L'automobile moderna è un complesso sistema di meccanismi e fluidi, molti dei quali contengono acidi o sono influenzati dalla loro presenza. Comprendere le diverse tipologie di acidi utilizzati e le loro funzioni è cruciale non solo per la sicurezza e la manutenzione, ma anche per ottimizzare le prestazioni del veicolo. Dalle batterie che avviano il motore ai liquidi di raffreddamento che ne gestiscono la temperatura, fino agli additivi che ne migliorano l'efficienza, gli acidi svolgono ruoli fondamentali e diversificati.
L'Acido Solforico nelle Batterie al Piombo-Acido
Le batterie al piombo-acido rappresentano la tipologia più comune e tradizionale di batterie per auto. Sono costituite da un insieme di celle, composte da piombo e acido solforico. Questi elementi chimici permettono alla batteria di produrre energia elettrica molte volte e di essere ricaricata continuamente. La presenza dell'acido solforico è fondamentale per il funzionamento elettrochimico della batteria.
L'acido della batteria è una miscela di acido solforico (H₂SO₄) e acqua. Per comprendere la chimica della batteria piombo-acido occorre considerare proprio la dissociazione di H₂SO₄ (acido biprotico) in ioni HSO₄⁻ e H₃O⁺ (prima dissociazione completa con Ka1 >> 1) e in ioni SO₄²⁻ e H₃O⁺ (seconda dissociazione parziale con Ka2 = 1 10⁻²) che si verifica nella soluzione elettrolita. La presenza dello ione SO₄²⁻ a una concentrazione molare di 1 10⁻² M fa precipitare lo ione Pb²⁺ che si sviluppa, essendo il solfato di piombo (PbSO₄) un sale insolubile. Inoltre la presenza di un'alta concentrazione dello ione HSO₄⁻ (4,5 M) permette allo ione SO₄²⁻ di rigenerarsi dopo la precipitazione, mantenendo una concentrazione molare costante di 1 10⁻² M.
L'acido solforico, in quanto acido forte, permette al potenziale E° del catodo (coppia PbO₂/Pb²⁺) di essere superiore di 0,82 V rispetto a quello che si avrebbe in sua assenza (soluzione neutra a pH 7). In particolare, in quanto acido solforico presente a una concentrazione 4,5 M, permette al potenziale di elettrodo non standard (E) di essere superiore a quello standard (E°) di ulteriori 0,26 V, grazie all'abbassamento della concentrazione molare dello ione Pb²⁺ a opera dello ione SO₄²⁻ presente in soluzione. Permette altresì al potenziale E dell'anodo (coppia Pb²⁺/Pb) di essere inferiore di 0,17 V rispetto ad E°, sempre grazie all'abbassamento della concentrazione dello ione Pb²⁺.
Il perdurare del successo delle batterie al piombo è dovuto non tanto alle sue capacità ma al costo molto basso dei materiali di cui è composta, piombo e acido solforico. Un accumulatore da 12 V è formato da sei celle connesse in serie. Le batterie al piombo acido sono apprezzate per il loro costo relativamente basso e la robustezza, ma sono anche più pesanti e hanno una minore densità energetica rispetto ad altre opzioni più moderne. La sua capacità di fornire un'elevata potenza istantanea all'accensione la rende piuttosto potente. Questa caratteristica, insieme al suo costo basso, la rende conveniente per l'uso nei veicoli a motore per alimentare il motorino d'avviamento per un tempo di pochi secondi.
Manutenzione e Durata delle Batterie al Piombo-Acido
La durata e le prestazioni delle batterie al piombo dipendono da un uso adeguato e dal rispetto dei parametri disposti dall’azienda produttrice. Questo sicuramente porterà la batteria ad avere una lunga durata. Le regole generali di ricarica e utilizzo sono uguali in tutte le batterie al piombo, pur con differenze tra le varie tipologie.
Quando la batteria è nella fase di scarica, si deposita solfato di piombo sulle piastre in forma cristallina. Proseguendo ulteriormente nel processo, aumenterà la quantità di solfato fino a diventare uno strato biancastro di "solfato bianco di piombo". Scaricandola completamente, si interrompe l'attività elettrochimica della batteria stessa, che potrà e dovrà essere ricaricata solo ad un livello molto inferiore alla sua capacità nominale. Inoltre anche scariche parziali, ma prolungate e ripetute nel tempo, senza una successiva fase di ricarica, danno origine allo stesso fenomeno, anche se più lentamente e con esiti meno evidenti.
