Gli oli lubrificanti sono una classe di miscele liquide utilizzate per la lubrificazione di organi meccanici.
Dal punto di vista chimico, sono costituiti da una base di natura idrocarburica e da un insieme di additivi (presenti in genere dal 10 al 30% in volume), i quali possono essere di origine minerale, semisintetica o sintetica.
Nel caso di olio lubrificante utilizzato su veicoli, si parla più specificamente di olio motore.
Composizione Gli oli motore sono normalmente composti da una base e da un insieme di additivi. L'additivazione è suddivisa in pacchetti per il miglioramento della viscosità, dell'indice di viscosità, della detergenza, per inibire la formazione di schiuma o l'ossidazione, ecc. e sono per lo più in comune a tutti i lubrificanti oggi in commercio.
Possiamo quindi distinguere in 5 gruppi i vari tipi di basi: Gruppo 1: sono le basi ottenute dalla raffinazione del petrolio; Gruppo 2: minerali idrogenate o semisintetiche ottenute tramite idrogenazione da basi minerali o da gas naturale; Gruppo 3: basi trattate mediante hydrocracking ottenute per sintesi chimica dal petrolio Gruppo 4: basi formulate con PAO (polialfaolefine) Gruppo 5: basi non incluse nelle categorie precedenti (ad esempio, poliesteri e polialchilenglicoli)
Le basi possono inoltre essere: rigenerate: i lubrificanti che vengono raccolti dai consorzi oli usati, dopo accurate procedure di ri-raffinazione e ri-additivazione del prodotto, vengono reimmesse sul mercato. vegetali: l'olio di ricino è stato un lubrificante ampiamente utilizzato nei motori, attualmente viene utilizzato nella sua composizione classica o come componente minoritaria di oli semisintetici per alcune applicazioni ad uso agonistico.
I pacchetti di additivazione possono essere aggiunti da ogni singola casa costruttrice di lubrificanti secondo criteri "autocertificati", e si generalizza distinguendoli tra: sintetici: additivi ottenuti mediante processi chimici di laboratorio, che assicurano prestazioni superiori in condizioni estreme di temperatura, pressione e sollecitazioni; nanotecnologici sono oli che sfruttano le nanotecnologie. semi-sintetici additivi misti ottenuti mediante processi chimici o presenti in natura; minerali: additivi che non vengono generati da processi chimici di laboratorio.
Specifiche Le specifiche principali di un olio lubrificante sono le seguenti: Society of Automotive Engineers (SAE): specifica basata sulla viscosità in termini di gradazione SAE. American Petroleum Institute (API): è istituito dai costruttori di lubrificante americano che emana dei requisiti minimi che i lubrificanti possono superare. Esempio di specifica API è SL/CF, oppure SM/CF in cui la lettera S viene utilizzata come riferimento di una specifica per i motori a benzina, la lettera C per quelli diesel e T per motori a due tempi. La lettera che segue alla prima è progressiva e corrisponde in ordine alfabetico all'ultima fase di superamento di specifica di un determinato olio lubrificante o livello di prestazione e protezione; La lettera che indica il livello di qualità è crescente: API SM è superiore ad API SL così come un olio API CJ è superiore a un olio CI; le due indicazioni si possono anche trovare unite in oli adatti per ambedue i carburanti, esempio "API SL/CF". Vengono classificati dall'API anche gli oli per trasmissioni con la sigla GL seguita da un numero progressivi che indica le caratteristiche: da GL-1 a GL-5. Japanese Automobile Standards Organisation (JASO): istituito dalle maggiori case costruttrici giapponesi. Thailand Industrial Standard Institute (TISI) International Standard Organization (ISO) Comitato Costruttori del MEC (CCMC), sostituito dalla specifica ACEA Associazione dei Costruttori Europei di Automobili (ACEA): le specifiche ACEA sono alfanumeriche e vi sono numerose indicazioni: Per il settore automobili, si devono considerare la lettera A per i motori a benzina, B per i motori Diesel e la più recente categoria C (Catalyst Compatible) per motori dotati di sistemi di post-trattamento dei gas di scarico. Per vetture pesanti e movimento terra vengono utilizzate altre lettere tipo E. Esempio di nomenclatura: ACEA A3/B3. International Lubricants Standardization and Approval Committee (ILSAC): specifica atta a determinare la capacità dell'olio di resistere a determinate condizioni operative senza rovinarsi.
