8.4 lubrificazione e lubrificanti - treccani.it · 8.4.1 introduzione la lubrificazione è...

8.4.1 Introduzione

La lubrificazione è l’operazione mediante la quale, perinterposizione di una sostanza con caratteristiche adat-te, vengono ridotti l’attrito e l’usura tra le superfici acontatto di solidi in movimento relativo.

Attrito e usura sono, come è noto, fenomeni ben distin-ti. L’attrito è una forza resistente risultante dalla sommadella forza necessaria per rompere le adesioni tra lemicroasperità superficiali e della forza di deformazionerichiesta per incidere eventuali solcature quando i corpisolidi si muovono o tendono a muoversi l’uno sull’altro;a esso sono associati consumo di energia e produzionedi calore. L’usura, invece, è un processo di perdita pro-gressiva di materiale causato dal movimento delle super-fici. Si può sviluppare per cause di natura diversa (peresempio, adesione e strappo delle asperità, abrasione,fatica, corrosione) che determinano, in ogni caso, modi-fiche della morfologia delle superfici, delle dimensionie della massa dei corpi.

Non sempre è richiesto che attrito e usura siano ridot-ti insieme; talvolta può essere desiderabile ridurre l’u-sura e non l’attrito (per esempio, frizioni a bagno d’o-lio) oppure l’attrito e non l’usura (per esempio, rodag-gio, operazioni di lucidatura e molatura), tuttavia ingenerale la loro riduzione è un’esigenza comune di molteapplicazioni e la lubrificazione, nelle sue varie forme,costituisce il modo per ottenerla.

È comprensibile come la lubrificazione, per i feno-meni che coinvolge, possa avere un impatto rilevantesul comportamento dinamico delle macchine e dei siste-mi meccanici. Se attuata correttamente, essa favorisceil loro buon funzionamento, migliorando il rendimen-to generale, riducendo l’energia dissipata e attenuandoil logoramento dei componenti. Per contro una lubrifi-cazione inadatta o assente può portare in breve tempoalla messa fuori uso di una macchina, con danni ancherilevanti.

A una lubrificazione ben orientata si accompagna-no benefici economici significativi attraverso il rispar-mio di energia, la conservazione dei materiali e la ri-duzione degli interventi di manutenzione, con riflessipositivi anche sull’impatto ambientale. Si stima che lariduzione dell’attrito faccia diminuire approssimativa-mente del 4,5% il consumo totale di energia dei paesiindustrializzati.

Anche se il processo è noto, in alcune sue praticheelementari, fin dai tempi antichi, la nascita della moder-na lubrificazione si fa risalire alla seconda metà del 19°secolo, sotto la spinta di una crescente industrializza-zione, quando sono state definite le prime equazioni dellalubrificazione idrodinamica. Da allora una quantità enor-me di studi e applicazioni ha portato a un continuo chia-rimento dei molteplici aspetti nei quali la lubrificazionesi articola. Gli studi più recenti rivelano diverse areeancora da investigare, con potenzialità applicative pro-mettenti, e attestano che la ricerca nel campo della lubri-ficazione è tuttora viva e fiorente.

Modi di lubrificazione Un metodo semplice per ridurre l’attrito e l’usura tra

corpi contrapposti in movimento relativo è quello di inter-porre tra le superfici una sostanza che scorra più facil-mente del solido sottostante. Questo può essere conse-guito o mediante un film fluido capace di mantenere lesuperfici completamente separate, così da impedire ilcontatto tra le asperità, oppure mediante la formazionesulle superfici di una pellicola sottile, scorrevole e di ele-vata resistenza.

Ciò è quanto si può riscontrare nei tre modi fonda-mentali di lubrificazione che si possono presentare neisistemi reali: a film fluido, limite e mista. I tre suddet-ti modi di lubrificazione, a cui corrispondono situa-zioni di attrito e usura ben distinguibili, vengono gene-ralmente discriminati in base a un parametro guida notocome rapporto l, definito dal rapporto tra lo spessore

751VOLUME III / NUOVI SVILUPPI: ENERGIA, TRASPORTI, SOSTENIBILITÀ

8.4

Lubrificazione e lubrificanti

del film o dello strato protettivo e la rugosità mediadelle superfici.

Lubrificazione a film fluido La caratteristica principale di questo modo di lubri-

ficazione è che le superfici sono separate da un fluidoconsiderevolmente più spesso delle irregolarità superfi-ciali e dei film protettivi che su di esse si possono for-mare per opera di reazioni chimiche. Lo spessore è taleda consentire al film di comportarsi come il bulk del flui-do. La separazione delle superfici è realizzata per mezzodella pressione del fluido, la quale può essere generatainternamente al contatto (idrodinamica e varianti), oppu-re prodotta esternamente a esso (idrostatica). L’attrito delcontatto segue le leggi dell’attrito viscoso.

Nella lubrificazione idrodinamica (aerodinamicanel caso di gas) la pressione generata internamente alcontatto è funzione delle caratteristiche geometriche,delle condizioni dinamiche e cinematiche del contattoe delle proprietà del lubrificante. Questa forma di lubri-ficazione si può incontrare in accoppiamenti meccani-ci caratterizzati da superfici conformi con gap decre-scenti, quando sono sottoposti a una sufficiente velo-cità di scorrimento. Esempi di accoppiamenti reali cheriproducono queste condizioni sono le coppie prisma-tiche (per esempio cuscinetti reggispinta) e le coppierotoidali (per esempio cuscinetti cilindrici). Il parame-tro l può assumere in questi casi valori variabili entroun intervallo compreso tra un minimo di 5 e un massi-mo di circa 100.

Nella lubrificazione elastoidrodinamica la pressioneinterna raggiunge localmente valori molto elevati, tali daprovocare la deformazione elastica delle superfici. In talicondizioni il film fluido acquista maggiore stabilità, cosìda poter assicurare un basso attrito anche per spessoriinferiori al film idrodinamico. In questo regime il para-metro l può assumere valori compresi tra 1 e 10. Condi-zioni elastoidrodinamiche si possono incontrare in accop-piamenti meccanici con superfici a geometrie tipicamentenon conformi e soggette a movimenti che comprendonouna significativa componente di rotolamento. A causadella limitatezza della zona del contatto, riconducibile,estremizzando, a un punto o a una linea, in questi con-tatti si sviluppano, sotto l’azione di carichi anche mode-sti, pressioni locali molto elevate, responsabili della defor-mazione elastica delle superfici. Ingranaggi, cuscinetti arulli e a sfere e camme sono alcuni esempi di accoppia-menti reali che possono operare in questo regime.

Una forma di lubrificazione con pressione generataesternamente al contatto si presenta, invece, nella lubri-ficazione idrostatica (aerostatica nel caso di gas). In que-sto caso il fluido lubrificante è pompato nell’accoppia-mento con una pressione già sufficiente a provocare ildistacco delle superfici, condizione che può essere poimantenuta anche in assenza di moto relativo. È questa

una modalità di lubrificazione riservata a situazioni par-ticolari, spesso complessa e onerosa, che trova per esem-pio applicazione in sistemi lenti e pesanti, che non con-sentono di sfruttare effetti idrodinamici o che occorresalvaguardare da arresti indesiderati.

Lubrificazione limite Costituisce la condizione opposta alla precedente per

quanto riguarda la separazione delle superfici. In que-sto modo di lubrificazione l’attrito e l’usura sono deter-minati dalle proprietà del solido e degli strati superfi-ciali con spessori di livello molecolare o poco più, chesi formano per interazione del solido con il lubrificanteo l’atmosfera circostante. L’attrito segue in molti casileggi analoghe a quelle del contatto non lubrificato.

Ai fini della lubrificazione sono importanti le carat-teristiche chimiche e chimico-fisiche del lubrificante,mentre le caratteristiche fisiche riferite al bulk del flui-do hanno rilievo scarso o nullo.

È un modo di lubrificazione che si può incontrare incontatti di vario tipo, accomunati dalla prerogativa dioperare in condizioni di carico elevato in rapporto allavelocità delle superfici.

Poiché lo spessore degli strati superficiali è piccoloa confronto con le rugosità delle superfici, in questomodo di lubrificazione il parametro l assume valori infe-riori all’unità.

Lubrificazione mistaComprende entrambi i modi precedenti e si presen-

ta quando nel contatto coesistono zone di stretto avvici-namento delle superfici, in cui l’attrito e l’usura sono

752 ENCICLOPEDIA DEGLI IDROCARBURI

AUTOTRAZIONE

attritomisto

attritoidrodinamico

viscosità.velocità/carico

coef

fici

ente

di a

ttri

to

attr

ito

lim

ite

fig. 1. Coefficiente di attrito di un cuscinetto in funzione di variabili operative rilevanti (curva di Stribeck).

determinati dalle loro interazioni e dalla lubrificazionelimite, insieme a zone in cui prevale una sostanziale azio-ne di lubrificazione a film fluido. Quest’ultima è talvoltafavorita da effetti idrodinamici originati da irregolaritàlocali (lubrificazione delle asperità).

L’influenza del lubrificante si manifesta sia median-te le proprietà fisiche di bulk, sia attraverso le interazionichimiche con i solidi.

È un modo di lubrificazione alquanto diffuso, che sipuò incontrare in molti elementi di macchine come ingra-naggi, cuscinetti a rulli e a sfere, e anche in cuscinettipiani convenzionali. Le condizioni operative che lo carat-terizzano sono tali per cui lo spessore totale dei film limi-te e fluido supera le asperità superficiali di un fattore chepuò variare da 2 a 5 (in dipendenza anche dal tipo di fini-tura delle superfici).

Azione del lubrificante Uno stesso accoppiamento meccanico può mutare

il modo di lubrificazione in funzione delle condizionioperative. Il passaggio da un regime di lubrificazionea un altro è ben evidenziato nel diagramma di Stribeck(fig. 1), nel quale il coefficiente di attrito è riportato infunzione di un parametro adimensionale dato dal pro-dotto della viscosità per la velocità diviso il carico (forzaper unità di lunghezza). Alla variazione del modo di lubri-ficazione si accompagnano possibilità di funzionamen-to diverse da parte del lubrificante.

In sistemi meccanici complessi uno stesso lubrifi-cante, per svolgere efficacemente la sua funzione, è chia-mato a mettere in atto modalità di azione adeguate alregime di lubrificazione in cui si trova di volta in voltaa operare. Tali azioni fanno leva sostanzialmente su alcu-ne sue proprietà fisiche di bulk e su alcune proprietà chi-miche o chimico-fisiche.

Aspetti fisiciNel regime idrodinamico il lubrificante contribuisce

alla pressione interna del contatto mediante la viscosi-tà, che determina anche l’attrito. Internamente a questi

contatti si viene a sviluppare un gradiente di pressione,in conseguenza della necessità di mantenere una porta-ta costante di fluido nel trascinamento attraverso sezio-ni decrescenti del meato (figg. 2 e 3). L’azione di que-sto gradiente è tale da ridurre la velocità del fluido iningresso al meato, aumentare quella in uscita e oppor-si nel contempo allo schiacciamento delle superfici. Leequazioni teoriche che descrivono questo comporta-mento sono state definite da Reynolds verso la fine del19° secolo.

Sempre attraverso la sua viscosità il lubrificante puòcontribuire alla pressione del contatto anche attraversoun altro meccanismo, noto come squeeze (fig. 4), che siverifica quando il fluido viene intrappolato tra superfi-ci in avvicinamento. In questo caso la viscosità deter-mina la resistenza alla fuoriuscita del lubrificante dal


LUBRIFICAZIONE E LUBRIFICANTI

velocità

pres

sion

e

p

fig. 2. Distribuzione della pressione (p) in un cuneo fisico.

p

fig. 3. Pressione del lubrificante (p) in un cuscinetto.

p

fig. 4. Distribuzione della pressione (p) di squeeze.

contatto, creando un effetto cuscinetto che si opponeall’avvicinamento delle superfici. Si genera così unapressione che acquista maggiore rilievo con film sottilied è tenuta in particolare considerazione nella progetta-zione di cuscinetti a carico pulsante o per macchine alter-native.

Per comprendere poi il contributo che il lubrificanteapporta nella lubrificazione elastoidrodinamica (fig. 5),è necessario considerare due specifici fattori. Uno è che,per effetto della elevata pressione locale, il lubrifican-te, nel brevissimo tempo di transito nel contatto, aumen-ta fortemente la sua viscosità, arrivando ad assumereuna istantanea consistenza vetrosa, che oppone una forteresistenza all’avvicinamento delle superfici. L’altro fat-tore è che la deformazione elastica presente in questaforma di lubrificazione, allargando l’area di sostegno,aumenta la capacità del lubrificante di non sfuggire e diresistere nella zona del contatto. Il risultato è che il filmfluido, che assume un tipico profilo quasi parallelo,acquista stabilità e si mantiene integro fino a spessorimolto bassi. In queste situazioni il contributo del lubri-ficante alla lubrificazione deriva non solo dalla visco-sità, ma anche dalla relazione di dipendenza della viscosi-tà dalla pressione. I fondamenti teorici della lubrifica-zione elastoidrodinamica posti da Ertel e Grubin nelcorso degli anni Quaranta del 20° secolo hanno trovatonei decenni successivi vari sviluppi (Ertel 1939; Grubine Vinogradova, 1949).

