Classificazione, Tipi e Caratteristiche degli Oli Idraulici

L’olio idraulico è il mezzo di trasporto dell’energia in un impianto oleodinamico. Oltre la funzione primaria di trasporto dell’energia meccanica, il fluido idraulico ha anche la proprietà di proteggere, lubrificare e raffreddare i componenti con i quali viene in contatto.

Caratteristiche Fondamentali degli Oli Idraulici

Caratteristica fondamentale degli oli idraulici è la viscosità che indica la capacità di scorrimento del lubrificante su una determinata superficie. In particolare, essi si caratterizzano per la stabilità anche ad alte temperature che previene la formazione di depositi. L’adeguato utilizzo di additivi consente di avere proprietà anti-corrosive con prestazioni antischiuma.

Viscosità

La viscosità dei fluidi idraulici è la misura della resistenza allo scorrimento, ossia della resistenza opposta dalle particelle di fluido al reciproco scorrimento. 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. 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.

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.

L’ideale è una viscosità che consenta, allo stesso tempo, di far funzionare a perfezione il macchinario e di mantenere un film lubrificante sulle parti interessate. Uno stesso fluido presenta caratteristiche di viscosità che mutano al variare di pressione e temperatura.

Quindi, lo stesso olio sottoposto a riscaldamento vedrà diminuire progressivamente la propria viscosità con l’aumentare della temperatura. Per questo motivo, gli oli lubrificanti devono essere valutati non solo in base alla loro viscosità ma anche in base al loro indice di viscosità.

La viscosità degli oli lubrificanti si misura secondo gli standard ISO VG.

Potere Lubrificante e 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.

Compatibilità con i Materiali

Il fluido deve essere compatibile con tutti i materiali che costituiscono l’impianto, comprese guarnizioni, cuscinetti e vernici.

Resistenza alle 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.

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.

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.

Potere Antiossidante e Anti-schiuma

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.

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.

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.

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.

Tossicità

Il contatto prolungato con alcuni fluidi sintetici e talvolta anche con oli minerali, può provocare irritazioni e malattie 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.

Tipi di Fluidi Idraulici

I fluidi impiegati in oleodinamica sono:

Acqua
Oli minerali
Emulsioni acqua-olio
Fluidi sintetici
Fluidi ecologici

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Classificazione degli Oli Idraulici (ISO 6743-4)

L’Organizzazione Internazionale per la Standardizzazione (ISO) ha stabilito con la norma ISO 6743-4 la classificazione dettagliata dei fluidi della famiglia H (sistemi idraulici) appartenenti alla classe L (lubrificanti, fluidi idraulici e prodotti similari). Il sistema di classificazione ISO 6743-4 può essere applicato in generale alle tre classi principali di fluidi idraulici:

Fluidi oleodinamici minerali (cioè a base di petrolio)
Fluidi oleodinamici resistenti al fuoco
Fluidi oleodinamici biodegradabili

Fluidi Oleodinamici Minerali

Come anticipato nei paragrafi precedenti, la classe più numerosa di fluidi idraulici è composta da oli a base di idrocarburi raffinati, cioè di petrolio. Il petrolio rappresenta una base molto funzionale per i fluidi industriali: una volta raffinato (HH) viene formulato con vari additivi per prevenire la ruggine, l’ossidazione, la formazione di schiuma e l’usura.

Di seguito è riportato un elenco delle classificazioni più comuni degli oli idraulici minerali e le rispettive descrizioni:

ISO - L - HH - oli minerali base, senza inibitori di corrosione
ISO - L - HL - oli minerali raffinati con proprietà antiossidanti e antiruggine
ISO - L - HM - oli con additivi per aumentare la resistenza all’usura
ISO - L - HR - oli ad elevato indice di viscosità
ISO - L - HV - ad elevato indice di viscosità per costruzioni e marina
ISO - L - HG - si ottengono dagli HM mediante l’aggiunta di additivi che riducono l’effetto stick-slip

Gli oli maggiormente utilizzati sono gli HM.

Fluidi Oleodinamici Resistenti alle Fiamme

Esistono diversi tipi di fluidi resistenti alle fiamme e sono generalmente classificati come segue:

ISO - L - HFAE - Emulsione, olio-in-acqua (di solito >80% di contenuto d’acqua)
ISO - L - HFAS - combinazioni chimiche in acqua (di solito >80% di contenuto d’acqua)
ISO - L - HFB - emulsione acqua-in-olio (di solito >40% di acqua)
ISO - L - HFC - Soluzioni di glicole o glicole acquoso (di solito >35% di contenuto d’acqua)
ISO - L - HFDR - fluidi sintetici che non contengono acqua e composti da esteri fosforici
ISO - L - HFDS - Idrocarburi clorurati (senza acqua)
ISO - L - HFDT - Miscele HFDR/HFDS
ISO - L - HFDU - Fluidi sintetici che non contengono acqua e di altra composizione

Fluidi Oleodinamici Biodegradabili

Ci sono infine fluidi sviluppati in anni recenti per applicazioni in cui è richiesta la compatibilità ambientale, che si suddividono in:

ISO - L - HETG (Trigliceridi - oli vegetali)
ISO - L - HEPG (poliglicoli)
ISO - L - HEES (esteri sintetici)
ISO - L - HEPR (Polialfaolefina e relativi idrocarburi)

Esempi di Oli Idraulici

Ecco alcuni esempi di oli idraulici disponibili sul mercato:

