lubrificazióne
Indice
Definizione
sf. [sec. XX; da lubrificare]. Atto ed effetto del lubrificare. In particolare, interposizione di idonee sostanze (lubrificanti) fra due superfici in moto relativo e a contatto al fine di evitare lo strisciamento diretto e di conseguenza lo sviluppo di calore e l'usura riducendo il coefficiente di attrito.
Tecnologia: il processo di lubrificazione
La lubrificazione si esplica attraverso due azioni: fisico-chimica e fisica. Si ha azione fisico-chimica quando la lubrificazione è affidata a uno strato molto sottile di lubrificante, che aderisce alle superfici, di spessore tale da contenere le asperità delle superfici stesse. Le superfici sono in tal modo separate e durante il moto relativo si ha scorrimento degli strati interni del lubrificante, schematizzabile come costituito da pellicole di spessore infinitesimo che slittano le une sulle altre per cui non vi è più attrito diretto ma il cosiddetto attrito mediato. La caratteristica che fa aderire i lubrificanti alle superfici è l'untuosità, mentre quella che permette lo scorrimento è la bassa coesione molecolare. I lubrificanti tradizionali, quali oli e grassi, possiedono naturalmente, in diversa misura, queste caratteristiche, ma vengono ormai quasi tutti additivati con sostanze che, oltre a conferire altre proprietà, le accentuano notevolmente (per esempio alcuni additivi interagiscono con le superfici metalliche chimicamente formando saponificazioni metalliche). I lubrificanti solidi, nei quali non si realizza lo scorrimento degli strati interni, hanno però un reticolo cristallino fragile che, sottoposto ad azione meccanica, si sfalda realizzando, in maniera macroscopica, l'attrito mediato. Per far giungere fra le superfici di attrito lubrificanti solidi, allo stato polverulento, si incontrano notevoli difficoltà, per cui frequentemente questi vengono posti in sospensione in liquidi come acqua, olio o grasso. La lubrificazione affidata alle sole caratteristiche del lubrificante è detta lubrificazione limite. Quando le parti in causa hanno velocità relative discrete la lubrificazione diventa idrodinamica e lo scostamento delle superfici da lubrificare avviene per azione esclusivamente fisica; ciò si verifica quando, in virtù della velocità relativa, si instaura un regime di pressioni nel film lubrificante (influenzato anche dalla viscosità del lubrificante) che tende a scostare fra loro le superfici stesse favorendone lo scorrimento. Perché avvenga questo tipo di lubrificazione è necessario che le superfici affacciate abbiano dimensioni proporzionate in modo tale che la pressione che si crea non sfugga lateralmente. Inoltre per mantenere questo stato di pressione fra le superfici, il moto deve sempre sussistere, di conseguenza all'atto della messa in moto e durante l'arresto questa lubrificazione viene a mancare: in tali casi la lubrificazione limite deve essere sempre garantita (con idoneo ingrassaggio) essendo l'unica cui ci si può affidare in fase di avvio. Inoltre, per velocità medie ed elevate delle superfici, la quantità di calore che si genera nel film lubrificante è tale da cambiarne la viscosità al punto da non garantire l'efficienza della lubrificazione stessa. Pertanto si rende necessario forzare, tramite una pompa, il lubrificante (lubrificazione forzata) con lo scopo di allontanare quello giacente e reintegrarlo con altro a temperatura inferiore. Il lubrificante caldo spostato viene raccolto in un contenitore o carter o coppa e, previo raffreddamento, viene di nuovo inviato dalla pompa all'utilizzatore. La lubrificazione forzata è necessaria anche quando la quantità di calore dovuto all'esercizio degli organi in moto è di gran lunga superiore a quella generata dallo scorrimento viscoso del lubrificante. Quando si hanno organi fortemente caricati con moto relativo delle superfici pressoché nullo o molto lento, non esistendo le condizioni per realizzare una lubrificazione idrodinamica, è necessario creare artificialmente il regime di pressioni che scosta le superfici (lubrificazione idrostatica): ciò si ottiene con una pompa che alimenta l'utilizzatore anche da fermo con una pressione sufficiente a creare un film lubrificante di spessore tale da evitare lo strisciamento fra le superfici interessate. I tipi di lubrificante usati in questo sistema di lubrificazione sono generalmente oli, però in casi particolari, dove i carichi non sono eccessivi, si hanno lubrificazioni a gas: tale lubrificazione è usata, per esempio, in macchine odontoiatriche e nei giroscopi, dove le velocità altissime non permetterebbero ai lubrificanti tradizionali di rimanere attaccati alle pareti. Ingranaggi molto lenti, che per le loro dimensioni non sono contenuti in carter, sono generalmente lubrificati da lubrificanti adesivi applicati a caldo sui denti o mescolati a solventi che li fluidificano all'atto dell'applicazione: con questo sistema si ha praticamente una lubrificazione limite. Per la lubrificazione di alberi e ingranaggi mediante olio si adottano generalmente i sistemi a sbattimento e a bagno d'olio, immergendo