Un contributo particolare alla pressione nel contat-to, di natura extraviscosa, può essere fornito da fluidicon proprietà viscoelastiche. Sotto l’azione di stress suf-ficientemente elevati si possono originare, con questifluidi, sforzi normali di tipo elastico che si sommano aglieffetti viscosi. La rilevanza che queste proprietà posso-no assumere per la lubrificazione è molto legata al con-testo operativo.

Altri meccanismi mediante i quali i fluidi possonocontribuire alla generazione di una pressione tra duesuperfici (cuneo di densità, cuneo di viscosità, espan-sione locale) sono di scarso impatto sulla lubrificazione.

Aspetti chimico–fisici e chimici Intervengono in situazioni in cui le superfici sono

poco distanziate e possono verificarsi contatti tra le aspe-rità superficiali. In tali condizioni il lubrificante puòintervenire nel processo di lubrificazione anche trami-te sottili film superficiali, alla cui formazione esso puòcontribuire attraverso le proprietà chimiche o chimico-fisiche.

Questa azione del lubrificante può espletarsi median-te una varietà di meccanismi, talvolta alquanto complessi,che possono essere richiamati brevemente solo con lenecessarie semplificazioni.

Strati superficiali di lubrificanti si possono formareper effetto delle forze di Van der Waals tra le molecolepolari del lubrificante e le superfici solide. Si formanocosì degli strati ordinati costituiti da molecole ancoratecon una estremità alle superfici (adsorbimento fisico),che possono scorrere facilmente tra loro. Tale proprietà(talvolta attribuita a una proprietà indicata come untuo-sità) è posseduta in maniera più o meno accentuata datutti i lubrificanti liquidi, ma può essere esaltata con l’usodi specifici additivi. Questi sono costituiti da molecolea lunga catena, provviste di una testa polare (per esem-pio acidi grassi, esteri e ammidi) mediante la quale siancorano per adsorbimento chimico con gli ossidi metal-lici delle superfici, mantenendo inalterata la restanteparte della molecola. Ne derivano strati di elevato scor-rimento che producono basso attrito (coefficiente di attri-to 0,05-0,10), creando opposizione allo schiacciamento.La resistenza di questi strati è tuttavia limitata a valoribassi o moderati di carico e di temperatura.

Analoghi meccanismi di scorrimento a strati si pos-sono incontrare anche con alcuni lubrificanti solidi. Inquesti casi però il basso attrito è legato alla facile sfal-dabilità di alcuni piani del reticolo cristallino (per esem-pio grafite, solfuro di molibdeno, nitruro di boro e altri)o all’effetto di un profilo molecolare levigato (per esem-pio teflon, polietilene ad alta densità). Questi lubrificantipresentano in genere difficoltà per una forte adesionealla superficie del solido sottostante.

Film sottili più resistenti sono prodotti da alcuni addi-tivi di comune impiego in oli e grassi lubrificanti, noticome antiusura. Si tratta di composti contenenti zolfo,fosforo e metalli, di stabilità termica limitata che, pereffetto della temperatura originata dall’attrito, si decom-pongono formando sulle superfici una pellicola protet-tiva. Questa è generalmente costituita da materiale amorfoche, pur con qualche resistenza allo scorrimento (coef-ficiente di attrito 0,08-0,12), è comunque in grado disostenere la lubrificazione fino a condizioni di tempe-ratura e di carico di media entità.

Strati superficiali ancor più resistenti, in grado di fun-zionare in condizioni severe, si possono formare con lubri-ficanti contenenti additivi detti per estreme pressioni(Extreme Pressure, EP). La capacità di questi composti,


AUTOTRAZIONE

regione hertzianaentrata uscita

pressionehertziana

p

fig. 5. Pressione del lubrificante (p) in un contatto elastoidrodinamico.

che contengono zolfo, cloro e fosforo, di consentire lalubrificazione in condizioni estreme, deriva dalla ten-denza a reagire con il metallo delle superfici, per for-mare, alle elevate temperature del contatto, sali inorga-nici con elevati punti di fusione (600-700 °C).

Lubrificanti con diverso stato di aggregazione I lubrificanti maggiormente utilizzati sono liquidi;

non mancano tuttavia situazioni in cui può risultare con-veniente l’impiego di lubrificanti che sfruttano proprietàlegate a un diverso stato di aggregazione.

Lubrificanti gassosiSono i lubrificanti più semplici e di minor viscosità,

che possono essere costituiti da gas di diverso tipo comearia, azoto, ossigeno, elio. L’ampio campo di temperatu-ra in cui mantengono invariato lo stato di aggregazionee la loro elevata stabilità conferiscono a questi lubrifi-canti alcuni vantaggi rispetto a quelli liquidi. Possonoessere applicati a temperature molto basse (alcuni gradikelvin) o molto elevate (anche oltre 400-500 °C); inoltrenon presentano rischi di contaminazione, caratteristicache li rende particolarmente interessanti per l’impiegonell’industria alimentare, farmaceutica ed elettronica.

La loro bassa viscosità, sensibilmente inferiore aquella dei liquidi, determina, nella lubrificazione aero-statica o aerodinamica, valori di attrito estremamentecontenuti. L’impiego dei gas risulta particolarmente van-taggioso nella lubrificazione di cuscinetti ad alto nume-ro di giri (superiori a 15.000 giri/min), ove possono ope-rare senza problemi legati all’eccessiva produzione dicalore. Inoltre poiché, diversamente dai liquidi, la loroviscosità aumenta con l’aumentare della temperatura,non perdono la capacità di sostenere il carico per surri-scaldamento.

Alla bassa viscosità dei gas si accompagna anche unacapacità portante piuttosto scarsa (nei cuscinetti aerodi-namici non supera 0,7 kg/cm2), aspetto che, quando neces-sario, viene migliorato in sede di progettazione con dimen-sioni dei cuscinetti significativamente più grandi di quel-li per liquidi. A questo scopo vengono talvolta usaticuscinetti ibridi (aerodinamici/aerostatici misti), ove lacapacità di sostenere il carico è generata, oltre che dalmovimento delle superfici, anche dalla pressione con cuiè fornito il gas.

Lubrificanti liquidiSono i lubrificanti di gran lunga più diffusi, che pos-

sono soddisfare le esigenze di moltissime applicazioni.Ciò è reso possibile dal fatto che possiedono proprietàgrazie alle quali possono svolgere, in aggiunta alla fun-zione di lubrificare, anche una serie di altre desiderabi-li funzioni secondarie. Il loro impiego copre un inter-vallo di temperature che, considerando le diverse classidi prodotti, si estende da circa �60 a circa 250 °C.

Possono estrinsecare la loro funzione lubrificante intutti i modi di lubrificazione: a film fluido, limite e mista.

Nella lubrificazione limite le prestazioni sono sostan-zialmente determinate dalle proprietà chimiche e chi-mico-fisiche possedute naturalmente dai liquidi di baseo, come avviene più frequentemente, conferite median-te l’aggiunta di specifici additivi. In tali condizioni, aseguito di reazioni chimiche talvolta complesse, questilubrificanti formano sulle superfici una pellicola checostituisce l’ultima barriera per impedire il contatto trai solidi. L’efficacia e la resistenza di tale barriera dipen-dono in grande misura dalla capacità dei componenti disviluppare un’adeguata reattività in rapporto alla seve-rità delle condizioni operative e di evitare nel contemporeazioni di competizione interna.

Nella lubrificazione a film fluido, invece, l’influen-za che il lubrificante liquido esercita attraverso le pro-prietà reologiche appare più semplice. Un ruolo prima-rio è svolto, in questo caso, dalla viscosità, che risentedell’azione di tre parametri fisici normalmente presen-ti nei contatti: temperatura, pressione e sforzo di taglio(shear stress). Di particolare rilievo per la lubrificazio-ne è l’effetto della temperatura (fig. 6), al cui aumentocorrisponde una riduzione di viscosità, con perdita dicapacità di sostenere il carico e maggiori rischi di grip-paggio. La pressione, invece, esercita sulla viscosità uneffetto opposto (fig. 7), con conseguenze favorevoli perla lubrificazione, che sono maggiormente avvertite neicontatti elastoidrodinamici. Nei confronti dello shearstress poi, i lubrificanti liquidi presentano una rispostadifferenziata, in dipendenza dalle interazioni presenti tra



visc

osit

à ci

nem

atic

a (m

m2 .

s�

1 )

300

0

50

100

150

200

250

temperatura (°C)0 40 80 120 16020 60 100 140

olio paraffinicoolio naftenico

fig. 6. Diagramma viscosità-temperatura di lubrificanti liquidi.

le molecole (fig. 8). Liquidi semplici, poco associati (peresempio oli base contenenti anche additivi di tipo sem-plice) presentano una viscosità insensibile allo shearstress (comportamento newtoniano), mentre liquidi asso-ciati o con altre significative interazioni molecolari (peresempio oli a bassa temperatura, oli contenenti polime-ri modificatori di viscosità) hanno viscosità decrescen-ti con l’aumentare dello shear stress, secondo un tipicoandamento a sigmoide (comportamento pseudoplasti-co); tale effetto, che determina una riduzione della capa-cità di sopportare il carico, si mantiene reversibile entrocerti limiti di stress, superati i quali può diventare per-manente. La dipendenza della viscosità dalle suddettevariabili è definita da note relazioni matematiche.

L’importanza della viscosità per i lubrificanti liqui-di è dimostrata dal fatto che questa proprietà è alla basedi importanti sistemi di classificazione che consentono

di individuare le caratteristiche viscosimetriche appro-priate per l’utilizzo corretto dei lubrificanti in alcuneapplicazioni rilevanti (motori, trasmissioni, macchinariindustriali).

Tra le funzioni secondarie che possono svolgere ilubrificanti liquidi hanno importanza anche l’asporta-zione di calore, la capacità di rimuovere e trasportareframmenti di usura o di contaminanti solidi e la preser-vazione dalla corrosione. La loro importanza emergenella lubrificazione di macchine termiche, ove il caloregenerato dai processi termodinamici sovrasta quello pro-dotto dall’attrito. A questo riguardo sono esempi appli-cativi ben noti i sistemi a lubrificazione forzata presen-ti nei motori a combustione interna degli autoveicoli.

Altre caratteristiche secondarie basate sulle proprietàdei lubrificanti liquidi (per esempio compatibilità condispositivi ausiliari antinquinamento, biodegradabilità,demulsività, ininfiammabilità, rigidità dielettrica, resi-stenza alle radiazioni) assumono rilievo per lo più in rela-zione ad applicazioni specifiche.

Un aspetto essenziale per il buon funzionamento deilubrificanti liquidi riguarda il mantenimento delle pre-stazioni per il tempo richiesto. La capacità di questi lubri-ficanti di rispondere adeguatamente alle esigenze di dura-ta nelle diverse applicazioni è primariamente determi-nata dalle loro caratteristiche di stabilità, sia chimica(inerzia termica, resistenza all’ossidazione e all’idroli-si, compatibilità con vari materiali) sia fisica (scarsa ten-denza all’evaporazione e alla formazione di emulsioni edi dispersioni).

Un aspetto di importanza fondamentale per la tec-nologia dei lubrificanti liquidi, che sta alla base di mol-teplici estensioni applicative, riguarda la possibilità ditrattamento con additivi chimici. Molte delle proprietàdi questi lubrificanti possono essere migliorate o impar-tite mediante additivi. Senza additivi la maggior partedelle moderne richieste di lubrificazione non potrebbeessere adeguatamente soddisfatta. La gamma dei com-posti disponibili a questo riguardo è piuttosto ampia,anche se le loro funzioni si riducono a un numero rela-tivamente limitato. Tra le principali sono da ricordare:la riduzione dell’usura, il controllo dell’attrito, l’aumentodella resistenza all’ossidazione, il contenimento dellaformazione di depositi sulle parti lubrificate, la mini-mizzazione della ruggine e della corrosione, la varia-zione della viscosità e la sua riduzione con la tempera-tura, il miglioramento dello scorrimento a freddo, l’ab-bassamento della tendenza alla schiuma.

L’ampia varietà delle proprietà esibite dai lubrifi-canti liquidi non basta, in molti casi, ad assicurare leprestazioni in servizio. In molte applicazioni, sia perl’autotrazione sia per il macchinario industriale, le pre-stazioni sono garantite solo dal superamento di specifi-ci programmi di prove correlati con il reale servizio. Taliprogrammi, che spesso prevedono un consistente numero


AUTOTRAZIONE

solidosolido

218,5 °C

99 °C37,8

°C

0 °C

visc

osit

à (c

P)

1.000.000

100.000

0,1

1

10

100

1.000

10.000

pressione (GPa)10 3 5 7 9 102 4 6 8

olio paraffinicoolio naftenico

fig. 7. Diagramma viscosità-pressione di lubrificanti liquidi.

gradiente di scorrimento

non newtoniano pseudoplastico

newtoniano

visc

osit

à

fig. 8. Dipendenza della viscosità di lubrificanti liquidi dallo sforzo di taglio.

di prove, sono definiti nell’ambito di sistemi generali diclassificazione prestazionale o di specifiche di singolicostruttori di hardware meccanico. Particolarmente impe-gnativi per livello di complessità, durata e costo, sono iprogrammi di prove motoristiche per la qualificazionedi lubrificanti per i motori degli autoveicoli.

