L’oleodinamica è una tecnica che utilizza i fluidi per generare pressione e convertirla in energia meccanica. I cilindri e le pompe idrauliche consentono di sollevare carichi pesanti con il minimo sforzo. Questi vengono inoltre utilizzati anche nelle frizioni o nei sistemi frenanti dei veicoli commerciali. La parola oleodinamica è composta da due parole greche: “élaion”, riferito a sostanze dotate di untuosità, e “dynamikós” riferito alla forza e al movimento. Da ciò si può già dedurre in cosa consiste un sistema oleodinamico: un fluido viscoso viene immesso in un sistema chiuso dove la pressione viene successivamente accumulata per azione meccanica o statica. Tale pressione viene quindi trasmessa tramite tubi o sistemi di tubature fino a quando non innesca la reazione (meccanica) desiderata in un punto specifico. In tal modo è possibile generare grandi forze con un apporto energetico relativamente ridotto, e tali forze possono, a loro volta, essere utilizzate per movimentare carichi, azionare macchine o spostare determinati componenti.

Principi di Funzionamento dell'Oleodinamica

In virtù del loro semplice funzionamento, gli impianti oleodinamici vengono utilizzati in un’ampia gamma di aree di lavoro. Per il funzionamento di sistemi oleodinamici viene raramente utilizzata l’acqua. Di solito tali impianti vengono azionati con l’aiuto di un olio speciale (olio idraulico). Grazie alle sue proprietà, l’olio è perfettamente idoneo a garantire un funzionamento delicato all’interno della meccanica di precisione di macchine e motori. Come oli oleodinamici si possono utilizzare, a seconda del settore di applicazione, oli minerali, oli vegetali, emulsioni acqua-olio o fluidi sintetici. I sistemi oleodinamici possono movimentare grandi carichi con una forza facile da gestire. In tale processo sono coinvolti diversi componenti all’interno del circuito oleodinamico. La seguente panoramica passo dopo passo spiega in maniera semplice come funziona l’oleodinamica.

  1. Aumento della pressione: La pompa idraulica viene azionata manualmente (ad esempio azionando una leva o un pedale) o tramite un motore. Il movimento del pistone riduce lo spazio per l’olio idraulico. La pressione continua a salire.
  2. Distribuzione del volume o del flusso: Il fluido in pressione è chiamato anche volume o flusso. Questo viene distribuito attraverso i tubi idraulici del sistema. Nei sistemi oleodinamici complessi è possibile utilizzare delle valvole per controllare la direzione del flusso volumetrico.
  3. Conversione in energia meccanica: Una volta che il fluido si è diffuso attraverso i tubi e ha accumulato una pressione sufficiente, attiva un secondo cilindro o motore idraulico (cilindro idraulico doppio effetto) che è responsabile del processo corrispondente (ad esempio, il sollevamento di una piattaforma o l’attivazione del freno).
  4. Ritorno del fluido idraulico: Infine, per abbassare nuovamente la pressione nel caso di sistemi manuali a molla (in un sistema frenante, ad esempio), è sufficiente riposizionare la leva nella sua collocazione iniziale. Sulle macchine edili più grandi o su elevatori idraulici potenti è presente di solito un secondo interruttore che abbassa il pistone e, se necessario, apre una valvola di ritorno in modo che il fluido idraulico venga nuovamente distribuito in maniera uniforme all’interno del sistema.

Nota bene: Il funzionamento della centralina oleodinamica è essenziale per gestire la distribuzione del fluido e il controllo delle valvole, inclusa la valvola di massima pressione. Anche se le modalità di funzionamento sono molto simili, l’oleodinamica presenta alcuni vantaggi rispetto alla pneumatica. I sistemi e gli azionamenti oleodinamici sono estremamente potenti.

Settori di Impiego dell'Oleodinamica

I sistemi oleodinamici trovano applicazione in diversi settori, tra cui:

  • Macchine agricole e da costruzione: accessori per escavatori, gru, trattori e benne ad alto ribaltamento
  • Officina meccanica: piattaforme di sollevamento, utensili, sollevatori idraulici
  • Ingegneria automobilistica: frizione, freni, servosterzo, telaio
  • Ingegneria logistica: carrelli elevatori, transpallet manuali
  • Impianti di sollevamento
  • Produzione: presse idrauliche, banchi prova, nastri trasportatori

Vantaggi e Svantaggi di un Sistema Oleodinamico

I sistemi oleodinamici offrono diversi vantaggi, ma presentano anche alcuni svantaggi da considerare.

