Gli idro-lubrificanti offrono una soluzione più sostenibile rispetto agli oli convenzionali e sono potenziali candidati per una vasta gamma di applicazioni industriali che richiedono un risparmio energetico. Questo studio presenta uno di questi lubrificanti a base di acqua, evidenziandone i vantaggi rispetto a un lubrificante sintetico convenzionale a base di minerali e poliglicoli.
Sebbene sul mercato esistano diverse tipologie di oli base, la maggior parte dei lubrificanti industriali fa ancora affidamento su oli minerali dato il loro basso costo e la grande miscibilità con altri oli. Tuttavia, nonostante il loro impiego molto diffuso, i lubrificanti convenzionali hanno caratteristiche fisiche che spesso ne limitano le prestazioni. Va poi considerato che la loro disponibilità non è illimitata; è legata alle risorse naturali; la loro manipolazione, uso e smaltimento in sicurezza e nel rispetto dell’ambiente richiedono sforzi economici e tecnologici considerevoli. Allo stesso tempo, le aspettative degli operatori industriali verso lubrificanti speciali sono in continuo aumento. Si cerca una maggiore sicurezza operativa e alimentare, una buona biodegradabilità, cicli di vita più lunghi e una riduzione delle emissioni e del consumo di energia. Durante la ricerca di un materiale che soddisfacesse tutti questi requisiti, si è studiata anche l’acqua: una materia prima visionaria ma disponibile in tutto il mondo, non tossica e non infiammabile. I vantaggi sono chiari e riuscire superare le sfide legate alla bassa viscosità, all’evaporazione, al punto di congelamento, alla corrosività e alla sensibilità contro la crescita microbiologica porterebbe a una soluzione più ecologica e con maggiore efficienza rispetto alle soluzioni esistenti.
Questo studio presenta uno di questi lubrificanti a base di acqua, evidenziandone i vantaggi rispetto a un lubrificante sintetico convenzionale a base di minerali e poliglicoli.
Definizione e proprietà degli idro-lubrificanti
Gli idro-lubrificanti mostrano i loro tratto innovativo utilizzando l’acqua come olio base o additivo, da cui il nome “Hydro Lubes“. I risultati dei tesi preliminari indicano come si tratti di una tecnologia promettente con un grande potenziale nell’offrire prestazioni elevate. I vantaggi principali possono essere individuali in una elevata conduttività termica ed elettrica, un basso attrito e una buona capacità di carico nei test su banchi back-to-back FZG.
È risaputo come l’attrito elasto-idro-dinamico (EHD) dell’olio minerale sia superiore a quello degli idrocarburi sintetici (SHC), seguito da quello dei poliglicoli (PG). Ciò significa che i PG possono offrire migliori prestazioni in termini di efficienza energetica rispetto agli oli minerali. Quando si è alla ricerca di soluzioni lubrificanti in grado di offrire attriti ancora minori, i lubrificanti a base acquosa sembrano essere la scelta ovvia. L’idro-lubrificante presentato in questo studio è classificato ISO VG 460 secondo [1] con una viscosità cinematica di circa 460 mm²s-1 a 40 °C ed è adatto per applicazioni ingranaggistiche.
L’acqua come fluido di base viene miscelata con un olio sintetico per ottenere il grado di viscosità desiderato. La Tabella 1 elenca alcune proprietà di base dell’idro-lubrificante rispetto a un PG con ISO VG simile e un olio minerale di riferimento comunemente usato nel protocollo di test FZG.
Tutti i lubrificanti contengono additivi tipici per pressioni estreme (EP), antiusura (AW) e inibitori di corrosione (CI). Gli indici di viscosità (VI) dell’idro-lubrificante, misurati secondo DIN ISO 2909 [2], sono più che doppi rispetto a quelli dell’olio minerale di riferimento che mostra un cambiamento di viscosità piuttosto costante con la temperatura (Figura 1). Le misurazioni del punto di scorrimento effettuate secondo DIN ISO 3016 [3] mostrano come il problema del punto di congelamento dell’acqua possa essere abbassato mediante un’adeguata aggiunta di additivi ottenendo anche per gli idro-lubrificanti un comportamento a bassa temperatura paragonabile a quello di un olio per ingranaggi a base di PG sintetico e migliore di quello dell’olio minerale.
Inoltre, in Figura 1 sono mostrate le possibili temperature di esercizio in cui il funzionamento a bassa temperatura è limitato dal punto di scorrimento dei fluidi. La temperatura operativa massima a pressione ambiente per l’idro-lubrificante è di circa 90 °C, sostanzialmente limitata dal punto di ebollizione dell’acqua. Le temperature di funzionamento tipiche si aggirano attorno a circa 60 °C.
Nelle sezioni seguenti sono mostrati alcuni esempi di risultati relativi alla protezione dalla corrosione, alla capacità di carico e alle proprietà elettriche.