Per quanto riguarda l’origine dei lubrificanti liquidi,questi sono costituiti, per la maggioranza, da oli conte-nenti miscele di idrocarburi derivati dal petrolio, gene-ralmente addizionati con opportuni additivi. La larga pre-valenza di questi prodotti trova giustificazione nelle lorosoddisfacenti prestazioni generali, nel costo relativa-mente contenuto e nella facile disponibilità. Per impie-ghi speciali o particolarmente esigenti, ove le necessitàdi servizio giustificano costi maggiori, possono esserepreferiti oli di origine sintetica.

Infine è opportuno ricordare la flessibilità applicati-va dei lubrificanti liquidi. Il fatto che questi prodotti pos-sano sottostare a trattamenti di vario tipo (pompaggio,filtraggio, raffreddamento, nebulizzazione, ecc.), li rendeadatti all’impiego in sistemi di lubrificazione diversi, trai quali si possono citare, oltre ai già menzionati sistemia lubrificazione forzata, i sistemi a bagno d’olio (peresempio ruote dentate a bassa velocità), i sistemi a neb-bia d’olio (per esempio ingranaggi ad alta velocità) e isistemi a sbattimento (per esempio motori lenti o a mediavelocità).

Lubrificanti semisolidi (grassi lubrificanti)Sono prodotti solidi o semisolidi costituiti da una fase

liquida, generalmente un olio lubrificante, e da una fa-se solida dispersa, con funzione ispessente.

L’agente ispessente serve a conferire la necessariaconsistenza, proprietà grazie alla quale il grasso puòrimanere da solo nell’organo da lubrificare senza neces-sità di dispositivi ausiliari, impedendo, se necessario,l’ingresso di sostanze dannose, come polvere e umidità,dall’ambiente circostante.

Come ispessenti si usano generalmente saponi di litio,sodio, calcio e alluminio. Il loro impiego è limitato daicambiamenti di fase (fusioni) che si verificano alle diver-se temperature. Per applicazioni ad alte temperature ven-gono usati ispessenti ad alto punto di fusione (saponicomplessi, poliurea, bentone).

Di particolare rilievo per la lubrificazione sono leproprietà reologiche. Sotto questo punto di vista i gras-si sono caratterizzati da un comportamento di tipo pla-stico, con viscosità che diminuisce con l’aumentare delloshear stress, una volta superata una soglia minima di sol-lecitazione. Possono essere sensibili, oltre che all’inten-sità della sollecitazione, anche alla sua durata, mostran-do effetti dipendenti dal tempo (tixotropia).

Alla funzione lubrificante contribuisce in modosostanziale la componente oleosa, costituita nella mag-gior parte dei casi da prodotti di origine petrolifera; per

impieghi che si estendono nel campo delle basse e altetemperature e per applicazioni particolari vengono usatianche oli sintetici.

Come i lubrificanti liquidi anche i grassi possonocontenere additivi capaci di impartire al prodotto proprie-tà speciali (per esempio antiusura, antiruggine, antios-sidanti).

La principale utilizzazione dei grassi lubrificanti ènella lubrificazione di elementi di macchine come cusci-netti, ingranaggi e giunti, presenti in macchinari indu-striali, motori, macchine utensili e altro.

Lubrificanti solidiSono normalmente caratterizzati da una struttura dello

strato superficiale costituita da aggregati lamellari chepossono scorrere facilmente gli uni sugli altri (per esem-pio grafite, bisolfuro di molibdeno, azoturo di boro, iodu-ro di cadmio, borace, talco) o da conformazioni mole-colari levigate (teflon, polietilene ad alta densità).

Vengono per lo più usati in condizioni in cui non èpossibile usare oli o grassi lubrificanti, come per esem-pio sotto vuoto o a temperature molto elevate o in pre-senza di intense radiazioni. La loro efficienza può esse-re condizionata dalla difficoltà di mantenere uno stratosufficiente per la lubrificazione. La protezione dall’u-sura può talvolta risultare limitata, in conseguenza delfatto che la rottura del film non è autorigenerante, comesuccede, invece, con i lubrificanti liquidi. Dal punto divista applicativo possono essere impiegati con modalitàdiverse, ognuna delle quali non è totalmente esente daproblemi. Così, per esempio, possono essere usati insospensione (problemi di stabilità), in paste (difficoltàdi penetrazione in spazi ristretti), con pretrattamento deimateriali in forno ad alta temperatura (lo strato lubrifi-cante, quando usurato, non può essere ricostituito).

8.4.2 Funzioni e prestazioni deilubrificanti per autotrazione

Lubrificanti motore

Funzioni per motori a quattro tempiLa lubrificazione di questi motori avviene mediante

un olio con caratteristiche specifiche, definito olio moto-re. Cambio e trasmissione hanno in genere una lubrifi-cazione separata. Elementi importanti del circuito dilubrificazione di un motore a quattro tempi sono: lapompa di mandata che garantisce una portata di olio ido-nea, una valvola di regolazione che limita la pressionemassima del circuito, il filtro che sottrae all’olio sia le par-ticelle d’usura sia parte dei depositi che si formano pereffetto della combustione. In casi particolari può esserepresente anche un radiatore per il raffreddamento dell’o-lio. In motori sottoposti a forti sollecitazioni centrifughe,



come nel caso di motori per competizioni o aeronautici,l’olio è posto in appositi serbatoi dove viene ricondotto,dopo aver lubrificato i vari organi, mediante più pompeposte nel carter (motori a carter secco).

Per limitare al massimo il consumo di olio, i motorisono generalmente dotati di diversi dispositivi quali:fasce raschia-olio sui pistoni, tenute a labbro sull’albe-ro motore, gommini sugli steli valvola, sistemi di sepa-razione dell’olio dai gas di combustione che trafilanonel carter (blow-by).

All’olio motore sono affidate varie importanti fun-zioni e in particolare:• assicurare in qualsiasi condizione di esercizio un ade-

guato film lubrificante sui vari accoppiamenti mec-canici in movimento relativo, allo scopo di limitarela resistenza d’attrito e l’usura delle superfici;

• assicurare la pulizia del motore prevenendo la forma-zione di depositi e il loro accumulo in parti critiche;

• disperdere gli eventuali depositi formati e le parti-celle di usura, convogliandoli verso il filtro;

• proteggere le parti del motore dalla formazione diruggine e dall’attacco chimico dei prodotti acidi deri-vanti dalla combustione;

• favorire la tenuta tra le fasce elastiche del pistone ela camicia del cilindro in modo da garantire il man-tenimento del giusto rapporto di compressione edevitare che i prodotti di combustione raggiunganol’olio nella coppa deteriorandolo precocemente;

• integrare il sistema di raffreddamento del motore inmodo da mantenere la temperatura entro i limiti cor-rispondenti al corretto funzionamento;

• evitare la formazione di bolle e di schiuma nell’im-pianto di lubrificazione che possono rendere irrego-lare l’erogazione dell’olio agli organi da lubrificare;

• garantire per un adeguato periodo di esercizio le pro-prietà sopra descritte.Le caratteristiche richieste vengono conferite sia attra-

verso l’impiego di basi lubrificanti adeguate, sia conl’impiego di opportuni additivi.

Funzioni per motori a due tempiLa tipologia dei motori a due tempi, così definiti per-

ché operano con un ciclo composto da una fase utile euna di sostituzione della carica, è molto diversa in fun-zione dei campi di impiego. Si va infatti dai piccoli moto-ri di ciclomotori, motoseghe e generatori portatili aimonumentali motori diesel marini che equipaggianosuperpetroliere e navi portacontainer.

Nel caso dei piccoli motori a due tempi, il lubrifi-cante (a perdere) è miscelato al carburante e deve assol-vere ai seguenti compiti: garantire la pulizia del motoreper prevenire la formazione di depositi (sulla candela perevitare mancate accensioni, sul pistone per garantirne lacorretta tenuta, sulle luci di ammissione o di scarico perprevenire perdite di potenza dovute alla loro ostruzio-

ne); garantire la lubrificazione dei vari accoppiamenti ein particolare di quello pistone-cilindro e dei cuscinettidi banco e di biella.

Per quanto riguarda i grandi motori diesel a due tempidestinati all’uso marino bisogna considerare che essirichiedono l’impiego di due diversi lubrificanti. Il primoper la lubrificazione del manovellismo, cioè dei mecca-nismi che consentono la conversione del moto alterna-tivo nel moto rotativo dell’albero motore, e il secondoper la lubrificazione (a perdere) dei cilindri. Mentre peril primo tipo di lubrificante non sono richieste proprietàspeciali, nel caso del secondo la principale proprietà deveessere la capacità di neutralizzare i prodotti acidi dellacombustione, in quanto questi motori generalmente sonoalimentati con carburanti a elevato contenuto di zolfo.

Classificazione viscosimetrica e specifiche prestazionali

La viscosità ha una influenza diretta su alcune pre-stazioni degli oli motore. La SAE (Society of Automo-tive Engineers) ha definito un sistema di classificazio-ne degli oli motore (SAE J 300) secondo categorie basa-te su misure di viscosità a bassa e ad alta temperatura(tab. 1).

Le misure a bassa temperatura individuano grada-zioni viscosimetriche contrassegnate da un numero conil suffisso W (Winter). Queste gradazioni classificanogli oli che consentono ai motori in buone condizioni diraggiungere la velocità di trascinamento minima per l’av-viamento in un certo intervallo di temperatura. Quantopiù è basso il grado W, tanto minore è la temperatura diavviamento. La viscosità che è correlata alla velocità ditrascinamento è misurata con apposito viscosimetro deno-minato Cold Cranking Simulator (CCS).

Un lubrificante con la viscosità adatta per l’avvia-mento del motore può risultare poco pompabile, in quan-to non arriva a lubrificare le diverse parti del motore neltempo e nella quantità richiesti, con rischi di usura. Unasufficiente pompabilità dell’olio è assicurata da misura-zioni eseguite mediante un particolare viscosimetro,denominato Mini-Rotary Viscometer (MRV).

Le gradazioni ad alta temperatura sono correlate conla lubrificazione del motore in condizioni di normalefunzionamento e vengono definite sulla base di misuredi viscosità cinematica a 100 °C e di viscosità dinamicaa elevati gradienti di scorrimento (shear) a 150 °C.

Quando un lubrificante, per le sue caratteristiche diviscosità cinematica a 100 °C e di viscosità CCS, rien-tra nei gradi SAE X e nei gradi SAE Y W, può essereclassificato come YW-X (per esempio 15W-40 se ha unaviscosità a 100 °C compresa tra 12,5 e 16,3 mm2 s�1,una viscosità a �20 °C inferiore a 7.000 mPa�s, una pom-pabilità a �25 °C e una viscosità ad alta temperatura ealto shear maggiore di 3,7 mPa�s). I lubrificanti cherispondono a tali caratteristiche si dicono multigradi e


AUTOTRAZIONE

garantiscono prestazioni viscosimetriche soddisfacenti(avviamento a freddo e protezione ad alta temperatura)in un intervallo di temperature molto ampio.

In aggiunta alla classificazione viscosimetrica, glioli motore devono rispondere a opportune specificheprestazionali. Tali specifiche vengono richiamate daicostruttori nelle pubblicazioni tecniche (manuali, libret-ti di uso e manutenzione, ecc.) e riportate dai produtto-ri di lubrificanti sulle confezioni e sulla documentazio-ne tecnica. Ciò consente all’utilizzatore finale la sceltaappropriata del lubrificante in funzione delle prescri-zioni per il proprio macchinario e dell’offerta da partedei produttori di lubrificante.

Ciascuna specifica prestazionale per gli oli motorecontempla tipicamente più serie di valutazioni, di cui ilnucleo fondamentale è costituito dalle cosiddette provemotoristiche che simulano l’esercizio.

Sistema di classificazione statunitense Negli Stati Uniti la classificazione prestazionale dei

lubrificanti è il risultato dell’attività comune di alcunienti: l’ASTM (American Society for Testing and Mater-ials), che cura i metodi e le procedure di prova; il SAE(Society of Automotive Engineers) e l’EMA (EngineManufacturers Association), società di costruttori, che

definiscono le esigenze delle nuove specifiche; l’API(American Petroleum Institute) che pubblica il sistemadi classificazione; l’ACC (American Chemistry Coun-cil), organismo di categoria dei produttori di additivi.L’API ha anche l’importante compito di amministrare erilasciare le licenze d’uso del marchio.

L’Engine Oil Licensing and Certification System(EOLCS) è un sistema di certificazione che descrive leregole da seguire per la qualificazione dei lubrificantimotore e gestisce il rilascio di marchi di conformità daapporre sulle confezioni: l’API Service Symbol Donute il Certification Mark Starburst.

L’API pubblica sul proprio sito Internet la lista deilubrificanti per i quali è stata rilasciata la licenza adapporre il donut e/o lo starburst.

