Cosa significa il termine viscosità nei lubrificanti ? E come si misura ? Quando ci accingiamo ad acquistare un olio, che sia esso un olio motore, un olio idraulico o ingranaggi ecc viene sempre detta qualche parola sulla viscosità.
Innanzitutto, cos’è la viscosità ? Partiamo da una definizione “scolastica”, quella data da Newton
“la resistenza F al moto che si manifesta fra due lamine di liquido di area A, distanti fra loro y, quando si muovono di moto laminare rettilineo uniforme con velocità relativa Dv”
Quindi lo scenziato ipotizzò che i liquidi non variano le proprie caratteristiche al variare della pressione. In realtà non tutti i liquidi hanno un tale comportamento e quindi si è soliti suddividerli in due grandi categorie:
- Liquidi newtoniani: i liquidi che seguono la legge di Newton;
- Liquidi non newtoniani: i liquidi che non seguono la legge di Newton perché la loro viscosità cambia sia con il variare della pressione sia con il variare di altre grandezze chimico-fisiche.
Ai primi appartengono l’acqua e gli oli. Alla seconda categoria appartengono tutti i materiali plastici, i grassi destinati alla lubrificazione, il sangue, i prodotti organici ottenuti dal petrolio, le soluzioni acquose di argilla, le vernici, ecc.
Lo strumento utilizzato per misurare la viscosità è chiamato viscometro. Tuttavia tali strumenti non possono essere usati per misurare la viscosità di qualunque liquido. I viscosimetri tradizionali (Engler, Saybolt, Redwood) possono determinare la viscosità dei soli liquidi newtoniani e sono particolarmente indicati per la misura della viscosità degli oli.
Solo moderne apparecchiature sono adatte per la misura della viscosità di tutti i liquidi (“Cella di torsione” e la “Misura indiretta della viscosità ottenuta con il manometro differenziale”) possono determinare la viscosità con continuità mentre i viscosimetri tradizionali possono determinare la viscosità in modo discontinuo.
La viscosità diminuisce con l’aumentare della temperatura e viceversa.
La riduzione della viscosità al di sotto di certi valori è pericolosa perché può provocare la rottura del velo di lubrificante: di conseguenza le superfici in moto relativo possono venire a contatto diretto con conseguente sviluppo di calore e relativo aumento di dimensioni. Questo fenomeno può portare all’ingranamento delle superfici stesse (“grippaggio”).
Castro Edge 5W30: un esempio concreto
Il Castrol Edge 5w30 è un lubrificante per motori di ultima generazione che vanta diverse specifiche da parte dei principali costruttori di automobili. Dal sito Fornid riprendiamo la tabella recante i dati tecnici:
| Nome | Metodo | Unità | |
| Densità relativa @ 15°C | ASTM D4052 | g/ml | 0.851 |
| Viscosità cinematica 100°C | ASTM D445 | mm²/s | 12.0 |
| Viscosità CCS -30°C (15W) | ASTM D5293 | mPa.s (cP) | 5800 |
| Viscosità cinematica 40°C | ASTM D445 | mm²/s | 70 |
| Indice di viscosità | ASTM D2270 | - | 169 |
| Punto di scorrimento | ASTM D97 | °C | -42 |
| Flash Point, PMCC | ASTM D93 | °C | 202 |
| Ceneri solfatate | ASTM D874 | % peso | 0.64 |
Viscosità.
Per viscosità si intende l’attrito interno di un fluido. E’ una delle proprietà più importanti di un lubrificante ed è il riferimento più importante per distinguere i vari tipi.
Viscosità assoluta o dinamica (m): supponendo di dividere in strati il fluido, è la forza richiesta per muovere alla velocità di 1 m/s uno strato di fluido di 1 m2 rispetto ad uno supposto fisso e distante 1 m.
F = m × Legge di Newton
L’unità di misura della viscosità assoluta è il (Pa×s) oppure (kg/m×s)
Le unità poise (P = 0,1 Pa×s) ed centipoise (cP = 0,001 Pa×s) non sono più usate.
Viscosità cinematica (n): è data dal rapporto fra la viscosità dinamica e la massa volumica del fluido.
n = [m2/s]
Le unità stokes (St = 1 cm2/s = 10-4 m2/s) e centistokes (cSt = 10-6 m2/s = 1 mm2/s) non sono più usate.
Viscosità relativa: è la viscosità misurata per mezzo dei “viscosimetri” con i quali si determina il tempo impiegato da una prestabilita quantità di lubrificante ad effluire da un foro tarato.
In Italia ed in Germania viene utilizzato il viscosimetro di Engler:
la viscosità Engler (°E) è il rapporto fra il tempo di efflusso di 200 cm3 di lubrificante in esame e quello di una eguale quantità di acqua distillata; la temperatura dell’acqua deve essere di 20 °C.