Il monitoraggio delle caratteristiche dell'olio si effettua facendo periodiche analisi.
Classificazioni SAE e ISO degli oli lubrificanti
La Society of Automotive Engineers (SAE) e la International Organization for Standardization (ISO) hanno istituito dei codici numerici, per la classificazione degli oli, rispettivamente per trazione e industriali, in base alla loro viscosità cinematica.
Il valore di viscosità è molto importante per poter determinare se l'olio è adatto alle condizioni di lavoro: oli con un elevato valore di viscosità sono adatti per l'uso estivo, mentre oli con ridotti valori di viscosità sono adatti a un uso invernale; gli oli multigrado sono impiegabili in un più vasto intervallo di temperature ambientali e il loro arco d'utilizzo viene descritto da due numeri: la viscosità a freddo e quella a caldo.
Il codice può essere costituito da un solo numero ("olio unigrado"), il quale descrive la viscosità del liquido a una temperatura specifica (nel caso dei gradi ISO VG, facenti parte della classificazione ISO 3448, 40 °C), oppure può essere costituito da due numeri ("olio multigrado") dove il primo numero è seguito da una W (gradazione Winter) e determina il valore in condizione di temperature rigide, mentre il secondo determina il valore in condizione di temperature elevate.
Le caratteristiche di questi oli sono: monogrado o unigrado (SAE 30, SAE 40, ISO VG 46, ISO VG 55, ecc.): Olio la cui viscosità aumenta con il ridursi della temperatura, mentre diminuisce con l'aumento della temperatura. Gli oli unigradi sono oramai caduti in disuso come oli motore, a favore di quelli multigrado, più versatili e performanti e capaci di lubrificare il motore in intervalli termici più ampi. Vengono tuttavia impiegati tuttora per lubrificare i tagliaerba e i compressori, che a differenza dei motori lavorano con minori escursioni termiche. multigrado (SAE 5 W-50, SAE 10 W-40, ecc.): Olio in grado di mantenere inalterate le prestazioni in condizioni di temperatura differenti. Tali oli sono classificati in base a una sigla composta da due numeri intervallati da una W ("winter"); la prima cifra indica la viscosità dell'olio a temperature più rigide; la seconda cifra, più alta, indica la viscosità a temperature elevate.
È bene ricordare che tali indicazioni, tuttavia, si riferiscono unicamente alla viscosità di un olio in particolare, e non anche alla sua base chimica, caratteristica che può comunque rivelarsi rilevante ai fini di una corretta determinazione dell'applicazione dell'olio (come ad esempio nel caso dei lubrificanti per compressori destinati al condizionamento, caso in cui la solubilità nel refrigerante, sia in stato liquido che gassoso e in range termici sufficientemente ampi, si rivela fondamentale al fine di garantire una corretta circolazione dell'olio all'interno del circuito frigorifero e, in particolare, un sufficiente ritorno di olio al compressore, che è favorito anche dall'impiego della gradazione di viscosità d'olio specifica per l'impianto, al fine di evitare il ristagno d'olio all'interno dell'evaporatore freddo).
Oli lubrificanti per motori
Nel caso di utilizzo per motori, gli oli lubrificanti svolgono le seguenti funzioni anche grazie all'uso di additivi prestazionali: lubrificare gli organi meccanici in attrito volvente (ad esempio cuscinetti volventi) e in attrito radente (tra pistone e cilindro oppure nelle bronzine); contribuire al raffreddamento del motore; assicurare una buona tenuta; mantenere in sospensione i residui derivanti dall'usura dei componenti in moto relativo; proteggere le superfici metalliche dalla corrosione; contribuire a mantenere puliti i componenti con i quali entra in contatto; creare meno residui possibili, nel caso questo non venga raccolto dagli anelli raschiaolio (motore a quattro tempi) o faccia parte della combustione (motore a due tempi).
