Il liquido per impianti frenanti

Il compito di un liquido per impianti frenanti, diffusamente applicato nei settori automobilistico, motociclistico, aeronautico e industriale, è quello di trasferire, con precisione e costanza, la pressione necessaria all’azionamento di tutti gli elementi del circuito. L’effetto della forza esterna impressa dal pilota tramite l’ausilio della pompa spinge il liquido dei freni attraverso dei condotti (generalmente tubi flessibili o rigidi) agli attuatori delle pinze freno per dischi o dei tamburi, senza che tale liquido si comprima, vada in ebollizione o corroda il sistema.

KIT tubi freno AlcoTech PROQuando un liquido per freni è nuovo si può dire, se si tratta di prodotti di alta qualità, che sia essenzialmente incomprimibile, dato che i legami chimici non presentano vuoti e la massa molecolare è molto compatta anche durante la trasmissione di forza; grazie a tali specificità, esso permette, come da progetto, la perfetta efficienza dell’impianto frenante. Il liquido dei freni è purtroppo soggetto a contaminazioni atmosferiche poiché gli impianti non possono essere considerati a tenuta stagna e una certa esposizione del fluido all’aria è inevitabile (la maggior parte dei veicoli moderni utilizza una base di fluido con caratteristica igroscopica, n.d.r.). Nel corso del tempo possono verificarsi accumuli di acqua nel circuito a seguito della penetrazione dell’umidità attraverso le microporosità delle guarnizioni e dei tubi di collegamento in gomma. La manutenzione periodica con eventuali sostituzioni delle guarnizioni e l'uso di tubi freno in PTFE di derivazione aeronautica (anima in teflon con rivestimento in treccia metallica) riducono notevolmente il processo di assorbimento dell’umidità. Quando un impianto frenante è sottoposto a condizioni d’uso estreme il calore generato dai materiali di attrito (pastiglie o ganasce) può facilmente portare il liquido, per conduzione di calore, a temperature superiori a 180°C. La caratteristica fondamentale del liquido per freni, unitamente all’incomprimibilità, è la naturale resistenza alle alte temperature. Le prestazioni comunemente raggiungibili dalla maggior parte dei liquidi per freni in commercio non evitano al sistema il problema più frequente in situazioni estreme, ovvero il “vapour-lock” (la formazione di bolle gassose nell’impianto). Questo fenomeno avviene durante le fasi di massima sollecitazione, quando la combinazione di aumento di pressione interna nel circuito, di contaminazione esterna e di innalzamenti di temperatura causa micro-esplosioni del liquido in ebollizione, con conseguente e continua produzione di condensa (vapore acqueo). Il ripetersi di questo fenomeno aumenta progressivamente la comprimibilità del liquido dei freni poiché esso tende ad assorbire l’acqua e il gas formatosi in prossimità dei punti più sollecitati, fino alla totale perdita di funzionalità dell’impianto. Oltre ai requisiti analizzati nel seguito degli approfondimenti, il liquido dei freni deve garantire una buona lubrificazione dei componenti mobili presenti nell’impianto e la funzionalità del sistema anche a basse temperature. È possibile trovare lo stesso liquido per freni anche nei comandi per frizione, il cui impianto è generalmente realizzato con le medesime tecnologie utilizzate per gli impianti frenanti.

Il liquido e le sue composizioni chimiche principali

Esistono tre basi per la produzione di liquidi per impianti frenanti:

  • una base formata da un liquido (che non può definirsi olio) di etere glicolico,
  • una base costituita da un fluido siliconico,
  • una base, meno diffusa, costituita da un olio minerale molto particolare.

Le tre basi sono incompatibili tra loro; mescolando un liquido freni che si basa su una delle tre sostanze con un altro si ottiene una miscela altamente aggressiva, capace di corrodere le guarnizioni e di formare grumi che potrebbero ostruire i condotti dei freni.

Liquido per freni a base glicolica:

I liquidi dei freni basati su etere glicolico sono di origine sintetica, offrono una buona resistenza alle alte temperature e una bassissima comprimibilità, almeno sino a quando non subiscono contaminazioni. Vale a dire che trasmettono molto bene la pressione, cosa importante quando occorrono punti di pressione frenante precisi. D’altra parte, però, questi liquidi immagazzinano facilmente l’acqua e l’umidità presente nell’aria (si definiscono liquidi igroscopici), pertanto con il trascorrere del tempo tendono ad abbassare l’efficacia degli inibitori di corrosione e, soprattutto, il punto di ebollizione, aumentando al tempo stesso la propria comprimibilità, con potenziali problemi durante le massime sollecitazioni in presenza di carichi elevati (per esempio, durante una corsa o quando si percorrono tratti prolungati in discesa). I liquidi a base di poliglicoli risultano aggressivi sulle vernici e sulle plastiche. Gli impianti frenanti progettati per l’utilizzo di liquidi a base poliglicolica devono prevedere guarnizioni di gomma con mescole specifiche, poiché la gomma naturale non è in grado di sopportare la normale acidità presente in tale liquido. I liquidi a base di poliglicoli sono, ad oggi, i prodotti maggiormente utilizzati sui veicoli, in particolar modo negli ultimi impianti frenanti allestiti con i sistemi di controllo integrati (ABS / ESP). I liquidi a basi di poliglicoli non devono essere utilizzati negli impianti dove sono presenti leghe leggere con un alto contenuto di magnesio. Generalmente il liquido per freni a base di poliglicoli si presenta con un colore lievemente ambrato.

