Temperatura Ottimale dell'Olio Idraulico: Un Fattore Cruciale per le Prestazioni

La temperatura dell'olio idraulico è un parametro fondamentale che influenza direttamente le prestazioni e la durata dei sistemi idraulici. Mantenere l'olio in un range di temperatura ottimale è essenziale per garantire un funzionamento efficiente e prevenire danni costosi.

Cos'è la Viscosità?

La viscosità descrive le forze di attrito interne tra strati adiacenti di un fluido che sono in movimento. Più le forze di attrito sono alte, più difficilmente scorre il fluido o, in altre parole, la viscosità cresce. Se le forze di attrito sono basse, il fluido scorre più facilmente e la viscosità è bassa. È importante notare che la viscosità di un lubrificante non è una proprietà fissa, ma dipende dalla temperatura.

La viscosità riguarda il grado di "aggregazione" o di "adesione" di un fluido. Un lubrificante con viscosità alta è meno fluido di un lubrificante con viscosità bassa. Vi sono due tipi di viscosità: la viscosità dinamica e la viscosità cinematica.

La viscosità dinamica è misurata in millipascal per secondo (mPa·s) o in centipoise (cP).
La viscosità cinematica è espressa in millimetri quadri al secondo (mm²/s) o in centistokes (cSt).

Per i lubrificanti, la viscosità, insieme all’indice di viscosità, è un parametro fondamentale. Lo strato di lubrificante non deve diventare troppo sottile in normali temperature di esercizio, in quanto si perderebbe il film lubrificante e non si garantirebbe una lubrificazione adeguata. Parallelamente, lo strato di lubrificante non deve essere troppo spesso, perché causerebbe un attrito interno troppo elevato.

La viscosità dinamica descrive la forza necessaria per far scorrere un lubrificante, cioè la forza per superare l’attrito interno.
La viscosità cinematica descrive quanto velocemente un lubrificante scorre quando una specifica forza viene applicata.

Questo valore è il risultato della divisione tra la viscosità dinamica e la densità del lubrificante. In sostanza, la viscosità cinematica è il fattore che lega la viscosità dinamica alla densità.

Classi di Viscosità

La viscosità dei lubrificanti industriali è definita dalla classificazione di viscosità ISO, la quale misura la viscosità a 40°C, che è una comune temperatura operativa. Per esempio, un lubrificante con ISO VG 68 ha una viscosità di 68 cSt a 40°C con un margine di ±10%. Ci sono anche altri standard, come AGMA per gli oli dei riduttori industriali e SAE per le applicazioni automotive, con una classificazione separata rispettivamente per gli oli per riduttori e oli per motori.

È importante capire che queste classi non sono indicazione della qualità lubrificanti di un olio, né delle sue prestazioni oltre i 40°C. Quindi determinare la corretta classe di viscosità è solo una parte del processo; l’esperienza e la conoscenza sono indispensabili per fare la scelta giusta.

Indice di Viscosità

Ancor più importante della viscosità è l’indice di viscosità. Questo valore indica quanto la viscosità cambia con il cambiare della temperatura. Un lubrificante con un basso indice di viscosità cambierà molto la sua viscosità con minime variazioni di temperatura, offrendo basse performance in applicazioni con elevate variazioni di temperatura. Un alto indice di viscosità indica che la viscosità rimarrà più stabile in un ampio range di temperature. Questo è auspicabile in condizioni termiche variabili.

L’Importanza della Viscosità nei Lubrificanti

La viscosità e l’indice di viscosità sono parametri diretti delle performance di un lubrificante. I lubrificanti con una bassa viscosità con una fluidità simile all’acqua sono spesso usati a basse temperature, nelle applicazioni meno caricate e nelle applicazioni con basse velocità di rotazione, ad esempio negli impianti idraulici. I lubrificanti con un’alta viscosità hanno performance migliori nelle applicazioni con alto carico, come nel caso di riduttori e di componenti industriali molto caricati.

