Le guarnizioni idrauliche sono componenti essenziali per la tenuta stagna in molti settori industriali, meccanici e idraulici. Solitamente hanno la forma di anello e sono realizzate in gomma o in altri materiali elastici, flessibili e malleabili, come il poliuretano o l'elastomero. Nel settore degli impianti idraulici, trovano applicazione nelle giunzioni dei sifoni, tra i collegamenti dei rubinetti, nelle condutture di vapore e negli acquedotti cittadini.
Funzionamento delle Guarnizioni
Per spiegare il funzionamento delle guarnizioni in gomma, si può prendere come esempio un rubinetto: la presenza delle guarnizioni fa sì che l'acqua non passi quando il meccanismo idraulico viene chiuso. Affinché le guarnizioni adempiano correttamente al sistema di chiusura della rubinetteria, il materiale di cui sono costituite non deve essere rigido ma flessibile e malleabile, affinché si possa espandere e occupare tutto lo spazio disponibile, impedendo la fuoriuscita dell'acqua.
Bisogna ricordare che le guarnizioni da idraulici sono delicate e richiedono attenzione nel serraggio di manopole e rubinetti. Una forza eccessiva potrebbe schiacciarle e deformarle, causando gocciolamenti anche quando il rubinetto è serrato.
Seppur per la maggior parte delle volte basta installare una guarnizione in gomma nell'apposito alloggiamento, talvolta può essere necessario dover "guarnire" una filettatura. Quest'ultimo passaggio consiste nel creare un supporto sul filetto per far meglio aderire la guarnizione o crearla completamente. Questo lo si fa utilizzando del nastro teflon o della canapa per raccorderia e pasta verde per idraulica (la pasta verde rende la guarnizione più efficace).
Importanza delle Guarnizioni Idrauliche
Le guarnizioni idrauliche sono un componente fondamentale per qualsiasi impianto, sia esso domestico o industriale. Spesso invisibili a occhio nudo, la loro presenza si nota solo quando iniziano a non funzionare più correttamente. Ci si accorge, infatti, che è giunto il momento di sostituire le guarnizioni idrauliche quando queste non svolgono più correttamente il loro compito.
Le guarnizioni idrauliche (note anche come o-ring o rondelle) sono anelli realizzati in materiale morbido (generalmente gomma, fibra o silicone) che vengono inseriti all’interno di due superfici di collegamento con lo scopo di evitare che l’acqua o altri fluidi fuoriescano. Oltre all’idraulica civile e domestica, queste guarnizioni sono ampiamente utilizzate anche in diversi settori industriali.
Dall’edilizia (impianti idrico-sanitari, sistemi antincendio, sistemi di irrigazione delle acque piovane) al settore agricolo (impianti di distribuzione dell’acqua, pompe idrauliche, macchine agricole) passando per l’industria manifatturiera e meccanica (impianti a pressione, linee produttive automatizzate) e quella automotive (veicoli agricoli, freni idraulici, servosterzi, sistemi di raffreddamento).
Tipologie di Guarnizioni Idrauliche
A seconda della funzione che svolgono e del tipo di impianto in cui sono inserite, si trovano diversi tipi di guarnizioni idrauliche:
- Guarnizioni piane: utilizzate tra superfici piane come valvole o flange.
- O-ring: più adatti per la loro forma ad anello a sigillare raccordi cilindrici.
- Guarnizioni in fibra o teflon: indicate negli impianti in cui vi è una maggiore pressione e temperatura.
- Guarnizioni in silicone: essendo più elastiche, sono più indicate per la gestione dell’acqua calda.
- Rondelle: definite talvolta DN, DE o PN, sono delle guarnizioni piane a forma circolare forate al centro. Spesso vengono realizzate con ulteriori fori più o meno grandi e più o meno numerosi. Le dimensioni delle rondelle e dei fori possono seguire delle tabelle dimensionali standard. Hanno differenti impieghi e vengono realizzate in molti materiali diversi. Vengono considerate guarnizioni per flange, per l'idraulica, per i raccordi e per vari altri usi.