TotalEnergies Dynatrans ACX 30: Lubrificante avanzato per trasmissioni powershift, sistemi idraulici, assali e riduttori finali.
TotalEnergies DROSERA XMS 68 I e 32 I: Olio multifunzionale, senza zinco, per macchine utensili.
TotalEnergies AZOLLA NET HC: Olio con elevato potere detergente e disperdente.
TOTAL AZOLLA ZS: Formulati per tutti i tipi di sistemi idraulici.
TotalEnergies BLUE CONCENTRATE: Adatto a tutti i circuiti oleodinamici.
TotalEnergies Drosera MS 32 e MS 220: Oli lubrificanti multifunzionali senza zinco, progettati per garantire prestazioni elevate nei macchinari utensili.
TotalEnergies Azolla HZS: Oli idraulici antiusura ad elevate prestazioni.
TotalEnergies Biohydran TMP 32: Olio idraulico biodegradabile con specifica ECOLABEL.
Mobil Nuto H: Progettati per applicazioni industriali e su macchinari mobili dove siano richiesti lubrificanti antiusura.
Mobil DTE Serie 20: Oli idraulici antiusura di prestazioni superiori formulati per soddisfare un’ampia gamma di applicazioni idrauliche.
TotalEnergies Azolla VTR 32: Olio idraulico per trasmissioni idrodinamiche.
TotalEnergies Equivis D 46: Olio idraulico con additivo detergente-disperdente con indice di viscosità molto elevato.
Bp Energol SHF-HV: Olio idraulico ad elevate prestazioni.
IP Hydrus Oil HI: Oli idraulici di altissima qualità sviluppati per essere impiegati nei sistemi idraulici.
Q8 HAYDN: Olio minerale paraffinico con elevate prestazioni antiusura utilizzato nelle apparecchiature e nei sistemi idraulici.
Mobil Univis HVI: Olio idraulico ad altissimo indice di viscosità.
Eni Arnica DV 46: Lubrificante con alto indice di viscosità, particolarmente indicato per l’industria ceramica e per i sistemi idraulici sensibili al rischio di inquinamento delle acque.
Eni Acer 100: Lubrificante indicato per i macchinari che necessitano di proprietà antiruggine e antiossidanti, indicato per sistemi a circolazione e per i compressori d’aria, nei quali sono richieste caratteristiche antiruggine e antiossidanti.
Eni Arnica S/FR 68: Olio idraulico biodegradabile indicato per gli ambienti con alta probabilità di incendio causato dalle alte temperature.
Eni Tilia 32: Olio idraulico e multifunzionale “food grade”, formulato con olio bianco farmaceutico e con additivi antiusura, anticorrosivi e antiossidanti.
Eni Arnica ABX: Fluido idraulico totalmente sintetico e biodegradabile, con additivi antiossidanti, antiruggine e modificatori del coefficiente d’attrito. Ottima resistenza a freddo e con elevatissimo indice di viscosità.

Classificazione della Contaminazione dell'Olio Idraulico

La classificazione della contaminazione dell'olio idraulico è una metodologia utile che aiuta a definire la quantità di contaminanti nei fluidi: fornisce un dato di sintesi e permette di valutare la pulizia dell’olio e di sapere, quindi, se l'impianto è a rischio guasto. Ogni macchina in cui la trasmissione della forza, la lubrificazione o la combustione avviene tramite l’azione dell’olio è dipendente dalle condizioni dell’olio stesso.

Un primo metodo di classificazione di particelle, il più diffuso, fa riferimento alla "vecchia" ISO 4406:1991, una normativa nata per i fluidi idraulici e ben presto applicata a tutti settori dell'industria. L'attuale metodo per la classificazione dell'olio idraulico attraverso la codifica del livello di contaminazione da particelle solide è indicato dall'Organizzazione internazionale per la standardizzazione, anche più conosciuta con il suo acronimo, ISO. Nel caso della ISO 4406, le quantità delle particelle vengono rilevate secondo un metodo cumulativo.

Un secondo metodo di codifica del livello di contaminazione è basato sul numero di particelle per unità di volume suddivise in classi dimensionali. Il NAS 1638, acronimo di National Aerospace Standard, è una norma concepita nel 1960 per controllare la contaminazione dei componenti usati nei sistemi idraulici aeronautici ed è diventato lo standard per la National Aerospace nel 1964. Per determinare la classe di contaminazione viene rilevato il numero di particelle presenti in 100 ml di liquidi per ognuna delle 5 classi di dimensione delle particelle.

Come le norme ISO 4406 e NAS 1638, anche la normativa SAE AS 4059 descrive la classificazione dell'olio idraulico in termini di concentrazione di particelle nei fluidi. Le procedure di analisi sono le stesse delle altre due norme. Le classi di purezza della norma SAE si basano sulla grandezza delle particelle, la quantità nonché la ripartizione delle grandezze delle particelle. Dato che la grandezza delle particelle rilevata dipende dalla procedura di misurazione e dalla calibratura, le grandezze vengono contrassegnate con le lettere (A - F).

In conclusione, in un impianto oleodinamico è importante che vengano stabilite le classi di contaminazione “target” del fluido idraulico che una volta raggiunte richiederanno un intervento di pulizia.

Considerazioni Finali

La scelta dell'olio idraulico corretto è essenziale per garantire il funzionamento efficiente e duraturo dei sistemi idraulici. È importante considerare le specifiche del produttore, le condizioni operative e le esigenze ambientali per selezionare il fluido più appropriato.

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