La tribologia è la scienza che studia l’attrito, l’usura e la lubrificazione tra superfici a contatto in movimento relativo. Nata come disciplina autonoma negli anni ’60, oggi è un pilastro per la progettazione e la manutenzione di macchine rotanti, inclusi i compressori frigoriferi.

Nel settore della refrigerazione commerciale e industriale, la tribologia assume un ruolo strategico: garantisce affidabilità, efficienza energetica e durata dei compressori, riducendo i rischi di guasti e ottimizzando la compatibilità tra materiali, refrigeranti e lubrificanti.

Definizione e ambiti di applicazione

Elementi chiave per la sua comprensione sono le definizioni di cui spesso parliamo ma senza porre la necessaria attenzione al loro vero significato e importanza. 

• Attrito: resistenza al movimento tra organi meccanici (cuscinetti, rotori, pistoni). Si tratta di una forza resistente che incide direttamente sul consumo e sull'efficienza del compressore.
• Usura: perdita di materiale dovuta a contatto prolungato, abrasione o corrosione. Questa invece incide sulla durata della vita del componente, e quindi anch'essa incide significativamente sui costi.
• Lubrificazione: interposizione di un film fluido (olio) che riduce attrito e usura, migliorando la dissipazione del calore. Grazie alla lubrificazione si interviene direttamente nel cercare di attenuare le inefficienze e la durabilità dei componenti meccanici come il compressore.

Nei compressori frigoriferi (a vite, scroll, alternativi, centrifughi), la tribologia si applica a tutte quelle parti che, quindi, sono o possono essere sottoposte a sfregamento, quali cuscinetti e bronzine, ingranaggi e rotori, le tenute meccaniche e le interfacce pistone-cilindro.

Norme di riferimento

Come sempre, quando si parla di meccanica ed efficienza, conviene far riferimento all'impalcato normativo, che ci aiuta a comprendere il valore e le modalità di utilizzo dei componenti in funzione della tribologia, ovvero nei compressori frigoriferi, dove questa si intreccia con le principali norme tecniche internazionali:

• EN 12900:2013 – Compressori per fluidi frigorigeni: condizioni di determinazione delle caratteristiche e presentazione dei dati prestazionali.
• EN 13771-1:2016 – Metodi di prova per compressori frigoriferi: prestazioni e verifiche.
• ISO 281:2007 – Calcolo della durata nominale dei cuscinetti volventi.
• ISO 12167:2011 – Tribologia e lubrificazione: terminologia e principi generali.
• IEC 60335-2-34:2012 – Sicurezza dei motocompressori elettrici.

Queste norme definiscono i requisiti di sicurezza, prestazione e affidabilità, integrando aspetti tribologici come la scelta dei materiali, la compatibilità olio-refrigerante e i limiti di temperatura.

Tribologia e lubrificanti nei compressori

Uno degli aspetti più delicati nella progettazione e nella gestione dei compressori frigoriferi è - come sappiamo bene per esperienza - senza dubbio la scelta del lubrificante. Il lubrificante non ha soltanto il compito di ridurre l’attrito tra le superfici in movimento, ma deve anche garantire la dissipazione del calore, la protezione contro l’usura e la compatibilità chimica con il refrigerante utilizzato.

Storicamente, i lubrificanti minerali (MO) sono stati impiegati in abbinamento ai refrigeranti clorurati (CFC e HCFC). Questi oli hanno rappresentato per decenni la soluzione standard, ma con l’eliminazione progressiva di tali refrigeranti a causa delle normative ambientali (Protocollo di Montreal e successivi regolamenti europei), il loro utilizzo è oggi in forte dismissione.

L’evoluzione tecnologica e normativa ha portato all’adozione di oli sintetici, come i poliesteri (POE), i poli-alchilen-glicoli (PAG) e i polivinileteri (PVE). Questi lubrificanti sono progettati per essere pienamente compatibili con i refrigeranti di nuova generazione – HFC, HFO e idrocarburi – e offrono migliori prestazioni in termini di stabilità termica, resistenza all’ossidazione e capacità di mantenere un film lubrificante efficace anche in condizioni di pressione elevata.

Parallelamente, si stanno diffondendo soluzioni di lubrificazione oil-free, soprattutto nei compressori centrifughi e in alcuni modelli scroll. In questi casi, grazie all’impiego di cuscinetti magnetici o gas-dinamici, il contatto diretto tra le superfici viene ridotto al minimo. La tribologia, in questo contesto, non si concentra più sulla gestione del film d’olio, ma sul controllo dell’attrito residuo e sulla stabilità dei materiali impiegati, che devono resistere a condizioni operative severe senza il supporto di un lubrificante tradizionale.

