Le perdite per attrito | Officina

Attrito e perdite

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La situazione viene ben descritta dalla curva di Stribeck, che definisce chiaramente tre regimi di lubrificazione, a ciascuno dei quali corrisponde un diverso coefficiente di attrito e quindi una differente resistenza al moto. I fattori in gioco sono tre: la velocità relativa delle due parti, la viscosità del lubrificante che si trova tra le due superfici e il carico. Perché si instauri il regime di lubrificazione idrodinamico, con un dato carico, occorre che il prodotto tra la viscosità e la velocità sia superiore a un determinato valore. Tale regime è quello al quale corrisponde la minore resistenza al moto. Le due superfici sono completamente separate da uno strato di lubrificante che impedisce ogni contatto anche tra le microasperità più accentuate. Una delle due parti letteralmente “galleggia” sull’altra. Dunque, purché il carico resti invariato (o comunque non aumenti), ci si mantiene all’interno del campo che delimita tale regime aumentando la velocità se diminuisce la viscosità e viceversa. Nell’esaminare le condizioni di lubrificazione dei vari organi è fondamentale tenere conto del fatto che la viscosità varia con la temperatura e in genere anche il carico non è costante.

Le principali perdite per attrito sono dovute al gruppo pistone-segmenti-cilindro, le cui condizioni di lavoro variano considerevolmente durante il ciclo, con la lubrificazione che passa continuamente da idrodinamica a mista (e addirittura diventa limite in zone ristrette). Al PMS la quantità di olio che raggiunge i segmenti è minima e la velocità si annulla momentaneamente (dato che il pistone inverte il suo movimento). In fase di combustione si hanno lì le massime pressioni e temperature. In genere le perdite dovute al pistone e ai segmenti costituiscono il 40–50% del totale di quelle causate dall’attrito. Occorre qui ricordare che le perdite per attrito non comprendono quelle per pompaggio (la loro somma costituisce le perdite meccaniche). Una riduzione delle superfici di contatto è sempre vantaggiosa ma oltre certi valori non si può scendere.

Lo spessore assiale (ovvero l’altezza) dei segmenti nei mo tori di potenza specifica più elevata ormai è in genere dalle parti di 0,7 millimetri e qualcuno si è spinto addirittura a 0,6. Nella produzione di serie, da tempo nella maggior parte dei casi va da 0,8 a 1 mm. Pure una diminuzione del numero dei segmenti contribuisce alla riduzione delle perdite per attrito. A titolo di esempio, secondo una nota Casa automobilistica passando da tre a due segmenti (uno di compressione e un raschiaolio) l’attrito dovuto al gruppo pistone-cilindro diminuisce del 15%. Il prezzo da pagare è un trafilamento gassoso (blow-by) più elevato, che è ovviamente svantaggioso. La scelta, che necessariamente è di compromesso, dipende da cosa si vuole ottenere. È poi interessante ricordare che non tutti i segmenti contribuiscono in egual misura alle perdite in questione. Nel totale di quelle per attrito, le perdite dovute alla distribuzione sono generalmente dell’ordine del 10–20 % mentre quelle causate dalla pompa dell’olio variano più o meno dall’8 al 15%. Entrambe cambiano notevolmente con il regime di rotazione.

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