Cosa si intende per oleodinamica? Come funziona un sistema oleodinamico? A cosa serve una pompa oleodinamica? Come funzionano le centraline oleodinamiche? Queste sono tutte le risposte che troverai qui leggendo questo articolo per scoprire tutto quello che serve sulla oleodinamica o oleoidraulica.
Cos'è l'Oleodinamica
L’oleodinamica è una branca dell’ingegneria ed è sostanzialmente una tecnologia che permette di spostare o regolare la potenza meccanica, quindi permettere la diffusione di forze (energia) attraverso i fluidi (olii idraulici) in pressione. L’oleodinamica quindi sfrutta il principio dei fluidi per compiere uno sforzo ottenendo notevoli potenze con componenti dalle dimensioni e il peso ridotto rispetto ad altre tecnologie alternative.
Le origini della oleodinamica sono antiche e risalgono al 6.000 a.C., quando in Antico Egitto e Mesopotamia la forza dell’acqua era utilizzata per irrigare i campi. Nel corso dei secoli l’uomo ha sempre sfruttato i fluidi per svolgere vari lavori ma in Italia, è nel secondo dopoguerra, con il “boom economico” che si ebbe il vero sviluppo dell’industria oleodinamica in ambito agricolo, principalmente per costruire macchine agricole che consentissero una produttività maggiore e costi di gestione più bassi. Oggi l’Italia è in Europa tra i primi 5 produttori al mondo di componenti per l’oleodinamica per tutti i settori, agricolo, metalmeccanico, motoristico, etc.
Come Funziona un Sistema Oleodinamico
Il sistema oleodinamico, è un sistema semplice e funziona attraverso un fluido idraulico immesso in un circuito tramite una pompa. L’energia prodotta dal movimento degli olii e dei fluidi utilizzati permette di movimentare macchinari di differenti tipologie facendo muovere o un pistone o un motore idraulico. L’oleodinamica, chiamata anche oleoidraulica, è un ramo della fluidodinamica e trova applicazione soprattutto in ingegneria meccanica e studia la trasmissione dell’energia tramite fluidi in pressione, come l’olio idraulico.
Questo movimento può essere di due tipi:
- Lineare: è il caso ad esempio del cilindro al cui interno scivola un pistone racchiuso da una camicia e spinto dal fluido idraulico e generandouno spostamento lineare (attuatore lineare).
- Rotatorio: a differenza del primo in questo caso il fluido genera un movimento rotatorio che di solito viene utilizzato per le ruote dei macchinari come gli escavatori, i trattori agricoli, gli argani con velocità angolari etc.
Il sistema idraulico poi è regolato da apposite valvole che servono a regolare il fluido in pressione e se si usano valvole non idonee oppure vi sono anomalie nel sistema tutto il sistema verrà compromesso.
Le valvole sono dei componenti oleodinamici essenziali che svolgono le seguenti funzioni:
- regolano la massima pressione ed evitare che sia troppo elevata (valvole oleodinamiche regolatrici di pressione);
- interrompere, regolare o aiutare il passaggio di alcuni flussi (regolatore di flusso). Questi sono molto diffusi e possono essere presenti in gru, numerose macchine utensili, argani, presse, in numerose macchine agricole o macchine movimento terra;
- deviare il passaggio dei flussi (valvola deviatrice);
- intercettare gli olii per compiere movimenti differenti nei vari attuatori a seconda delle esigenze del sistema (valvola di intercettazione).
Componenti dell’Impianto Oleodinamico
L’impianto oleodinamico tipo è composto dai seguenti componenti:
- Il gruppo generatore (detta anche centralina oleodinamica) in cui avviene la trasformazione dell’energia meccanica in energia idraulica;
- Il gruppo di controllo dove i liquidi vengono veicolati in modo che assumano determinati valori di pressione e portata ridistribuendosi se è necessario. I componenti oleodinamici di distribuzione principali sono: le valvole, i distributori, i blocchi oleodinamici;
- Il gruppo di utilizzo composto da attuatori di varia tipologia.
A Cosa Serve una Pompa Oleodinamica
La pompa oleodinamica è una componente essenziale di un sistema oleodinamico. Questo dispositivo ha lo scopo di fornire dell’energia, necessaria per far lavorare determinati impianti. Per funzionare la pompa oleodinamica ha bisogno di un motore che produce l’energia che poi la pompa muta da meccanica a forza idraulica.