Come Scegliere l'Olio Diatermico Corretto

La scelta del giusto lubrificante con un’appropriata viscosità e indice di viscosità dipende da molti fattori. Sapere come scegliere l’olio diatermico è un’impresa perchè il mercato è più che mai vivo grazie alla continua ricerca tecnologica, tant’è che per ogni esigenza sono disponibili differenti formulazioni. Ognuna di esse è adatta a diversi tipi di impianto in base a punto di flash, temperature di esercizio…

Certi oli diatermici ad esempio vanno bene per impianti che viaggiano stabili oltre i 300°C, mentre altri possono sostenere solo 100°C. Quindi di fronte a tante variabili ci si chiede spesso: come si fa a scegliere l’olio diatermico corretto per l’uso che devo farne nella mia azienda? L’olio che scegli per la tua azienda deve essere certificato per lavorare alla massima resa nello stesso range delle temperature di esercizio del tuo impianto.

Si tratta di una questione di chimica: i fluidi termici sono sostanze viscose che fluiscono bene se sottoposte a calore elevato, poiché proprio la viscosità aumenta al diminuire della temperatura. Lo scenario appena descritto è peggiorato in tutti quei casi in cui le tubature sono esposte all’aria esterna, quindi a un clima più rigido durante le stagioni fredde. Non tutti i fluidi termici, pur rispettando i requisiti di temperatura, sono adatti a tutti gli usi.

Soffermiamoci un attimo sui parametri di punto di flash, punto di fuoco e punto di autoaccensione. Prendiamo un contenitore pieno di olio diatermico, scaldiamolo facendo in modo che sia uniformemente caldo e misuriamone la temperatura costantemente. Piazziamo inoltre una sorgente di innesco sulla sua sommità: un arco elettrico o una fiamma a gas.

Tipi di Oli Diatermici

Oli minerali: vengono realizzati dalle raffinerie più importanti e solitamente sono reperibili a prezzi economici. Nella loro composizione troviamo quantità minime o nulle di additivi quindi non prevedono protezione supplementare. Non subiscono processi particolari di raffinazione e trattengono idrocarburi di tipo aromatico: naftalene, xilene, toluene e benzene, oltre a solfuro e cere.
Oli Siliconici: la loro principale peculiarità è di essere estremamente resistenti all’ossidazione. Oltre a questo offrono stabilità termica fino a 350°C in sistemi chiusi.
Composti aromatici chimici, anche detti Oli Sintetici: hanno composizioni chimiche a base di benzene e possono sostenere range termici molto ampi: sopportano bene temperature fino a 398°C in impianti chiusi. Sono più costosi, e vanno smaltiti in modo appropriato per non minare l’equilibrio ambientale e la salute del personale.

Equilibrare costi e resa effettiva dell’olio diatermico non è mai facile per un imprenditore, tuttavia la scelta migliore è sempre quella di ragionare sul lungo termine. I costi di smaltimento sono un’altra voce di spesa da tenere a mente poiché alcuni fluidi sono classificati come rifiuti pericolosi.

Contamination Management e Sensoristica

Si è già più volte sottolineato come la presenza di particelle di contaminazione nei sistemi oleodinamici possa determinare guasti a parti dell’impianto. La contaminazione di particelle solide (residui di lavorazioni come le saldature), liquide (acqua) e gassose (aria) è una delle più comuni cause di ossidazione, ruggine e usura.

L’implementazione di sensoristica e strumenti di controllo e analisi permette di recepire delle misure dal sistema. Questi dati, oltre a informare l'operatore sullo stato del fluido, consentono di attuare interventi di manutenzione mirati che riducono o abbattono i fermo macchina garantendo la business continuity.

Il risultato finale? Laddove si sia adottato un approccio alla manutenzione intelligente, ad esempio, sensoristica e logiche di controllo permettono di impostare delle manovre di auto-correzione per mantenere invariate le caratteristiche dell’olio e, così, evitare il fermo macchina.

Ad esempio, in un sistema dotato di un rilevatore di particelle metalliche come il MCS 1000, l'operatore potrà ottenere dati sui livelli di contaminazione solida e, al superamento della soglia target, avrà modo di attuare un eventuale flussaggio o sostituire un determinato componente. Appare, dunque, evidente la valenza di questi strumenti anche per la manutenzione predittiva.

In condizioni normali l’olio ha un range di temperatura ampio e un punto di funzionamento ideale che si attesta entro i 45-50°. Quindi, il corretto trattamento termico o condizionamento dell’olio è fondamentale anche ai fini del Contamination Management. È ovvio che questa funzionalità sia demandata a scambiatori di calore ma, come si è sottolineato, può essere ottimizzata dall’implementazione dell’opportuna sensoristica.

