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I LUBRIFICANTI

DEFINIZIONE: si chiamano lubrificanti i liquidi (detti genericamente olii) capaci di ridurre o eliminare l'attrito. Ci sono però anche lubrificanti pastosi (grassi animali e minerali) e addirittura solidi (grafite, talco).
A questa caratteristica principale deve però essere unita un'altra serie di caratteristiche, le quali rendono i lubrificanti diversi fra loro: il lubrificante utile per un orologio è diverso da quello utile per le ruote dentate di un carro armato; l'olio usato nel motore di un camion che lavora in Siberia è diverso da quello adoperato in Arabia Saudita. Da ciò segue una grande varietà di lubrificanti per diverse esigenze in diversi luoghi.
CARATTERISTICHE: sono di almeno due tipi: 1) caratteristiche fisiche; 2) caratteristiche chimiche:
1) le caratteristiche fisiche sono comuni a tutti i liquidi, ma nei lubrificanti devono assumere particolari valori:
a) la viscosità deve essere alta ma soprattutto costante in rapporto alla potenza impegnata e al calore che viene sviluppato nella macchina lubrificata;
b) la coesione è la forza che lega fra loro le molecole e deve essere relativamente piccola ma costante, poichè da essa dipende la viscosità; in particolare la coesione diminuisce fortemente al crescere della temperatura e quindi si aggiungono all'olio particolari additivi capaci di stabilizzarla. Ciò è indispensabile per le macchine che funzionano in ambienti molto caldi;
c) l'adesione è la forza che lega il lubrificante alla parete che lo contiene e deve essere la più grande possibile in modo che in ogni caso rimanga un velo a proteggere le superfici. In questo senso è da escludere il mercurio, il quale non aderisce a molti tipi di recipiente;
d) la capillarità è la capacità del liquido di "arrampicarsi" penetrando(a) negli interstizi più piccoli per raggiungere tutti gli angoli del meccanismo da lubrificare; si definisce capillare un tubo di diametro relativamente piccolo (come un capello), che va da qualche millimetro sino ai pori delle spugne e delle rocce naturali (tufo, calcare, pomice) o artificiali (calcestruzzo, mattoni);
e) la densità è il rapporto fra la massa e il volume ed è il corrispondente del peso specifico; la densità deve essere la minore possibile per non aumentare l'inerzia e la potenza della macchina che lo deve muovere. Anche la densità diminuisce fortemente al crescere della temperatura;
f) la temperatura di vaporizzazione e di ignizione (temperatura alla quale i vapori si incendiano) deve essere alta per non correre il rischio di incendio durante il funzionamento;
g) la temperatura di congelamento (temperatura alla quale il lubrificante diventa solido) deve essere più bassa di quella prevista nel luogo di impiego, per non correre il rischio di avere i meccanismi asciutti e bloccati al momento di mettere in moto. L'abbassamento del punto di congelamento (punto crioscopico) si ottiene con opportuni additivi (tipico è lo spargimento di sale sulle strade per evitare o sciogliere il ghiaccio).
h) la tensione superficiale è la forza che lega(b) fra loro le molecole che formano la superficie apparente(c) del liquido e che permette agli insetti di camminare sull'acqua e la formazione delle "bolle di sapone".
2) le caratteristiche chimiche sono necessarie per due motivi:
a) proteggere dalla corrosione la quale dopo breve tempo renderebbe inutilizzabili i pezzi lubrificati;
b) raccogliere e smaltire il calore senza subire ossidazioni e trasformazioni ("bollire e friggere") che lo rendano incapace di lubrificare.
CLASSIFICAZIONE: la classificazione dei lubrificanti si può fare in due modi: 1) secondo la loro natura; 2) secondo i loro usi.
1) secondo la loro natura:
a) olii vegetali:
b) olii animali:
c) olii minerali:
2) secondo i loro usi:
a) piccole forze e piccole potenze (esempio orologi meccanici):
b) medie forze e medie potenze (esempio motori per automobili):
c) medie forze e grandi potenze (esempio motori per navi):
d) grandi forze e grandi potenze (esempio grandi transatlantici, cementerie, frantoi per pietrame):

a) La capillarità e l'adesione dipendono dalle forze che si sviluppano fra liquido e parete del recipiente: se esse sono di attrazione, il liquido nel capillare sale ad un livello superiore a quello medio nel recipiente e si forma il menisco concavo (acqua in vetro pulito); se esse sono di repulsione, il liquido nel capillare scende ad un livello inferiore a quello medio nel recipiente e si forma il menisco convesso (mercurio in vetro pulito).


CAPILLARITA' E MENISCHI (CONCAVO E CONVESSO) IN DUE LIQUIDI DIVERSI

La capillarità dell'acqua è veramente speciale: nei terreni e nelle rocce porose (e nei muri) può portare l'umidità oltre i due metri di altezza. Lino, canapa, cotone hanno una buona capillarità anche per l'olio lubrificante e vengono usati in treccia o in tessuti (stoppino) per lubrificare organi meno importanti per strofinio oppure con gocce.
La capillarità è talvolta un vantaggio (liquidi penetranti come quelli usati per sbloccare viti arrugginite o incrostate oppure per scoprire piccolissime fratture nei materiali nei laboratori di tecnologia), talvolta invece è uno svantaggio (in particolare negli strumenti di controllo e misura, come ad esempio nei termometri a mercurio, nei quali la capillarità, con la coseguente formazione del menisco convesso, impedisce una corretta lettura della temperatura poichè il menisco, con la sua "altezza", può coprire alcuni decimi di grado).
(b) La tensione superficiale è una forza relativamente importante poichè determina alcuni fenomeni caratteristici.
1) la forma delle gocce: liquidi come l'acqua formano gocce allungate, con una punta; il mercurio ha la goccia sferica; i lubrificanti costruiscono gocce di forma intermedia, a seconda della loro viscosità.
2) l'evaporazione: tutti i materiali sono sempre in presenza del loro vapore (anche i solidi!); la quantità di vapore che si sviluppa è dipendente dalla forza che lega le molecole superficiali, poichè il vapore deve liberarsi dalla massa sottostante.
3) la dispersione: versando una goccia d'acqua su una superficie asciutta essa non si spande, ma rimane raccolta su se stessa; i recipienti possono essere riempiti più in alto del loro bordo, prima che il liquido cada via.
(c) Quella che noi vediamo sui liquidi è una superficie apparente poichè c'è un continuo scambio di posizione fra molecole interne al liquido e molecole superficiali. Infatti (vedi figura) se la molecola A si trova in equilibrio, significa che la somma delle forze è zero, in quanto le altre molecole la attirano da tutte le parti nello stesso modo.

La molecola B invece non può essere in equilibrio perchè nella parte superiore è in contatto con molecole di un altro tipo (per esempio l'aria): di conseguenza sarà in moto verso la forza maggiore (nel nostro caso verso il liquido). Muovendosi verso il basso, lascia il posto libero ad un'altra molecola che viene dall'interno, la quale a sua volta subisce lo stesso fenomeno. In definitiva i liquidi sono in perpetuo movimento, proprio come accade per le molecole degli aeriformi.