Vantaggi:

  • Elevata trasmissione di potenza
  • Ingombro relativamente ridotto
  • Buona adattabilità alle contingenti condizioni di spazio grazie a tubi e collegamenti flessibili
  • Idoneità anche per macchine di precisione grazie a sequenze di movimento lente e regolabili separatamente
  • Lunga durata e bassa usura (se mantenuti e utilizzati seguendo le istruzioni)
  • L’olio idraulico previene l’attrito e allo stesso tempo svolge una funzione refrigerante, aumentando così la durata del sistema

Svantaggi:

  • In fase di salita della cabina potrebbero essere elevati i consumi e l’olio usato è inquinante.

Importanza della Centralina Oleodinamica

La centralina oleodinamica è fondamentale per il corretto funzionamento del sistema. Regola la pressione e il flusso del fluido idraulico, garantendo l’efficienza e la sicurezza dell’intero circuito. Le macchine idrauliche, definite come quella particolare categoria di strumenti e macchinari che utilizzano la potenza di un fluido per compiere lavoro, sono utilizzate in numerose applicazioni pesanti. Il vantaggio principale di una trasmissione idraulica è il fatto di permettere la trasmissione di grandi potenze a qualunque distanza e tramite tubi flessibili: questo consente di realizzare trasmissioni disassate e senza particolari vincoli di allineamento, con il vantaggio intrinseco di avere un’ottima capacità di assorbire i picchi di carico derivanti da urti e sovraccarichi.

Inoltre la gamma di attuatori standardizzati che possono essere utilizzati nelle trasmissioni idrauliche è molto ampia. Un’altra caratteristica fondamentale dei sistemi a trasmissione idrostatica è la possibilità di moltiplicare la forza o la coppia in modo semplice e - di nuovo - in maniera indipendente dalla distanza fra ingresso e uscita, senza la necessità di un collegamento meccanico (ingranaggi, cinghie, pulegge). Questa moltiplicazione si può realizzare in vari modi; come esempio si può pensare ai cilindri idraulici, in cui basta modificare l’area del pistone (a pari pressione) per ottenere una forza maggiore.

Circuiti Aperti e Chiusi

Nel caso dei circuiti aperti si utilizzano pompe che forniscono una portata continua di fluido, anche pompe economiche, a cilindrata costante; la gamma dei componenti accessori si limita a valvole di sfogo (per evitare sovraccarichi di pressione) e valvole di controllo (per permettere il deflusso del fluido verso il serbatoio). Per permettere il funzionamento del motore in entrambi i sensi di rotazione, è necessario invertire il flusso del fluido. I circuiti chiusi invece permettono il funzionamento anche in modalità reversibile, ovvero con il motore che assorbe potenza (frenando l’utilizzatore). Per evitare la cavitazione, tutte le condotte vengono alimentate da una pompa ausiliaria, che fornisce una portata di poco superiore a quella di trafilamento. Una valvola di massima pressione scarica la portata in eccesso.

Potenza Idraulica e Rendimento

La potenza idraulica è esprimibile come prodotto fra portata e pressione (P = Q p). In realtà la potenza reale è diversa dalla potenza teorica. Si introducono quindi diversi rendimenti, sempre inferiori a 1: il rendimento volumetrico (ηq) e il rendimento meccanico (ηp) o di pressione. Per una pompa, il rendimento volumetrico esprime la portata perduta (Qeff = ηq Qteorica). Il rendimento meccanico invece (ηp) viene espresso in funzione della perdita di pressione (peff = ηp pteorica). Per un motore le relazioni vengono invertite, in quanto il motore deve elaborare più fluido (e quindi portata) per ottenere la potenza teorica.

Perdite nei Circuiti Idrostatici

Oltre alle perdite nelle pompe e nei motori, vanno considerate le perdite all’interno dei circuiti con trasmissioni idrostatiche. Queste sono generalmente di due tipi: localizzate o distribuite. Le seconde sono relative alla resistenza dovuta al flusso di fluido all’interno delle tubazioni. Anche queste vengono in genere fornite dal produttore dei tubi, in genere con abachi che legano la perdita alla lunghezza della tubazione, alla sua dimensione e alla velocità del fluido.

Fluidi Idraulici

Come già spiegato, il fluido idraulico è il mezzo che permette la trasmissione idrostatica della potenza nel circuito. Sono solitamente olii di origine petrolifera, con aggiunta di vari additivi. I campi di temperature ammesse sono, per funzionamento continuo, 130°C per olii di origine petrolifera, 200°C per esteri siliconici e 260°C per esteri.