Altra causa di guasto per una batteria è il livello troppo basso dell'elettrolita che deve sempre coprire le piastre: questo avviene per l'evaporazione dell'acqua per riformare l'acido in seguito alla reazione chimica in fase di ricarica. Se le piastre rimangono scoperte nella parte superiore si ossidano a causa dell'ossigeno dell'aria. La parte inferiore invece è in un liquido molto più acido rendendone possibile il loro sfaldamento che determina una caduta, sul fondo della batteria, di materiale conduttivo che può arrivare a cortocircuitare l'elemento stesso della batteria rendendolo inutilizzabile o nei casi peggiori causare la fusione del medesimo.
Desolfatazione di una batteria in poche ore
Nello stato di batteria scarica i due elettrodi di PbO₂ (polo positivo) e Pb (polo negativo) sono completamente trasformati in solfato di piombo (PbSO₄) con conseguente forte diluizione dell'elettrolita che, al limite, può divenire solo acqua pura per batteria al 100% scarica: la temperatura di congelamento dell'acido contenuto è di circa −60 °C con densità di 1.270-1.280 kg/dm³ (intorno al 36-37% in peso di acido) per una batteria completamente carica (100%). La maggior parte delle batterie piombo-acido con elettrolita liquido di grossa capacità hanno celle non sigillate. Questo permette ad idrogeno ed ossigeno di uscire dalla batteria in forma di miscela gassosa esplosiva rendendo necessarie adeguate cautele per limitarne il pericolo nell'ambiente di ricarica. Tali gas vengono sviluppati dall'elettrolisi di H₂O dell'elettrolita liquido in caso di sovraccarica eccessiva della batteria.
Il rapporto energia/peso ed energia/volume sono piuttosto bassi, anche se negli ultimi decenni sono stati migliorati alquanto principalmente ricorrendo ad un consistente aumento della superficie attiva delle piastre (utilizzo di processi di sinterizzazione della materia attiva e riduzione dello spessore delle piastre e dei separatori), svantaggio comunque superabile considerando che i veicoli a motore hanno sufficiente spazio per alloggiarle ed il costo di tali accumulatori è tra i più bassi in assoluto (grazie all'utilizzo di materie prime estremamente economiche).
Tipologie di Batterie al Piombo-Acido
Le batterie al piombo acido si presentano in diverse varianti, ognuna con caratteristiche specifiche per determinate applicazioni:
Batterie al piombo ad acido libero (o elettrolita liquido): Queste batterie, come le nostre batterie al piombo ad acido libero con piatto tubolare sommerso, hanno l’elettrolita liquido che ricopre il piatto, che in questo caso, è tubolare. La ragione della scelta del piatto tubolare è dovuta al fatto che questo tipo di conformazione aumenta la resistenza e le prestazioni della stessa. Sono batterie dedicate all’industria, progettate per la scarica rapida e per quei macchinari o progetti che hanno la necessità di alte capacità. La vita attesa è di 20 anni circa. Le batterie ad acido libero non sono ermetiche, si differenziano dalle batterie al piombo AGM e Gel, soprattutto per la consistenza dell’elettrolita, in questo caso liquido e per l’involucro esterno non a tenuta stagna. Questa caratteristica crea una differenza notevole nell’uso ed ha una grande rilevanza nella scelta della batteria; mentre per le capacità e la potenza non ha nulla da invidiare alle compagne.
Batterie al piombo ermetiche o sigillate: Dette propriamente accumulatori piombo acido a tenuta, riempiti di elettrolita liquido, non sono le classiche batterie a cui spesso viene aggiunta acqua o acido. Sono destinate alle industrie ed ai professionisti. Le piastre sono dotate di grande superficie, questo fa sì che ci sia un interscambio ionico maggiore, offrendo eccezionali prestazioni nella scarica rapida. Spesso sono utilizzate come batterie tampone (es. per la telefonia, per sistemi di sicurezza, batterie per allarmi, UPS, lampade di emergenza, batterie per stoccatori, sono batterie al piombo per muletti ed altro), mantenendo i costi contenuti.
