L’olio motore non serve soltanto a “lubrificare”

Posted by NoiceBelowZero

L’olio motore non serve soltanto a “lubrificare”

Quando pensiamo all’olio motore, pensiamo quasi automaticamente alla lubrificazione. È corretto, ma incompleto. Dietro un gesto apparentemente semplice, come controllare o sostituire l’olio, si nasconde infatti un fluido chiamato a svolgere diversi compiti contemporaneamente. All’interno del motore convivono movimento, pressione, variazioni di temperatura e contaminanti derivanti dal funzionamento. Il lubrificante deve riuscire a lavorare in tutte queste condizioni. Il suo compito principale rimane quello di ridurre attrito e usura, separando, per quanto possibile, le superfici in movimento. Ma il suo lavoro non finisce qui.

Ridurre attrito e usura

All’interno del motore numerose parti si muovono l’una rispetto all’altra. Il film lubrificante contribuisce a impedire che le superfici lavorino continuamente a contatto diretto. È un equilibrio delicato: lo spessore e il comportamento del film dipendono, tra le altre cose, da viscosità, temperatura, velocità e carico. Nel gruppo pistone-cilindro, per esempio, il comportamento del film d’olio può avere un ruolo importante nel determinare le perdite per attrito.

Contribuire a controllare il calore

L’olio circola attraverso zone del motore sottoposte a temperature differenti. Nel farlo può anche trasportare calore, contribuendo alla gestione termica di componenti che non possono affidarsi esclusivamente al circuito di raffreddamento. La capacità di contribuire al controllo della temperatura è quindi una delle funzioni complementari del lubrificante.

Proteggere le superfici

Un motore deve essere protetto non soltanto dall’usura meccanica. Le superfici metalliche possono essere interessate anche da fenomeni corrosivi e ossidativi. La formulazione del lubrificante contribuisce quindi a proteggerle, mantenendo più a lungo le caratteristiche richieste ai componenti.

Lavorare a freddo e a caldo

Qui emerge una delle sfide più importanti. Al momento dell’avviamento l’olio può essere relativamente freddo. Quando il motore raggiunge la temperatura di esercizio, invece, le condizioni cambiano radicalmente. La viscosità varia con la temperatura e influenza il comportamento del film lubrificante. Nei motori sottoposti a condizioni particolarmente severe diventano rilevanti anche pressione e sollecitazioni di taglio. Per questo il lubrificante deve essere scelto in funzione delle specifiche previste dal costruttore del veicolo, non semplicemente sulla base dell’idea che un olio “più denso” o “più fluido” sia necessariamente migliore.

Convivere con un ambiente difficile

L’interno di un motore non è un ambiente tranquillo. Il lubrificante viene continuamente fatto circolare, riscaldato, raffreddato e sottoposto a sollecitazioni meccaniche e chimiche. Deve quindi mantenere le proprie caratteristiche in condizioni molto diverse tra loro. Un moderno olio motore è per questo una vera formulazione tecnica, non semplicemente un liquido oleoso. Olio base e additivi vengono combinati per ottenere determinate caratteristiche e prestazioni. La viscosità e la chimica degli additivi possono infatti influenzare il comportamento tribologico dei componenti, compresi attrito e usura.

Perché esistono così tanti oli differenti?

A questo punto diventa più semplice comprenderlo. Motori diversi possono avere architetture, materiali, tolleranze, temperature operative e requisiti differenti. Non esiste quindi necessariamente un unico lubrificante adatto a qualsiasi motore. Ecco perché sulle confezioni troviamo sigle, gradazioni e specifiche. Non sono semplicemente dettagli commerciali: servono a identificare caratteristiche e requisiti del prodotto e a indicare per quali condizioni di utilizzo è stato progettato. Capire il significato di queste indicazioni è quindi il primo passo per capire davvero che cosa stiamo mettendo dentro il nostro motore.

La tribologia, la scienza che combatte l’attrito

Posted by NoiceBelowZero

La scienza che combatte l’attrito: che cos’è la tribologia?