Parametri tribologici da monitorare

Per garantire l’affidabilità e la durata del compressore, è fondamentale monitorare alcuni parametri chiave legati al comportamento tribologico del sistema:

• Viscosità e indice di viscosità: la viscosità deve essere adeguata a formare un film protettivo tra le superfici, ma non così elevata da aumentare le perdite per attrito interno. L’indice di viscosità indica la stabilità del lubrificante al variare della temperatura.
• Compatibilità chimica con il refrigerante: olio e refrigerante devono formare una miscela stabile, senza fenomeni di separazione o reazioni indesiderate che possano compromettere la lubrificazione o danneggiare i materiali.
• Stabilità termica e resistenza all’ossidazione: il lubrificante deve mantenere le proprie caratteristiche anche a temperature elevate, evitando la formazione di acidi o depositi carboniosi.
• Capacità di formare un film lubrificante stabile ad alte pressioni: condizione essenziale per proteggere cuscinetti, rotori e pistoni nelle fasi di carico massimo.

Benefici di un approccio tribologico

Integrare la tribologia nella progettazione e nella manutenzione degli impianti di refrigerazione non rappresenta un mero esercizio teorico, ma costituisce un investimento concreto in termini di efficienza, affidabilità e sostenibilità. Un sistema correttamente lubrificato riduce in modo significativo le perdite dovute all’attrito, migliorando così il rendimento complessivo del compressore e dell’intero impianto. Questo si traduce in un minor consumo energetico e in una gestione più razionale delle risorse, con benefici immediati sia dal punto di vista economico che ambientale.

La corretta applicazione dei principi tribologici consente inoltre di proteggere i componenti più sollecitati, come cuscinetti, rotori e pistoni, dall’usura prematura. In questo modo si prolunga la vita utile delle macchine e si garantisce una maggiore continuità operativa. La riduzione dei guasti legati a problemi di lubrificazione comporta anche una diminuzione dei fermi impianto e dei costi di manutenzione, aumentando la disponibilità e l’affidabilità delle installazioni, fattori determinanti soprattutto in contesti industriali dove la continuità del servizio è essenziale.

Infine, un approccio tribologico ben strutturato contribuisce in maniera decisiva alla sostenibilità ambientale. Una gestione corretta della lubrificazione riduce infatti le perdite di refrigerante e di olio, limitando le emissioni e l’impatto ambientale complessivo dell’impianto. In questo senso, la tribologia non è soltanto una disciplina tecnica, ma un vero e proprio strumento di innovazione e responsabilità, capace di coniugare prestazioni elevate, affidabilità operativa e rispetto per l’ambiente.

Conclusione

La tribologia non è un concetto astratto, ma un fattore determinante per l’affidabilità e l’efficienza dei compressori frigoriferi. Integrare la scienza dell’attrito e della lubrificazione nella progettazione, manutenzione e formazione significa garantire impianti più sicuri, durevoli e sostenibili.

In CSIM crediamo che la competenza tribologica sia parte integrante della cultura tecnica che vogliamo diffondere, trasformando norme e teoria in strumenti pratici per i professionisti del settore. È proprio in questa prospettiva che la tribologia diventa non solo una disciplina di supporto, ma deve diventare un vero e proprio linguaggio comune tra progettisti, manutentori e operatori: un linguaggio che consente di interpretare i fenomeni meccanici con maggiore consapevolezza e di tradurli in scelte operative più efficaci.

Promuovere la conoscenza tribologica significa, infatti, fornire agli addetti ai lavori strumenti concreti per ridurre i consumi energetici, prolungare la vita utile dei componenti e limitare i fermi impianto. Ma significa anche contribuire a un obiettivo più ampio: quello della sostenibilità ambientale, attraverso la riduzione delle perdite di refrigerante e di olio e l’adozione di pratiche manutentive più responsabili.

Per CSIM, la tribologia è quindi parte integrante di una visione che unisce rigore tecnico e responsabilità sociale. Non si tratta soltanto di applicare correttamente una norma o di rispettare un parametro di progetto, ma di costruire una cultura industriale capace di coniugare efficienza, sicurezza e rispetto per l’ambiente. È questa la direzione che vogliamo continuare a seguire, mettendo a disposizione del settore HVACR competenze, strumenti e formazione che rendano la tribologia un alleato quotidiano di chi lavora sul campo.

Stiamo progettando un corso di formazione dedicato per promuovere questi aspetti poco considerati, per portarli ad appartenere al bagaglio tecnico del settore.

La Redazione