Raffreddamento Olio Idraulico: Funzionamento e Tipologie

Tutte le macchine industriali che utilizzano gli impianti oleodinamici generano, attraverso le pompe dell’olio, una grande quantità di calore che deve essere smaltito. Per questo motivo è fondamentale che ci siano gli scambiatori di calore che si occupano del raffreddamento dell’olio.

Tipologie di Scambiatori di Calore

Nel dettaglio, ci sono due tipologie di scambiatori: acqua-olio e aria-olio. Gli scambiatori aria-olio e acqua-olio sono entrambi degli scambiatori di calore che si occupano dello scambio di energia termica di un fluido termovettore con altri di temperature diverse.

Scambiatori Aria-Olio

Quando si parla di scambiatori aria-olio si fa riferimento a dei dispositivi che vengono utilizzati per avviare il processo di raffreddamento dei circuiti oleodinamici attraverso l’utilizzo dell’aria come fluido raffreddante. Gli scambiatori aria-olio vengono costruiti con una massa radiante in alluminio, che si ottiene attraverso un processo di saldobrasatura sottovuoto. In questo modo è possibile garantire un’ottima resa termica e una migliore resistenza alle pressioni.

La differenza principale riguarda il funzionamento; infatti gli scambiatori aria-olio vengono impiegati per il raffreddamento di olio idraulico attraverso l’utilizzo di aria che viene soffiata da una ventola sulle macchine che lavorano in modo continuativo. Inoltre gli scambiatori aria-olio vengono impiegati quando si necessita di prestazioni refrigeranti minori.

In GFT - Global Filtration Technology, su richiesta di alcuni clienti, abbiamo quindi realizzato un sistema di raffreddamento aria-olio a elevata efficienza, con massa radiante ad aria forzata tramite ventola. CHILLER FLUX 35 raffredda l'olio a ciclo continuo utilizzando l’aria dell’ambiente, pertanto il rischio che l'olio venga raffreddato più del necessario è pressoché inesistente, ed ecco perché il sistema nasce naturalmente privo del sensore che arresta il sistema al raggiungimento della temperatura desiderata.

Applicazioni degli Scambiatori di Calore

Un’applicazione molto comune degli scambiatori di calore è il loro utilizzo per il raffreddamento di impianti idraulici o di lubrificazione, ad esempio su macchine utensili e operatrici che utilizzano azionamenti idraulici e impianti oleodinamici per gli organi in movimento. In tutti questi settori, l’olio utilizzato per gli attuatori idraulici o semplicemente per la lubrificazione assorbe il calore ceduto dalle pompe e/o dal movimento meccanico generato.

Il calore accumulato dall’olio idraulico deve essere smaltito affinché l’olio mantenga le adeguate proprietà lubrificanti e di viscosità, in quanto una sua alterazione farebbe venir meno la corretta azione lubrificante con gravi danni per macchinari e impianti. Tutti gli impianti di questo genere sono pertanto dotati di un sistema di raffreddamento dell’olio mediante scambiatore di calore.

Raffreddamento ad Acqua

Sempre nel caso del raffreddamento ad acqua, occorre inoltre pensare alla possibile rottura meccanica di un tubo e di una piastra, che porterebbe alla miscelazione di acqua e olio. Se l’acqua entra nel circuito dell’olio, i danni causati alle macchine asservite ai circuiti idraulici possono essere molto gravi se non addirittura irrecuperabili.

Per evitare questo genere di problemi, si utilizza un metodo molto semplice, ovvero mantenere la pressione dell’olio circolante nel circuito idraulico maggiore di quella dell’acqua presente nel circuito di raffreddamento. In questo modo nella eventualità di una rottura può al limite avvenire un trafilamento di olio nell’acqua, che verrà intercettato da un calo del livello di olio nel serbatoio, monitorato da appositi livellostati.

Problematiche legate al Surriscaldamento dell'Olio

L’olio che si surriscalda durante le ore lavorative o che è invece troppo freddo all’avviamento del macchinario rappresenta una difficoltà molto diffusa, trasversale a tutti i settori dell’industria. In qualità di esperti in filtrazione e cura dei fluidi (idraulici e carburanti), abbiamo ricevuto negli anni diverse richieste inerenti alla termoregolazione dell’olio idraulico/lubrificante.

Tra tutte le apparecchiature che forniscono utilities di riscaldamento e/o raffreddamento dell’olio, oggi vorremmo presentarvi nel dettaglio CHILLER FLUX 35, che trova la sua applicazione più comune nel raffreddamento di impianti idraulici o di lubrificazione, ad esempio in impianti oleodinamici per gli organi in movimento, su macchine utensili e operatrici che utilizzano azionamenti idraulici oppure anche nelle lavorazioni meccaniche, dove sono presenti diverse tipologie di impianto che necessitano di sistemi di raffreddamento (laminazione, fresatura, marcatura ecc).