La viscosità Redwood è usata in Inghilterra e la viscosità Saybolt è usata negli Stati Uniti: esprimono il tempo impiegato dal lubrificante in esame a defluire attraverso fori di diametro prestabilito.
Un semplice ed originale viscosimetro è il “viscosimetro a bolla d’aria”: permette una valutazione non precisa, ma più che sufficiente in molti casi pratici, ottenuta per confronto fra la velocità di salita di una bolla d’aria in un tubo contenente il liquido in esame e quella di tre altri liquidi di diverse note viscosità.
La viscosità dei lubrificanti diminuisce con l’aumentare della temperatura: un lubrificante è tanto più pregiato quanto meno rapidamente la sua viscosità diminuisce con l’aumentare della temperatura.
Indice di Viscosità (I.V.).
E’ un numero che indica come varia la viscosità di un olio al variare della temperatura.
E’ un valore molto importante per gli oli che devono lavorare in condizioni di temperatura variabile.
Viene definito per confronto dell’olio in esame con due oli di riferimento aventi la stessa viscosità a 100 °C; ad un olio della Pennsylvania (a base paraffinica) è assegnato convenzionalmente l’indice 100 (la sua viscosità risente pochissimo della variazione della temperatura) e ad un olio del Messico (a base naftenica) è assegnato l’indice 0 (la sua viscosità varia moltissimo al variare della temperatura).
Un basso indice di viscosità indica che l’olio in esame ha un grossa variazione della viscosità al variare della temperatura, viceversa un alto indice di viscosità indica una bassa variazione della viscosità.
E’ quindi necessario valutare la stabilità della viscosità alle diverse temperature: infatti la viscosità aumenta al diminuire della temperatura e viceversa. Quando si esprime la viscosità di un olio è sempre necessario indicare la temperatura alla quale è stato fatto il rilievo.
Il valore dell’Indice di Viscosità a 38 °C si ricava con la formula:
I. V. = × 100
- A = viscosità dell’olio campione con I. V. = 0 a 38 °C,
- C = viscosità dell’olio campione con I. V. = 100 a 38 °C,
- B = viscosità dell’olio in esame a 38 °C,
- D = viscosità comune agli oli (oli campione ed olio in esame) a 100 °C.
Additivi per migliorare l’I.V.: si utilizzano polimeri con molecole ad alto peso molecolare e molto allungate che limitano l’influenza della temperatura sulla viscosità.
Queste sostanze vengono comunemente utilizzate negli oli per autotrazione e per comandi oleodinamici operanti in condizioni gravose.
Gli oli lubrificanti per motori endotermici devono avere un indice di viscosità elevato: si ritiene soddisfacente un I.V. > 90.
Punto di infiammabilità e grado di carbonizzazione.
Nei motori endotermici l’olio che trafila tra la canna del cilindro e lo stantuffo, e passa così nella camera di combustione, brucia: è bene perciò che la sua temperatura di infiammabilità (temperatura alla quale l’olio emette vapori infiammabili) sia elevata.
L’olio, bruciando, dà origine a sostanze carboniose, gommose e peciose (catramose).
Non tutte le sostanze carboniose prodotte vanno allo scarico: una parte finisce nella coppa riducendo le proprietà lubrificanti dell’olio, e la parte rimanente forma incrostazioni nella camera di combustione e sulle valvole favorendo i fenomeni di autoaccensione e di detonazione; le sostanze gommose e peciose incollano gli anelli elastici dello stantuffo nelle loro sedi causando perdite di pressione (quest’ultimo fenomeno si presenta specialmente nei motori Diesel).
Punto di congelamento e grado di acidità e ossidabilità.
Poiché i motori per autotrazione vengono impiegati anche a temperature di molti gradi sotto zero, il punto di congelamento deve essere abbastanza basso perché l’olio deve avere sufficiente fluidità anche a basse temperature.
L’olio non dovrebbe contenere acidi perché attaccano e corrodono le superfici metalliche; però non può esserne del tutto esente. L’acidità tende ad aumentare con il funzionamento del motore a causa delle alte temperature di esercizio, del movimento degli organi lubrificati e dei metalli che sembra che agiscano da catalizzatori.
L’ossidazione produce anche le cosiddette “vernici” o gomme costituite da sostanze asfaltiche, catramose, peci e resine che possono corrodere chimicamente o fisicamente le parti del motore, sporcare e otturare i condotti, e alterare le proprietà lubrificanti.
L’olio può contenere naturalmente o per adulterazione sostanze estranee come asfalti, resine, saponi, pece, ecc, che, depositandosi sulle superfici lubrificate, sono causa di usura; queste sostanze possono essere state aggiunte come correttivo apparente e fittizio di oli scadenti.
Non mi piacciono gli addtivi aggressivi per pulire il circuito di olio del motore come ad esempio quelli per il flush. Posso usare Svitol al Litio? Ed in che misura? Oppure conosci qualche metodo non aggressivo per pulire i depositi o le gomme che si formano nel circuito dell’olio?