Cosa succede ai dispositivi meccanici quando sono sottoposti ad elevate temperature?
Le alte temperature di esercizio possono essere causa di importanti variazioni delle proprietà chimico/fisiche dei materiali, provocandone l’usura, una minore efficienza o in generale performance non all’altezza.
La lubrificazione corretta può inibire tali fenomeni, a patto che la sua formulazione sia studiata nel minimo dettaglio.
Effetti della temperatura sui dispositivi meccanici
Partiamo dalle conseguenze più evidenti del malfunzionamento di un dispositivo meccanico non equipaggiato con un lubrificante adatto alle alte temperature. Queste possono consistere in:
- Assottigliamento del film lubrificante
la riduzione della viscosità del lubrificante con l'aumentare della temperatura, si traduce in una riduzione del film protettivo con conseguente aumento dell’attrito. - Usura meccanica
perdita di materiale a causa della mancanza del film lubrificante idrodinamico, eroso dai processi di evaporazione e ossidazione - Aumento del coefficiente d’attrito
causato dall'evaporazione della componente fluida e la formazione di residui carboniosi - Perdita di efficienza
aumento dell’assorbimento di energia e delle coppie di azionamento - Incremento della rumorosità
usura meccanica, unitamente all'incremento del coefficiente d'attrito e alla mancanza dello strato lubrificante idrodinamico causano un incremento del rumore per lo sfregamento dei materiali - Prematuro blocco del dispositivo
perdita della funzionalità dell'intero sistema.
I fenomeni appena visti dimostrano che il lubrificante gioca già un ruolo chiave sulle performance dei componenti, quello che però deve essere migliorato è la resistenza a temperature più elevate.
Effetti delle alte temperature sul lubrificante
Alte temperature innescano processi di degradazione termica, perdita di massa e termo-ossidazione di un fluido lubrificante come conseguenza di fenomeni di:
- Evaporazione > passaggio dallo stato liquido a gassoso delle frazioni molecolari leggere, con relativo assottigliamento del film lubrificante
- Ossidazione primaria > 1° fase della degradazione termica, nella quale si compie uno sfaldamento dei legami C-C e C-H, con formazione di radicali carbonilici che in presenza di ossigeno formano perossidi
- Ossidazione secondaria > radicalizzazione del processo di termo-ossidazione con formazione di depositi carboniosi, lacche e composti solidi. In questa fase il film lubrificante, se non opportunamente ripristinato, rischia di compromettere pesantemente le funzionalità del componente meccanico nel quale opera.
Per stabilire l'efficacia della formulazione di un fluido lubrificante è importante conoscere la sua temperatura massima continuativa d'impiego. Questa è contenuta generalmente tra circa 90°C, per un fluido minerale non addittivato, fino a un massimo di 300°C per un lubrificante a base fluorurata. Rispettando questo limite è possibile preservare il funzionamento del dispositivo meccanico.
Come verificare l'efficacia di un lubrificante per alte temperature?
Esistono numerosi test per valutare le capacità di resistenza termica di un fluido lubrificante. L’ASTM D-5483 fornisce il valore del tempo di induzione (OIT), cioè il tempo necessario ad esaurire le potenzialità di assorbimento termico di un lubrificante, sottoposto a determinate condizioni di temperatura e pressione, prima che si instaurino processi di ossidazione secondaria (Oxidation Induction Time).
Il tempo di induzione è direttamente proporzionale alle capacità termo ossidative di un lubrificante, più alto è il valore e maggiore è il carico termico che il fluido può sostenere, che a sua volta dipende in modo proporzionale dal suo contenuto di anti-ossidanti.
Caratteristiche di un fluido lubrificante per alte temperature
L'incremento di attriti e usura per l’innalzamento delle temperature inducono un rapido processo distruttivo del componente elettromeccanico.
Assumendo come date e imprescindibili le caratteristiche progettuali del singolo componente, ai fluidi lubrificanti è richiesto di rispettare i range termici previsti dal produttore e, dove è richiesta, una durata del lubrificante per tutta la vita del componente (come nel caso dei componenti di primo equipaggiamento nell'industria automotive).
Perché usare un grasso lubrificante alte temperature?
Esistono alcune applicazioni per le quali il protettivo ideale da usare è il grasso anziché l'olio. Ciò si verifica quando il componente da lubrificare non è contenuto in un ambiente chiuso e quindi un fluido lubrificante potrebbe uscire dalla sede, lasciando il componente privo di film protettivo (come per cuscinetti, valvole e motoriduttori). Il grasso invece ha una viscosità e un'adesività che permette al lubrificante di rimanere nella posizione in cui viene applicato.
Un esempio di ciò lo troviamo nei macchinari per la produzione del cartone ondulato.
Ma come resiste un grasso all'aumentare del calore? Il grasso lubrificante, rispetto all’olio, garantisce un elevato punto goccia (temperatura che segna il passaggio dallo stato semisolido a quello semiliquido) e quindi una maggiore resistenza alle alte temperature (che possono anche superare i 300°C). Questo risultato lo si ottiene aggiungendo all’olio base, agli additivi e ai lubrificanti solidi, anche un inspessente… proprio l’elemento che favorisce l’aumento del punto goccia.
Maggiore è la temperatura alla quale il lubrificante dovrà resistere, più ci sarà bisogno di inspessente e quindi di un grasso lubrificante.
Il grasso lubrificante è solo una delle soluzioni adottabili alle alte temperature: in base ai materiali, agli ambiti di applicazione, alle altre condizioni di esercizio e alle effettive temperature raggiungibili è sempre possibile trovare la soluzione più adatta.
Quale soluzione può fare al caso tuo? Scarica la guida e scopri tutte le caratteristiche dei lubrificanti per alte temperature.