Pompe Idrauliche

Le pompe idrauliche forniscono fluido ai componenti nel sistema. Solitamente ricevono potenza da un motore elettrico o a scoppio, connesso tramite cinghie, ingranaggi, o accoppiamenti flessibili. Economiche, a durata elevata, dal funzionamento semplice. Sono meno efficienti perché hanno una cilindrata fissa, e sono solitamente utilizzate per pressioni sotto ai 20 MPa.

Il funzionamento è molto semplice: un motore fa ruotare una delle due ruote dentate, che trascina l’altra. Il fluido viene trascinato nei vani che si realizzano fra i fianchi dei denti e la superficie cilindrica del corpo pompa. In questo modo si genera una portata volumetrica, mentre una piccola parte di fluido defluisce all’indietro (abbassando quindi l’efficienza). Sono pompe molto diffuse, soprattutto per le applicazioni a funzionamento continuativo.

Pompe a Pistoni

Vengono progettate in genere con un meccanismo a spostamento variabile, per modificare il flusso in uscita e controllare la pressione del sistema. In genere è presente un corpo cilindrico rotante con cilindri scavati. I pistoni sono collegati mediante cerniere e pattini al piatto inclinato (che è fisso rispetto al carter); i pistoni sono trascinati dal corpo rotante. Un’altra modalità costruttiva è quella a corpo inclinato. Nelle pompe a pistoni assiali il numero cilindri è in genere 5 o 7, comunque dispari (per evitare punti morti).

Nelle pompe a cilindrata variabile, la portata può variare per effetto di due regolazioni. Come già visto è possibile regolare la cilindrata della pompa modificando la corsa dei pistoni, ma è anche possibile modificare la velocità di rotazione del motore, e di conseguenza della pompa.

Sistemi di Riscaldamento: Circuito Aperto vs Circuito Chiuso

Quando si esegue una ristrutturazione completa del sistema di riscaldamento o si costruisce una casa, spesso si incontrano i concetti di sistema chiuso e sistema aperto. È utile sapere cosa significano e in cosa si differenziano. In generale, in Europa e nel mondo, si utilizzano due principali categorie di sistemi di riscaldamento centralizzato, ossia il sistema aperto e il sistema chiuso.

I due sistemi si differenziano tra loro per caratteristiche e funzionalità completamente diverse, quindi non è possibile scegliere liberamente uno o l’altro. Ogni sistema è progettato per funzionare con specifici tipi di apparecchiature di riscaldamento e presenta vantaggi rispetto all'altro o, in alcuni aspetti, è meno efficiente. Il sistema chiuso è considerato più moderno, ma ciò non significa che sia sempre applicabile.

Impianto Aperto

L'impianto aperto nel riscaldamento centralizzato si distingue per il fatto che il sistema non è completamente sigillato, ma deve avere un punto di contatto con l'aria. L'acqua calda che alimenta i radiatori per riscaldare l'ambiente domestico circola in un sistema di tubazioni che, di norma, ha un vaso di espansione aperto posizionato nel punto più alto del circuito (di solito in soffitta o sul sottotetto). Quando l'acqua nel sistema viene riscaldata (grazie alla caldaia, al caminetto, ecc.), la pressione aumenta e il coperchio del vaso di espansione si solleva.

Un impianto aperto di riscaldamento centralizzato permette il funzionamento gravitazionale, che di fatto non funzionerebbe nei moderni impianti chiusi di riscaldamento centralizzato che richiedono pompe di circolazione. Il sistema gravitazionale funziona sulla base delle variazioni di pressione nelle diverse parti del sistema di riscaldamento - quindi l'acqua comincia a circolare autonomamente man mano che si avvia il riscaldamento (semplificando - quando si accende la caldaia o, ad esempio, un camino).

I dispositivi di riscaldamento considerati più primitivi nella loro costruzione, più lenti nella risposta, spesso sono destinati a funzionare in un impianto aperto. Questi sono spesso camini con scambiatori d’acqua, ma anche vecchi tipi di caldaie - ad esempio a carbone, combustibili solidi, legna, le cosiddette "spazzature". La maggior parte di questi dispositivi non dispone di automazioni che li spengano nel momento in cui la casa è sufficientemente riscaldata. Poiché questi dispositivi non si spengono da soli, possono causare il surriscaldamento del sistema di riscaldamento centralizzato e un pericoloso aumento della pressione nei tubi.