I livelli di prestazione API (API Service Categories)si dividono in livelli per motori a benzina e per motoridiesel, contraddistinti rispettivamente dalla lettera S (daService) e C (da Commercial), poichè tradizionalmentenegli Stati Uniti i motori diesel trovano applicazione solonei veicoli commerciali. Tali lettere sono seguite da unaseconda lettera (per esempio, SL) progressiva in fun-zione delle successive riedizioni; per le categorie Cdiesel, può inoltre essere presente anche un numero chene definisce la sfera applicativa.



tab. 1. Classificazione viscosimetrica degli oli motore (SAE J 300)

Gradi SAE

Avviamento Pompabilità Viscosità ad alta temperatura

ViscositàCCSmax(cP)

Temperatura(°C)

ViscositàMRVmax(cP)

Temperatura(°C)

Viscosità a 100 °C(mm2�s�1)

Viscositàa 150 °C e 106s�1

(mPa�s)

min. max. min

0W 6.200 �35 60.000 �40 3,8 –

5W 6.600 �30 60.000 �35 3,8 –

10W 7.000 �25 60.000 �30 4,1 –

15W 7.000 �20 60.000 �25 5,6 –

20W 9.500 �15 60.000 �20 5,6 –

25W 13.000 �10 60.000 �15 9,3 –

20 – – – – 5,6 �9,3 2,6

30 – – – – 9,3 �12,5 2,9

40 – – – – 12,5 �16,3 2,9 (0W-40,5W-40, 10W-40)

40 – – – – 12,5 �16,3 3,7 (15W-40,20W-40, 25W-40)

50 – – – – 16,3 �21,9 3,7

60 – – – – 21,9 �26,1 3,7

In aggiunta e a complemento delle categorie di ser-vizio, l’API definisce anche un livello prestazionaleEnergy Conserving. Per poter rivendicare tale livello, ilubrificanti devono dimostrare proprietà di risparmio dicarburante in una prova motoristica a confronto con irisultati ottenuti alla stessa prova da un olio standard diriferimento. Secondo quanto riportato dall’API nel-l’EOLCS, l’impiego esteso di oli motore che soddisfa-no tale requisito dovrebbe portare un risparmio com-plessivo di carburante del parco circolante.

A completamento dell’EOLCS, l’API amministra unprogramma di monitoraggio dell’effettiva qualità deilubrificanti immessi sul mercato che hanno riportato ildonut.

Sistema di classificazione europeoL’ACEA (Association des Constructeurs Européens

de l’Automobile) pubblica le cosiddette sequenze lubri-ficanti, che riportano i livelli prestazionali di riferimen-to per motori a benzina e diesel sia leggeri sia pesanti.Le prime sequenze furono pubblicate nel 1996, ad aggior-namento delle precedenti sequenze CCMC (ComitatoCostruttori del Mercato Comune), e vengono aggiorna-te con cadenza biennale.

Per quanto riguarda le regole di qualificazione, il si-stema europeo, denominato EELQMS (European En-gine Lubricants Quality Management System) si ispira al-l’API EOLCS. Al sistema europeo concorrono enti qualiil CEC (Coordinating European Council), incaricato disviluppare e catalogare i metodi di prova, l’ATIEL (Asso-ciazione Tecnica Industria Europea Lubrificanti) e l’ACC(American Chemistry Council).

L’ACEA non prevede un proprio marchio né gesti-sce un sistema di certificazioni. L’elenco degli operato-ri che ufficialmente, in adesione al sistema EELQMS,si impegnano a rispettarne le regole è pubblicato sul sitoInternet dell’ATIEL.

Sistema di classificazione giapponeseI costruttori giapponesi si rifanno in generale alle

specifiche americane o a quelle europee a seconda delmercato in cui operano.

Va per altro rilevato che in Giappone sono largamen-te diffusi i cosiddetti genuine oils, venduti dagli stessicostruttori. Le loro caratteristiche sono spesso definite inbase a prove motoristiche sviluppate sempre dai costruttori.

Un particolare rilievo ha assunto la classificazionequalitativa JASO (Japanese Automotive StandardizingOrganization) relativa agli oli per motoveicoli, che pre-vede livelli prestazionali per gli oli per motori a due equattro tempi (rispettivamente FB, FC e FD, MA e MB).Il sistema relativo prevede la possibilità di registrazionecon abilitazione a riportare un marchio sulle confezionie la pubblicazione su sito Internet della lista degli oliregistrati.

Specifiche dei costruttori Molti costruttori prevedono il rilascio di approvazio-

ni formali e la pubblicazione di liste di oli approvati. Cia-scun costruttore ha normalmente una serie articolata dispecifiche prestazionali, in funzione delle varie motoriz-zazioni e/o degli intervalli di sostituzione dell’olio.

Trend evolutivi degli oli motoreL’evoluzione degli oli motore segue di pari passo l’e-

voluzione motoristica ed è pertanto condizionata dalmiglioramento delle prestazioni e dalla riduzione delleemissioni.

Riduzione del CO2 (Protocollo di Kyoto)Con il Protocollo di Kyoto i paesi industrializzati si

impegnano a ridurre per il periodo 2008–12, il totaledelle emissioni di gas a effetto serra (CO2, metano, ossi-do di azoto, idrofluorocarburi, perfluorocarburi, esa-fluoro di zolfo; v. cap. 10.2) almeno del 5% rispetto ailivelli del 1990 nel settore dei trasporti. L’Unione Euro-pea ha operato una strategia per ridurre le emissioni diCO2 dalle autovetture nuove da 186 g/km a 120 g/km, alpiù tardi entro il 2012, in accordo con le associazioni deicostruttori di autoveicoli dell’Europa, del Giappone edella Corea del Sud.

Riduzione di emissioni degli inquinanti veicolari(normativa comunitaria)

Negli ultimi anni si è assistito a un crescente inte-resse nei confronti della problematica connessa al parti-colato emesso da autoveicoli (v. cap. 10.2), principal-mente in seguito a una serie di studi tossicologici cheindividuano una relazione fra l’esposizione al particola-to ambientale e gli effetti negativi sulla salute umana.

Un altro problema ambientale di recente attenzioneche riguarda le aree urbane e fortemente industrializza-te è rappresentato dallo smog fotochimico, un partico-lare tipo di inquinamento dell’aria che si produce nellegiornate caratterizzate da condizioni meteorologiche distabilità e di forte insolazione.

L’evidenza degli effetti delle emissioni autoveicola-ri sull’ambiente e sulla salute umana ha suggerito l’in-troduzione di opportune normative per regolare le emis-sioni dei mezzi di trasporto che dipendono dal tipo diveicolo e dal carburante utilizzato.

Tutti i veicoli debbono essere attualmente omologa-ti in base a normative comunitarie che prevedono limitidi emissione allo scarico che divengono sempre più restrit-tivi. I limiti EURO 4 si applicano dal 2005 ai veicoli dinuova omologazione e dal 2006 a tutti quelli di nuovaimmatricolazione.

Lubrificanti ed emissioniL’olio lubrificante influenza le emissioni allo scarico

in primo luogo attraverso la sua influenza sui consumi


AUTOTRAZIONE

di combustibile (fuel economy) per le ricadute dirette suiquantitativi di CO2 emessi. Altre forme più dirette di con-tributo alle emissioni si hanno attraverso la quantità diolio che trafila verso la camera di combustione o diret-tamente allo scarico (comunemente indicata con il ter-mine consumo d’olio), attraverso la sua possibilità e capa-cità di bruciare in camera di combustione stessa, attra-verso i fenomeni di assorbimento e desorbimento delcombustibile e infine più indirettamente attraverso l’im-patto sui sistemi di post-trattamento dei gas di scarico.

Fuel economyIn un motore a combustione interna l’energia forni-

ta dal carburante si distribuisce secondo uno schematipico: circa il 15% della risorsa energetica del combu-stibile risulta effettivamente sfruttabile per il veicolo;circa il 30% viene dissipata nel raffreddamento dei ci-lindri; circa il 30% viene persa nello scarico dei gasesausti; circa il 25% viene assorbita dai fenomeni diattrito meccanico che si verificano negli accoppiamen-ti del motore.

L’attrito responsabile di tali riduzioni di efficienza siorigina in differenti condizioni operative di carico, velo-cità e temperatura che determinano, nelle parti del moto-re interessate, combinazioni di lubrificazione idrodina-mica, mista e limite.

Il lubrificante può esercitare un ruolo significativonella limitazione di questi fenomeni contribuendo effi-cacemente alla cosiddetta fuel economy (FE), che rap-presenta in campo motoristico il parametro di riferimentoper la valutazione del risparmio energetico.

Due opzioni principali si offrono per la riduzione del-l’attrito: la prima prevede l’utilizzo di oli fluidi (a bassaviscosità) quando prevale la lubrificazione a film fluido(tipica dei cuscinetti), con elevato spessore di film d’o-lio; la seconda l’impiego di additivi chimici, detti Fric-tion Modifiers (FM), attivi nei regimi misti e limite (tipi-ci della distribuzione), con film molecolari.

Nel primo caso la selezione delle basi lubrificantirisulta cruciale. Quali fattori rilevanti nei confronti del-l’attrito emergono le caratteristiche reologiche: la visco-sità cinematica, l’indice di viscosità, la viscosità HTHS(High Temperature High Shear, ad alta temperatura e altishear), il coefficiente viscosità/pressione. Inoltre, soprat-tutto durante l’invecchiamento dell’olio, anche altre pro-prietà del fluido risultano significative: in particolare lavolatilità e la stabilità termossidativa.

Nel secondo ambito invece, diventano fondamenta-li l’adozione di composti Friction Modifiers appropria-ti e il controllo delle interazioni additivo/additivo e addi-tivo/sistema di basi.

Le determinazioni quantitative di FE sono di carat-tere comparativo rispetto a oli standard di qualità mediae sono sensibili sia ai cicli di prova sia al tipo di moto-rizzazione utilizzato.

Negli Stati Uniti si attribuiscono riconoscimenti dieccellenza a lubrificanti che, su tutto il ciclo di vita, supe-rano il 2% di risparmio di carburante, mentre in Europala soglia di qualificazione per gli oli nuovi è posta al2,5%. In particolari condizioni di esercizio (cicli urbanie bassa temperatura) tuttavia i lubrificanti fluidi, rispet-to a tecnologie più tradizionali, possono raggiungereanche livelli di FE del 4-5%.

Consumo di olioIl consumo di olio è da sempre oggetto di molta atten-

zione da parte degli utenti, ed è molto spesso conside-rato tra i principali parametri di giudizio della bontà diun prodotto. Ultimamente il consumo ha assunto un’im-portanza maggiore per le sue implicazioni sulle emis-sioni allo scarico.

Tralasciando le eventuali perdite dalle tenute versol’esterno, che hanno ripercussioni ambientali ma noninfluenzano le emissioni allo scarico, esistono princi-palmente tre fonti di trafilamento dell’olio che ne deter-minano la presenza allo scarico: la prima fonte è costi-tuita dalla zona delle valvole, la seconda dalla zona dellasegmentazione, la terza è legata alla eventuale presenzadi organi ausiliari come il turbocompressore, ampiamentediffuso soprattutto nei motori diesel.

Il lubrificante, oltre a influenzare indirettamente ilconsumo di olio in funzione delle sue capacità di pre-servare nel tempo il buono stato del motore, ha un’a-zione più diretta sul fenomeno, legata alla sua volatilitàe alle caratteristiche reologiche.

Effetto diretto sulle emissioniIl lubrificante influenza tutte le emissioni regola-

mentate in quanto è in grado di contribuire alla frazio-ne carboniosa del particolato (soot), alla frazione orga-nica volatile/solubile (VOF/SOF, Volatile Organic Frac-tion/Soluble Organic Fraction) e agli idrocarburi incom-busti o parzialmente combusti; attraverso la FE è inol-tre in grado di influenzare le emissioni di NOx e di CO2.

Ovviamente il lubrificante condiziona lo stato delmotore nel tempo, relativamente alla formazione di depo-siti e usura, e la sua capacità di contrastare tali fenome-ni si traduce nella possibilità di mantenere il livello ori-ginario delle emissioni gassose e di particolato. Lo stes-so invecchiamento dell’olio lubrificante può comportareeffetti negativi sulle emissioni allo scarico. Anche laquantità di solfati presenti nel particolato dipende in qual-che misura dal lubrificante; la presenza di composti dellozolfo nei lubrificanti contribuisce infatti alla presenza disolfati nelle emissioni, come è stato riscontrato utiliz-zando gasoli virtualmente privi di zolfo.

Diversi studi dimostrano che l’impiego di oli di piùbasso grado viscosimetrico SAE, rispetto alle grada-zioni tradizionali, e di composizione sintetica può assi-curare la riduzione contemporanea delle emissioni di



particolato e di NOx. In alcuni casi è stato sperimental-mente dimostrato come autovetture diesel con livelli diemissioni di particolato e NOx posizionati in prossimitàdei limiti massimi siano rientrate agevolmente nei limi-ti ricorrendo all’impiego di oli fluidi sintetici.

La riduzione delle temperature allo scarico, conse-guente alla diminuzione del consumo specifico reso pos-sibile dall’uso di oli fluidi, può tuttavia avere influenzanegativa sulla efficienza dei catalizzatori, soprattuttonella delicata fase di attivazione light-off degli stessi.L’ottimizzazione del motore in funzione delle caratteri-stiche reologiche dell’olio riveste particolare importan-za alla luce dell’esigenza di mantenere l’efficienza deisistemi di conversione catalitica.

