Olio Idraulico, Quale Scegliere e Sue Caratteristiche

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CARATTERISTICHE GENERALI OLIO IDRAULICO

 

Negli impianti oleodinamici, in linea teorica, si potrebbe utilizzare un tipo qualsiasi di fluido, in quanto tutti seguono la legge di Pascal. Tuttavia, grazie al buon potere lubrificante e alla elevata protezione contro la corrosione si è affermato come fluido, l’olio minerale.

Gli oli minerali sono stati e vengono ulteriormente migliorati con speciali sostanze chiamate additivi.

Il principale svantaggio degli oli minerali è quello di essere infiammabili, motivi per il quale, in prossimità di fiamme, metalli fusi o zone a temperature elevate devono essere impiegati fluidi alternativi del tipo difficilmente infiammabile.

 

Viscosità: La viscosità dei fluidi idraulici è la misura della resistenza allo scorrimento, ossia della resistenza opposta dalle particelle di fluido al reciproco scorrimento. Si è affermata l’indicazione della viscosità cinematica che ha come unità di misura il centistoke (1 cSt = 1 mm2 /s).

La viscosità del fluido si deve trovare all’interno di un range di buon funzionamento. Infatti una viscosità troppo alta comporta elevate perdite di carico e un conseguente eccessivo riscaldamento. Invece, una viscosità troppo bassa comporta eccessivi trafilamenti, aumenti di usura ed anche un eccessivo riscaldamento del fluido.

La viscosità diminuisce all’aumentare della temperatura, quindi durante il funzionamento dell’impianto occorre garantire che l’olio abbia la propria temperatura all’interno di un certo range. Esiste inoltre una notevole differenza nella dipendenza della viscosità dalla temperatura per diversi tipi di olio.

Questa dipendenza può essere caratterizzata dall’indice di viscosità, che dipende esclusivamente dal tipo di greggio di origine, dai metodi di raffinazione e dalla presenza di additivi. Tanto maggiore è l’indice di viscosità, tanto minore è la dipendenza della viscosità dalla temperatura. Oltre alla variazione con la temperatura, occorre tenere presente anche della variazione con la pressione, che può essere trascurata fino a pressioni di circa 200 bar, ma che per esempio a 400 bar comporta un raddoppio del valore della viscosità.

Potere lubrificante, protezione dall’usura: Il fluido utilizzato deve essere in grado di bagnare tutte le parti mobili con una pellicola lubrificante continua. La conseguenza della rottura di questa pellicola, causata da alte pressioni, insufficienza di alimentazione, scarsa viscosità e altro ancora, è il grippaggio e per questo, si consideri che il gioco di accoppiamento tra cursore e alloggiamento di un distributore può essere di soli 8-10 micron. Oltre al grippaggio esistono tre tipi di usura :

• Da abrasione che si verifica tra parti in reciproco scorrimento, in caso di inquinamento del fluido, dovuto a mancanza o insufficienza di filtrazione dagli inquinanti solidi;

• Da fatica che nasce dal fenomeno della cavitazione, che può alterare la struttura chimico-fisica dei componenti;

• Da corrosione che nasce da lunghi periodi di fermata dell’impianto e dall’impiego di fluidi non idonei. L’umidità può ossidare le superfici di scorrimento con un ulteriore aumento dell'usura.

Compatibilità con i materiali: Il fluido deve essere compatibile con tutti i materiali che costituiscono l’impianto, comprese guarnizioni, cuscinetti e vernici. L’umidità può avere l’effetto di ossidare le superfici di scorrimento, contribuendo così all’aumento dell’usura.

Resistenza alla sollecitazioni termiche: Durante il funzionamento dell’impianto oleodinamico, il fluido si riscalda, mentre nei periodi di ferma subisce un raffreddamento. Il ripetersi di questo ciclo termico ha conseguenze negative per la vita utile del fluido, per questo motivo in molti impianti oleodinamici si mantiene costante la temperatura del fluido per mezzo di scambiatori di calore. In questo modo si riesce ad ottenere un valore sensibilmente costante della temperatura e quindi anche della viscosità con una conseguente maggiore durata del fluido.

