Olej napedowy — szkodliwy przy dlugotrwalym kontakcie ze skora, stosowac rekawice nitrylowe
- n-Heptan i aceton — latwopalny, pracowac z dala od zrodel zaplonu
- Aparat HFRR — elementy ruchome, nie wkladac rak w strefe robocza podczas testu
- Goraca plytka/rezerwuar (60°C) — ryzyko poparzenia przy demontazu
- Stosowac okulary ochronne i fartuch laboratoryjny