Un impianto aperto di riscaldamento centralizzato ha il vantaggio che, in caso di surriscaldamento del sistema e aumento della pressione, il vaso di espansione si aprirà automaticamente, riducendo la pressione nell'impianto e scaricando parte dell'acqua nel sistema fognario. Inoltre, parte dell'acqua evaporerà semplicemente attraverso il vaso di espansione aperto.

Il fatto che in un sistema aperto l’acqua abbia accesso all’aria ha un effetto benefico nel proteggere l’impianto da un aumento eccessivo della pressione. Tuttavia, questo è anche il motivo principale per cui i sistemi aperti sono considerati più dannosi. L’evaporazione dell’acqua dal sistema rende necessaria l’aggiunta di nuova acqua. Sappiamo che l’acqua, contenendo minerali come magnesio e calcio, favorisce la formazione di calcare. Il calcare è un problema enorme che influisce negativamente sull’efficienza dei sistemi di riscaldamento.

L’accesso dell’aria all’acqua aumenta anche il potenziale corrosivo sugli apparecchi presenti nel sistema, come radiatori, scambiatori di calore, boiler, portando a una loro più rapida sostituzione e a un generale inquinamento dell’impianto.

Per i motivi sopra elencati - ossia il potenziale dannoso dei sistemi aperti - i produttori di apparecchiature di riscaldamento moderne e automatizzate, come le caldaie a condensazione (a gas) o le pompe di calore, di solito non garantiscono i loro prodotti se utilizzati in un sistema aperto.

Impianto Chiuso

Un impianto chiuso di riscaldamento centralizzato è l’opposto di un impianto aperto. Anche questo deve avere la possibilità di neutralizzare la pressione eccessiva in caso di surriscaldamento del sistema - questo avviene però attraverso vasi di espansione chiusi. Non sono probabilmente così efficaci come i vasi di espansione aperti, ma - per dirla in breve - non è necessario che siano altrettanto efficienti. Il sistema chiuso è progettato per funzionare con apparecchi di riscaldamento moderni, dotati di sensori di temperatura che si spengono automaticamente, proteggendo il sistema dal surriscaldamento.

Il vantaggio principale di un sistema chiuso è la mancanza di potenziali danni causati da corrosione o accumulo di calcare. Tutta l'acqua, soprattutto nelle aree con alta durezza, ha il potenziale di generare calcare a causa della sua composizione chimico-fisica. Tuttavia, in un sistema chiuso l'acqua non entra in contatto con l'aria. Di conseguenza non evapora. In questa situazione, si aggiunge raramente nuova acqua al sistema, rimanendo sempre la stessa.

Come già accennato, un sistema aperto non è raccomandato per il riscaldamento a pavimento. Il sistema chiuso, grazie alla mancanza di potenziale rischio di ostruzione dei tubi sottili del riscaldamento a pavimento, può essere utilizzato sia con il riscaldamento a pavimento che con i radiatori. In effetti, quasi nessun produttore di caldaie a gas o pompe di calore consente l’utilizzo dei propri dispositivi in sistemi aperti.

In un sistema chiuso, l’ambiente è molto sicuro, perciò rappresenta l’unica soluzione possibile se desideri installare una pompa di calore o una caldaia a gas moderna.

Un altro svantaggio del sistema chiuso è che, in impianti di questo tipo con tubazioni più sottili, il funzionamento gravitazionale non è praticabile - sarà quindi necessaria una pompa di circolazione. A causa della sua struttura, l’acqua non circolerà efficacemente in modo gravitazionale, ed è sconsigliato fare esperimenti di questo tipo. Abbiamo accennato che il funzionamento gravitazionale è possibile nei sistemi aperti di riscaldamento centralizzato. Tuttavia, non si tratta né di un requisito né di un consiglio. Gli impianti senza pompa (decisamente sconsigliati nei sistemi chiusi) possono funzionare in determinate condizioni e in passato erano addirittura la norma. Tuttavia, non è detto che funzionino sempre in modo efficiente solo perché si sceglie un sistema aperto.

Sì, tecnicamente è possibile avere un sistema aperto e chiuso all’interno dello stesso edificio. Inoltre, non si tratta di una soluzione strana o eccentrica, ma di una pratica comunemente utilizzata nella modernizzazione delle case più vecchie.