Per finire la disamina degli effetti del lubrificantesulle emissioni si accenna al fatto che le caratteristichesia chimiche sia fisiche dell’olio possono influire sullasolubilità e sulla diffusione del carburante nel lubrifi-cante. Questo fenomeno regola la capacità dello spes-sore di film d’olio presente sulle pareti del cilindro diassorbire combustibile nella fase di compressione e rila-sciarlo durante l’espansione, ove non ha più la possibi-lità di bruciare. Nei motori diesel il fenomeno può rego-lare anche la capacità del particolato di arricchirsi incombustibile incombusto.

Sebbene i moderni oli lubrificanti contengano con-centrazioni di idrocarburi polinucleari aromatici (PNA,Polynuclear Aromatics hydrocarbons) molto basse, inesercizio essi possono assorbire PNA prodotti dalla com-bustione.

Effetto indiretto sulle emissioniRecentemente l’associazione europea costruttori e

alcune case automobilistiche che emanano specifichesui lubrificanti hanno deliberato nuove categorie di lubri-ficanti con limiti chimici massimi su ceneri, zolfo e inalcuni casi fosforo, per tenere conto in primo luogo delleesigenze dei motori diesel dotati di filtri antiparticolato(DPF, Diesel Particulate Filters), ma anche di altri siste-mi attuali e futuri.

La presenza di prodotti organometallici nel lubrifi-cante è, come accennato in precedenza, responsabiledella lenta, ma progressiva occlusione nel tempo deiDPF. La limitazione delle ceneri pone delle restrizionisu alcuni tipi di additivi come detergenti e antiusura checontengono composti organometallici. Tali richiestehanno originato ricerche verso componenti ashless dipari efficacia.

La riduzione delle ceneri si accompagna a quella dizolfo e fosforo, anche in considerazione del fatto che lasua limitazione provoca una automatica ripercussionesugli additivi organometallici contenenti questi ultimielementi.

Lo zolfo è imputato soprattutto di ridurre l’efficaciadelle trappole per NOx, imponendone la più frequente

rigenerazione, ma in realtà causa l’avvelenamento rever-sibile di tutti i tipi di catalizzatore.

La presenza dello zolfo nei lubrificanti di uso attua-le deriva dal contributo delle basi, se di tipo minerale, edi alcuni dei componenti del pacchetto di additivi. Glioli minerali o con minima presenza di basi sintetichepossono presentare un contenuto di zolfo fino a 7.000-8.000 ppm, mentre gli oli con basi totalmente sinteticheo non convenzionali possono presentare un tenore di2.000-4.000 ppm. Si evidenzia pertanto l’importanzaemergente della limitazione dello zolfo nei lubrificantiin presenza dei sistemi di post-trattamento dei gas di sca-rico che si rivelano sensibili all’avvelenamento da zolfo.Il primo passo in tal senso è chiaramente connesso all’im-piego di basi lubrificanti prive di zolfo, il che emargi-nerà in un prossimo futuro le basi minerali tradizionalia vantaggio delle basi sintetiche e di quelle minerali sog-gette a trattamenti di hydrocracking e isomerizzazione.Un ulteriore contributo alla riduzione dello zolfo saràperò anche richiesto all’additivazione dell’olio, il che sitraduce nella limitazione di impiego di una serie di addi-tivi di diversa funzionalità (detergenti, antiusura, antios-sidanti, antiattrito) contenenti zolfo.

L’unica fonte di fosforo è rappresentata dal lubrifi-cante e più in particolare dagli additivi antiusura (ditiofo-sfati di zinco) in esso contenuto. Gli oli tradizionali pre-sentano un contenuto di fosforo generalmente intorno a1.000-1.200 ppm. Il problema dell’interferenza del fosfo-ro sulla funzionalità dei sistemi catalitici di trattamentodei gas esausti è stato portato all’attenzione già da diver-si anni ma la presenza di questo elemento è giustificatadal suo importante ruolo di antiusura. La limitazione diquesto elemento pone la richiesta di additivi antiusuraalternativi caratterizzati dalla assenza di fosforo e pos-sibilmente di zolfo.

Evoluzione delle richieste prestazionali tradizionaliIl raggiungimento di proprietà di compatibilità nei

confronti dei sistemi di post-trattamento dei gas di sca-rico deve coesistere sia con esigenze prestazionali tra-dizionali, sia con aspetti emergenti dalle più recenti evo-luzioni tecnologiche dei motori.

Nel campo dei motori a benzina lo sviluppo di moto-ri a iniezione diretta comporta come conseguenza unapossibile maggiore contaminazione dell’olio da parte delcombustibile, a causa del contatto diretto tra il carbu-rante iniettato e lo spessore di film d’olio sulle pareti delcilindro. La fluidodinamica della camera di combustio-ne sembra tuttavia avere un ruolo importante nel favori-re od ostacolare il contatto oltre che nel determinare lacorretta preparazione della miscela.

Un altro problema che sembra emergere relativa-mente a questa tipologia di motori è rappresentato dall’au-mento dei depositi sulle valvole di aspirazione, sulle qua-li viene meno l’azione parzialmente dilavante operata


AUTOTRAZIONE

dall’iniezione di carburante verso le valvole stesse, cheavviene invece nei motori a iniezione nel collettore. Poi-ché l’olio lubrificante che trafila lungo le valvole restauno dei maggiori imputati della formazione dei depo-siti sulle stesse, aumentano le richieste da parte deicostruttori verso oli con un basso contributo ai deposi-ti sulle valvole.

Nel campo dei motori diesel per autovetture si è assi-stito negli ultimi anni a una lievitazione della potenzaspecifica consentita dai nuovi impianti di iniezione adalta pressione (common rail e iniettori-pompa). La mag-giore potenza specifica implica un maggiore carico ter-mico sul pistone, che a sua volta si traduce in una richie-sta nei confronti dell’olio di migliori prestazioni antios-sidanti e detergenti.

Le elevate pressioni di iniezione, accompagnate dauna sovralimentazione spinta, hanno inoltre determina-to un incremento delle sollecitazioni meccaniche sulpistone, sulle fasce elastiche e sui cuscinetti. Conse-guentemente, all’olio vengono richieste migliore otti-mizzazione delle caratteristiche reologiche reali (indicedi viscosità, HTHS, coefficiente viscosità-pressione) emigliori proprietà antiusura.

Ai fini della riduzione delle emissioni di NOx si èdiffuso nei motori diesel e in alcuni motori a benzinal’impiego del ricircolo dei gas di scarico (EGR, ExhaustGas Recirculation). Questa tecnica consiste nel prele-vare una certa quantità di gas allo scarico reintroducen-dola nei cilindri insieme all’aria aspirata, la cui portatavolumetrica risulta quindi ridotta di una quantità corri-spondente alla portata di gas riciclato. L’effetto del ricir-colo è quello di abbassare le temperature di picco incamera di combustione, con influenza diretta sulla pro-duzione di NOx. Tuttavia il gas ricircolato e aspirato nuo-vamente dal motore aumenta la contaminazione dell’o-lio lubrificante da parte di materiale carbonioso, di incom-busti provenienti dal combustibile e di sostanze acidegenerate in camera di combustione. L’uso dell’EGR richie-de pertanto una maggiore attenzione alle proprietà neu-tralizzanti e disperdenti del lubrificante.

La ricerca di un esasperato isolamento acustico delvano motore tende a ostacolare la perdita di calore versol’esterno con un aumento generale delle temperaturedel motore. La conformazione aerodinamica delle vet-ture, con la ricerca del migliore coefficiente aerodina-mico di resistenza all’avanzamento, ai fini della ridu-zione della potenza perduta per resistenza aerodinami-ca, non migliora la situazione termica gravosa dei motori.Le proprietà antiossidanti degli oli vengono anche intal caso alla ribalta per la loro fondamentale importan-za ai fini del mantenimento delle prestazioni del lubri-ficante nel tempo.

Parallelamente a tutto questo, la tendenza all’allun-gamento degli intervalli di manutenzione delle vetturespinge i costruttori a prolungare anche gli intervalli di

cambio dell’olio. A tal fine diviene sempre più frequentela richiesta da parte di molti costruttori verso oli longlife, cioè capaci di durare più a lungo di oli tradiziona-li. Il conferimento di proprietà long life porta natural-mente al rafforzamento di tutti gli aspetti prestazionalidell’olio stesso, il cui effetto viene valutato attraversoprove motoristiche normalizzate di maggiore severità.

Lubrificanti per la trasmissione

Funzioni dei lubrificanti per trasmissioniLe caratteristiche dell’olio per gli apparati di tra-

smissione sono in parte diverse da quelle dell’olio moto-re in quanto non sono presenti le cause di contamina-zione e le elevate temperature che si riscontrano nellaapplicazione di questi ultimi. Le loro funzioni possonocosì essere riassunte: formare anche nelle più severe con-dizioni di esercizio un film lubrificante tra i vari accop-piamenti in movimento relativo e in particolare tra lesuperfici dei denti degli ingranaggi; asportare il caloreprodotto per attrito; proteggere le superfici metallichedalla ossidazione.

La capacità dell’olio di sopportare i carichi è fonda-mentale, date le elevate pressioni che si generano tra identi in presa degli ingranaggi. Tali pressioni e le con-seguenti alte temperature locali possono rendere inade-guato il film solido che si forma in presenza di additiviantiusura; in questi casi è necessario l’impiego di parti-colari additivi detti per EP che sono in grado di reagirecon le superfici stesse per formare composti che agi-scono da lubrificanti solidi.

Classificazioni e specifiche prestazionaliGli oli per trasmissione automobilistica comprendo-

no gli oli per cambi e differenziali e gli oli per trasmis-sioni automatiche (ATF, Automatic Trasmission Fluids),questi ultimi largamente diffusi negli Stati Uniti ma rela-tivamente poco presenti in Europa, con la sola eccezio-ne dei moderni mezzi di trasporto pubblici.

Gli oli per cambi e differenziali rientrano nella piùgenerale categoria degli oli per ingranaggi, di cui costi-tuiscono uno dei casi più severi per il disegno (ingra-naggi ipoidi), i carichi, le condizioni di temperatura incui operano.

Come per gli oli motore, anche per gli oli per tra-smissioni la SAE ha predisposto un sistema di classifi-cazione viscosimetrica basato su misure a bassa e altatemperatura (SAE J 306) che servono da guida alla scel-ta del lubrificante in funzione delle condizioni ambien-tali e delle sollecitazioni termiche previste dall’impiego.

Le prestazioni degli oli per trasmissioni sono comu-nemente identificate dalla serie MIL-L-2105, definita daun apposito organismo militare statunitense, e dalle serieGL (Gear Lubricant) e MT (Manual Transmission), a curadell’API. I costruttori europei si rifanno a specifiche API



integrate in molti casi da specifiche proprie. Tali speci-fiche sono mirate per ogni settore applicativo e richie-dono differenti proprietà al lubrificante; da questo puntodi vista, la caratteristica principale è il possesso o menodi proprietà EP.

Buona parte delle esigenze dei cambi automatici sonosoddisfatte da fluidi per trasmissione automatica ATF.Le trasmissioni automatiche moderne richiedono oli ingrado di assolvere a una serie complessa di compiti: essiinfatti agiscono come convertitori di coppia, fluidi idrau-lici, oli per ingranaggi, fluidi per lo smaltimento del calo-re. La funzione principale rimane peraltro quella di for-nire caratteristiche d’attrito adeguate al corretto funzio-namento di un sistema di frizioni in bagno d’olio. Talesistema è di norma costituito da una serie di piatti d’ac-ciaio accoppiati a frizioni di refrattario, carta, grafite,bronzo, ecc.

Nel 1967 General Motors introdusse il marchioDEXRON: l’omologazione del prodotto era accompa-gnata dalla licenza d’uso del marchio sulla confezione.Da allora a oggi la specifica DEXRON si è progressi-vamente evoluta. Ford ha seguito la stessa strada con l’in-troduzione del proprio marchio MERCON.

Particolare rilievo, specie nel settore della trazionepesante e di off-highway (movimento terra, costruzioni,trattori, ecc.), rivestono le specifiche degli oli per tra-smissione emesse dalla apposita divisione di GeneralMotors e da Caterpillar.

Per la lubrificazione delle macchine agricole, a causadella presenza di organi meccanici particolari (quali ifreni in bagno d’olio) e della necessità di unificare lalubrificazione di tali organi quanto più possibile, sonopresenti lubrificanti specifici: oli destinati alla lubrifi-cazione sia del motore sia degli organi ausiliari (STOU,Super Tractor Oil Universal); oli destinati alla lubrifica-zione dei soli organi ausiliari ma non a quella del moto-re (UTTO, Universal Tractor Trasmission Oil). Si trattain genere di oli che rispondono alle specifiche dei prin-cipali costruttori di veicoli off-road (Deutz-Allis, J.I.Case, John Deere, Massey-Ferguson, ecc.) e che preve-dono, oltre a vari requisiti reologici, prove d’usura, dicorrosione e d’ossidazione, di compatibilità con gli ela-stomeri, di tolleranza all’acqua, e test su apparecchiatu-re che simulano il reale esercizio.

