I cuscinetti meccanici sono usualmente lubrificati con varie tipologie di olio che, al giorno d’oggi, una volta esausti, spesso finiscono nell’ambiente con conseguenti effetti negativi sull’inquinamento. Il Fraunhofer IWM ha recentemente sviluppato un metodo che in futuro consentirà di utilizzare l’acqua per lubrificare i cuscinetti con una drastica riduzione dell’impatto ambientale.
Utilizzare l’acqua come lubrificante
Introdurre lubrificanti a base acquosa potrebbe portare grandi benefici in materia di tutela ambientale. Ma, fino ad ora, il problema della corrosione ha impedito l’utilizzo di tali sostanze. Gli scienziati del Fraunhofer hanno trovato la la giusta soluzione per rendere della comune acqua adatta allo scopo con un doppio vantaggio:
- Una migliore gestione del fluido in quanto l’acqua è meno viscosa dell’olio
- Minore corrosione dei componenti metallici
Lubrificare cuscinetti con l’acqua: l’esperimento
Per studiare il procedimento i ricercatori hanno utilizzato un cuscinetto a scorrimento, costituito da un anello che circonda un albero rotante in acciaio. L’anello è composto da diversi strati, strutturati dall’esterno verso l’interno come segue: un manicotto che circonda il cuscinetto, uno strato di alluminio e uno strato di metallo sinterizzato che circonda l’albero stesso. L’aspetto innovativo è che lo strato sinterizzato interno è attraversato da un piccolo canale che fa scorrere l’acqua tra l’albero rotante e lo strato esterno di alluminio.
Questa connessione diretta è decisiva nel processo elettro-chimico, basato sul fatto che tra un metallo di base come l’alluminio e un metallo come il ferro sorge una tensione elettrica, anche senza dover applicare alcun tipo di campo elettrico esterno.
Gli scienziati hanno utilizzato proprio questa tensione elettrica generatasi tra l’alluminio del cuscinetto e il ferro dell’albero per trasformare l’acqua in lubrificante. “Possiamo mescolare quelli sono chiamati liquidi ionici nell’acqua – spiega il dott. Tobias Amann – i liquidi ionici sono fluidi salini che contengono anioni e cationi”. Questi ioni vengono riorganizzati nel campo elettrico e quindi raccolti sul lato interno dell’anello metallico sinterizzato in modo tale che le loro estremità siano rivolte verso l’alto, verso l’albero rotante. Questo forma una sorta di strato protettivo generato galvanicamente su cui l’albero può scivolare.
Futuri sviluppi
Il team di ricerca ha già dimostrato la validità del processo, ora è alla ricerca di partner industriali con i quali pianificare i futuri sviluppi del liquidi ionici e, in particolare riescano a risolvere il problema dell’evaporazione generato dai movimenti dell’albero.
Una nuova soluzione per la misura tribologica
Il mix acqua-ioni risulta così una soluzione più efficiente e più ecologica. Specifica Amann: “L’albero scivola meglio quando viene lubrificato con acqua; ciò riduce il consumo di energia se si paragona la medesima operazione svolta con olio viscoso. Inoltre è scongiurato il pericolo della corrosione: normalmente l’ossigeno dell’acqua reagisce con il ferro contenuto nell’acciaio, creando così la ruggine. Il campo elettrico previene tale fenomeno”.
Oltre al cuscinetto a scorrimento, il Fraunhofer IWM ha progettato anche un nuovo dispositivo di misura: un tribometro in grado di monitorare i valori di usura e di attrito metallici direttamente sul cuscinetto di scorrimento durante il funzionamento. Fino ad ora è stato possibile misurare l’usura di un cuscinetto solamente smontandolo e valutando le superfici. Questo richiede molto tempo: “Il nostro nuovo tribometro ora rende possibile misurare l’usura in situ, non solo rendendo più semplice lo sviluppo di lubrificanti a base di acqua, ma anche il monitoraggio continuo dei cuscinetti”, sottolinea Amann.