Fluido per freni a base siliconica:

Il liquido freni con base siliconica è un fluido sintetico (in genere polidimetilsilossano) sviluppato negli Stati Uniti e impiegato originariamente in ambito militare per ridurre gli interventi di manutenzione sui veicoli esposti spesso a condizioni atmosferiche estreme (specialmente in caso di climi molto freddi); in seguito, si è diffuso anche per alcune applicazioni su veicoli civili. Il fluido per freni con base siliconica è idrofobico (respinge l’acqua), è assolutamente inerte verso qualsiasi metallo o materiale plastico, non danneggia le guarnizioni del sistema e ha un indice di viscosità elevatissimo che permette di mantenersi stabile in ampi intervalli di temperature. Tuttavia il fluido siliconico risulta sensibilmente comprimibile fino a un certo grado di pressione e comporta punti di frenata meno precisi. Spesso possono crearsi residui di acqua negli impianti frenanti: le molecole della base siliconica non legano con le basi acquose e, poiché questo tipo di fluido ha una densità inferiore rispetto all’acqua, tende a galleggiare. L’accumulo di acqua può stagnare nelle pinze freno con conseguente riduzione della lubrificazione degli attuatori e delle guarnizioni e, in alcuni casi, può originare un cattivo funzionamento del sistema con effetti spiacevoli durante la guida. È necessario che anche i liquidi per freni siliconici siano cambiati regolarmente, soprattutto se i veicoli vengono utilizzati in condizioni gravose. Il fluido freni siliconico non deve essere impiegato negli impianti frenanti con sistema ABS. Il liquido per freni a base di silicone è incolore, ma viene appositamente additivato dai produttori con un colorante per facilitarne l’identificazione ed evitare miscelazioni con altre basi: si presenta con un colore tendente al viola / blu.

Olio idraulico per freni a base minerale:

Il liquido freni con base minerale, definito LHM (Liquide Hydraulique Minéral) o HSMO (Hydraulic System Mineral Oil), è un tipo di fluido studiato espressamente per i circuiti centralizzati quali freni, frizioni, sospensioni e servo-sterzi di alcuni veicoli (in genere automobili e autocarri). È meno diffuso rispetto ai normali liquidi sintetici e, sino a oggi, è utilizzato solo da alcune case automobilistiche. Il fluido freni ottenuto da base minerale segue un processo di raffinazione particolare, ha un indice di viscosità molto elevato unitamente ad additivazioni che permettono di mantenere le prestazioni stabili anche a seguito di forte escursione termica. Il fluido idraulico per freni LHM non è sensibile all’umidità (non è igroscopico), ha un ottimo potere lubrificante ed eccellenti caratteristiche di protezione contro la corrosione. Il fluido LHM può essere identificato dal suo colore verde brillante. È importante precisare che un impianto progettato per funzionare con il fluido di tipo LHM non è assolutamente compatibile con altri tipi di liquidi.

 Parametri principali e classificazioni di un fluido freni

I liquidi per impianti frenanti devono rispondere a determinati requisiti stabiliti da organizzazioni come la SAE (Society of Automotive Engineers) con lo standard specifico J1703, lo standard ISO (International Organization for Standardization) con la specifica n°4925, dalla FMVSS (Federal Motor Vehicle Safety Standard) con lo standard n°116 e altre norme certificate da enti internazionali riconosciuti. I liquidi per freni classificati secondo le norme statunitensi FMVSS n°116 vengono in seguito assegnati e giudicati in base alle applicazioni dal DOT (Department of Transportation). Le classificazioni DOT, in genere, riflettono le caratteristiche tecniche della SAE, ma con dettagli e specifiche idonee alle località e alla destinazione d’uso. Le specifiche FMVSS n°116 non dettano la composizione chimica di una data classificazione del liquido per freni: tale specifica definisce il metodo di acquisizione delle proprietà del liquido quali punti di ebollizione a secco e umido, grado di viscosità del liquido e stabilità a determinate temperature anche dopo esposizioni ripetute, corrosione sui materiali dell’impianto e gli effetti del fluido sulle guarnizioni, così come altre proprietà fisiche, quali la tendenza a solidificarsi sino alla formazione di fanghi o di depositi cristallini. Il punto di ebollizione e la viscosità sono le caratteristiche più importanti da considerare per la maggior parte delle applicazioni.

