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Anno 2017 Numero 11

Tecnica
novembre 2017

I filtri per olio motore, olio idraulico e gasolio

La lubrificazione dei motori è il presupposto per un corretto funzionamento e per buone performance dello stesso. La pulizia dell'olio lubrificante e l'eliminazione delle impurità è garantita da sistemi di filtraggio, oggi sempre più efficaci e raffinati anche per i motori agricoli. L'industria offre oggi vari tipi di filtro, che rispondono alle specifiche esigenze dei differenti motori, e materiali innovativi che possono migliorare la funzionalità del sistema

Una condizione essenziale per il buon funzionamento di un motore endotermico è che esso sia costantemente ben lubrificato per preservare il buon funzionamento di tutte quelle sue parti in movimento che necessitano di un velo d’olio per diminuire gli attriti, ridurre le temperature di esercizio, e asportare impurità che possono generarsi nei motori. Ovviamente l’olio deve necessariamente essere sempre mantenuto al migliore livello di pulizia possibile, dato che una elevata percentuale di particelle sospese in esso porterebbe ad una usura precoce del motore.

Il filtro dell’olio motore ha lo scopo di pulire continuamente l’olio, eliminando le impurità presenti all’interno dello stesso, come ad esempio le particelle che si generano a seguito della continua abrasione degli organi in movimento, alle eventuali polveri derivanti da contaminazione ambientale, nonché ai residui carboniosi della combustione. Per la filtrazione dei fluidi impiegati nelle moderne macchine agricole si usano dispositivi che hanno al loro interno importanti contenuti tecnologici, seppur mantengano all’esterno il medesimo e semplice aspetto da più di cinquant’anni.

Il compito che sono chiamati a svolgere è impegnativo e gravoso. Devono infatti garantire che gli olii e il gasolio in circolazione siano del tutto privi di particelle estranee, e quindi il filtro deve essere in grado di fermare anche le particelle di più infime dimensioni, e al contempo è necessario considerare che il filtraggio deve avvenire causando la minima resistenza possibile al passaggio dei fluidi, ovvero causando le minori perdite di pressione possibili. Come si può intuire la cosa non è semplicissima, in quanto a parità di superficie filtrante, tanto più userò un filtro caratterizzato da una maglia più fitta, tanto più la contropressione che esso genererà sarà maggiore; e inoltre tanto più aumenterà l’intasamento degli orifizi ad opera delle particelle in sospensione che vengono arrestate, tanto più la contropressione salirà ulteriormente. Nei trattori, escludendo eventuali particelle solide che arrivano dall’esterno del motore o dell’impianto idraulico, che possono entrare in essi quando si sostituisce l’olio o si effettua qualche intervento di riparazione, si ha a che fare nella maggior parte dei casi con particelle che si originano dai metalli e si formano internamente. Queste particelle derivano ad esempio dall’usura dei suoi componenti a seguito di un continuo strisciamento, ma possono anche derivare da processi di ossidazione o da reazioni chimiche dei materiali, come quelli a contatto con i prodotti della combustione (morchie, lacche, ecc.), nonché da microlesioni o piccole rotture da stress meccanico e/o termico. Ad ogni modo i diametri delle particelle che occorre necessariamente arrestare sono generalmente compresi tra i 5 e i 60 micron. Nei motori a ciclo diesel è inoltre necessario considerare che giocoforza all’interno delle camere di combustione si originano anche delle microparticelle di nerofumo, derivanti da una incompleta combustione del gasolio che, una volta oltrepassate le fasce elastiche, vengono intercettate dall’olio motore e in esso tendono ad aggregarsi tra loro per formare macroaggregati di dimensioni sostanzialmente simili a quelli delle particelle metalliche precedentemente citate. Per quanto riguarda il sistema idraulico il discorso è similare – seppur non siano presenti all’interno del circuito idraulico residui di combustione – una filtrazione non efficiente provvederebbe a far usurare precocemente innanzitutto gli anelli di tenuta, costituiti con materiali che giocoforza devono essere piuttosto morbidi. Anche eventuali microlesioni delle parti metalliche non sarebbero però meno deleterie, date le elevate pressioni normalmente utilizzate nei circuiti idraulici. Sui trattori, infatti, le pressioni massime di esercizio dell’impianto idraulico di sollevatori e distributori arrivano a sfiorare i 200 bar, mentre nella componente idrostatica di una moderna trasmissione a variazione continua con split-power meccanico idraulico si arriva tranquillamente a più di 600 bar. Un discorso differente va fatto invece per il combustibile, la cui assoluta pulizia è condizione essenziale per il buon funzionamento del sistema di iniezione, vedi pompe ed iniettori, che specie sui motori più moderni dotati di impianti con schema a Common-rail, sono dotati di orifizi di passaggio sempre più piccoli, e quindi sempre più soggetti ad eventuali deleterie occlusioni. è quindi palese che un gasolio pulito e privo di tracce di acqua permette di risparmiare sulla manutenzione dei motori evitando costosi interventi all'impianto di alimentazione e migliorando inoltre le emissioni agli scarichi. Proprio per questo motivo il filtro del gasolio ha in alcuni casi delle piccole differenziazioni rispetto a quelli utilizzati per gli oli; infatti, nella parte inferiore dello stesso viene proficuamente ricavata una vaschetta dove va a depositarsi eventuale acqua in sospensione.

