Introduzione allo studio della lubrificazione – Il modo di agire di un lubrificante è un problema tecnico che appartiene ad una disciplina più vasta che va sotto il nome di tribologia. Senza entrare in dettagli tecnici complessi affrontiamo, quindi, il problema della lubrificazione nelle sue linee fondamentali. Proseguiamo, con questo articolo, ad analizzare il problema della lubrificazione. Come è noto l’olio motore assolve a diverse funzioni di estrema importanza ed eventuali problemi tecnici a riguardo potrebbero danneggiare il motore in modo permanente.
Tra i compiti principali svolti da un lubrificante all’interno di un motore a combustione interna sottolineiamo:
– la riduzione dell’attrito,
– lo smaltimento del calore (o disperdenza) dalle zone critiche presso le quali il liquido refrigerante non riesce ad agire efficacemente,
– la capacità di tenere il motore pulito (detergenza),
– la capacità di recuperare il gioco tra fasce elastiche e cilindri,
– una buona stabilità delle proprietà chimico-fisiche al variare della temperatura,
– una buona stabilità ossidativa,
– la capacità di non formare schiume,
– impedire la formazione di depositi, e ridurre, in generale, l’usura. Per svolgere queste funzioni correttamente un lubrificante generico è composto da una base minerale e/o sintetica (50÷95%), un miglioratore della viscosità (0÷35%), un miglioratore del punto di scorrimento ed alcuni additivi (5÷12%). Il principio sul quale si basa il fenomeno della lubrificazione, invece, è quello di interporre tra due superfici in moto relativo tra loro un elemento, generalmente fluido, in grado di abbattere il valore del coefficiente di attrito. Si tenga conto che anche le superfici che a prima vista appaiono lisce presentano in realtà microrugosità che si oppongono allo scorrimento reciproco delle parti. La legge di Coulomb governa e descrive perfettamente le forze in gioco nel caso di attrito radente tra due corpi. Se infatti chiamiamo Fn la forza che agisce su un corpo appoggiato su un piano (in direzione normale al piano stesso) e con Ft la forza che nasce per effetto dell’attrito vale la seguente relazione:
Ft ≤ µsxFt
essendo µs il coefficiente di attrito statico. Se i due corpi sono in movimento la relazione si trasforma nella seguente:
Ft = µdxFt
essendo µd il coefficiente di attrito dinamico. Il coefficiente di attrito dinamico è compreso, nel caso di lubrificazione corretta, tra 0.01 e 0.001. Lo spessore del meato (così si chiama il film di lubrificante che si interpone tra le due superfici da lubrificare) dipende principalmente dai tre seguenti fattori:
– viscosità dell’olio,
– velocità relativa delle superfici, e pressione esercitata sullo strato di lubrificante. Durante il normale funzionamento del motore si possono instaurare diversi regimi di lubrificazione. Possiamo suddividere questi ultimi in tre fondamentali:
– la lubrificazione limite (si ha quanto la quantità di olio è insufficiente per cui si giunge al contatto tra gli elementi in scorrimento reciproco),
– la lubrificazione idrodinamica (si ottiene in corrispondenza delle corrette portate d’olio e quando tra le due superfici in moto relativo si forma un’uniforme strato di lubrificante che le separa),
– la lubrificazione mista (è una situazione intermedia rispetto alle due precedentemente descritte). La lubrificazione limite è un fenomeno che si riscontra nei primi istanti di avviamento, oppure in presenza di
carichi elevati negli elementi quali perni di banco e manovella che iniziano a ruotare. Nel caso si instauri una lubrificazione di questo tipo assumono importanza fondamentale gli additivi presenti nel lubrificante che intervengono principalmente a modificare i valori del coefficiente di attrito e la lubrificazione è affidata ad un sottilissimo strato di lubrificante che prende il nome di epilamine. La lubrificazione idrodinamica, invece, si instaura se la quantità di olio presente è sufficiente, se la velocità delle parti in moto relativo è sufficientemente alta, i carichi non troppo elevati e la viscosità adeguata.