parte degli ingranaggi in un bagno di lubrificante contenuto in idoneo carter. Tale sistema non è più possibile quando le velocità periferiche delle parti in moto raggiungono valori alti, in quanto la forza centrifuga è tale da non permettere all'olio di rimanere attaccato alle ruote dentate e l'eccessivo sbattimento dell'olio, oltre a generare una perdita di potenza con relativa produzione di calore, tenderebbe a emulsionare il lubrificante facendogli perdere le caratteristiche e favorendone il processo di ossidazione. In questi casi si adotta la lubrificazione a nebbia, cioè si invia olio agli ingranaggi per mezzo di ugelli che lo spruzzano finemente suddiviso in goccioline che si depositano sui denti con un certo angolo di anticipo rispetto alla zona di ingranamento per dare tempo al lubrificante di assorbire parte di calore del dente stesso; quest'olio cade poi nel carter da dove viene riposto in circolazione da una pompa. Una lubrificazione particolare è usata in alcune lavorazioni meccaniche per asportazioni di truciolo dove la zona di lavoro è sommersa da un getto di liquido (acqua emulsionata con olio od olio da taglio in funzione del materiale da lavorare), che ha il compito di lubrificare l'utensile nelle zone di strisciamento del truciolo e raffreddarlo per mantenerne le caratteristiche di durezza. Durante la deformazione plastica a freddo di materiali metallici (trafilatura, rullatura, imbutitura profonda), si usano oli lubrificanti allo scopo di ridurre l'attrito tra utensile e pezzo. Mentre nella deformazione plastica a caldo (trafilatura a caldo, estrusione) si usano come lubrificanti sostanze vetrose fuse, in operazioni di stampaggio si usano sospensioni, in acqua o in olio, di grafite colloidale, glicole polialchilenico, ecc. Un altro tipo di lubrificazione particolare è realizzato negli impianti pneumatici dove l'aria, prima di essere immessa nelle tubazioni del circuito, viene miscelata con piccole parti di olio speciale che ha il compito di umettare le parti mobili dei dispositivi serviti dall'aria e stendere un velo antiossidante su tutte le pareti interne del circuito. In fase di sviluppo è la lubrificazione magnetoidrodinamica, realizzata utilizzando metalli liquidi quando le condizioni d'esercizio lo consentono (per esempio a temperature molto elevate): la scarsa portanza dei metalli viene opportunamente elevata inducendo in essi energiche azioni dinamiche mediante l'azione di campi elettromagnetici.
Tecnologia: la lubrificazione negli auto e motoveicoli
Negli auto e motoveicoli, la lubrificazione ha lo scopo di preservare dall'usura tutte le parti accoppiate sia del motore (in particolare, evita il grippaggio dei cilindri), sia degli organi di trasmissione (cambio, differenziale); nel motore contribuisce anche al raffreddamento delle parti lubrificate e favorisce la tenuta degli stantuffi. Nei motori a due tempi, come quelli di molti motoveicoli (e dei fuoribordo), la lubrificazione è realizzata, normalmente, per miscelazione del lubrificante con il carburante, cioè utilizzando la miscela olio-benzina usata per il motore stesso: questa, entrando nei cilindri, provvede direttamente alla lubrificazione delle loro pareti. Nei motori per autovetture, sia a benzina sia Diesel, il sistema più usato è quello a circolazione forzata: una pompa aspirante preleva il lubrificante (olio sintetico) dalla coppa situata sotto il basamento e lo invia in pressione (2-6 kg/cm²) ai cuscinetti di banco attraverso la canalizzazione principale; da questi filtra ai cuscinetti di biella attraverso fori appositamente ricavati nell'albero motore e da qui arriva sulle pareti dei cilindri passando dai fori dello spinotto; una variante è rappresentata dal sistema a lubrificazione mista, in cui l'olio sfugge lateralmente dai cuscinetti di biella e viene proiettato nell'interno dei cilindri dal moto stesso di rotazione di quegli organi. Alla canalizzazione principale sono collegati, anche, dei condotti secondari che portano il lubrificante ai bilancieri, ai supporti dell'albero a camme, ai supporti e ai perni di banco, nonché ad altri organi della distribuzione. L'olio che sfugge dalle superfici lubrificate ricade nella coppa e viene quindi rimesso in circolazione dalla pompa, dopo essere passato attraverso un idoneo filtro che lo depura. Sulle auto sportive e su quelle da competizione si adotta un serbatoio dell'olio separato dalla coppa (coppa secca) al fine di favorirne il raffreddamento, data l'alta temperatura generata dai motori di queste vetture: una pompa di recupero manda il lubrificante che sfugge dalle superfici lubrificate in un apposito radiatore per il raffreddamento; da questo l'olio entra nella coppa e la pompa principale lo rimette in circolo. Nel circuito di lubrificazione sono compresi anche una valvola limitatrice della pressione, che interviene quando nel motore il lubrificante supera un determinato valore di pressione, scaricando l'eccesso di olio nella coppa, e dei dispositivi per il controllo della pressione e della quantità dell'olio nella coppa (manometro, spie luminose, ecc.).