Samendrukbaarheid van hydraulische olie: wat is het en wat zijn de risico’s?

Joris van der List 1 augustus 2018 Algemene Industrie, Hydraulische Vloeistoffen
Q8Oils Hydraulic Oils

Hydraulische oliën zijn enigszins samendrukbaar, waardoor problemen kunnen ontstaan in hydraulische systemen. Factoren zoals temperatuurschommelingen en de aanwezigheid van luchtbellen in de hydraulische olie beïnvloeden de samendrukbaarheid ervan. Dit kan leiden tot ongecontroleerde decompressie en andere problemen met betrekking tot de samendrukbaarheid.

Hydraulische oliën zijn vrij moeilijk samen te drukken. Toch kunnen aanzienlijke volumeverminderingen optreden, afhankelijk van de druk, de temperatuur, het type vloeistof en het systeemontwerp.

Samendrukbaarheid en compressiemodulus van hydraulische oliën

Samendrukbaarheid (k) is een maat voor de volumevermindering die ontstaat louter door druk. Ze wordt meestal uitgedrukt door de compressiemodulus (β), die het omgekeerde is van samendrukbaarheid (k = 1/β).

De compressiemodulus drukt uit hoe goed een vloeistof bestand is tegen volumevermindering door compressie. Deze modulus varieert met de druk, de temperatuur, de moleculaire structuur, het gasgehalte en de elasticiteit van het hydraulische systeem.

Thermische uitzetting van hydraulische oliën

Het volume van een hydraulische olie verandert niet alleen door drukveranderingen, maar ook door temperatuurschommelingen. Wanneer de temperatuur stijgt, neemt de dichtheid van de olie af. Dit leidt tot een toename van het volume. Deze mate van uitzetting wordt uitgedrukt door de thermische uitzettingscoëfficiënt (α). Het gaat hierbij om de verhouding van de relatieve volumeverandering tot een temperatuurverandering.

Hoe luchtbellen de samendrukbaarheid beïnvloeden

De aanwezigheid van luchtbellen in de hydraulische vloeistof verhoogt de samendrukbaarheid. Met andere woorden: de opgeloste lucht verlaagt de compressiemodulus van minerale oliën, waardoor de weerstand tegen compressie vermindert. Dit effect is vooral aanwezig bij lage werkdrukken. Als een vloeistof onder druk staat, wordt de meegevoerde lucht namelijk gecomprimeerd en heeft deze minder invloed op de samendrukbaarheid.

Welk effect meegevoerde lucht heeft op de compressiemodulus, ziet u in afbeelding 1.

Afbeelding 1 Compressiemodulus-correctiecoëfficiënt voor een hydraulische vloeistof die onopgeloste lucht bevat
Afbeelding 1: Compressiemodulus-correctiecoëfficiënt voor een hydraulische vloeistof die onopgeloste lucht bevat

Bijvoorbeeld: bij een lage druk (50 bar) (1 bar = 1 * 10-1 MPa) en 0,5 vol.-% onopgeloste lucht wordt de compressiemodulus gehalveerd. De volumeverminderingen voor een minerale olie (ISO VG 46) bij 20 ºC met onopgeloste lucht in het systeem ziet u in afbeelding 2.

Afbeelding 2 Isotherme volumevermindering van een minerale olie (ISO VG 46) bij 20 ºC met onopgeloste lucht in het systeem
Afbeelding 2: Isotherme volumevermindering van een minerale olie (ISO VG 46) bij 20 ºC met onopgeloste lucht in het systeem

Hoe systeemontwerp de samendrukbaarheid beïnvloedt

De elasticiteit van een hydraulisch systeem komt overeen met de totale samendrukbaarheid van alle afzonderlijke componenten in het systeem (compressiemodulus wordt verminderd). Zelfs als de hydraulische vloeistof de overheersende bijdrage levert aan de effectieve compressiemodulus, kunnen de bijdragen van andere systeemelementen (buizen, afdichtingen, kleppen, flexibele slangen enz.) ook aanzienlijk zijn. Dit is vooral het geval als men bijvoorbeeld (flexibele) slangen gebruikt in plaats van buizen.

De negatieve effecten van samendrukbaarheid

Over het algemeen worden hydraulische vloeistoffen als niet-samendrukbaar beschouwd. Maar minerale oliën zijn enigszins samendrukbaar, wat problemen kan veroorzaken in hydraulische systemen. Denk maar aan verlies van efficiëntie (vermogensverlies), cavitatie (die metaalbreuk kan veroorzaken), spanningscorrosie en vermoeidheid.

De compressie van hydraulische vloeistoffen resulteert in de opslag van energie: een gecomprimeerde vloeistof kan dus ‘werken’. Als men de decompressie niet onder controle houdt, wordt de opgeslagen energie onmiddellijk vrijgegeven. Deze plotse stoot van energie veroorzaakt spanningen en lawaai, en kan de hydraulische componenten beschadigen. Een goed systeemontwerp kan dit effect helpen in te perken.

Hoe hoge samendrukbaarheid in hydraulische vloeistofsystemen voorkomen

In de praktijk bereikt men een aanvaardbare lage samendrukbaarheid door ervoor te zorgen dat de hydraulische vloeistof vrij blijft van meegesleepte lucht. Goede luchtafgifte-eigenschappen beperken de samendrukbaarheid van de vloeistof aanzienlijk, waardoor de volumeafname en de bijbehorende problemen ook verminderen.

Joris van der List

Van onze expert Joris van der List

Na 8 jaar gewerkt te hebben bij het Q8Research Institute in Rotterdam, heeft Joris van der List zich aangesloten bij Q8Oils in 2011. Naast de functie van Technology Manager, is hij ook een expert in het Energie segment en heeft hij een achtergrond in machinebouw.

Vraag Stel een onderwerp voor