Olio Idraulico Idrostatico: Caratteristiche Fondamentali

Le macchine idrauliche sfruttano la potenza di un fluido per eseguire lavoro, trovando impiego in numerose applicazioni pesanti. Il vantaggio principale di una trasmissione idraulica risiede nella sua capacità di trasmettere grandi potenze a distanza tramite tubi flessibili, consentendo trasmissioni disassate e capaci di assorbire picchi di carico.

Un'altra caratteristica fondamentale dei sistemi a trasmissione idrostatica è la possibilità di moltiplicare la forza o la coppia in modo semplice e indipendente dalla distanza fra ingresso e uscita, senza la necessità di un collegamento meccanico. Questa moltiplicazione si può realizzare in vari modi; come esempio si può pensare ai cilindri idraulici, in cui basta modificare l’area del pistone (a pari pressione) per ottenere una forza maggiore.

Componenti e Funzionamento dei Circuiti Idraulici

Nei circuiti aperti, le pompe forniscono una portata continua di fluido, anche pompe economiche, a cilindrata costante; la gamma dei componenti accessori si limita a valvole di sfogo (per evitare sovraccarichi di pressione) e valvole di controllo (per permettere il deflusso del fluido verso il serbatoio). Per permettere il funzionamento del motore in entrambi i sensi di rotazione, è necessario invertire il flusso del fluido.

I circuiti chiusi invece permettono il funzionamento anche in modalità reversibile, ovvero con il motore che assorbe potenza (frenando l’utilizzatore). Per evitare la cavitazione, tutte le condotte vengono alimentate da una pompa ausiliaria, che fornisce una portata di poco superiore a quella di trafilamento. Una valvola di massima pressione scarica la portata in eccesso.

La potenza idraulica è esprimibile come prodotto fra portata e pressione (P = Q * p). In realtà la potenza reale è diversa dalla potenza teorica. Si introducono quindi diversi rendimenti, sempre inferiori a 1: il rendimento volumetrico (ηq) e il rendimento meccanico (ηp) o di pressione. Per una pompa, il rendimento volumetrico esprime la portata perduta (Qeff = ηq * Qteorica). Il rendimento meccanico invece (ηp) viene espresso in funzione della perdita di pressione (peff = ηp * pteorica). Per un motore le relazioni vengono invertite, in quanto il motore deve elaborare più fluido (e quindi portata) per ottenere la potenza teorica.

Perdite nei Circuiti Idrostatici

Oltre alle perdite nelle pompe e nei motori, vanno considerate le perdite all’interno dei circuiti con trasmissioni idrostatiche. Queste sono generalmente di due tipi: localizzate o distribuite. Le seconde sono relative alla resistenza dovuta al flusso di fluido all’interno delle tubazioni. Anche queste vengono in genere fornite dal produttore dei tubi, in genere con abachi che legano la perdita alla lunghezza della tubazione, alla sua dimensione e alla velocità del fluido.

Il Ruolo Fondamentale del Fluido Idraulico

Come già spiegato, il fluido idraulico è il mezzo che permette la trasmissione idrostatica della potenza nel circuito. Sono solitamente olii di origine petrolifera, con aggiunta di vari additivi. I campi di temperature ammesse sono, per funzionamento continuo, 130°C per olii di origine petrolifera, 200°C per esteri siliconici e 260°C per esteri.

Pompe Idrauliche: Il Cuore del Sistema

Le pompe idrauliche forniscono fluido ai componenti nel sistema. Solitamente ricevono potenza da un motore elettrico o a scoppio, connesso tramite cinghie, ingranaggi, o accoppiamenti flessibili. Economiche, a durata elevata, dal funzionamento semplice. Sono meno efficienti perché hanno una cilindrata fissa, e sono solitamente utilizzate per pressioni sotto ai 20 MPa.

Il funzionamento è molto semplice: un motore fa ruotare una delle due ruote dentate, che trascina l’altra. Il fluido viene trascinato nei vani che si realizzano fra i fianchi dei denti e la superficie cilindrica del corpo pompa. In questo modo si genera una portata volumetrica, mentre una piccola parte di fluido defluisce all’indietro (abbassando quindi l’efficienza). Sono pompe molto diffuse, soprattutto per le applicazioni a funzionamento continuativo.

