Tra le caratteristiche fondamentali di un olio lubrificante la viscosità rappresenta in assoluto, insieme alla composizione chimica, la proprietà più importante.
Un olio lubrificante pur favorendo la scorrevolezza e la protezione dall'usura meccanica tra due superfici in reciproco movimento, introduce una frizione il cui valore è strettamente correlato alla sua viscosità ad una data temperatura di esercizio.
Esistono diversi standard internazionali utilizzati per la classificazione della viscosità di un olio lubrificante. Il più utilizzato nella lubrificazione industriale è la classificazione ISO VG: intorno al valore nominale di riferimento misurato a 40°C è stabilità una tolleranza pari a +/-10%. L'intervallo di accettazione è necessario sia ai produttori di oli lubrificanti che agli utilizzatori.
Il grafico di seguito identifica 15 classi di viscosità, dalla ISO VG 5 fino a 1500 ogni classe è distanziata dalla precedente e dalla successiva da un gap di +/- 50% del suo valore nominale.
Quali fattori incidono sulla viscosità?
L’unità di misura che ne definisce il valore di viscosità di un olio è il cst (centistokes) o cps (centipoises) e misura il valore del suo attrito interno.
La viscosità di un olio lubrificante, come di qualsiasi fluido organico presente in natura, varia in relazione alla temperatura, ed è per questo motivo che la scelta dell'olio più indicato per la lubrificazione di un dispositivo meccanico deve partire dall'identificazione del regime termico di lavoro, ovvero massima e minima temperatura di funzionamento.
La viscosità di un olio varia come mostrato in figura in maniera inversamente proporzionale rispetto alla temperatura: il suo valore si riduce con l'incremento del carico termico.
La variazione della viscosità di un olio introduce nel processo di attrito fenomeni negativi sotto l'aspetto della protezione antiusura dei contatti: la sua riduzione determina un'assottigliamento del film di lubrificazione ed una conseguente esposizione delle superfici a rischio usura precoce, il suo aumento alle basse temperature produce invece un incremento dell'attrito viscoso fino al blocco del cinematismo in occasione del punto di congelamento dell'olio lubrificante.
Cosa si intende per stabilità termoviscosa?
Un olio lubrificante è stabile da un punto di vista visco-termico quando mostra minime variazioni di viscosità al variare della temperatura.
E possibile limitare la variazione della viscosità con la temperatura ?
Sì. Tutti gli oli lubrificanti possiedono una curva viscosità caratteristica, il cui andamento può essere sintetizzato con un numero per agevolare il formulatore e il progettista meccanico nella scelta. Per tradurre in termini numerici l'entità della variazione della viscosità di un olio al variare della temperatura di utilizza:
- L'indice di viscosità
- Il coefficiente viscosità temperatura.
L'indice di viscosità è un numero adimensionale (senza unità di misura specifica). Per gli oli lubrificanti minerali (più economici) i valore di indice di viscosità si attesta intorno a 90-100 fino a raggiungere valori di 300 - 350 per le soluzioni lubrificanti sintetiche più stabili. Di seguito vengono raffigurati 5 oli lubrificanti di diversa composizione chimica caratterizzati dal medesimo valore di viscosità misurato a 40°C. E' evidente come a - 40°C gli ordini di grandezza a seconda della composizione chimica siano differenti:
- Olio minerale
- Olio Polialfaolefinco
- Olio Polialchenglicole
- Olio siliconico
- Olio perfluoropolietere
Come controllare e garantire una buona termoviscosità?
Per limitare la variazione della viscosità con la temperatura è possibile operare attraverso 3 modalità:
- Additivazione: di solito a partire da oli lubrificanti di composizione minerale, la cui scelta ricade per ragioni economiche, è possibile aggiungere piccole percentuali di additivi la cui azione risulta efficace nello spostare a temperature più basse il punto di congelamento
- Composizione chimica: come mostrato in figura la scelta di una soluzione lubrificante sintetica (PAO/PAG/SIL/PFPE) può favorire un range termico di esercizio più esteso sia sotto l'aspetto della stabilità viscotermica che sotto quello della stabilità termo-ossidativa, apprezzabile a temperature di esercizio elevate.
Leggi articolo per approfondimento: Olio minerale vs Olio sintetico - Miscelazione - taglio: se fluidi lubrificanti di diversa natura chimica risultano tra loro compatibili (per esempio minerali e PAO) è possibile realizzare miscele per limitare la variazione della viscosità dell'olio minerale sfruttando il miglior comportamento viscosità temperatura dell'olio sintetico polialfaolefinico (PAO).
Le soluzioni 2 e 3 introducono un incremento dei costi delle materie prime la cui scelta può solo essere giustificata dal contesto applicativo del componente da lubrificare.
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