Fluido idraulico

Il fluido idraulico è il mezzo di trasporto dell'energia in un impianto oleodinamico. A seconda del tipo di base, i fluidi idraulici possono essere classificati come oli minerali, vegetali o sintetici.^[1][2] I fluidi idraulici trovano uso in svariate applicazioni tra cui escavatori, elevatori, freni idraulici, impianti servosterzo, comandi di volo di aeromobili e molti altri macchinari industriali.

Fluido idraulico esausto versato in un contenitore per lo stoccaggio

Funzioni e proprietà

Oltre la funzione primaria di trasporto dell'energia meccanica, il fluido idraulico ha anche la proprietà di proteggere, lubrificare e raffreddare i componenti con i quali viene in contatto. Nella tabella sono riportate le principali funzioni di un fluido in relazione alle sue proprietà:^[3]

Funzione	Proprietà
Mezzo di trasporto dell'energia e controllo	Bassa comprimibilità Rapida separazione da aria o gas Bassa tendenza schiumogena Bassa volatilità
Mezzo per il trasferimento di calore	Buona capacità e conduttività termica
Sigillante	Adeguata viscosità in un ampio spettro di temperature (indice di viscosità) Stabilità della viscosità durante la vita operativa
Lubrificante	Viscosità sufficiente a mantenere il film lubrificante Fluidità a basse temperature Stabilità termica e all'ossidazione Idrorepellente Trasparente e filtrabile Demulsionabile Caratteristiche antiusura Protettivo contro la corrosione
Meccanismi di pompaggio	Adeguata viscosità per ridurre le perdite interne Alto indice di viscosità
Funzioni speciali	Resistenza al fuoco Resistenza alla frizione Resistenza elettromagnetica
Impatto ambientale	Bassa tossicità Biodegradabilità
Vita operativa	Compatibilità con i materiali con cui entra in contatto

Composizione

Basi

Il più antico fluido idraulico (da cui il nome) fu l'acqua, utilizzata già ai tempi dell'antico Egitto. A partire dagli anni venti furono introdotte basi costituite da oli minerali ricavati dalla distillazione del petrolio grazie alle loro intrinseche proprietà lubrificanti e resistenza a temperature superiori al punto di ebollizione dell'acqua. Marcati da un colorante rosso, sono infiammabili e hanno la tendenza a variare in maniera abbastanza netta la loro viscosità con la temperatura. Devono essere impiegati solo con tubazioni e guarnizioni in gomma sintetica. La quasi totalità dei fluidi idraulici oggi in commercio è basata su oli minerali.^[1]

Oli vegetali come quello di colza sono usati quando le loro caratteristiche legate alla biodegradabilità e alle energie rinnovabili sono considerate necessarie. Questo tipo di fluidi, in genere marcati da un colorante blu, sono compatibili con tubazioni e guarnizioni in gomma naturale.^[1]

Basi sintetiche (ad esempio, glicoli, esteri, glicole propilenico e oli siliconici) sono utilizzate per impieghi particolari, come applicazioni a temperature elevate o protezione contro il fuoco. Hanno un basso coefficiente di dilatazione termica, bassa corrodibilità e basso punto di congelamento. Per queste caratteristiche sono impiegati largamente in campo aeronautico. Devono essere impiegati solo con tubazioni e guarnizioni di gomma sintetica (prevalentemente a base di gomma nitrilica).^[1]

Additivi

I fluidi idraulici possono contenere una gran quantità di sostanze chimiche tra cui olio, butanolo, esteri (ad esempio, ftalati, come il DEHP, e acidi adipici come l'Adipato di 2-etilesile), organofosfati (ad esempio, tributilfosfato), siliconi, poliolefine e inibitori della corrosione.

Fluidi idraulici biodegradabili

Applicazioni sensibili all'impatto ambientale (come trattori agricoli o draghe marine) traggono beneficio dall'impiego di fluidi idraulici biodegradabili basati su oli vegetali in modo da ridurre i rischi in caso di perdite dagli impianti. Tipicamente questi oli rispondono alle specifiche ISO 32, ISO 46, e ISO 68.