Pompe a Pistoni: Efficienza e Controllo

Vengono progettate in genere con un meccanismo a spostamento variabile, per modificare il flusso in uscita e controllare la pressione del sistema. In genere è presente un corpo cilindrico rotante con cilindri scavati. I pistoni sono collegati mediante cerniere e pattini al piatto inclinato (che è fisso rispetto al carter); i pistoni sono trascinati dal corpo rotante. Un’altra modalità costruttiva è quella a corpo inclinato.

Nelle pompe a pistoni assiali il numero cilindri è in genere 5 o 7, comunque dispari (per evitare punti morti). Nelle pompe a cilindrata variabile, la portata può variare per effetto di due regolazioni. Come già visto è possibile regolare la cilindrata della pompa modificando la corsa dei pistoni, ma è anche possibile modificare la velocità di rotazione del motore, e di conseguenza della pompa.

Motori Idraulici: Trasformazione dell'Energia

In un sistema a trasmissione idrostatica assorbono la potenza idraulica generata dalla pompa. Ipotizziamo di voler effettuare un predimensionamento di un circuito idraulico semplice, costituito da due motori che assorbono 80 Nm a 60 giri/min (500 W circa). Da catalogo si ricava il diagramma di funzionamento del motore scelto. La cilindrata richiesta Vr è pari a V = Q * 1000 / n. Ipotizzando di fornire potenza alla pompa tramite un motore operante a 1000 giri/min, si ricava una cilindrata di 8.2 cm3, il 45% della cilindrata massima.

Scelta dei Componenti e Tubazioni

Una volta scelti i componenti principali non resta che scegliere i tubi. La scelta è facilitata dai cataloghi dei produttori, che forniscono abachi per il calcolo del diametro dei tubi in funzione della pressione. Lo stesso vale per i raccordi e per le valvole di controllo; una volta scelti questi componenti e calcolate le perdite distribuite e concentrate, è utile ricalcolare la pressione e la portata richieste alla pompa, per valutare se si è ancora nel campo di regolazione della stessa.

Caratteristiche e Funzioni dell'Olio Idraulico

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. 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. In particolare:

TotalEnergies Dynatrans ACX 30 è un lubrificante avanzato progettato specificamente per trasmissioni powershift, sistemi idraulici, assali e riduttori finali.
TotalEnergies DROSERA XMS 68 I : olio multifunzionale, senza zinco, per macchine utensili.
TotalEnergies DROSERA XMS 32 I: olio multifunzionale, senza zinco, per macchine utensili.
TotalEnergies AZOLLA NET HC ha un elevato potere detergente e disperdente.
TOTAL AZOLLA ZS sono formulati per tutti i tipi di sistemi idraulici.
TotalEnergies BLUE CONCENTRATE è adatto a tutti i circuiti oleodinamici.
TotalEnergies Drosera MS 32 è un olio lubrificante multifunzionale senza zinco, progettato per garantire prestazioni elevate nei macchinari utensili.
TotalEnergies Drosera MS 220 è un olio multifunzionale ad alta prestazione, privo di zinco, progettato specificamente per applicazioni industriali impegnative.
TotalEnergies Azolla ZS 150 sono formulati per tutti i tipi di sistemi idraulici.
TotalEnergies Azolla ZS 100 sono formulati per tutti i tipi di sistemi idraulici.
TotalEnergies Azolla HZS : Oli idraulici antiusura ad elevate prestazioni.
TotalEnergies Biohydran TMP 32 : olio idraulico biodegradabile con specifica ECOLABEL.
Mobil Nuto H sono progettati per applicazioni industriali e su macchinari mobili dove siano richiesti lubrificanti antiusura.
I Mobil DTE Serie 20 sono oli idraulici antiusura di prestazioni superiori formulati per soddisfare un’ampia gamma di applicazioni idrauliche.
TotalEnergies Azolla VTR 32 è un 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 Oli idraulici antiusura ad elevato indice di viscosità (I.V.
Gli IP Hydrus Oil HI sono 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.
Mobilfluid 316M è un olio idraulico ad alte prestazioni formulato con oli di base accuratamente selezionati e un sistema di additivi bilanciati. È progettato per soddisfare requisiti di un’ampia gamma di apparecchiature idrauliche e idrostatiche per impieghi pesanti utilizzate in applicazioni on e off-highway.