Sul mercato esistono molte tipologie di pompe oleodinamiche e nella scelta di quella giusta occorre analizzare vari aspetti, come le grandezze costruttive, le grandezze nominali, la pressione d’esercizio, la portata, il risparmio energetico, il costo, rumorosità, l’efficientamento energetico, l’efficienza di continuità del moto e l’abbinamento a motori e inverter. Le pompe oleodinamiche hanno larghissima diffusione negli impianti industriali del settore meccanico, alimentare o farmaceutico.
Impianto Oleodinamico: Principali Problematiche
Anche l’impianto oleodinamico non è perfetto e talvolta può presentare alcune problematiche legate alla sua struttura particolare e ai suoi consumi. Per realizzare componenti oleodinamici infatti si produce un elevato inquinamento con grandi consumi energetici oltre all’emissione di sostanze potenzialmente rischiose.
Il sistema deve essere controllato e monitorato e non si deve assolutamente riscaldare, mantenendo sempre temperatura e pressione a livelli normali.
Nelle officine di un tempo, la cura dei macchinari passava inevitabilmente per la lubrificazione, un rito eseguito con dedizione per garantire il corretto funzionamento delle attrezzature. Oggi, l'evoluzione tecnologica ha portato materiali avanzati, elettronica e informatica, ma l'olio rimane un elemento centrale nella meccanica, un attore insostituibile su cui poggia l'intera industria moderna. L'olio, oltre a lubrificare, è fondamentale per trasferire energia, muovendo cilindri, motori e ruote, interagendo con tutte le parti di un circuito.
La tribologia, disciplina che studia attrito, lubrificazione e usura, è quindi inerente a tutti i processi produttivi che utilizzano la trasmissione dell’energia, sia essa meccanica, pneumatica, idraulica o elettrica.
Un impianto oleoidraulico si distingue per la capacità di generare movimenti in grado di vincere forze resistenti di notevole entità, mantenendo al contempo un'elevata precisione di posizionamento. Un classico attuatore lineare oleodinamico è il cilindro idraulico, composto da una camicia in cui scorre un pistone che spinge uno stelo per generare il movimento.
Il Fluido Idraulico
Il fluido, comunemente olio minerale o sintetico, permette la trasmissione dell’energia. Pur avendo una minima elasticità, questa caratteristica contribuisce a eliminare i giunti elastici meccanici nelle trasmissioni, sebbene possa influenzare la prontezza di intervento e la precisione. Le caratteristiche principali dell'olio sono la viscosità, che incide sull'attrito durante il passaggio attraverso tubazioni e apparecchiature, il potere lubrificante e la protezione contro la corrosione dei componenti.
Moto dei Fluidi
Il movimento dei fluidi in condotti chiusi o aperti può essere laminare o turbolento. Il numero di Reynolds (Re) è utilizzato per identificare il tipo di moto:
- Moto laminare: Re < 2000
- Zona critica di instabilità: 2000 < Re < 3500
- Moto turbolento: Re > 3500
Il moto laminare si verifica quando il fluido segue traiettorie rettilinee e parallele, mentre il moto turbolento è caratterizzato da traiettorie irregolari e vorticose, con un incessante rimescolamento della massa liquida. Poiché il tipo di moto influenza le perdite di carico, è fondamentale poterlo identificare a priori.
Principio di Pascal
Il principio di Pascal afferma che la pressione esercitata su un elemento di superficie di una massa liquida è trasmessa con pari intensità in tutte le direzioni.
Le pompe volumetriche, ampiamente utilizzate nell'industria, si dividono in pompe rotative e pompe a pistoni alternativi. Le pompe rotative sfruttano il passaggio del fluido attraverso un meato, un'intercapedine millimetrica che separa superfici in movimento relativo, riempita di lubrificante. Questo meccanismo è realizzato con ingranaggi, viti o palette mobili.
Le pompe rotative ad ingranaggi esterni sono tra le più comuni. La ruota dentata primaria trascina la secondaria, creando una depressione che aspira il fluido nella camera di aspirazione. Il fluido riempie i vani dei denti e viene spinto verso l'uscita (mandata). Per un buon rendimento volumetrico, è essenziale controllare il gioco di accoppiamento laterale tra gli ingranaggi e gli organi di tenuta, come le ralle. Queste pompe sono dotate di cuscinetti di sostentamento e bilanciamento idrostatico, funzionanti tramite dischi spinti dalla pressione del sistema contro i fianchi degli ingranaggi.