In ambienti soggetti a notevoli sbalzi termici è comune che i sistemi di raffreddamento siano impostati per raffreddare costantemente l'impianto (ciclo continuo).

Filtrazione e Flussaggio dell'Olio

La necessità di impiegare filtri negli impianti idraulici è un fatto risaputo e il suo corretto dimensionamento è fondamentale per una buona pulizia dell’olio. Per determinare il grado di filtrazione necessario all’impianto e la grandezza del filtro da adottare dovranno essere valutate le condizioni di esercizio dell’impianto e le grandezze in gioco (pressione, portata di esercizio e così via).

Inoltre, in base ai componenti installati e in relazione all’ambiente di lavoro si dovranno determinare le classi di contaminazione target. Ad esempio, sistemi dotati di servo valvole necessitano di una filtrazione più sofisticata.

Il flussaggio dell’olio è una misura straordinaria che, laddove si verificassero picchi di contaminazione, ripristina lo stato dell'olio. Nella messa in servizio di un impianto, ad esempio, la classe di contaminazione dell’olio nuovo potrebbe superare la soglia di sensibilità dell’impianto. La stessa situazione si potrebbe verificare nella fase di rabbocco del serbatoio.

In tutti questi casi l’olio viene deviato dall’impianto e bypassato in un’unità di filtrazione portatile dove sarà flussato e ricondizionato prima di essere reimmesso nell’impianto. Anche in questo caso l’integrazione di sistemi elettronici di misura e controllo permette di intervenire ad effettiva necessità per sopperire a picchi di contaminazione in diversi punti dell’impianto.

Andamenti temporali delle grandezze dell’impianto potranno poi essere impiegati per ottimizzare i processi di manutenzione, anche in ottica 4.0.

Selezione dei Tubi Idraulici

Garantire il corretto tubo idraulico ed industriale per un’applicazione è vitale per svariate ragioni, non ultime le prestazioni e la longevità del sistema. Tenendo questo in mente il processo di selezione deve includere un’analisi delle caratteristiche individuali del tubo per capire quale attributo darà i benefici maggiori. Avere una vasta gamma prodotti permette ai produttori di offrire il tubo ideale in funzione dei requisiti applicativi ed evitare di sovradimensionare il sistema.

Per molti OEM ed utilizzatori finali la longevità è l’aspetto più importante, dati i rischi alla sicurezza causati dal malfunzionamento di un tubo. L’aspetto più critico per un tubo idraulico è la costante abrasione a cui è soggetto quotidianamente a causa dello sfregamento con parti metalliche e con altri tubi e per effetto delle condizioni ambientali come la luce solare ed il gelo.

Generalmente sono disponibili diverse opzioni per il rivestimento del tubo in modo da evitare l’utilizzo di un’ulteriore guaina protettiva. Indipendentemente dal tipo di settore industriale (costruzioni, mineraria, riciclaggio e così via) il rivestimento resistente all’abrasione è disponibile per tutte le tipologie di tubo, dai trecciati con elevata flessibilità e ridottissimo raggio di curvatura ai tubi spiralati per applicazioni ad alta pressione.

Per esempio, utilizzatori alla ricerca di un prodotto con ottima flessibilità a freddo e di elevata resistenza ad abrasione possono adottare i prodotti Parker forniti con TC (Tough Cover) e ST (Super Tough). Un altro fattore che impatta negativamente sulla longevità di un tubo è il raggio di curvatura. Piegare un tubo con un raggio di curvatura inferiore al valore minimo specificato può compromettere considerevolmente la vita utile.

Esiste, comunque, una semplice regola da utilizzare: bisogna prevedere un tratto diritto pari a 2 volte il diametro esterno del tubo tra l’inizio della curva ed il raccordo.

Tipi di Tubi Idraulici

Naturalmente, molti progettisti ricercano la miscela perfetta tra la robustezza di un tubo spiralato e la flessibilità di un tubo trecciato. Parker ha recepito questo bisogno in modo chiaro e ha inserito nella sua offerta i tubi Compact Spiral caratterizzati da una pressione di lavoro pari al requisito SAE ed un raggio di curvatura dimezzato.