- Dischi: sono guarnizioni a forma circolare di diametri differenti e possono essere usati in svariati settori per diversi utilizzi.
- Guarnizioni spirometalliche: possono essere considerate come un compromesso tra le guarnizioni metalliche e le guarnizioni a base di materie plastiche. Le spirometalliche sono realizzate avvolgendo a spirale un nastro di acciaio fino al raggiungimento del diametro desiderato. L'acciao spesso viene additivato con nichel, cromo, silicio, molibdeno, titanio... Le spirometalliche si categorizzano anche in base al filler che viene usato. I più comuni sono: grafite, PTFE, minerali di clorite e fibre ceramiche.
- Guarnizioni a labbro: sono principalmente utilizzate con i pistoni. Esistono diversi tipi di guarnizione a labbro. Queste guarnizioni, definite anche paraolio, sono utilizzate per gli alberi rotanti. Sono caratterizzate da un corpo in metallo ricoperto in gomma, da uno spigolo di tenuta e da una molla toroidale.
Deterioramento delle Guarnizioni Idrauliche
Le guarnizioni idrauliche possono deteriorarsi per effetto dell’invecchiamento naturale o per l’esposizione a temperature estreme (come acqua bollente o troppo fredda) che possono accelerare il degrado. In tutti questi casi le conseguenze possono essere importanti comportando sprechi, danni strutturali, consumi e costi di riparazione elevati.
Segnali che indicano la necessità di sostituire le guarnizioni idrauliche:
- Perdita visibile di acqua (da uno scarico o dal rubinetto).
- Rubinetto che gocciola quando è chiuso.
- Presenza di acqua intorno ai raccordi.
- Riduzione della pressione dell’acqua.
In linea generale, per i rubinetti e i miscelatori le guarnizioni idrauliche andrebbero sostituite ogni 3-5 anni, mentre negli elettrodomestici (lavatrici, lavastoviglie, scaldabagni) almeno ogni 5 anni.
Materiali delle Guarnizioni Idrauliche
Dopo aver verificato le dimensioni attraverso la misurazione della cava, diametro interno ed esterno, è bene concentrarsi sulla scelta del materiale più indicato per lo specifico utilizzo. Per identificare il materiale più corretto è importante conoscere le caratteristiche del sistema di tenuta.
- Poliuretano: Materiale con ottima resistenza meccanica, elevato allungamento a rottura ed eccellente resistenza all’abrasione e al taglio. Adatto in presenza di oli minerali, derivati del petrolio e idrocarburi.
- POM (Polimetilossido): Conosciuto come resina acetalica, è estremamente compatibile con la maggior parte degli oli lubrificanti e fluidi in genere. Utilizzato nella costruzione di boccole, anelli anti-estrusione e pattini di guida nei cilindri.
- PTFE: Ha un coefficiente di attrito molto basso ed è caratterizzato da un’ottima resistenza all’invecchiamento e alle sollecitazioni statiche e dinamiche. Ha anche un’ottima resistenza agli agenti chimici e al fuoco, non propagando la fiamma.
- Resina fenolica: Inadatta all’utilizzo alimentare a causa della composizione chimica. Presenta elevata tenacità e resistenza a trazione e usura e un basso coefficiente di attrito.
- NBR: Ha una buona resistenza a oli minerali e grassi, come oli motore, per cambi, differenziali. Invecchia rapidamente se esposto a sole, aria o agenti atmosferici in generale. È estremamente versatile dal punto di vista applicativo grazie a compatibilità termica e stabilità delle caratteristiche meccaniche da - 40°C a 120 °C nelle sue varie formulazioni.
- FKM (Viton): Gomma sintetica molto resistente al calore, a oli, idrocarburi alifatici e aromatici e agli agenti chimici.
- TPE (Termoplastico Elastomero): Resina poliestere disponibile in diversi gradi di durezza. Ha un’ottima resistenza a taglio e abrasione ed elevate caratteristiche chimiche. È compatibile con oli lubrificanti, idrocarburi e molti fluidi come acidi e basi.