Anche la macchina più performante non può funzionare a dovere se tutti i suoi componenti non sono ben lubrificati e oliati con uno specifico olio idraulico. Gli ingranaggi, per scorrere e fare il loro lavoro, hanno bisogno di essere trattati in modo opportuno con lubrificanti specifici.

Gli oli idraulici sono prevalentemente oli minerali e sintetici. I diversi tipi di olio, oltre a lubrificare le parti meccaniche, possono proteggerle dall’usura e dalla corrosione, grazie a diverse proprietà come il fatto che sono idrorepellenti. 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.

Viscosità e Indice di Viscosità

La viscosità riguarda i fluidi e ne indica, precisamente, la resistenza allo scorrimento. 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.

L’indice di viscosità (I.V.) indica quanto un olio lubrificante è in grado di mantenere inalterata la propria viscosità a diversi livelli di temperatura. Valori bassi indicano una scarsa tenuta, valori alti indicano una maggiore capacità di mantenere la viscosità. Da questo punto di vista gli oli migliori sono senza dubbio gli oli sintetici e quelli minerali ad alto indice di viscosità. La viscosità degli oli lubrificanti si misura secondo gli standard ISO VG.

La prima scelta è sempre l’olio della viscosità indicata nel manuale del macchinario o del motore. Non improvvisare mai, chiedici eventualmente un consiglio: su utilenseriaweb trovi i migliori oli lubrificanti!

Tipologie di Oli Idraulici e Loro Applicazioni

Versatili oli lubrificanti per uso generico e idraulico di tipo “R&O”, da utilizzare quando non sono richiesti prodotti con additivazione antiusura.
Oli idraulici a base di zinco per tutti i tipi di pompe idrauliche in cui pressioni e velocità richiedono protezione dall’usura.
Olio idraulico e di circolazione antiusura privo di zinco. Soddisfa i requisiti delle specifiche Denison HF-0, Vickers 35VQ25 e Cincinnati Lamb.
Per sistemi che richiedono un fluido idraulico con un elevato indice di viscosità e per sistemi idraulici a freddo e/o con stress elevati, che richiedono un livello elevato di prestazioni antiusura (senza zinco) e altamente filtrabili.
Oli idraulici privi di zinco con proprietà detergenti. Rispettano i requisiti delle specifiche DIN 51524 Parte 2 e ISO 6743/4 per gli oli idraulici di "tipo HM". Eccellenti proprietà di pulizia e assorbimento dell’acqua.
Olio idraulico antiusura di tipo HLP-D, privo di zinco e per pressione estrema, che soddisfa i requisiti delle specifiche DIN 51 524 Parte 2 e ISO 6743.
Olio idraulico privo di zinco con proprietà detergenti, conforme ai requisiti DIN 51524 Parte 2. Sviluppato per gruppi frizione/freno in bagno d’olio e approvato da Ortlinghaus.
Utilizzato principalmente come fluido idraulico, ma può essere anche impiegato come olio di circolazione o per compressori.
Gamme di fluidi idraulici ignifughi, classificati rispettivamente come HFD-U e HFC.
Gamma di lubrificanti specializzati spesso utilizzati per condizioni operative estreme.

Considerazioni Importanti sui Fluidi Idraulici

Negli impianti oleodinamici, in linea teorica, si potrebbe utilizzare un tipo qualsiasi di fluido, in quanto tutti seguono la legge di Pascal. Tuttavia, è fondamentale considerare diverse proprietà per garantire il corretto funzionamento e la longevità dell'impianto.

Proprietà Fondamentali dei Fluidi Idraulici

Viscosità: La viscosità dei fluidi idraulici è la misura della resistenza allo 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.
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.
Compatibilità con i materiali: Il fluido deve essere compatibile con tutti i materiali che costituiscono l’impianto, comprese guarnizioni, cuscinetti e vernici.
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.
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: 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.
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.

Tipologie di 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.
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.

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