  • Il punto di ebollizione a secco DERBP (Dry Equilibrium Reflux Boiling Point) è il punto minimo di ebollizione di un fluido nuovo o incontaminato.
  • Il punto di ebollizione umido WERBP (Wet Equilibrium Reflux Boiling Point) è il punto minimo di ebollizione di un fluido che contiene un volume pari al 3,7% di acqua nel circuito. Il valore massimo di ebollizione può risultare molto più basso rispetto allo standard a secco, comunque senza scendere quasi mai sotto le normali temperature di servizio.
  • La viscosità è un fattore importante per il corretto funzionamento dell’impianto frenante, soprattutto sui veicoli moderni con sistemi antibloccaggio (ABS) e i sistemi di guida attivi (ESP). In tali impianti il flusso del liquido transita attraverso i meccanismi di controllo (in genere sono valvole con passaggi molto ridotti) ed è fondamentale che il liquido sia molto fluido proprio per consentire una trasmissione precisa e immediata. Un liquido per freni deve permettere il corretto funzionamento dell’impianto anche in condizioni climatiche molto rigide (basse temperature), quindi il parametro di viscosità è sostanziale affinché non vi siano ritardi nella risposta.

Valori minimi dei liquidi per freni stabiliti dalle organizzazioni preposte (*per gli "altri tipi" non classificati sono riportati i valori medi tipici)

SPEC. BASE

..MAX Viscosity..

@ -40°C (cSt)

..MIN Viscosity..

@ +100°C (cSt)

.MIN DERBP C°.

.MIN WERBP C°.

.Hygroscopic.

 

Note
DOT 2 vegetable + alcohol - - 190 140 - Fuori produzione
DOT 3 polyglycols  1500  1,5 205 140  medium Liquido aggressivo, colore ambrato
DOT 4 polyglycols  1800  1,8 230 155  low Liquido aggressivo, colore ambrato 
DOT 5 silicone  800 2 260 180  zero Fluido inerte, colore viola/blu
DOT 5.1 polyglycols  900 1,8 260 180  high Liquido aggressivo, colore ambrato

altri tipi:

SPEC. BASE

..MAX Viscosity..

@ -40°C (cSt)

..MIN Viscosity..

@ +100°C (cSt)

.MIN DERBP C°.

.MIN WERBP C°.

.Hygroscopic.


Note
RACE......
polyglycols              1700  2 300 200 medium Liquido aggressivo, colore ambrato
LHM ..... mineral. 1200  6,3 240 160 zero Fluido non corrosivo, colore verde

 

Oltre ai requisiti sopra descritti, il liquido freni deve superare i test di: corrosione, di comprimibilità e di evaporazione mantenendo i livelli ai valori più bassi possibili come richiesto delle specifiche. Inoltre, non deve contribuire al deterioramento delle parti in gomma e deve superare il test di resistenza all’ossidazione. Infine, per l’affidabilità dell’impianto frenante, il liquido deve garantire la lubrificazione di pistoni, cilindri e altre parti in movimento del sistema idraulico. Le specifiche di standard americane comprendono anche le procedure di stoccaggio e l'etichettatura dei contenitori. Da non trascurare è l'importanza del contenitore utilizzato per lo stoccaggio e la distribuzione del liquido per freni. I liquidi per freni maggiormente diffusi sono prodotti con basi di poliglicoli, ovvero liquidi fortemente igroscopici (assorbono naturalmente l'acqua e l’umidità nell'aria): il contenitore del liquido e il serbatoio dell’impianto frenante assumono quindi il ruolo di barriera contro l'umidità. I serbatoi dei freni moderni sono abbastanza protetti e le guarnizioni realizzate con mescole specifiche funzionano correttamente in tal senso e la combinazione di tali elementi permette un tempo di vita abbastanza prolungato del liquido una volta in uso. Il contenitore più indicato per la distribuzione è in metallo oppure in plastica ad alta densità appositamente ingegnerizzata. I liquidi basati sugli esteri glicolici sono classificati secondo le specifiche DOT 3, DOT 4 oppure DOT 5.1, mentre a tutt’oggi per i liquidi dei freni al silicone esiste solo la classificazione DOT 5. Purtroppo è facile confondere i due liquidi DOT 5 e DOT 5.1: tale somiglianza nella denominazione (il DOT 5.1 sembrerebbe un’evoluzione del DOT 5, mentre in realtà si tratta di due liquidi completamente differenti) potrebbe generare problemi in termini di sicurezza, poiché i due liquidi non devono essere mai miscelati tra loro né interscambiati nelle applicazioni.