La pompa è il cuore di ogni impianto oleodinamico, quindi è fondamentale conoscerne le modalità di guasto, le cause e i rimedi. Un parametro fondamentale è il rendimento, considerato normale se pari o superiore al 90-95%.
Componenti Accessori
I componenti accessori, fondamentali per valorizzare la trasmissione di potenza oleodinamica, si dividono in due gruppi: quelli per la regolazione del regime di flusso e quelli per il collegamento delle varie parti del circuito.
Temperatura dell'Olio
La temperatura dell'olio in un circuito idraulico aumenta a causa delle perdite dovute all'attrito e alle perdite di rendimento nelle trasformazioni energetiche. Anche le caratteristiche dell'olio contribuiscono significativamente. Questo fenomeno è simile all'effetto Joule in un circuito elettrico. La dissipazione in calore comporta una diminuzione di energia, che rimane nel sistema ma non è utilizzabile.
Se le condizioni di lavoro non sono gravose, l'aumento della temperatura dell'olio è contenuto e il serbatoio, se sufficientemente grande e ventilato, permette di dissipare il calore accumulato. Gli scambiatori di calore, normalmente a fascio tubiero con flussi in controcorrente, regolano la temperatura dell'olio variando la portata dell'acqua. La manutenzione consiste nel monitorare le temperature di entrata e uscita dell'acqua e dell'olio. In caso di perdite d'olio, è obbligatorio usare circuiti chiusi per evitare contaminazioni dell'acqua di raffreddamento.
L'aria, pur con capacità refrigeranti minori, è un fluido comodo per asportare il calore. Si utilizzano tubi sottili, numerosi, alettati e realizzati con materiali ad alto coefficiente di scambio termico. La manutenzione preventiva consiste nel monitorare la temperatura e pulire periodicamente le superfici alettate.
Gli scambiatori di calore mantengono l'olio entro un range di temperatura prestabilito. Nelle macchine semoventi, si possono sfruttare i gas di scarico dei motori termici, convogliandoli in appositi fasci tubieri nei serbatoi o in scambiatori accessori in parallelo al circuito principale. Questo permette il raffreddamento a regime e/o il riscaldo in avviamento (in climi freddi o con viscosità elevata).
Serbatoi
I serbatoi svolgono diverse funzioni:
- Purificazione/separazione di particelle solide via decantazione
- Filtrazione in aspirazione
- Compensazione delle espansioni e contrazioni di volume dovute alle variazioni di temperatura
Sono impiegati anche serbatoi pressurizzati per impedire l'ingresso di contaminanti/umidità e il traboccamento del liquido, tipici dei servomeccanismi di aerei e sommergibili.
Filtrazione
L'olio può essere pulito mediante filtri carrellati con pompa autonoma, anche senza fermare l'impianto. L'analisi periodica dell'olio permette la manutenzione predittiva, identificando correlazioni tra inquinanti, concentrazione e affidabilità del sistema. Questa attività è affidata a specialisti esterni, che prelevano i campioni con modalità rigide e ripetitive.
La manutenibilità si persegue in fase di progetto e viene perfezionata con la manutenzione migliorativa. Un serbatoio facilmente ispezionabile e pulibile, grazie a portelli di ispezione, è un esempio di fase progettuale rivolta alla manutenibilità.
Accumulatori
Gli accumulatori si trovano in circuiti con fluidi incomprimibili soggetti a variazioni di pressione, derivanti dalle normali modalità di impiego dei sistemi. Le pompe volumetriche, come quelle a ingranaggi, palette o pistoncini, erogano un flusso assimilabile al continuo. Variazioni di pressione possono essere indotte dall'azionamento di valvole, variazioni di carico, fine corsa degli attuatori e sovrasollecitazioni dovute a errori degli operatori. Incrementi improvvisi di pressione causano il "colpo di ariete", mentre cali di pressione possono derivare da una richiesta di portata superiore alla portata della pompa.
Gli accumulatori mantengono regolare la pressione e la portata dell'olio, smorzando le variazioni. Questo compito è svolto da un fluido comprimibile, separato dall'olio, che si comprime od espande in sincronia con le fluttuazioni di pressione. Gli accumulatori possono sostituire o integrare le pompe, soprattutto per "punte" di fabbisogno energetico o in dispositivi di emergenza.
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