Batterie AGM (Absorbent Glass Mat): Sono una versione avanzata delle batterie al piombo-acido. Utilizzano una fibra di vetro per assorbire l’elettrolita, rendendole più sicure e resistenti alle perdite. Offrono una migliore performance di avviamento, sono in grado di sopportare cicli di carica e scarica profondi e hanno una maggiore durata rispetto alle batterie al piombo-acido tradizionali. Hanno un costo più elevato rispetto alle batterie al piombo-acido tradizionali e sono più pesanti delle opzioni al litio.
Batterie EFB (Enhanced Flooded Battery): Sono un’ulteriore evoluzione delle batterie al piombo-acido, progettate per veicoli con tecnologia Start & Stop. Offrono una maggiore durata e sono capaci di gestire un numero maggiore di cicli di avviamento rispetto alle batterie tradizionali, rendendole ideali per veicoli che richiedono frequenti accensioni e spegnimenti. Il loro costo è più alto rispetto alle batterie al piombo-acido e hanno un maggiore peso rispetto alle batterie al litio.
Le batterie al piombo vengono utilizzate nell’illuminazione di emergenza, per alimentare utenze che lo richiedono in caso di interruzione dell’energia elettrica. Dedicate anche per alimentare i motori elettrici nei sottomarini diesel-elettrici (convenzionali) quando sono sommersi e come accumulatori di emergenza nei sottomarini nucleari.
Acidi nei Liquidi di Raffreddamento (Antigelo)
Il sistema di raffreddamento di un'automobile è essenziale per conservare in buono stato e a lungo il "cuore dell’automobile". L’antigelo motore svolge infatti tre compiti fondamentali: abbassa il punto di congelamento del liquido di raffreddamento in inverno, alza il punto di ebollizione, così da poter affrontare il calore dell’estate, e protegge tutto l'anno il motore e il sistema di raffreddamento da ruggine e corrosione. Le automobili moderne hanno una costruzione piuttosto composita: se diversi motori hanno ancora il monoblocco in ghisa, le testate sono quasi sempre di alluminio ma il sistema di raffreddamento ha anche componenti in rame, nylon, acciaio e altri materiali ancora. È per questo che il liquido di raffreddamento dev’essere scelto con una certa cura perché dev’essere compatibile con il motore del modello specifico.
Il refrigerante qualificato ha funzioni anti-corrosione, anti-russa e anti-congelamento, proteggendo il motore, il serbatoio dell'acqua e le condutture e i refrigeranti dovrebbero essere adatti per tutte le stagioni. Riduce la temperatura del motore attraverso la circolazione forzata, garantisce un rapido inizio a basse temperature, riduce l'usura meccanica e prolunga la vita del motore. Ad eccezione della base di glicole etilenico e acqua, ci sono molti additivi anticorrosivi nella formulazione del refrigerante. Ogni refrigerante qualificato ha un sistema di inibitori della corrosione, che hanno un effetto di inibizione della corrosione equilibrata su vari metalli. Il cilindro del motore di un'auto passeggeri è generalmente realizzato in alluminio fuso, il cilindro del motore di un camion è realizzato in ghisa e i radiatori sono realizzati principalmente in alluminio e rame. Nessun singolo inibitore della corrosione chimica può proteggere tutti i metalli nel sistema di raffreddamento del motore.
Tipologie di Antigelo Basate su Acidi Organici e Inorganici
Per decenni l’antigelo motore è stato a tecnologia IAT - Inorganic Additive Technology e ha avuto un colore verde-azzurro; esso è però usato raramente nelle auto più recenti, principalmente perché i suoi additivi si esauriscono in fretta e quindi andrebbe cambiato ogni 2 anni/40mila km.
Più resistenti sono i liquidi OAT (tecnologia agli acidi organici) che possono durare anche cinque anni o 80mila km. Possono essere di vari colori - arancioni, gialli, rossi o viola ma è importante sapere che non sono compatibili con altri tipi e quindi vanno usati con cognizione di causa. L’antigelo motore HOAT (tecnologia ibrida a base di acidi organici) può essere di colore arancione e giallo e alcune case automobilistiche specificano intervalli di sostituzione fino a 10 anni.
Il refrigerante di avena (OAT) ha superato le carenze dell'antigelo inorganico con le sue buone prestazioni anticorrosivi, la stabilità di stoccaggio e la resistenza all'acqua dura ed è sempre più favorito dalle persone. L'antigelo organico non contiene sali inorganici e ha eccellenti prestazioni ambientali. Il liquido di raffreddamento HOAT è una combinazione di tecnologia inorganica e di acido organico (OAT).