Ogni tipologia di olio presenta valori differenti di densità e viscosità. Fino agli anni ottanta si richiedevano lubrificanti "spessi", ossia con gradazione particolarmente elevata (ad esempio SAE 20W50), per creare uno spessore considerevole che andasse a ricoprire gli spazi tra le parti in scorrimento.
Oggi con l'utilizzo di materiali con dilatazioni termiche ridotte, e giochi di accoppiamento ridotti dovuti principalmente al contenimento di sostanze inquinanti, le case costruttrici prediligono per i propri motori viscosità particolari (ad esempio SAE 0W30 o SAE 5W30). Inoltre, sempre più case per ovviare a problemi di progettazione dei motori stessi (sempre dovuto al contenimento delle sostanze inquinanti), emanano alle case produttrici di lubrificanti particolari richieste di specifiche per far sì che i propri motori con l'utilizzo di determinati lubrificanti non abbiano rotture e grippaggi entro i termini di progettazione chilometrica dei motori.
Vi sono inoltre lubrificanti specifici a seconda del ciclo di combustione del motore:
oli per motore a quattro tempi oli per motore a due tempi
Oli per motore a quattro tempi e a due tempi Negli anni cinquanta gli oli lubrificanti per i motori due tempi davano una caratteristica colorazione bluastra ai gas di scarico, cosa che attualmente non accade quasi più; inoltre attualmente per la lubrificazione del motore si utilizza un miscelatore, il quale riceve olio da un serbatoio adibito a contenere l'olio, munito di un galleggiante per poter segnalare l'insufficienza dell'olio tramite una spia dell'olio. Inoltre per questi motori si può usare l'olio di ricino o ricinato, il quale ha un grado di protezione più elevato degli oli sintetici e la possibilità d'essere miscelato all'alcool, ma ha come inconvenienti un maggiore imbrattamento del motore, un minore potere lubrificante a motore freddo dovuto alla maggiore viscosità rispetto agli altri oli e un odore caratteristico e penetrante dallo scarico. Gli oli per il motore a seconda delle loro caratteristiche, nel caso in cui venga a mancare la lubrificazione riescono a garantire al motore un tempo d'esercizio più o meno limitato prima di grippare, In commercio esistono degli additivi specifici che migliorano alcune qualità dell'olio motore utilizzato.
Differenti risultano invece le esigenze che deve soddisfare un lubrificante per trasmissioni.
Oli per trasmissioni manuali Pur rimanendo importanti le funzioni di asportazione del calore generato per attrito e le caratteristiche di protezione delle superfici metalliche, gli oli per cambi di velocità, differenziali e/o riduttori devono possedere le seguenti proprietà: avere un'elevata stabilità all'ossidazione adeguata a lunghi periodi di esercizio pur in presenza, solitamente, di temperature di funzionamento inferiori a quelle degli oli motore; avere incrementate caratteristiche antischiuma, per contrastare la violenta agitazione prodotta dagli ingranaggi nel bagno d'olio, e antiruggine, per proteggere le superfici metalliche anche dall'azione importante dovuta all'umidità atmosferica; avere una struttura particolarmente adatta alle estreme pressioni (E.P) generate dallo schiacciamento degli ingranaggi.
In realtà sarebbe più corretto indicare per questo tipo di lubrificante una viscosità ISO, ma commercialmente la sigla con cui vengono classificati i lubrificanti per trasmissione manuale è SAE. Come per i lubrificanti per motore, anche questi presentano un numero, seguito dalla lettera W, seguito da un secondo numero (ad esempio SAE 75 W-90) dove il primo numero indica la viscosità a freddo, e il secondo numero a caldo.