- Guarnizioni in NBR (nitrile): Hanno una buona resistenza a: oli minerali, gas, acqua fino a 70°C, carburanti, solventi alifatici; mostrano invece una bassa resistenza a: agenti atmosferici, acidi, liquidi dei freni; hanno in generale buone caratteristiche meccaniche.
- Guarnizioni in FPM (fluorocarbonio): Hanno un’ottima tenuta rispetto a: calore, agenti atmosferici, oli minerali, carburanti, gas, solventi aromatici e alifatici, buona impermeabilità, buona resistenza chimica generale e agli acidi; mostrano invece una debole resistenza alle basi, ai liquidi dei freni, e tenuta al freddo limitata; in generale comportamento meccanico molto buono.
- Guarnizioni in EPDM (etilene-propilene): Hanno un’ottima resistenza a: acqua e vapore, agenti atmosferici, soluzioni acquose in generale, liquido dei freni sintetico, buona resistenza al freddo; mostrano invece una scarsa resistenza nei confronti di minerali e idrocarburi; hanno un comportamento meccanico molto buono.
- NEOPRENE (Sh 70): gomma sintetica basata sul policloroprene e resistente all’alcool, all’ozono e ai liquidi refrigeranti, reagisce positivamente anche a contatto con grassi e solventi. Nonostante ciò, l’utilizzo del neoprene è sconsigliato in presenza di alcuni acidi minerali e idrocarburi aromatici e clorurati.
- SILICONE (Sh 70): presenta un’eccellente resistenza all’invecchiamento, motivo per cui risulta perfetto per applicazioni che necessitano di prestazioni estreme. Grazie a temperature d’esercizio che variano da -60°C a +250°C, gli O-Ring in silicone, sia trasparente sia colorato, sono adatti a svariati impieghi.
- VITON® (Sh 65/75): lastra a base di gomma fluorurata (FKM) con prestazioni ottimali nei confronti di calore, oli, carburanti, ozono, raggi UV e solventi.
O-Ring: Materiali e Caratteristiche
Un’attenzione particolare va riservata al materiale con cui l’O-Ring è fatto soprattutto se questo è destinato al contatto con sostanze alimentari.
- NBR (Sh 70/80/90): parte della famiglia della gomma compatta. NBR è una gomma sintetica resistente ad oli e grassi vegetali per una temperatura d’esercizio da -20°C a +100°C.
- FPM (Sh 75): utilizzato per temperature superiori rispetto al NBR, presenta un’alta resistenza al calore da -20°C a + 200°C.
- EPDM (Sh 70): grazie alla resistenza a temperature che variano da -20°C a +180°C, l’elastomero etilene propilene è ideale per apparecchiature sanitarie e a vapore, tuttavia non è resistente ad oli e grassi minerali.
Tabella Riassuntiva dei Materiali delle Guarnizioni
| Materiale | Resistenza a | Temperatura d'esercizio |
|---|---|---|
| NBR | Oli minerali, grassi, oli motore | -40°C a +120°C |
| FKM (Viton) | Calore, oli, idrocarburi, agenti chimici | -20°C a +200°C |
| EPDM | Acqua, vapore, agenti atmosferici | -20°C a +180°C |
| Silicone | Invecchiamento | -60°C a +250°C |
Le guarnizioni standard vengono utilizzate per più impieghi differenti da diversi soggetti. Questo ha permesso l'utilizzo di tecnologie produttive più standard e la conseguente possibilità di mantenere spesso queste guarnizioni a magazzino.
Le guarnizioni servono a sigillare due parti per garantire che il contenuto non fuoriesca nei punti in cui è stata effettuata la giunzione. Questo è il caso, ad esempio, di due elementi che compongono una tubazione attraversata da un liquido o da un gas. Nella fase di costruzione della tubazione, le guarnizioni vengono aggiunte per evitare le perdite.Le guarnizioni svolgono anche un compito di protezione dagli agenti esterni, come ad esempio acqua o contaminanti.
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