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icona-lubrificante

04/11/2014

Lubrificanti sintetici per alta temperatura, 9 ragioni per utilizzarli

cuscinetto_lubrificato_alta_temperaturaIl 60% dei dispositivi meccanici subisce danneggiamenti, rotture e conseguenti perdite di funzionalità e affidabilità a causa di un’errata scelta del fluido lubrificante.
 
In questo articolo analizzeremo 9 benefici che un fluido lubrificante può apportare ad un dispositivo meccanico, quando è formulato:
 
  • con oli base sintetici

  • per funzionare ad alta temperarura


Metteremo in evidenza come la degradazione temica di un olio minerale, sia differente in dimensioni e conseguenze generate da quella di un olio sintetico e che se non controllata  può determinare letteralmente la distruzione dei componenti meccanici coinvolti. "Disastri" facilmente evitabili attraverso l'impiego di fluidi lubrificanti formulati per funzionare in “scioltezza” tra i 100 e 250°C in regime continuativo.
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Lubrificanti sintetici per alta temperatura 

Il processo di termo-ossidazione di un olio,  grasso o pasta lubrificante avviene attraverso tre fasi:
 
  1. Evaporazione

  2. Ossidazione Primaria

  3. Ossidazione secondaria

 
I tre processi, facilmente distinguibili nella fase di degradazione termica di un lubrificante, sono tra di loro in sequenza ma anche in sovrapposizione, come succede ad esempio per il processo di evaporazione, il quale prosegue anche dopo l’innesco dell’ossidazione primaria e secondaria.
 
 
Forniremo di seguito  9 valide ragioni per utilizzare nel progetto del tuo dispositivo elettromeccanico un fluido lubrificante che abbia le carte in regola per resistere a periodi prolungati di funzionamento ad elevate temperature.
 
 
(1) - Perchè non è sempre certa la temperatura superiore di impiego in esercizio di un dispositivo meccanico
  
 
Il componente meccanico lubrificato, cuscinetto, ingranaggio o catena che sia, vive e svolge la sua funzione in un sistema più complesso, basti pensare ad un motoriduttore in una macchina per erogazione bevande, il cilindro freno all’interno di un autoveicolo,  un ciindro pneumatico in una macchina per la lavorazione del legno o il cuscinetto del mandrino di una macchina utensile. Ma siamo sempre sicuri che condizioni eccezionali non possano in qualche modo superare i regimi termici previsti in fase progettuale ? In realtà ciò accade molto spesso, e una volta evidenziato il guasto non sempre è possibile costruire la storia “termica” del componente meccanico.
 
confronto_tra_temperature_reali_e_rilevata 
 
Nel grafico vengono evidenziate le temperature di funzionamento rilevate durante l'esercizio continuativo di un motoriduttore vite senza fine ruota elicoidale, confrontate con quelle teoriche. La differenza si assesta intorno ad unmedia di 10°C costanti. !!!
 

(2) - Perchè gli additivi anti-ossidanti possono aiutare a mantenere attivo il film lubrificante

 

Un film lubrificante in esercizio può raggiungere dimensioni veramente ridotte  (1/20 del diametro del capello umano), specie quando le temperature superano in 100-120°C. La presenza di additivi specifici per alte temperature può ritardare notevolmente l’innesco dell’ossidazione secondaria, e mantenere attivo il film lubrificante molto più a lungo.

 

 

(3) - Perchè la separazione delle superfici in attrito è ottimale se il film è idrodinamico e non secco !

  

Non esistono condizioni ottimali di esercizio se due superfici in attrito e in presenza di  carico sono lubrificante a secco !! I lubrificanti solidi: grafite, ptfe, nitruro di boro, bisolfuro di molibdeno, possono contribuire alla lubrificazione o intervenire in emergenza quando il film fluido è assente, ma non possono resistere a lungo in assenza di un film “fluido” attivo e reattivo tra le superfici in attrito. Come quando si utilizzano un grasso al ptfe o un grasso al teflon, la presenza dell'additivo lubrificante solido (PTFE) non può certo sostituire l'efficacia dell'olio base. Gli additivi contribuiscono a migliorare le condizioni di lubrificazione, ma non certo a sostituirle.

 

lubrificazione_idrodinamica

(4) - Perchè uno strato di grasso carbonizzato tra due superfici in attrito non aiuta !!!

 

Nell’immagine di seguito vengono messi a confronto 2 grassi lubrificanti sottoposti alle medesime condizioni di prova, 24 h a 150°C. L’immagine riporta:

(A) un grasso lubrificante formulato per alte temperature con olio sintetico, e sapone di litio.

(B) un grasso lubrificante generico formulato con olio minerale e sapone di litio NLGI 2. 