Bassa comprimibilità: La comprimibilità di un fluido è la variazione di volume per effetto della pressione. Se l’olio è esente da bolle d’aria al suo interno, il suo volume, a seguito di un aumento della pressione di 100 bar, subisce una riduzione dello 0.7%. Fino a 150 bar la comprimibilità può essere trascurata, mentre per valori superiori, soprattutto in presenza di grosse portate, essa può compromettere la funzionalità del sistema. Inoltre, occorre considerare che la presenza di aria nel circuito, rende l’olio più comprimibile già alle basse pressioni e può provocare disturbi come rumori, vibrazioni, movimenti irregolari.

Dilatazione termica: Se alla pressione atmosferica l’olio viene riscaldato aumenta il suo volume, per cui in impianti in cui il volume dell’olio è molto elevato, bisogna tenere conto della temperatura di esercizio. Il coefficiente di dilatazione termica dell’olio minerale è pari allo 0.7% per ogni 10°C di aumento della temperatura.

Demulsività: La presenza di acqua nei circuiti oleodinamici è dovuta alle seguenti cause:

• Condensazione dell’umidità atmosferica sulle pareti interne del serbatoio durante i periodi di fermata dell’impianto;

• Perdite delle serpentine degli scambiatori di calore ad acqua, eventualmente installati per refrigerare l’olio.

L’acqua imprigionata nell’olio ne riduce le proprietà lubrificanti e favorisce l’arrugginirsi dei componenti, inoltre il contatto dell’olio con l’ossigeno presente nell’aria favorisce un aumento dell’ossidazione. Per ovviare a questi inconvenienti, occorre che l’olio possegga l’attitudine a separarsi completamente dall’acqua e che la demulsività sia assicurata dalle caratteristiche chimiche del fluido.

Potere anti-schiuma: Le bollicine d’aria risalenti sulla superficie dell’olio possono formare schiuma nel serbatoio. Questo inconveniente può essere ridotto con una appropriata disposizione delle tubazioni di ritorno e con l’installazione di setti separatori all’interno del serbatoio, per calmare il movimento dell’olio di ritorno. La presenza nell’olio di inquinanti e di acqua di condensa, favorisce sempre la formazione di schiuma, anche se negli oli minerali si introducono additivi chimici con lo scopo di ovviare a questa formazione.

Potere antiossidante: Il potere antiossidante degli oli minerali è ottenuto grazie ad additivi chimici, i quali creano sulle superfici metalliche una pellicola idrofuga che è in grado di neutralizzare i prodotti corrosivi di dissociazione dovuto all’invecchiamento dell’olio. In caso di immagazzinamento prolungato dei componenti occorre adottare opportuni accorgimenti per evitare la corrosione, come per esempio immettendo olio conservante.

Potere antilacca: Durante lunghi periodi di fermata, in esercizio, durante le fasi di riscaldamento e di raffreddamento, o anche a causa dell’invecchiamento, il fluido non deve produrre sostanze incollanti (lacche) in grado di bloccare le parti mobili dei componenti.

Filtrabilità: Durante l’esercizio il fluido viene continuamente filtrato sulla mandata o sul ritorno, o in entrambe le zone, al fine di asportarne gli elementi inquinanti generati per abrasione. In base al tipo di fluido ed alla sua viscosità, si scelgono le dimensioni del filtro e il materiale della cartuccia filtrante. A parità di altre condizioni, l’aumento della viscosità determina una maggiore caduta di pressione o ∆p attraverso il filtro e quindi richiede un filtro di maggiori dimensioni. In presenza di fluidi aggressivi il corpo e la cartuccia devono essere costituiti da materiale speciale.

Resistenza all’accensione e incombustibilità: Gli impianti oleodinamici vengono impiegati anche su linee per la lavorazione a caldo o ad incandescenza, in stabilimenti dove si opera con fiamme libere o comunque a temperature molto elevate. Al fine di prevenire i pericoli derivanti da possibili rotture di tubazione e conseguente perdita di fluido, in queste condizioni, si ricorre a fluidi speciali ad alto punto di accensione, di difficile infiammabilità. Si definisce punto di fiamma del fluido (fire point) la temperatura alla quale il fluido si incendia a contatto con una fiamma libera. Si definisce punto di fiamma dei vapori (flash point) la temperatura alla quale una sufficiente quantità di fluido è evaporata in modo da formare con l’aria una miscela combustibile che si incendia a contatto con una fiamma libera.