Tubi spiralati e trecciati sono le due principali tipologie attualmente disponibili sul mercato. Ma quale tipologia scegliere per una determinata applicazione? La risposta è legata principalmente ai requisiti di pressione.

La maggioranza dei tubi per bassa pressione ha una costruzione con treccia tessile, essi sono utilizzati per lo più per convogliare fluidi a base di petrolio, diesel, olii lubrificanti caldi, aria, anti gelo a base glicole-etilene e acqua.
I tubi per media pressione tipicamente hanno un design con 1 o 2 trecce. Questi tubi sono utilizzati di frequente nel settore delle costruzioni e dei mezzi pesanti. In generale i tubi trecciati sono selezionati per la loro flessibilità.
Un tempo i tubi maggiormente utilizzati nell’industria erano i tubi con due trecce. L’avvento di mezzi sempre più grandi per utilizzo off-road ha spinto lo sviluppo di tubi spiralati che ben si adattano ad applicazioni ad altissima pressione.

Resistenza alla Temperatura

E per quanto riguarda la resistenza alla temperatura? I tubi idraulici, come quelli Parker, hanno rating di temperatura differenti in funzione del fluido. Per esempio per fluidi idraulici a base di petrolio il range di temperatura può essere da -40°C a +125°C. Per acqua, acqua/glicole e acqua in emulsione con olio idraulico il range di temperatura scende a +85°C. Il tipo di fluido può influenzare l’effetto della temperatura sul tubo. Per questo motivo il rating di temperatura dipende dal fluido utilizzato.

Una caratteristica che molti progettisti considerano essenziale quando selezionano un tubo è la capacità di essere connesso in modo semplice e veloce. Il termine ”skiving” si riferisce a rimuovere (o rasare) parte della copertura esterna del tubo e/o parte della condotta interna prima di collegare i raccordi al tubo. La gamma Parker “No-Skive” comprende tubi e raccordi pensati per eliminare questa operazione.

Un altro fattore importante nella selezione di un tubo è avere una marchiatura di facile lettura che risulta essere estremamente utile per la rapida identificazione del tubo. La marchiatura del tubo contiene numerose informazioni quali: diametro interno, pressione di lavoro, part number, standard industriale di riferimento e data di produzione.

Approccio STAMP

Se tutte queste informazione sembrano complicate da gestire forse il modo più semplice per pensare alla selezione di un tubo è l’’approccio STAMP (Size, Temperature, Application, Media, Pressione).

Size (Dimensione): Partendo dalla dimensione, Parker utilizza un sistema di misura chiamato “Dash Number”. Il Dash Number è la misura del diametro interno del tubo in sedicesimi di pollice, ed è universalmente utilizzato nell’attuale industria del Fluid Power. Il diametro interno del tubo va selezionato con attenzione per ottenere la corretta velocità del fluido. Una velocità bassa comporta un sistema con una risposta molto lento. Una velocità troppo alta causa cali di pressone elevati, perdite e danneggiamenti del sistema.
Temperature (Temperatura): Quando si specifica un tubo ci sono due temperature che bisogna identificare: la temperatura dell’ambiente operativo e la temperatura del fluido convogliato. Temperature ambiente molto basse o molto alte possono avere un effetto avverso sul rivestimento del tubo e sullo strato di rinforzo, riducendo la vita operativa.
Application (Applicazione): Prima di selezionare un tubo è importante considerare come verrà utilizzato. In quale sistema verrà installato? Quali saranno i fattori ambientali? Se ci saranno carichi meccanici applicati al tubo? Quale tipo di raccordo verrà utilizzato? Se sarà soggetto ad abrasione? Se il percorso di installazione sarà confinato? Ad esempio se lo spazio è molto ridotto un fattore importante è il diametro minimo di curvatura.
Media/Fluido: Un ulteriore considerazione dell’approccio STAMP è il media/fluido. Il tubo selezionato dovrà essere compatibile con il fluido. Inoltre la compatibilità non dovrà essere limitata alla condotta interna ma anche al rivestimento, ai raccordi e alle tenute e schermature.
Pressione: Infine, quando valutiamo la pressione è importante conoscere sia la pressione di lavoro che eventuali picchi. La selezione del tubo deve essere fatta in modo che la pressione pubblicata sia maggiore o uguale alla massima pressione del sistema (inclusi i possibili picchi).

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