Principali norme e standard

La tabella seguente mostra le sigle più utilizzate in DIN e ISO/UNI, con una breve descrizione delle loro caratteristiche:^[4]

Abbreviazione	DIN 51524	ISO 11158 / ISO 6743/4	UNI EN ISO	Caratteristiche principali
H	–	–	–	Olio minerale senza additivi particolari (storico, praticamente non più in uso).
HL	DIN 51524-1 (HL)	HL	HL	Additivi antiossidanti e anticorrosivi; pressioni moderate e ridotte esigenze termiche.
HLP	DIN 51524-2 (HLP)	HM	HM	Protezione anti-usura (additivi AW/EP) + protezione dall’ossidazione e dalla corrosione; standard per pressioni > 200 bar.
HVLP	DIN 51524-3 (HVLP)	HV	HV	Equivalente a HLP/HM, ma con elevato indice di viscosità (High VI); si comporta meglio in caso di variazioni di temperatura.
HLPD	(Caso particolare, non incluso nella DIN 51524)	–	–	Identico a HLP, ma con proprietà detergenti e disperdenti (D). Gestisce meglio impurità e acqua. (Solo in Germania)
HVLPD	(Caso particolare)	–	–	Combina elevato indice di viscosità (HVLP) con additivi detergenti (HLPD); poco frequente ma presente sul mercato.

Nota: I riferimenti UNI EN ISO seguono da vicino la classificazione ISO (HL, HM, HV). Pertanto, HM in ISO/UNI corrisponde approssimativamente a HLP in DIN, mentre HV corrisponde a HVLP.^[5]

Fluidi per freni

Il fluido per freni è un sottotipo di fluido idraulico con un elevato punto di ebollizione, sia quando è puro che dopo l'assorbimento di umidità. Sotto l'effetto del riscaldamento dei freni trasmesso all'impianto, sia l'acqua libera che il vapore acqueo possono bollire dando origine a sacche di vapore comprimibile e conseguente malfunzionamento dell'impianto. I fluidi a base glicolica sono igroscopici e, assorbendo l'umidità, con l'andare del tempo subiscono una diminuzione considerevole del punto di ebollizione. I fluidi a base siliconica non sono igroscopici, ma il loro ridotto potere lubrificante non li rende adatti per tutti gli impianti frenanti.^[6]

Sicurezza

Dal momento che i sistemi idraulici industriali operano a pressioni e temperature elevate, l'eventuale cedimento di un componente può causare gravi ferite o morte se non vengono rispettate le precauzioni necessarie nella manutenzione di impianti idraulici.

La resistenza al fuoco è una proprietà disponibile nei fluidi speciali.

Sistemi idraulici aeronautici

Con l'incremento delle prestazioni degli aeromobili nella seconda metà del XX secolo, la forza richiesta per operare i comandi di volo meccanici divenne eccessiva e furono introdotti gli impianti idraulici per ridurre lo sforzo del pilota. Gli attuatori idraulici sono controllati da valvole a loro volta comandate direttamente dall'equipaggio (comandi idro-meccanici) o da computer (fly-by-wire).

L'energia idraulica è utilizzata anche per altri scopi. Può essere immagazzinata in accumulatori per avviare un'unità di potenza ausiliaria (APU) in grado poi di far partire i motori principali. Molti aerei equipaggiati con cannoni M61 usano la potenza idraulica per motorizzare la sequenza di sparo con una cadenza di fuoco elevata e affidabile.

La potenza idraulica deriva da pompe che possono essere mosse direttamente dai motori o da pompe elettriche, come in molti moderni aeromobili commerciali. Nel caso tutti i motori andassero in avaria contemporaneamente, su alcuni velivoli è previsto l'azionamento automatico di un generatore elettrico di emergenza (ram air turbine) che provvede all'alimentazione delle pompe idrauliche elettriche.

Caratteristiche specifiche

Oli a base minerale:

• Mil-H-5606: base minerale, infiammabile, piuttosto basso punto di infiammabilità, utilizzabile da -54 °C a 135 °C, di colore rosso, sviluppato nel 1940^[7].
• MIL-PRF-6083: Utilizzabile da -54 °C a 135 °C, dove è richiesta la protezione dalla corrosione e quando non è possibile l'utilizzo del fluido MIL-PRF-46170 (FRH). Ad eccezione dei componenti nei veicoli blindati da combattimento che richiedono FRH, il fluido idraulico viene utilizzato anche come fluido protettivo per impianti idraulici per aeromobili e componenti dove il MIL-H-5606 (OHA) o MIL-PRF-87257 è usato come fluido operativo^[8].

Oli sintentici a base di idrocarburi:

• Questi fluidi sintetici sono compatibili con gli oli idraulici a base minerale e sono stati sviluppati per abbassare il punto di infiammabilità dei fluidi idraulici a base minerale^[7].
• Mil-H-83282: a base di idrocarburi sintetici, con un più alto punto di infiammabilità, autoestinguente, compatibile con il Mil-H-5606, di colore rosso per un uso -40 °C.
• .Mil-H-87257: Uno sviluppo del Mil-H-83282 per migliorarne la viscosità a bassa temperatura.