È presente in ogni automobile e praticamente in ogni macchina, ma pochi ne conoscono il nome. C’è una scienza che incontriamo continuamente senza rendercene conto. Quando un cuscinetto gira, un ingranaggio trasmette movimento, un pistone scorre in un cilindro o un albero ruota all’interno di un supporto, due superfici interagiscono. Nascono così tre fenomeni strettamente collegati: attrito, usura e lubrificazione. La disciplina che li studia si chiama tribologia.

L’attrito non è sempre un nemico

Potrebbe sembrare che l’obiettivo dell’ingegneria sia eliminare completamente l’attrito. Non è così. Senza attrito, per esempio, uno pneumatico non potrebbe trasmettere correttamente le forze alla strada e non riusciremmo neppure a camminare normalmente. Il problema nasce quando l’attrito compare dove non lo vogliamo. All’interno di una macchina può trasformare parte dell’energia meccanica in calore, aumentare le temperature e contribuire all’usura delle superfici. L’obiettivo dell’ingegneria è quindi controllarlo, riducendolo quando è dannoso e sfruttandolo quando è necessario.

Due superfici non sono mai veramente lisce

Prendiamo due superfici metalliche perfettamente lucidate. A occhio sembrano lisce, ma osservandole a livello microscopico apparirebbero molto diverse: entrambe presentano picchi e avvallamenti, chiamati comunemente asperità. Quando le superfici vengono avvicinate e messe in movimento, queste microscopiche irregolarità possono entrare in contatto e contribuire a generare attrito e usura. È proprio uno dei motivi per cui utilizziamo un lubrificante: creare, dove le condizioni lo consentono, una separazione tra le superfici e ridurre il contatto diretto.

Un problema antico, un nome relativamente recente

L’uomo affronta problemi di attrito e lubrificazione da molto prima dell’invenzione dell’automobile. Lo studio sistematico di questi fenomeni si è però progressivamente trasformato in una vera disciplina scientifica e ingegneristica. Già alla fine dell’Ottocento l’Institution of Mechanical Engineers britannica aveva avviato attività di ricerca dedicate all’attrito e alla lubrificazione. Il termine moderno tribology si affermò invece nel Novecento, anche grazie al lavoro dell’ingegnere britannico Peter Jost, considerato uno dei pionieri della disciplina. La parola deriva dal greco tribos, legato al concetto di sfregamento.

Pochi micrometri possono fare una grande differenza

Uno degli aspetti più affascinanti della tribologia è la scala alla quale avvengono alcuni dei fenomeni più importanti. Tra due componenti meccanici può esistere un film di lubrificante estremamente sottile. Eppure proprio il comportamento di quel film può contribuire a determinare attrito, temperatura e usura. Nei motori, per esempio, gli studi analizzano il comportamento del film d’olio in componenti come cuscinetti, pistoni e fasce elastiche e il modo in cui varia al cambiare di velocità, temperatura, pressione e viscosità. È un mondo microscopico che può avere conseguenze molto concrete sulla durata e sull’efficienza di una macchina.

Dalla strada alla Formula 1

La tribologia diventa ancora più importante quando aumentano le prestazioni richieste. Nei motori ad alte prestazioni, le caratteristiche del lubrificante devono essere considerate insieme alla progettazione dei componenti. Materiali, geometrie, temperature, pressioni e proprietà del fluido devono lavorare in equilibrio. La ricerca nel settore motorsport studia proprio il rapporto tra progettazione meccanica, proprietà del lubrificante, attrito e protezione dall’usura. Quando parliamo di lubrificanti, quindi, non stiamo parlando soltanto di un prodotto da sostituire periodicamente. Stiamo parlando di uno degli elementi di un sistema meccanico complesso, nel quale ogni dettaglio può influenzare il comportamento dell’insieme. La tribologia studia proprio quel confine invisibile nel quale superfici, materiali e lubrificanti si incontrano. Ed è anche da lì che passa una parte importante dell’efficienza e della durata delle macchine che utilizziamo ogni giorno.