 

FLUIDO	FIRE POINT (°C)	FLASH POINT (°C)	AUTOIGNIZIONE
Olio minerale	115	105	245
Fosfato estere	330	310	610
Idrocarburo clorurato	400	380	650
Poliglicol	265	230	390
Estere plifenilico	350	290	590
Silicato estere	220	185	375
Silicone	335	285	480

 

Tossicità: Il contatto prolungato con alcuni fluidi sintetici e talvolta anche con oli minerali, può provocare irritazioni e malattie della pelle. La soluzione acqua-glicol non comporta normalmente problemi da questo punto di vista, né sono dannose le emulsioni acqua in olio, poiché gli emulsionanti impiegati generalmente non attaccano i grassi naturali della pelle.

I vapori dei fluidi sintetici, in particolare dei tipi clorurati, sono notevolmente tossici e quindi occorre evitare che l’operatore possa aspirarli. D’altra parte, la presenza di tali vapori in concentrazioni pericolose è molto poco probabile e può verificarsi solo se accidentalmente il fluido viene a contatto con superfici molto calde o con fiamme. In questo caso, il fluido si decompone sviluppando una notevole quantità di fumo denso e biancastro. Tale fumo è particolarmente irritante per l’apparato respiratorio e provoca violente nausee pur non provocando fenomeni di irritazione.

Rispetto per l’ambiente: Un fluido, per essere ecologico, deve essere :

• Biodegradabile;

• Facile da smaltire;

• Atossico per i pesci;

• Non inquinante per l’acqua;

• Non inquinante per i generi alimentari;

• Non inquinante per le coltivazioni;

• Non irritante per la pelle e le mucose;

• Inodore.

 

CLASSIFICAZIONE DEI FLUIDI IDRAULICI

 

Liquidi a base acquosa: Data la loro composizione possono essere usati solo quando la temperatura dell’impianto rimane compresa nell’intervallo +10 e +60 °C. Occorre inoltre tenere sotto controllo l’installazione per reintegrare le perdite d’acqua dovute ad evaporazione. Le proprietà antifiamma di questi liquidi sono dovute alla presenza dell’acqua.

Emulsioni olio-in-acqua: Contengono dal 5% al 12% di olio. Presentano una viscosità piuttosto stabile nei confronti della temperatura e crescente con la percentuale di olio. La presenza dell’olio migliora le proprietà lubrificanti. Con l’ausilio di additivi queste emulsioni, che si usano soprattutto nelle trasmissioni idrostatiche ad acqua, offrono buona protezione anticorrosione.

Emulsioni acqua-in-olio: Contengono dal 40% al 60% di olio e hanno un potere lubrificante molto migliore delle precedenti. Al contrario di queste hanno una viscosità che cala al crescere della percentuale di olio. La costanza della viscosità rispetto alla temperatura è migliore di quella dell’olio. Queste emulsioni si possono usare in impianti oleodinamici alimentati da pompe ad ingranaggi o a palette con pressioni massime fino a 120 bar.

Soluzioni acque-glicole: L’acqua è presente nella misura del 35-60%, la viscosità cala all’aumentare della presenza di acqua ed è abbastanza stabile rispetto alla temperatura, mentre il potere lubrificante è paragonabile a quello dell’olio. Al contrario delle emulsioni olio-in-acqua e acqua-in-olio che non hanno un’azione aggressiva sulle guarnizioni e sulle comuni vernici, le soluzioni acqua-glicole attaccano le superfici cadmiate e zincate e hanno una debole azione solvente su alcune materie plastiche e sulla gomma.

Esteri fosforici: Presentano un elevatissimo punto di fiamma, hanno un buon potere lubrificante, purtroppo hanno scarsa stabilità termica e la loro viscosità varia sensibilmente con la temperatura. La protezione anticorrosione è discreta e viene migliorata con appositi additivi. Gli esteri fosforici aggrediscono molte vernici e guarnizioni comuni.

Siliconi: Sono composti chimici a molecole lunghe, costituite da silicio, ossigeno e radicali liberi. Hanno notevole stabilità della viscosità, ottima stabilità chimica al freddo e all’ossidazione e non presentano azioni aggressive. In cambio non offrono una efficace protezione anticorrosione perché bagnano scarsamente le pareti con cui vengono a contatto.

Ammettendo valore unitario per l’olio minerale, qui di seguito sono indicati i costi dei vari fluidi elencati:

• Olio idraulico minerale 1

• Emulsioni acqua in olio 1.2-1.5

• Poliglicole 2-4

• Estere fosforico 3-4

• Oli siliconici 15-20

• Emulsioni olio in acqua 0.3-0.5