Fluidi speciali

A completamento della gamma dei prodotti per auto-trazione sono presenti altri fluidi, la cui funzione prin-cipale può essere o meno quella di lubrificare i com-ponenti meccanici, dei quali si fa solo menzione. Si trat-ta di oli motore per rodaggio e protettivi, fluidi persistemi frenanti e frizioni idrauliche, per sistemi idrau-lici centralizzati (CHF, Central Hydraulic Fluid), e per siste-mi di raffreddamento. Per alcune applicazioni, infine

(ingrassaggio, oli per sistemi di condizionamento) si faimpiego di prodotti for life di derivazione industriale.

8.4.3 Principali componenti deilubrificanti per autotrazione

Oli base

Impiego degli oli base nei lubrificanti per autotrazione

Accanto agli oli base minerali, ottenuti dalla lavora-zione del greggio, acquistano sempre maggior impor-tanza le basi non convenzionali (NCBO, Non Conven-tional Base Oils) e quelle sintetiche così definite perchénon derivano direttamente dalla lavorazione del greggioo perché si ottengono da processi di sintesi.

Oli base minerali e NCBO derivanti dalla lavorazio-ne dei greggi petroliferi sono trattati nei capitoli 8.1 e8.2 del II volume. Le basi sintetiche più largamente uti-lizzate nel settore dei lubrificanti per autotrazione sono:PAO (polialfaolefine, basi idrocarburiche da a-olefineidrogenate), PIO (poly internal olefins, poliolefine inter-ne) basi idrocarburiche da olefine interne idrogenate),esteri. Altre basi sintetiche di uso più limitato sono: poli-glicoli, polibuteni, aromatici alchilati.

La scelta della base o della miscela di basi è fonda-mentale perché, anche se molte proprietà del lubrificantevengono garantite da un’adeguata additivazione, la natu-ra chimica della base può influenzare pesantemente alcu-ne caratteristiche prestazionali del lubrificante.

Quindi, a seconda della base impiegata, si avrannoeffetti positivi o meno sia sulle caratteristiche chimico-fisiche e reologiche sia su quelle prestazionali del lubri-ficante finito.

Basi minerali Le loro caratteristiche dipendono dalla composizio-

ne idrocarburica del greggio, nonché dalla severità delprocesso di estrazione e di deparaffinazione. Si posso-no comunque definire alcune caratteristiche generali,tipiche di questa tipologia di basi. La presenza di com-posti aromatici determina un buon potere solvente e unadiscreta resistenza all’ossidazione grazie ai compostisolforati che fungono da antiossidanti naturali. Per con-tro, i composti aromatici possono dare luogo a prodottidi polimerizzazione che a lungo andare danno origine adepositi.

Le basi minerali presentano caratteristiche a freddodecisamente inferiori a quelle delle basi sintetiche a causadell’elevato contenuto di n-paraffine, per cui consento-no di formulare lubrificanti in gradazioni viscosimetri-che non particolarmente fluide.

Infine esse presentano una volatilità superiore alle basisintetiche che, unitamente alla degradazione causata dai


AUTOTRAZIONE

processi ossidativi, può contribuire a un più rapido dete-rioramento del lubrificante.

Basi minerali non convenzionaliI processi impiegati nella produzione delle basi non

convenzionali consentono di raggiungere una composi-zione finale dei tagli relativamente indipendente dallecaratteristiche del greggio d’origine. Pertanto la qualitàdi questi oli base è superiore a quella degli oli base otte-nuti dal ciclo tradizionale al solvente, rispetto ai qualioffrono i seguenti vantaggi:• volatilità inferiore a pari viscosità (minor consumo

in esercizio);• indice di viscosità superiore (intervallo di tempera-

ture d’impiego più ampio);• miglior stabilità alla temperatura (vita utile più lunga);• tenore di zolfo basso o trascurabile (elemento di sem-

pre maggiore importanza per gli oli motore, a causadelle crescenti richieste di compatibilità con i dispo-sitivi di trattamento dei gas di scarico).

Basi sinteticheLe PAO costituiscono la classe di basi sintetiche

maggiormente usate in autotrazione. Sono costituite dacatene idrocarburiche sature a elevato grado di ramifi-cazione. Presentano caratteristiche a freddo e volatilitàmolto migliori degli oli minerali derivati da processi diestrazione al solvente, hydrocracking o idroisomeriz-zazione.

Sono poco polari e di conseguenza hanno limitatopotere solvente (solvency), che può andare a scapito dellacapacità di solubilizzazione degli additivi polari presen-ti nell’olio lubrificante e dei prodotti di ossidazione chesi formano in esercizio.

Un’altra classe di basi sintetiche tipicamente usatain autotrazione è costituita dagli esteri; essi sono com-posti polari e per questo motivo vengono generalmenteimpiegati in miscela con le PAO. In funzione del tipo diacido e di alcol impiegati nella sintesi è possibile impar-tire alla base le caratteristiche reologiche e prestaziona-li desiderate. Grazie alla loro capacità lubrificante e, doverichiesto, all’elevata biodegradabilità, gli esteri trovanolargo impiego negli oli per motori a due tempi.

Altre classi di basi sintetiche trovano impiego in set-tori della lubrificazione particolari.

Classificazione degli oli base (secondo API e ATIEL)Sia API che ATIEL prevedono un criterio di classi-

ficazione degli oli base in relazione al contenuto di zolfo,di saturi e all’indice di viscosità (tab. 2).

Additivi

Il contenuto d’additivi nell’olio lubrificante va dapoche parti per milione a vari punti percentuali e, in base

alla funzione che tali prodotti devono svolgere, essi pos-sono essere classificati in:• sostanze che hanno come scopo il miglioramento

delle caratteristiche intrinseche degli oli base (modi-ficatori dell’indice di viscosità e miglioratori delpunto di scorrimento);

• sostanze protettive del lubrificante (antiossidanti);• sostanze che impartiscono nuove proprietà e proteg-

gono le superfici metalliche del motore (detergenti,disperdenti, modificatori d’attrito, additivi antiusu-ra-EP, antiruggine e inibitori di corrosione).

Modificatori dell’indice di viscositàLa viscosità è la principale proprietà fisica del lubri-

ficante ed è una misura delle interazioni intermolecola-ri dell’olio e quindi della resistenza al suo scorrimento.All’aumentare della temperatura la viscosità del lubrifi-cante tende a diminuire causando anche la diminuzionedello spessore del film lubrificante fra le parti in motorelativo. I modificatori dell’indice di viscosità (Viscos-ity Index Improvers, VII, o Viscosity Modifiers, VM)influenzano l’andamento viscosità-temperatura, rallen-tando la diminuzione della viscosità al crescere dellatemperatura grazie alle variazioni conformazionali chela loro struttura subisce in funzione della temperatura.

I modificatori dell’indice di viscosità sono polimeria peso molecolare variabile appartenenti alle seguenticategorie principali:• copolimeri etilene-propilene idrogenati (detti anche

OCP, Olefin Co-Polymers);• poliisopreni idrogenati che possono essere lineari,

parzialmente ramificati o a stella;• polimetacrilati (PMA PolyMathAcrylates) di alco-

li a catena lunga variabile da C12 a C18, lineare e/oparzialmente ramificata;



tab. 2. Classificazione API e ATIEL degli oli base.Le regole di intercambiabilità nei lubrificanti finiti

variano in base al gruppo di appartenenza

GruppoSaturi

(% in peso)Zolfo

(% in peso)

Indicedi Viscosità

(IV)

I �90 e/o �0,03 80-120

II �90 �0,03 80-120

III �90 �0,03 �120

IV PAO

V tutte le altre basi

VI (*) PIO

(*) solo ATIEL.

• copolimeri stirene-isoprene idrogenati, che possonoessere lineari, parzialmente ramificati o a stella;

• poliisobuteni (PIB PolyIsoButenes).A bassa temperatura, questi polimeri hanno una strut-

tura raccolta che minimizza le interazioni con la base lubri-ficante; con l’aumentare della temperatura, il polimero aumen-ta le interazioni con la base, estende le sue catene e si espan-de, contrastando la diminuzione di viscosità della base.

Nella produzione dei VM il controllo del peso mole-colare e della sua distribuzione rappresenta un elemen-to critico poiché questi parametri regolano due impor-tanti caratteristiche del polimero come il potere ispes-sente e la stabilità al taglio meccanico.

Miglioratori del punto di scorrimento Tali additivi (Pour Point Depressant, PPD) migliora-

no le caratteristiche di scorrimento a bassa temperaturadel lubrificante. I tipi principali sono costituiti da polime-tacrilati, copolimeri etilene-vinilacetato, polifumarati.

L’effetto dei PPD dipende largamente dalle caratte-ristiche delle basi impiegate e dalla loro concentrazio-ne. Normalmente l’azione di tali additivi è più efficacenei confronti delle basi fluide (SN 80, SN 150). Ogniclasse di PPD ha un limite d’efficacia: al di sopra di unacerta percentuale cessa l’effetto sul punto di scorrimen-to (che in certi casi può peggiorare) e comincia a farsisentire l’effetto ispessente. Le percentuali di trattamen-to tipiche variano tra lo 0,1 e l’1%.

AntiossidantiL’ossidazione è il risultato dell’interazione dei com-

ponenti del lubrificante con l’ossigeno alle temperatured’esercizio del motore. Essa è la principale causa di degra-dazione dell’olio e porta alla formazione di specie acideche man mano aumentano di peso molecolare, dandoorigine a lacche e morchie che portano a un incrementodi viscosità del lubrificante e formano depositi nelle zonefredde del motore.

La degradazione ossidativa del lubrificante avvienea causa di una serie complessa di reazioni radicaliche acatena, che viene contrastata con particolari additiviantiossidanti o inibitori d’ossidazione. Tali additivi dauna parte interrompono le reazioni chimiche responsa-bili dei processi citati e dall’altra decompongono i primiprodotti di degradazione impedendone l’ulteriore evo-luzione verso specie più dannose.

I tipi principali di questa classe di sostanze sono:ammine aromatiche alchilate, fenoli stericamente impe-diti, zinco dialchilditiofosfati, derivati dell’acido dial-childitiocarbammico.

Le ammine e i fenoli impediti agiscono come trap-pole di radicali (radical scavenger) trasformando i peros-sidi reattivi in specie inattive. Gli zincoditiofosfati, oltread agire con questi meccanismi, decompongono etero-liticamente gli idroperossidi (ROOH) disattivandoli.

Detergenti e disperdentiCostituiscono due delle più importanti categorie di

additivi degli oli motore e hanno la funzione di mante-nere il motore pulito. Tale obiettivo viene perseguito cer-cando di ridurre la formazione dei depositi e di mante-nere in sospensione quei prodotti insolubili che da essiderivano, contrastando la loro ulteriore aggregazione eadesione sulle superfici metalliche calde/fredde.

Detergenti metallici. Servono per neutralizzare iprodotti acidi derivanti dalla combustione (acidi orga-nici e ossidi di zolfo), ridurre lacche e depositi nei pisto-ni e prevenire problemi alle fasce elastiche in condi-zioni severe di temperatura. Sono generalmente costi-tuiti da dispersioni colloidali in basi lubrificanti dicarbonato di metalli alcalini o alcalino-terrosi, stabi-lizzate da uno strato adsorbito di molecole surfattanti.Il nucleo carbonatico, tipicamente amorfo, rappresen-ta la riserva di basicità necessaria alla neutralizzazio-ne dei composti acidi, mentre lo strato di tensioattivoè costituito da sali di acidi a catena oleofila sufficien-temente lunga (sapone) per assicurare la stabilità delcolloide. Le principali classi chimiche di detergentimetallici usualmente impiegate sono: solfonati, solfofe-nati, salicilati.

Il valore del numero di basicità (BN) determina lecapacità neutralizzanti dell’additivo mentre il tenore disapone determina la sua efficacia detergente vera e pro-pria. A seconda dell’abilità neutralizzante del detergen-te si distinguono detergenti neutri (BN�25) e sovraba-sici (BN�25). Nell’autotrazione si impiegano princi-palmente detergenti a base di metalli alcalino-terrosi esoprattutto quelli a base di calcio.

Disperdenti. Sono additivi fondamentali ai fini delleprestazioni, dato che controllano lo stato d’aggregazio-ne di morchie e, nei motori diesel, della fuliggine; nellubrificante costituiscono oltre il 50% dell’additivazio-ne. Tra le tipologie molecolari più importanti si annove-rano i derivati delle anidridi succiniche (succinimmidi,succinesteri, ecc.) di impiego diffusissimo e la cui sin-tesi è ormai documentata da più di 1.500 brevetti.

Anche i disperdenti sono costituiti da molecole anfi-filiche nelle quali la porzione lipofilica è generalmentecostituita da catene poliolefiniche (in genere poliisobu-tene) con peso molecolare variabile tra 700 e 3.000, men-tre il gruppo polare è in genere il derivato di una poliam-mina o di un poliolo. Il legame tra queste due parti dellamolecola finale viene ottenuto mediante differenti rea-zioni chimiche. Le più importanti classi dei disperdentisono: succinimmidi, esteri succinici, alchilfenolammi-ne (basi di Mannich), disperdenti polimerici.