Il tipo di antigelo motore richiesto dallo specifico modello di automobile si trova nel manuale d’uso ma ci si può rivolgere ad altre marche purché abbiano le stesse specifiche. È sconsigliato mischiare antigelo di diverse tecnologie, poiché questo gel non solo scorre tutt’altro che bene ma potrebbe intasare il circuito di raffreddamento provocando surriscaldamenti e, anche se si agisce con tempestività salvando il motore, sarebbe poi richiesto un (esoso) lavaggio dell’impianto.
Gli antigelo motore si possono trovare pronti all’uso o da diluire con acqua (meglio se demineralizzata) ed è da ricordare che, in occasione della sostituzione, è consigliabile svuotare completamente il radiatore per evitare che ristagni un po’ di antigelo motore "vecchio". È comunque opportuno rivolgersi a un professionista per compiere l’operazione anche perché è importantissimo spurgare a dovere l’impianto.
Acidi negli Additivi per Automobili
L'auto per funzionare correttamente utilizza fluidi tecnici, tra i quali il carburante benzina o diesel e l’olio motore. Tanto il sistema di alimentazione quanto quello di lubrificazione tendono a sporcarsi, a degradare o a creare depositi nocivi. Per questo vengono consigliati gli additivi auto. L’additivo, come suggerisce la stessa parola, è un prodotto che va aggiunto. Nello specifico è un liquido aggiunto ad un altro liquido per ottenere un determinato risultato. Gli additivi possono essere già presenti nei prodotti oppure si possono aggiungere separatamente.
Esistono diversi tipi di additivo auto a seconda della tipologia e dell’alimentazione. I più comuni sono gli additivi carburante e gli additivi motore. Sebbene non siano acidi puri, molti di questi additivi contengono composti acidi o basici che interagiscono con i depositi o modificano le proprietà chimiche dei fluidi per ottenere l'effetto desiderato.
Additivi Carburante
Additivi benzina: Alcuni additivi carburante, ad esempio, vengono aggiunti per aumentare il numero di ottani della benzina, migliorando così le prestazioni dei motori che si autotarano e riescono a sfruttare il potere anti-detonante incrementato. Altri invece svolgono la funzione di “spazzini” poiché puliscono i depositi di valvole, iniettori e camera di combustione o i depositi che si formano nell’impianto di alimentazione come serbatoio, pompe, tubazioni, iniettori.
Additivi per gasolio: Anche nelle auto a motore diesel gli additivi vanno aggiunti dopo aver fatto il pieno e vanno scelti oculatamente. Modificatori di accensione, modificatori di combustione, detergenti, anti-usura o anti-gel. Molti sono i prodotti e le finalità offerte. Tra i più importanti e utilizzati troviamo sicuramente gli additivi diesel che hanno il compito di pulire tutto il sistema di alimentazione della vettura e di eliminare ogni deposito migliorando in generale i consumi e le prestazioni. Altri additivi diesel hanno il compito di pulire il filtro antiparticolato che dal 2009 è presente in tutti i motori alimentati a gasolio. Altri ancora fungono da detergente per gli iniettori e per il sistema di alimentazione diminuendo così i fumi neri che possono uscire dallo scarico. Anche il gasolio è composto da una parte di biodiesel; in Italia, evidenziata alla pompa con la sigla europea B7, è del 7%. Il biodiesel è ottenuto da materiali vegetali, da specifiche piante o da oli riciclati.
Additivi Motore e Trasmissione
Additivo olio motore: Nel motore arriva l’olio per la lubrificazione che in realtà è uno degli elementi che tendono di più a contaminarsi perdendo velocemente le sue qualità operative. È opportuno ricordare che l’olio motore non svolge solo l’azione lubrificante, ma si occupa anche di comandare in pressione elementi importanti del motore, come i tenditori della catene di distribuzione e le punterie idrauliche. Una menzione speciale quindi va all’additivo olio motore che per i motori moderni non deve alterare le caratteristiche di viscosità, densità e quindi di pressione ottenuta, ma solo migliorare la capacità di lubrificare e di preservare nel tempo le parti meccaniche che faranno meno attrito e si usureranno di meno. Le officine più attente consigliano l’utilizzo di specifici additivi secondo l’effetto che si vuole ottenere e ne utilizzano uno specifico subito prima della sostituzione dell’olio motore.
