I lubrificanti per trasmissioni industriali

Questo articolo illustra composizione e proprietà dell’olio lubrificante per trasmissioni industriali situate in un alloggiamento. Sono inoltre riportati i risultati di alcune prove effettuate su tale prodotto in funzione del suo utilizzo.

Il laboratorio di un’azienda che voglia sviluppare l’olio lubrificante per trasmissioni industriali stabilisce l’olio base e gli additivi da utilizzare, prepara possibili formulazioni sulle quali esegue varie prove chimiche – fisiche e tecnologiche a fronte di specifiche prefissate e, infine, sceglie la formulazione che ha dato luogo a risultati soddisfacenti.

La formulazione scelta è sottoposta a prove su apparecchiature in servizio effettivo e, in funzione del risultato ottenuto, si ottimizza la formulazione modificandone la composizione e si effettuano d ulteriori prove su apparecchiature in servizio per conferma della prestazione e infine la formulazione viene adottata per la commercializzazione.

Nell’ambito delle prove di laboratorio si applicano prove standardizzare che possono anche essere eseguite con procedure rese più severe incrementando qualche parametro (ad esempio, durata e temperatura) per verificare il comportamento del prodotto in condizioni estreme. Inoltre, possono anche essere utilizzate prove non standardizzate decise dal laboratorio che vuole sviluppare la nuova formulazione o migliorare quella già in essere per ottimizzare il prodotto già in commercio.

L’ottimizzazione della formulazione di un prodotto già in commercio con una certa denominazione si può rendere necessaria in funzione della presenza sul mercato di trasmissioni industriali situati in scatola con maggiore potenza e minore dimensione dell’alloggiamento le quali danno luogo a condizioni più severe di esercizio che sottopongono la minore quantità di olio lubrificante in servizio ad una più rapida alterazione che implica una maggiore frequenza del cambio della carica di tale prodotto.

L’alloggiamento delle trasmissioni (scatola o riduttore) ha la funzione di tenere sotto controllo l’allineamento degli ingranaggi che trasmettono il moto e la forza e a proteggere l’olio lubrificante da possibili contaminanti provenienti dall’ambiente esterno. La lubrificazione degli ingranaggi industriali può avvenire con il sistema a circolazione o con quello a sbattimento: il primo sistema di lubrificazione è adottato per trasmissioni industriali con potenze e carichi elevati mentre il secondo per trasmissioni industriali meno impegnative. Nel primo caso mediante una pompa si spruzza sugli ingranaggi l’olio lubrificante prelevato dal fondo dell’alloggiamento mentre nel secondo caso gli ingranaggi sono parzialmente immersi nell’olio lubrificante che viene sbattuto o trascinato dal movimento degli stessi ingranaggi. Com’è noto i lubrificanti sono necessari per ridurre l’attrito tra due superfici solide a contato tra loro e per contrastare l’usura di queste superfici e qui di seguito sono riportate alcune informazioni in merito. L’attrito è la forza F che resiste al movimento di un corpo solido su un altro per azione di un carico C. Le superfici di due solidi si presentano sempre con microscopiche irregolarità tra le quali si realizzano delle giunzioni e l’attrito deriva dal taglio queste giunzioni e dall’azione delle irregolarità della superficie più dura che produce solchi sulla superficie più morbida. L’attrito è proporzionale al carico che preme insieme le superfici ed è indipendente dall’area apparente di contatto. È chiamato coefficiente di attrito il rapporto tra la suddetta Forza F e il citato carico C. Questo rapporto è costante ed è adimensionale poiché sia l’attrito che il carico sono misurati in unità di forza. L’attrito genera calore, comporta perdita di potenza con relativo spreco di energia ed è influenzato da vari fattori: finitura superficiale; temperatura; velocità relativa; tipo di moto relativo; lubrificazione. L’usura consiste nella rimozione di materiale dalla superficie di un corpo solido dovuta all’interazione con un altro corpo in scorrimento sotto carico. L’usura che può essere classificata in funzione dell’azione che ha subito il materiale: adesiva, abrasiva, corrosiva, erosiva e per fatica. L’usura adesiva è dovuta alla rottura delle saldature delle asperità microscopiche di due superfici in moto relativo tra loro le quali saldature sono avvenute per effetto delle elevate pressioni locali. l’usura abrasiva si verifica a seguito di interposizione tra le due superfici di particelle originate da uno dei due corpi (oppure dall’esterno) le quali provocano il danneggiamento delle superfici. L’usura corrosiva avviene quando uno strato di ossido presente su una superficie è asportato per effetto dell’azione meccanica dovuta al moto relativo con formazione di particelle abrasive. L’usura erosiva è dovuta a particelle che si scontrano con la superficie e rimuovono gradualmente il materiale dalla superficie stessa danneggiandola. L’entità dell’usura erosiva è influenzata dalla natura delle particelle (dimensione, forza e durezza) nonché dalla velocità e dall’angolo con cui colpiscono la superficie. L’usura per fatica si manifesta sotto l’azione di carichi ripetuti durante il movimento di due corpi in contatto; il danneggiamento è legato al cedimento superficiale del materiale. L’olio lubrificante per ingranaggi industriali situati in un alloggiamento per operare per lungo tempo in condizioni ampiamente variabili di carichi, velocità e temperature deve avere specifiche proprietà di seguito descritte e tra queste è molto importante la viscosità per la quale si può fornire il seguente orientamento:

  • il lubrificante meno viscoso (ISO 68, 100 e 150) è adatto per ingranaggi piccoli funzionanti ad alta velocità ed inoltre si usa in ingranaggi grandi ma con temperatura minore di 10°C;
  • il lubrificante a maggiore viscosità (ISO 220 e 320) è adatto per ingranaggi medi e grandi dove le velocità sono basse e le temperature sono normali (30–40 °C);
  • il lubrificante a elevata viscosità (ISO 460 e 680) è adoperato in ingranaggi molto grandi sotto alti carichi operanti a velocità moderata. La viscosità del lubrificante adatto per un certo ingranaggio deriva dalla progettazione dello stesso ed è fornita dal suo costruttore.

La viscosità di un olio lubrificante è di primaria importanza poiché determina lo spessore del film tra le superfici in contatto in moto relativo: la maggiore viscosità del lubrificante produce un film più consistente che fa migliorare le proprietà antiusura e quelle di sopportare un carico.

L’olio lubrificante oltre a ridurre l’attrito e a proteggere dall’usura ha la funzione di: dissipare il calore che si genera durante il servizio, provvedere a rimuovere le particelle di materiale che vengono asportate dalle superfici per cause meccaniche o chimiche e proteggere le suddette superfici dalla corrosione-ruggine.

Composizione dell’olio lubrificante per trasmissioni industriali

L’olio lubrificante per trasmissioni industriali è costituito da un olio base e da additivi.

Gli oli base possono essere distinti in 5 gruppi:

  • Gruppo 1: basi minerali raffinate al solvente da greggio + possibile Hydrofinishing
  • Gruppo 2: basi minerali tipo Gruppo 1 + Hydrofinishing e Hydrocraking
  • Gruppo 3: basi minerali da Hydrocraking + Hydromerization da cere petrolifere
  • Gruppo 4: basi sintetiche PAO (polialfaolefine)
  • Gruppo 5: basi non incluse nelle categorie precedenti (ad esempio, poliesteri e polialchilenglicoli)

Le basi minerali sono una miscela di idrocarburi ottenuta a partire dal greggio con processo di raffinazione e poi sottoposate a diversi trattamenti per presentare appropriate caratteristiche.

Una base minerale avente una certa viscosità contiene molecole molto differenti tra loro per forma più o meno ramificata e per dimensioni cioè sono presenti molecole a basso ed alto peso molecolare. Le basi sintetiche PAO (poli alfa olefine), illustrate in Figura 1, sono ottenute per sintesi chimica a partire dal gas etilene che per polimerizzazione diventa 1-decene che per condensazione con altre molecole di 1-decene fornisce un prodotto con peso molecolare desiderato il quale viene sottoposto a idrogenazione per saturare i doppi legami presenti e stabilizzare la struttura. Le PAO sono liquide. A parità di viscosità a 40 °C rispetto alla base minerale la base PAO presenta un’uniformità delle dimensioni dei costituenti poiché il peso molecolare è distribuito in un intervallo limitato intorno al valore desiderato (Figura 2).

La base PAO è compatibile con la base minerale rispetto alla quale presenta i seguenti vantaggi:

  • alto indice di viscosità
  • elevata stabilità ossidativa termica
  • bassa volatilità
  • buone proprietà di flusso a basse temperature
  • minore coefficiente di trazione

La Tabella 1 confronta i valori tipici della base PAO e della base minerale in alcune prove.

La base PAO presenta un costo maggiore di circa quattro volte dell’olio minerale ma un lubrificante con base PAO può essere preferito a quello con base olio minerale per le sue prestazioni in servizio che possono portare ad una convenienza operativa. Bisogna valutare il costo del Lubrificante da utilizzare verso il costo di gestione del macchinario dove è applicato considerando il ricambio della carica di prodotto, le fermate da effettuare per manutenzione e la durata dei componenti prima della loro sostituzione. Per quanto riguarda le basi sono da considerare anche quelle minerali rigenerate ottenute dai lubrificanti usati che vengono raccolti e trattati con procedure di ri-raffinazione prima di essere immesse sul mercato. Per le basi minerali si precisa che esse devono presentare contenuto di PNA (Poli Nucleari Aromatici) minore del 3% con il metodo IP 346. Gli additivi sono aggiunti a olio base per impartire al lubrificante determinate proprietà. Si tratta di sostanze organiche oppure inorganiche che sono disciolte o disperse nell’olio base in percentuale molto variabile secondo l’applicazione prevista. Gli additivi possono esplicare varie azioni, tra le quali in particolare si citano le seguenti: antiossidante; antiruggine; antiusura; antisaldante; miglioratore del punto di scorrimento; miglioratore indice di viscosità.