E' evidente la totale incapacità lubrificante del grasso B formulato con olio minerale, ormai privato di una considerevole parte di olio base e completamente carbonizzato.

grasso_minerale_e_grasso_sintetico_a_confronto

 

(5) - Per limitare l’usura meccanica da attrito

 

Due superfici metalliche se opportunamente separate e già sottoposte a rodaggio non hanno motivi di perdere materiale, di andare incontro cioè a usura meccanica da attrito. L’assottigliamento del film lubrificante alle alte temperature riduce il meato di lubrificazione e aumenta le possibilità di contatto tra le superfici. Un olio base sintetico possiede una viscosità più stabile al variare della temperatura ed è possibile quindi sfruttare questo vantaggio intrinseco ed utilizzare oli più viscosi, che permetto un separazione più efficace delle superfici in attrito.

 

 

(6) - Perchè gli oli minerali evaporano con maggiore facilità

 

Un fluido lubrificante, grasso olio o pasta che sia, è composto  sempre  daun olio base, presente nella formulazione da un minimo di 60-65% in peso sino al 99% e oltre. Un olio minerale ha poche possibilità di sopravvivere se confrontato con un olio sintetico, basta osservare la sola perdita per evporazione secondo Noack !

perdita-per-evaporazione-oli-base

 

 

Se il tribosistema (punto di lubrificazione) non prevede dei cicli di ripristino del film lubrificante è la fine ! Una volta persa per evaporazione la parte più consistente e responsabile della separazione delle superfici in attrito, comincerà ad innescarsi un pericoloso circolo vizioso:

 
  • Assottigliamento del film lubrificante
  • Usura meccanica
  • Aumento abnorme del coefficiente d’attrito
  • Perdita di efficenza
  • Incremento della rumorosità
  • Prematuro blocco del dispositivo
  
 
(7) - Perchè viene meno la necessità di rilubrificare le superfici in attrito
 
 
Il motoriduttore di un alzacristallo in un autovettura,  un cilindro pneumatico di un pressa e le guarnizioni dei cilindretti dei freni a disco di auto, sono pensati per funzionare tutta le vita e non possono ovviamente  essere lubrificati una seconda volta. Ripetute escursioni a temperature elevate, oltre i 100°C, possono causare impercettibili ma continue riduzioni del potere antiattrito e antiusura del film lubrificante.
 
assieme_componenti_meccanici
 
 
 
 
(8) - Perchè un grasso sintetico è performante alle basse temperature
 
 
Se le escursioni termiche sono importanti, e se esiste il rischio concreto che il componente lubrificato si trovi a lavorare a temperature ridotte, al di sotto dei -20°C è importante disporre di una formulazione che impieghi un olio base sintetico (Pao, Pag, Silicone), che in virtù del suo superiore indice di viscosità può garantire un basso coefficiente d’attrito dinamico anche a basse temperature.
 
curva_viscosita_temperatura_oli_base_confronto

 
(9) - Perchè il rapporto costi/benefici è spesso favorevole  
 

Ebbene si ! Un fluido lubrificante formulato con olio base sintetico costa di più rispetto ad uno formulato con olio base minerale. Ma ciò che importa è il conto economico complessivo che si ottiene attraverso l'analisi accurata di tutti i benefici derivanti da una formulazione migliorata e personalizzata per impieghi a temperature elevate:

  • cicli di lubrificazione prolungati = ridotto utilizzo di prodotto e minori costi di manutenzione
  • bassa evaporazione = ridotto utilizzo di prodotto
  • maggiore compatibilità con materie plastiche = maggiore affidabilità del componente lubrificato e minori resi
  • ossidazione primaria ritardata = maggiore stabilità termo-ossidativa
  • maggiore persistenza sul punto di attrito = ridotti costi di manutenzione

 

In questo articolo abbiamo visto alcuni tra i benefici che si ottengono in termini di efficienza e durata dei dispositivi meccanici se si utilizzano oli sintetici lubrificanti anzichè oli minerali, e se si impiegano grassi lubrificanti per alta temperatura anzichè grassi lubrificanti standard formulati per impieghi generali.

La durata di un dispositivo elettromeccanico è influenzata da numerosi fattori:

  • Scelta dei materiali
  • Tolleranze di fabbricazione
  • Metodi produttivi
  • Controlli sui pezzi finiti
  • etc.etc

La corretta selezione del fluido lubrificante da inserire neii dispositivi meccanici viene spesso sottovalutata in fase progettuale, ma può contribuire come visto ad innalzare notevolmente le prestazioni di un dispositivo meccanico, specie se per lo stesso non è prevista una fase di ripristino del film lubrificante. (ciclo di manutenzione / rilubrificazione).

Di seguito ti invitiamo a scaricare un guida per identificare i requisiti fondamentali che un fluido lubrificante deve possedere per funzionare in condizioni di carico termico elevato.

 
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Marco Gandelli

Scritto da Marco Gandelli

Imprenditore. Co-fondatore di Macon Research. Esperto e appassionato di meccanica e chimica della lubrificazione. Da 15 anni dopo migliaia di analisi condotte su dispositivi elettro-meccanici, formulo per i progettisti soluzioni lubrificanti su misura per l'incremento dell'efficienza, della durata e il controllo dell'attrito. Amante dell'efficienza dei processi aziendali e del digital marketing.

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