Additivo olio del cambio: Anche per i cambi manuali ed automatici esistono i loro additivi specifici. Infatti la trasmissione è un elemento fondamentale in ogni auto e le prestazioni dell’olio del cambio e la sua efficienza possono deteriorarsi con il tempo. In questo caso gli additivi sono dei veri e propri detergenti che riducono l’attrito migliorandone le prestazioni. Per i cambi automatici è opportuno fare estrema attenzione a cosa si utilizza per non creare danni.
Additivo Radiatore
Esistono additivi specifici da aggiungere al fluido di raffreddamento che hanno la funzione di scrostare e detergere l’interno del radiatore e delle altre componenti del raffreddamento che con il tempo tendono ad intasarsi. Va detto che se nell’impianto viene utilizzato correttamente il liquido di raffreddamento e lo si sostituisce quando inizia a perdere le sue caratteristiche fisico-chimiche, non sarà necessario utilizzare alcun additivo.
La prevenzione di sporcizie e contaminazione dei liquidi tecnici in auto sono determinanti per una corretta manutenzione auto. Per questo le migliori officine utilizzano l’additivo carburante ed eseguono il trattamento di protezione motore nel tagliando auto. Il costo del tagliando aumenta un po’, ma garantisce liquidi sempre puliti e performanti capaci di prevenire malfunzionamenti e criticità dell’usura. Chi non è esperto della materia può incorrere all’errore di inserire troppi additivi che peggiorano le situazioni oppure nella difficoltà di scegliere l’additivo giusto per un determinato problema.
Detergenti a Base Acida per la Pulizia dell'Auto
I prodotti per la pulizia dell’auto sono numerosi e non è semplice scegliere il più adatto. La qualità è di certo un fattore di cui tenere conto. Ma è altrettanto importante capire quale sia il tipo di sporco da rimuovere e la superficie da trattare, prestando attenzione al pH del prodotto. Il pH è un elemento fondamentale tra le caratteristiche di un detergente, poiché ne determina l'efficacia su specifici tipi di sporco e la compatibilità con le superfici.
L'Importanza del pH nei Detergenti
Il miglior risultato possibile, ma con la minor fatica e il minimo sforzo. Se è questo il tuo obiettivo, devi essere cosciente che non tutti i prodotti per la pulizia dell’auto si equivalgono. Come già accennato, è necessario verificare sempre la compatibilità dei prodotti per la pulizia dell’auto - e quindi del loro pH - rispetto al tipo di superficie da trattare.
Prodotti acidi: I detergenti acidi sono particolarmente efficaci per rimuovere residui calcarei o incrostazioni minerali. Pulicem, ad esempio, è un detergente acido, un potente pulitore per incrostazioni cementizie. A base di acido cloridrico, con un pH 2, è in grado di sciogliere residui e incrostazioni fresche o indurite di cemento, calcina, intonaco, colla per piastrelle, fuganti. Eliminare residui di calcare particolarmente tenaci è la sua specialità.
Prodotti alcalini: I detergenti alcalini sono invece indicati per la rimozione di sporco organico, grassi, oli e residui causati dallo smog. Il pulitore bicomponente Cargowash 2 è un detergente alcalino concentrato ad elevato potere sgrassante, particolarmente indicato per la rimozione dello sporco grasso e smog. Il monocomponente Monowash è indicato per il lavaggio di camion, teloni, motore. Il Detergente BMF, appartenente alla famiglia dei pulitori alcalini (pH9.7) consente di rimuovere lo sporco senza danneggiare le superfici. Inoltre, non lascia macchie e residui, non contiene fosfati, solventi e sostanze corrosive. È un ottimo alleato anche per la pulizia degli interni delle auto, ravvivando il colore delle plastiche.
Sapere come sono costruite e funzionano le batterie al piombo può anche aiutare nella corretta manutenzione. Se si entra in contatto con l'acido della batteria, è essenziale agire tempestivamente e in modo appropriato per prevenire danni. Un collega una volta si è ritrovato una spruzzata di acido della batteria sulla mano. Il protocollo di sicurezza prevede di sciacquare immediatamente l'area con acqua.
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