Tipologie di filtri. Il tipo di filtro più utilizzato sui trattori è senza dubbio quello meccanico, anche se esistono per i medesimi scopi anche altri tipi di filtri come quelli magnetici, quelli a sedimentazione e quelli a centrifuga, ma si tratta comunque di sistemi ormai abbandonati o relegati all’utilizzo su grandi motori stazionari. In linea generale il filtro di tipo meccanico pulisce l’olio grazie a un elemento filtrante che ferma e trattiene tutte le impurità e i residui metallici presenti all’interno del fluido che lo attraversa. I filtri meccanici possono essere di due tipologie, ovvero i più semplici filtri “a immersione”, rappresentati di solito da una semplice cartuccia filtrante, e quelli detti “spin-on” che sono realizzati con una serie di componenti racchiusi all’interno di un involucro metallico. Dopo moltissimi anni nei quali si è assistito ad una egemonia dei filtri compositi, comunemente definiti “spin-on”, ovvero da avvitare, oggi si sta assistendo per i filtri dell’olio motore ad un massiccio ritorno di quelli a immersione, che vengono inseriti in appositi alloggiamenti a bicchiere presenti sul basamento o, sempre più frequentemente, in un modulo che contiene anche lo scambiatore di calore acqua-olio. I filtri ad “immersione” sono più semplici ed economici, comprendono la sola parte filtrante che viene sostentata tramite una struttura in plastica e/o lamiera, e vanno inseriti in un apposito alloggio a bicchiere presente sul blocco motore. Questo filtro viene venduto solitamente con una guarnizione ad anello (O-Ring) che va sostituita insieme al filtro. La valvola di bypass in questo caso viene piazzata in una sede direttamente collegata all’alloggiamento della cartuccia e non viene mai sostituita.

I filtri “spin-on” sono invece costituiti da involucri metallici all’interno dei quali vengono collocati l’elemento filtrante e la valvola di bypass; questi vengono fissati al basamento mediante semplice avvitamento e non sono scomponibili. Quando vanno sostituiti si cambia quindi al contempo l’elemento filtrante e la valvola di bypass. In molti casi la posizione nella quale si trova il filtro filtrante è tale che togliendo il filtro tutto l’olio presente sopra lo stesso uscirebbe sotto l’azione della forza di gravità. Per evitare che ciò accada si impiegano di norma delle apposite valvola di non-ritorno con funzione antisvuotamento.    

In entrambi i casi comunque l’olio, mediante la relativa pompa viene incanalato e spinto verso il relativo filtro nel quale attraversa gli appositi forellini disposti a cerchio per entrare all’interno del contenitore che ospita l’elemento filtrante che trattiene le impurità, per permettere poi all’olio (o al gasolio) ripuliti di uscire passando dal un foro centrale. Dato che più il filtro lavora più l’elemento filtrante inevitabilmente si intasa intrappolando tutte le particelle di cui sopra e genera una contropressione sempre più elevata, per evitare che la stessa possa raggiungere livelli deleteri nei filtri dell’olio motore e dell’olio lubrificante, esistono le valvole di bypass che, qualora la pressione diventi eccessiva, mettono in comunicazione la mandata con il ritorno facendo così scorrere l'olio senza farlo passare attraverso la cartuccia. è ovvio che se la stessa entra in azione il fluido che attraversa il filtro cessa di essere ripulito.

I materiali filtranti. Parlando di filtri è facile pensare alle classiche “reti” con maglie finissime, che operando come un setaccio trattengono le particelle con un sistema con diametro maggiore delle sue maglie. In effetti la situazione è molto più complessa.  Per i filtri utilizzati sulle macchine agricole la situazione è un po’ diversa, infatti di “maglie” vere e proprie non ce ne sono e il materiale filtrante infatti è costituito da fibre di cellulosa disposte in maniera disordinata a formare una struttura dotata di una elevata porosità, che viene spesso impregnata con resine particolari per conferirgli una maggiore durata. Negli ultimi tempi le fibre di cellulosa vengono sempre più spesso sostituite da fibre sintetiche, che si caratterizzano per un diametro mediamente inferiore degli interstizi, e si creano sempre più spesso anche delle strutture multistrato a densità differenziata. Molto diffusi oggi sono anche i filtri che utilizzano materiali filtranti “misti”, costituiti da una combinazione di cellulosa e fibre sintetiche, con queste ultime che forniscono un grande contributo all’aumento della durata, della resistenza chimica ai contaminanti e alla robustezza meccanica.

La “fisarmonica”. La particolare pieghettatura a fisarmonica del materiale utilizzato per la realizzazione dell’elemento filtrante serve ad ottenere al contempo una grande superficie di filtraggio e un ingombro esterno contenuto, il che garantisce una ridotta resistenza al passaggio del flusso d’olio ed una elevata vita utile del filtro, per via della maggiore capacità di accumulo di materiale estraneo incorporabile dall’elemento filtrante prima che la resistenza al flusso divenga eccessiva. 

di Davide Facchinetti

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