Fra tutte, le succinimmidi sono probabilmente la clas-se più importante e quella prodotta in maggiori volumi.Si preparano in due stadi: il primo consiste nel funzio-nalizzare la catena di un oligomero alchilico (poliolefi-ne, preferibilmente poliisobutene) con anidride maleica


AUTOTRAZIONE

per dar luogo a una poliisobutilensuccinanidride (PIBSA),il secondo nel convertire la PIBSA nella polisobutilen-succinimmide finale (PIBSI) facendola reagire con unaN-ammino-polialchilammina (per esempio esaetilene epta-ammina, HEHA; tetraetilene penta-ammina, TEPA, ecc.).

Gli esteri succinici impiegati come disperdenti per ilubrificanti per autotrazione sono prodotti formati este-rificando un derivato succinico di una poliolefina (ana-logo a quelli impiegati per le succinimmidi) con mono-o poli-alcoli (per esempio pentaeritritolo), in modo daprodurre disperdenti con pesi molecolari in genere dellostesso ordine di grandezza di quelli delle succinimmidi.

Le alchilfenolammine sono costituite da fenoli polii-sobutilenici (o polialchil-sostituiti) fatti reagire con polial-chilenammine mediante formaldeide, attraverso la rea-zione di Mannich.

Modificatori di attritoTali additivi sono delle specie chimiche in grado d’in-

fluenzare il coefficiente di attrito in condizioni di lubri-ficazione limite. Possono essere costituiti da molecoleorganiche anfifiliche molto lunghe oppure da compostimetallo-organici (in genere a base di molibdeno). Lariduzione del coefficiente di attrito delle superfici avvie-ne mediante formazione su di esse di film di molecolea elevata scorrevolezza (per esempio MoS2 nel caso delditiocarbammato di Mo).

Additivi antiusura/EPSono additivi che vengono principalmente impiega-

ti per ridurre l’usura in condizioni di lubrificazione limi-te. In condizioni di carico medio-alte o elevate (EP),reagiscono con le superfici metalliche formando stratitribochimici protettivi. Negli oli motore svolgono essen-zialmente funzioni antiusura. Il ruolo EP, marginale, vienelasciato ai detergenti metallici.

La principale classe di antiusura è costituita daglizincodialchilditiofosfati, la cui introduzione ha coinci-so con il decollo della tecnologia di additivazione perlubrificanti. Si hanno inoltre antiusura a base di molib-deno (dialchilditiofosfati, ditiocarbammati), compostiorganici e detergenti metallici.

Negli oli per trasmissioni è diffuso l’utilizzo di addi-tivi EP. Tra questi, i principali sono: solforizzati (antiu-sura/EP), composti zolfo-fosforo (antiusura/EP), paraf-fine clorurate (EP).

La struttura chimica dei ditiofosfati di zinco è cosìrappresentabile:

RO S S OR

P Zn P

RO S S OR

La parte alcossido (RO) deriva da un alcol prima-rio a catena corta (�C6) o a catena lunga (C6-C8) nei

ditiofosfati primari o da un alcol secondario (C3-C3-C6)nei ditiofosfati secondari, raramente da un alchilfenolo(ditiofosfati arilici).

Sono composti polari e per questo motivo vengonogeneralmente impiegati in miscela con le PAO. La sta-bilità termica aumenta nell’ordine: secondari, primari acatena corta, primari a catena lunga, acrilici, mentre l’ef-ficacia antiusura varia nell’ordine inverso. L’additivoantiusura infatti funziona come tale perché, decompo-nendosi alle temperature di contatto metallo-metallo rea-gisce con le superfici e forma strati a basso coefficien-te d’attrito. Come già detto, i ditiofosfati di zinco svol-gono inoltre un’azione antiossidante molto efficace.

Attualmente, l’impiego dei ditiofosfati di zinco vienelimitato poiché il fosforo in essi contenuto, rilasciatodurante la parziale combustione del lubrificante, puòinteragire negativamente con i sistemi catalitici di trat-tamento dei gas esausti.

Anticorrosivi/antiruggineServono per proteggere le superfici metalliche del

motore dalla corrosione e dagli agenti aggressivi gene-rati durante la combustione (acqua, prodotti acidi, ossi-danti, ecc.) o per protezione nel trasporto e nello stoc-caggio. La loro azione si esplica grazie alla creazione diuna barriera fisica, che essi stessi formano sulla superfi-cie metallica, la quale impedisce l’attacco della super-ficie da parte degli agenti corrosivi.

I principali tipi sono: alcoli etossilati, acidi carbos-silici a lunga catena, esteri fosforici, ammine, imidazo-line e tioderivati.

Per la loro natura sono composti che possono darluogo a fenomeni che si contrappongono ad altre clas-si di additivi (per esempio i ditiofosfati di zinco), conle quali spesso entrano in competizione per trattare lesuperfici metalliche, o che possono influenzare nega-tivamente altre proprietà del mezzo nel quale operano(per esempio la demulsività). La presenza nel motoredi superfici metalliche di varia natura, inoltre, spessorichiede l’impiego di miscele di diversi additivi anti-corrosione.

8.4.4 Lubrificanti per l’industria

Classificazione Per assicurare un’efficace lubrificazione è impor-

tante selezionare la corretta viscosità affinché si formiun film lubrificante in grado di separare le due superfi-ci in contatto. In generale è necessaria un’elevata visco-sità dell’olio in presenza di alti carichi e basse velocità;invece nel caso di velocità elevate, proprio per ridurregli attriti, si utilizzano lubrificanti molto fluidi. È statodefinito pertanto un sistema di classificazione viscosi-metrica dei lubrificanti impiegati nell’industria.



Esistono numerosi metodi per determinare la correttaviscosità di un olio in relazione agli accoppiamenti mec-canici industriali: alcuni di questi sono normalizzati, altrisono stati sviluppati da costruttori come nel caso, peresempio, degli ingranaggi e dei cuscinetti.

Il loro scopo è quello di fornire, unitamente all’in-dice di viscosità (IV), una guida per la scelta del lubri-ficante più adatto all’applicazione.

In passato in Europa veniva utilizzata la viscositàEngler, mentre negli Stati Uniti si usava il sistema SUS.Oggi per gli oli per l’industria si è affermato il sistemaISO (International Standardization Organisation), che fariferimento alla viscosità cinematica a 40 °C in mm2/s(o centistoke, cSt). La temperatura di riferimento (40 °C)è stata scelta in modo da essere vicina sia alla mediadelle temperature d’esercizio, sia alle temperature diriferimento dei vecchi metodi di classificazione dellaviscosità dei lubrificanti. Le gradazioni standard previ-ste, definite ISO VG (ISO Viscosity Grade), consentono

di coprire tutte le esigenze pratiche di lubrificazioneindustriale (tab. 3).

Nella definizione di lubrificanti industriali ricadononumerosissimi prodotti con caratteristiche estremamen-te diverse tra loro nella composizione e destinati a mol-tepici e differenti applicazioni. Infatti, in questa catego-ria si possono individuare quattro tipologie fondamenta-li di prodotto: i fluidi lubrificanti industriali propriamentedetti, i grassi lubrificanti, i prodotti per lavorazioni mec-caniche e gli oli per applicazioni varie e di processo.

L’ISO ha effettuato una puntuale ed estesa classifi-cazione dei lubrificanti industriali emettendo la classi-ficazione standard ISO 6743-99 ove sono individuate 18famiglie di prodotti, in funzione dell’applicazione, ognu-na contraddistinta da una lettera dell’alfabeto (tab. 4).Si tratta di tutti i tipi di prodotti destinati alla lubrifica-zione del macchinario industriale, quali oli idraulici, oliper turbine, oli per compressori, oli per cuscinetti e oli peringranaggi industriali.

Le caratteristiche rilevanti ai fini dell’applicazionesono: viscosità/indice di viscosità, punto di scorrimen-to, demulsività, proprietà antischiuma, trattenimento del-l’aria, compatibilità con le guarnizioni, proprietà antiu-sura, proprietà antiruggine, stabilità all’ossidazione. Oltrea queste caratteristiche ve ne sono altre che tengono contodell’impiego specifico a cui il prodotto è destinato. Talicaratteristiche sono determinate con modalità di provaelaborate da enti normatori internazionali; per la mag-gior parte si tratta di metodi ASTM (American Societyfor Testing and Materials).

Applicazioni

TurbineLe diverse tipologie di applicazioni richiedono spes-

so prodotti specifici, come nel caso delle turbine. Infat-ti per queste sono necessarie particolari prestazioni intermini di stabilità chimica del prodotto. Nel caso delleturbine a vapore l’olio deve avere una spiccata capacitàdi separarsi dall’acqua che accidentalmente può conta-minarlo, mentre per le turbine a gas si esaltano le pro-prietà di resistenza all’ossidazione. Per gli oli per turbi-ne industriali a vapore e a gas si utilizzano in genere basiminerali speciali di qualità superiore a quella standard,mentre per le turbine a gas di tipo aeronautico vengonoutilizzati oli sintetici, in genere esteri o polialfaolefine.

CuscinettiUna vasta parte delle applicazioni dei lubrificanti

industriali riguarda la lubrificazione di cuscinetti vol-venti o radenti. Per questi casi si utilizzano oli apposita-mente formulati che non abbiano problemi di compati-bilità con i materiali, possiedano una elevatissima stabi-lità termossidativa e nel contempo tengano conto delleparticolari condizioni operative legate all’applicazione:


AUTOTRAZIONE

tab. 3. Classificazione viscosimetricadei fluidi lubrificanti industriali (ISO 3448)

Simbolo ISOViscosità

media(cSt a 40 °C)

Intervallo di viscosità(cSt a 40 °C)

min. max.

ISO VG 2 2,2 1,98 2,42

ISO VG 3 3,2 2,88 3,62

ISO VG 5 4,6 4,14 5,06

ISO VG 7 8,8 6,12 7,48

ISO VG 10 10 9,00 11,0

ISO VG 15 16 13,5 16,5

ISO VG 22 22 19,8 24,2

ISO VG 32 32 28,8 36,2

ISO VG 46 46 41,4 60,8

ISO VG 68 68 61,2 74,8

ISO VG 100 100 90 110

ISO VG 150 150 136 186

ISO VG 220 220 198 242

ISO VG 320 320 288 362

ISO VG 480 460 414 508

ISO VG 680 680 614 748

ISO VG 1000 1.000 900 1.100

ISO VG 1500 1.500 1.350 1.850

si possono infatti citare gli oli per cuscinetti per lami-natoi, contraddistinti da elevate viscosità ed elevate carat-teristiche demulsive, e gli oli per cartiere, che possonoessere di tipo minerale ma a volte sono di tipo sintetico(polialfaolefine o poliglicoli) per operare nelle parti caldedelle macchine, o addirittura di tipo detergente-disper-dente per mantenere in sospensione le fibre di carta cheaccidentalmente possono inquinarli.

Impianti idrostaticiIn questa categoria, costituita essenzialmente da flui-

di idraulici per comandi oleodinamici di macchine dacantiere, impianti industriali, ecc., si concentrano i mag-giori volumi di lubrificanti industriali. Questi prodotti,oltre a soddisfare determinati requisiti chimico-fisici,devono anche superare prove al banco di tipo tribologi-co o su rig test che simulano l’impiego reale. Le speci-fiche del settore sono di enti (ISO, DIN BS, ecc.) o dicostruttori di componenti o macchine (Eaton Vickers,Bosch Rexroth, Denison, ecc.).

IngranaggiI prodotti per la lubrificazione degli ingranaggi indu-

striali sono formulati tenendo conto: del tipo d’ingra-naggio (disegno/forma); della presenza di coperture ocarter; delle pressioni specifiche; dell’area di contattosui denti in presa; della velocità; del moto relativo (roto-lamento o strisciamento); dei materiali. Per applicazio-ni particolarmente severe, si utilizzano lubrificanti EP abase di composti dello zolfo e del fosforo.

CompressoriLa lubrificazione dei compressori costituisce un ampio

settore con prodotti estremamente diversificati nella loroformulazione per tener conto sia del tipo di compresso-re sia della composizione chimica del gas da compri-mere.

Nei compressori per aria alternativi, l’aria raggiun-ge, a seconda delle modalità operative, temperature ancheattorno a 200 °C; in queste condizioni l’olio può dar ori-gine a depositi sulle valvole e sulla parte superiore deicilindri. È quindi importante che l’olio sia in grado diresistere all’ossidazione e che abbia una bassa tendenzaa lasciare depositi. Nei compressori a vite, l’aria vienecompressa per confinamento tra due viti incapsulate inun carter. In questo caso l’olio è immesso in grandi quan-tità e finemente nebulizzato nell’aria con la funzione siadi lubrificare sia di asportare il calore. Le temperatureche si raggiungono sono più basse (100-120 °C), ma poi-ché il lubrificante è continuamente separato dall’aria eriutilizzato, gli si richiede una spiccata resistenza all’os-sidazione.