In tutti questi ambiti, l’olio per gli attuatori idraulici o per la lubrificazione assorbe il calore ceduto dal movimento meccanico o dalle pompe calore che deve essere smaltito affinché l’olio mantenga le opportune proprietà lubrificanti e di viscosità, in quanto una loro alterazione, come specificato in testa al presente articolo, genererebbe danni ingenti a macchinari e impianti. Ecco perché tutti gli impianti di questo tipo sono dotati di un sistema di raffreddamento dell’olio mediante scambiatore di calore aria- olio (altrimenti con scambiatori acqua-olio), che a seconda delle dimensioni e delle caratteristiche dell’impianto può essere di tipo saldobrasato oppure ispezionabile.

Manutenzione e Controllo del Fluido Idraulico

In un impianto oleodinamico l’energia meccanica viene inizialmente convertita in energia idraulica. Questa poi viene trasferita, controllata o regolata e inviata ad uno o più utilizzatori che la riconvertono in energia meccanica. Affinché l’intero processo appena descritto funzioni, un impianto oleodinamico è caratterizzato da diversi parti che si occupano ciascuna di una particolare funzione: componenti come serbatoi, filtri, scambiatori di calore, dispositivi di misura e controllo, permettono il trattamento del fluido idraulico.

La presenza nell’olio di elementi estranei, potenzialmente nocivi per l’impianto, si chiama contaminazione. Le particelle presenti nell’ambiente circostante all’impianto oleodinamico penetrano, inevitabilmente, nel sistema attraverso guarnizioni dei cilindri, tenute degli alberi e bocchettoni dei serbatoi. È inoltre frequente che entrino nell’impianto residui di lavorazione durante il montaggio, l’installazione e il commissioning, contaminando pericolosamente l’intero sistema.

A tal proposito occorre evidenziare che, la contaminazione del fluido viene comunemente suddivisa in tre tipologie: liquida (acqua e olii incompatibili tra loro), gassosa (aria) e solida (metallica). Per "Fluid Monitoring System" si intende quell’insieme di procedure volte al monitoraggio costante e continuo dello stato di usura e contaminazione del fluido. Come anticipato, per consentire un perfetto condition monitoring dello stato dei fluidi idraulici e di lubrificazione, gli impianti più evoluti sono dotati di sistemi di controllo del fluido con sensori di manutenzione predittiva e logiche di misura e controllo, che informano sulla natura e sui livelli di contaminazione.

Il contenimento del livello di contaminazione accettabile per un sistema oleodinamico è demandato alla filtrazione. La predisposizione di sistemi di filtrazione (filtri) e dei relativi strumenti di controllo (sensori) e l’approccio alla manutenzione predittiva è alla base del corretto trattamento del fluido.

Caratteristiche dei Fluidi Idraulici

Negli impianti oleodinamici, in linea teorica, si potrebbe utilizzare un tipo qualsiasi di fluido, in quanto tutti seguono la legge di Pascal.

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.

Potere lubrificante, protezione dall’usura: Il fluido utilizzato deve essere in grado di bagnare tutte le parti mobili con una pellicola lubrificante continua.
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.
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 anti-schiuma: Le bollicine d’aria risalenti sulla superficie dell’olio possono formare schiuma nel serbatoio.
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.
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.
Tossicità: Il contatto prolungato con alcuni fluidi sintetici e talvolta anche con oli minerali, può provocare irritazioni e malattie della pelle.

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.
Emulsioni olio-in-acqua: Contengono dal 5% al 12% di olio.
Emulsioni acqua-in-olio: Contengono dal 40% al 60% di olio e hanno un potere lubrificante molto migliore delle precedenti.
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.
Siliconi: Sono composti chimici a molecole lunghe, costituite da silicio, ossigeno e radicali liberi.

Chiller Industriali per il Raffreddamento di Olio

La prima cosa da dire è che attraverso un chiller industriale è possibile raffreddare acqua e olio; in base alle necessità il sistema di refrigerazione dovrà essere ad aria o ad acqua. Con differenti tipologie di macchine utensili: in queste circostanze si ha la necessità di raffreddare l’olio per il mandrino o quello idraulico.

I chiller industriali ad acqua basano il loro funzionamento sulla condensazione sfruttando la compressione di gas come freon, ammoniaca, composti a base di etano e metano. Associati a macchine utensili permettono di controllare in modo efficiente la temperatura dell’olio del mandrino e dell’olio idraulico, prevenendo fenomeni di deformazione.

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