In generale per la compressione di altri gas e dei gasfrigorigeni nascono ulteriori problemi quali la miscibi-lità o immiscibilità a seconda delle modalità operativedel circuito di lubrificazione, nonché problemi di stabi-lità chimica reciproca tra gas e lubrificante.

Nei compressori di tipo dinamico (centrifughi e assia-li) i problemi di lubrificazione, salvo casi particolari dicompatibilità con il gas, possono essere ricondotti a quel-li delle turbine a vapore.

Guide e slitteSono organi meccanici diffusi praticamente in tutti i

macchinari industriali. Particolare è la situazione dellemacchine utensili dove, per raggiungere un’elevata pre-cisione in produzione, i giochi tra slitta e guida devonoessere estremamente limitati e occorre evitare le condi-zioni di lubrificazione idrodinamica che ridurrebbero laregolarità e l’uniformità del movimento delle slitte por-tautensili (o delle tavole portapezzo). Occorre cioè evi-tare il fenomeno dello stick and slip che è provocatodalla lacerazione del film lubrificante durante il movi-mento. All’atto di questa lacerazione, le superfici metal-liche vengono a diretto contatto e l’attrito aumenta. Almomento in cui la potenza motrice vince questa resistenza



tab. 4. Classificazione dei lubrificanti industrialie dei fluidi correlati (ISO 6743-99)

Famiglia(lettera simbolo)

Applicazione

A Sistemi a perdita

B Sformanti

C Ingranaggi

D Compressori

E Motori a combustione interna

F Mandrini e fusi

G Guide e slitte

H Sistemi idraulici

M Lavorazioni metalli

N Dielettrici

P Utensili pneumatici

Q Diatermici

R Protettivi temporanei

T Turbine

U Trattamenti termici

X Applicazioni di grassi

Y Altre applicazioni

Z Macchine a vapore

addizionale si ha un brusco aumento di velocità. Il ripe-tersi di questi rallentamenti e accelerazioni irregolariproduce un movimento a sbalzi, che si ripercuote sul-l’utensile e quindi sulla finitura del pezzo in lavorazio-ne. Per evitare l’inconveniente descritto si usano oli addi-tivati con sostanze a elevata polarità che riducono il coef-ficiente di attrito statico, rendendo in tal modo regolareil movimento.

Grassi lubrificantiSecondo la definizione fornita dall’ASTM, un gras-

so lubrificante è un prodotto da solido a semifluidocostituito da un agente ispessente in un lubrificanteliquido nel quale possono essere presenti altri ingre-dienti (additivi e lubrificanti solidi) che impartisconoproprietà speciali. Tale definizione stabilisce un con-cetto fondamentale, ossia il grasso non è un olio moltoviscoso, ma un olio ispessito, un sistema multifase costi-tuito da due componenti distinti: l’ispessente (agenteaddensante) e un olio fluido. In base a ciò, variando lapercentuale di ispessente varia la consistenza del pro-dotto, che è codificata tramite numeri dalla statuniten-se NLGI (National Lubricating Grease Institute). Ledifferenti consistenze sono necessarie in funzione deltipo di applicazione e di erogazione del grasso, dellaposizione del pezzo da lubrificare e dell’efficienza del-le tenute (tab. 5).

Per ottenere la consistenza voluta si utilizzano nume-rosi tipi di agenti ispessenti, le cui categorie principalisono costituite da saponi, saponi complessi, ispessentiorganici e ispessenti inorganici.

I saponi sono ottenuti dalla saponificazione di unacido grasso con un metallo alcalino o alcalino-terroso.

I grassi complessi sono ottenuti facendo reagire con-temporaneamente un acido grasso e un secondo compo-sto polare, chiamato agente complessante, con un com-ponente basico. Tali grassi sono stati sviluppati in quan-to consentono di operare a temperature più elevate rispettoai saponi semplici.

Come ispessenti organici si intendono quelli a basedi poliuree ottenute dalla reazione di isocianati e ammi-ne. Essi presentano un’elevata stabilità nel tempo e per-tanto sono utilizzati in componenti lubrificati a vita.

Come ispessenti inorganici, i più diffusi sono quellial bentone ottenuti a partire da particolari argille: la ben-tonite e l’ettorite. Presentano la caratteristica di non avereun punto di fusione vero e proprio e per tale motivo siprestano a essere utilizzati in ampi intervalli di tempe-ratura. Altra categoria sono gli ispessenti a base di sili-ce. Infine si hanno anche i solfonati di calcio sovrabasi-ci. Tale varietà d’ispessenti è motivata dal fatto che, oltrealle forti differenze di costo tra una tipologia e l’altra,cambiano anche le prestazioni (tab. 6).

L’olio base utilizzato nella formulazione di un gras-so può essere di tipo minerale, vegetale o sintetico infunzione delle prestazioni attese e dell’applicazione.

I grassi, alla pari dei lubrificanti liquidi, vengonoadditivati per conferire loro particolari proprietà, quin-di si utilizzano antiossidanti, antiusura, agenti EP, anti-ruggine, inibitori di corrosione, eccetera.

L’impiego dei grassi per la lubrificazione e per la pro-tezione degli organi meccanici avviene in tutti quei casiin cui l’esiguità degli spazi o i problemi di tenuta nonconsentono l’impiego di lubrificanti liquidi. I grassi, inmolte applicazioni, sono utilizzati a perdita (siderurgia,macchine continue di cartiere ecc.), ma in vari casi hanno


AUTOTRAZIONE

tab. 5. Consistenza e modalità di applicazione del grasso lubrificante

NumeroNLGI

Penetrazionelavorata (dmm)

Consistenza Modo di applicazione

000 445-475 fluido sistemi centralizzati

00 400-430 fluido sistemi centralizzati

0 355-385 semifluido sistemi centralizzati

1 310-340 molto tenero Ingrassatori a pistola e sistemi centralizzati

2 265-295 tenero ingrassatori a pistola

3 220-250 bassa ingrassatori a pressione

4 175-205 bassa ingrassatori Stauffer

5 130-160 alta grasso in pani

6 85-115 duro grasso in pani

la funzione di lubrificare a vita un componente (cusci-netti volventi o piccoli riduttori).

Prodotti per lavorazioni meccanicheSi tratta di una gamma molto ampia di prodotti che,

sfruttando le proprietà intrinseche degli oli di lubrifica-re e di raffreddare, facilitano le lavorazioni meccaniche,le quali possono essere distinte in due categorie princi-pali: per deformazione plastica e con asportazione dimateriale.

Le lavorazioni per deformazione plastica consento-no di ottenere pezzi della forma finale voluta agendo suigrezzi con azioni di deformazione. Tali lavorazioni pos-sono essere eseguite a freddo o a caldo a seconda del tipoe dell’entità di deformazione che il pezzo deve subire.

Alcune di queste operazioni riguardano la lavora-zione del metallo nel processo metallurgico (siderur-gia) quali la laminazione, l’estrusione delle barre, laformatura dei tubi dal pieno fino alla trafilatura di fili.Altre operazioni di deformazione plastica sono volteall’ottenimento dei prodotti o dei componenti finiti,quali lo stampaggio, l’imbutitura, la piegatura, la pun-zonatura, ecc.

Nelle operazioni di deformazione plastica il requisi-to principale richiesto al lubrificante è la riduzione del-l’attrito che ha una diretta influenza sulla vita dell’uten-sile, sul consumo di energia e sulla finitura delle super-fici. Tuttavia è sempre necessario ottimizzare leprestazioni; per esempio in laminazione si cerca di otte-nere un coefficiente d’attrito sufficientemente basso pergarantire bassi consumi energetici, ma si devono evita-re fenomeni di slittamento che impedirebbero la presa

del materiale in entrata. Nelle lavorazioni a caldo, si sfrut-ta l’aumento della plasticità che si verifica nei metalli alcrescere della temperatura senza peraltro raggiungere ilpunto di fusione.

Le lavorazioni con asportazione di materiale consi-stono nell’asportare dal pezzo grezzo in lavoro, median-te l’impiego di uno o più utensili, uno strato di metallosuperficiale che si trasforma in truciolo. Queste lavora-zioni si eseguono a freddo, cioè senza riscaldare pre-ventivamente il metallo da lavorare.

Prodotti emulsionabiliI prodotti emulsionati con acqua sono utilizzati in

quelle lavorazioni ove è necessario esaltare le capacitàraffreddanti. Le tipologie utilizzate sono le più svariate,in considerazione del fatto che i materiali da lavorarehanno diverse caratteristiche meccaniche che ne influen-zano la lavorabilità nonché la compatibilità (problemi dimacchiatura), e le caratteristiche di lavorazione sonomolteplici.

Le emulsioni utilizzate sono di solito del tipo olio/acqua;la loro formulazione è generalmente la seguente:• un olio minerale preferibilmente a base naftenica o

mista;• sostanze emulsionanti (o emulganti), come le misce-

le di solfonati naturali o sintetici;• sostanze stabilizzanti, come i composti alcolici, che

contribuiscono a rendere più stabile il legame tra gliemulganti e l’olio;

• additivi antiruggine;• sostanze batteriostatiche o battericide e contro la pro-

liferazione fungina;



tab. 6. Proprietà dei grassi lubrificanti in funzione del tipo di ispessente(S�scarsa; D�discreta; B�buona; E�eccellente)

Proprietà SodioCalcio

convenzionaleCalcioanidro

LitioAlluminiocomplesso

Calciocomplesso

Litiocomplesso

Poliurea Bentonite

AspettoLiscio,fibroso

Liscio, burrosoLiscio,burroso

Liscio,burroso

Liscio,burroso

Liscio,burroso

Liscio,burroso

Liscio,burroso

Liscio,burroso

Punto goccia(°C)

170 100 140 190 260 260 260 240 infusibile

Maxtemperaturad’impiego (°C)

120 80 120 140 170 170 180 180 180

Resistenzaall’acqua

D-S B-E E B B-E B-E B B-E B

Stabilitàossidazione

D S B-E B-E B-E D B-E B-E B

Pompabilità S-D B-E B B B S B-E B-E D

• eventuali additivi anticorrosivi (rame), antiusura edEP;

• additivi antischiuma.A seconda del tipo di olio e delle applicazioni, le per-

centuali di olio in acqua possono variare dall’1 al 25%per ottenere la giusta protezione contro la corrosionee per tenere conto della gravosità della lavorazione e delmateriale.

Mescolando l’olio emulsionabile con acqua si otten-gono emulsioni di aspetto differente a seconda dello statodi dispersione dell’olio, della sua concentrazione e deltipo di emulgatore. Generalmente per la preparazionedegli oli emulsionabili destinati alle operazioni di tagliosi impiegano emulgatori di tipo ionico, che conferisco-no alle emulsioni una reazione leggermente basica(pH�8-9). Si tratta di emulsioni stabili in ambientealcalino, che però perdono progressivamente la stabi-lità quando subiscono un inquinamento acido. La sta-bilità delle emulsioni è anche funzione delle caratteri-stiche delle acque, in particolare della loro durezza.

Prodotti sinteticiSi definiscono sintetici quei prodotti costituiti esclu-

sivamente da soluzioni acquose di additivi anticorrosi-vi, untuosanti, antischiuma, battericidi. Tali prodotti sonoimpiegati per la preparazione di liquidi refrigeranti tra-sparenti destinati essenzialmente alle operazioni di fini-tura e super-finitura dei pezzi metallici, eseguite conutensili abrasivi come mole, pietre abrasive, eccetera.

Prodotti interiGli oli interi si impiegano nei casi in cui le proprietà

lubrificanti sono più importanti dell’asportazione delcalore. Questo avviene in alcune operazioni estrema-mente gravose, quali per esempio la foratura profon-da. Gli oli da taglio interi sono costituiti da olio mine-rale con additivi EP e antiusura. In passato sono stati

largamente impiegati come additivi EP quelli a base dicloro o di zolfo-cloro; oggi i prodotti a base di clorosono stati abbandonati in molti paesi per ragioni pre-valentemente ambientali.

Bibliografia generale

Booser E.R. (editor) (1983-1994) CRC handbook oflubrication: theory and practice of tribology, Boca Raton(FL), CRC Press, 3v.

Del Ross S. (1977) I lubrificanti. Caratteristiche fisiche,chimiche e tecnologiche. Raffinazione additivi, Milano,Etas.

Klamann D. (1984) Lubricants and related products: synthesis,properties, applications, international standards, Weinheim,Chemie.

Neale M.T. (1973) Tribology handbook, London, Butterworths. Nortier R.M., Orszulik S.T. (1997) Chemistry and technology

of lubricants, London, Blackie.

Bibliografia citata

Ertel A.M. (1939) Hydrodynamic lubrication based on newprinciples, «Akad. Nauk SSSR Prikadnaya Mathematica iMekhanika», 3, 41-52.

Grubin A.N., Vinogradova I.E. (1949) Investigation of thecontact of machine components, «Central ScientificResearch Institute for Technology and MechanicalEngineering», 30.

Riccardo MaioneEni - Divisione Refining & Marketing

Monterotondo, Roma, Italia

Luigi D’EliaEniTecnologie

San Donato Milanese, Milano, Italia


AUTOTRAZIONE

8.4 lubrificazione e lubrificanti - treccani.it · 8.4.1 introduzione la lubrificazione è...

Documents