Sebbene nell’installazione del riscaldamento in case nuove si scelgano generalmente pompe di calore, caldaie a gas, caldaie elettriche a basso consumo o moderne caldaie a pellet, e quindi si opti direttamente per un sistema chiuso (soprattutto perché questo si adatta meglio ai progetti con riscaldamento a pavimento), negli edifici più vecchi di solito era originariamente presente un sistema aperto di riscaldamento centralizzato.

Quale Sistema è Migliore?

Senza dubbio, il sistema chiuso è migliore e causa meno danni all’intero impianto di riscaldamento centralizzato. Rimane efficiente per molti anni e non tende a degradarsi con ogni stagione a causa dell’accumulo di sporco e calcare. Tuttavia, non si tratta di una scelta completamente libera: la decisione tra un sistema aperto o chiuso dipende in realtà dalla fonte di calore che riscalderà la tua casa.

Riscaldamento a Pavimento

Il riscaldamento a pavimento, vera e propria alternativa ai termosifoni tradizionali, si sta affermando con decisione sia per le nuove costruzioni che per le ristrutturazioni. Il riscaldamento a pavimento non è stato inventato oggi. E' stato un sistema di moda tra gli anni ’50 e ’70. Il principio fisico per cui questi sistemi riescono a trasmettere calore nell'ambiente della casa è l’irraggiamento. Rispetto ai riscaldamenti tradizionali possiamo dire tranquillamente di sì.

Una migliore e più uniforme diffusione del calore. Massimo controllo sia delle aree di pavimento che vogliamo scaldare alla temperatura ideale grazie a termostati e interruttori. La possibilità dell'utilizzo di energie rinnovabili è un altro vantaggio associabile ad un sistema radiante. Non avviene il sollevamento e la diffusione di polveri, acari e muffe. Con il riscaldamento a pavimento l’aria non si riscalda, l'irraggiamento permette, come per il sole, di riscaldare direttamente i corpi che incontra e conserva quel tasso di umidità indispensabile per fare cadere le particelle nocive nell’aria.

Rispetto ai sistemi tradizionali la temperatura di funzionamento è molto più bassa, quasi dimezzata: bastano dai 35° ai 40° per ottenere una resa ottimale. Il RAP può essere installato sotto qualsiasi pavimento, anche un parquet. L’importante è che la superficie sia stabile e il rivestimento ben posato. Rispetto a quanto accade con un impianto a termosifoni, con il riscaldamento a pavimento il calore è sempre diffuso in maniera omogenea. Oltre ad una condizione climatica uniforme, quando acceso il RAP consente di avere i pavimenti sempre caldi, una sensazione piacevole soprattutto nelle giornate più fredde. Inoltre, moderni termostatici, permettono di impostare in ogni stanza una temperatura specifica, consentendo così anche di ridurre inutili sprechi. Chi soffre di allergie può trovare nel riscaldamento a pavimento un ottimo alleato per la propria salute.

Ascensore Oleodinamico: Un Esempio di Impianto Idraulico a Circuito Chiuso

Sono molte le componenti che, collaborando tra di loro, garantiscono ad un ascensore oleodinamico il funzionamento corretto. L’ascensore a pistone, o oleodinamico, è tra le tipologie più diffuse di impianti di elevazione negli edifici.

Come Funziona un Ascensore Oleodinamico?

Il funzionamento dell’ascensore oleodinamico avviene grazie ad una centralina idraulica che mette in pressione dell’olio all’interno di un cilindro facendo così estendere uno stelo in cima al quale è applicata una puleggia. Sulla puleggia scorrono delle funi ancorate al fondo fossa ed alla cabina. La discesa della cabina avviene invece per forza di gravità e la velocità del movimento viene controllata gestendo il deflusso dell’olio dal cilindro.

Di base, il movimento avviene grazie all’olio che sommerge il pistone su impulso di una centralina idraulica. Il sistema oleodinamico è costituito da una centralina idraulica (che contiene un motore, il fluido ed un sistema di valvole) e da un olio minerale. L’olio viene spinto dalla pompa della centralina all’interno del pistone, e la pressione esercitata sfila il cilindro e sposta verso l’alto la cabina.

L'impianto idraulico ha un circuito chiuso ad olio, il fluido viene inviato tramite una pompa elettrica dal serbatoio nella centralina posta nel locale macchina ad un cilindro posto nel vano ascensore: la sua pressione produce il movimento ascensionale della cabina connessa al pistone che a sua volta scorre nel cilindro; la discesa della cabina si ottiene poi aprendo la valvola di discesa: il fluido, e con esso la cabina, scende per effetto della forza di gravità in modo controllato nuovamente nel serbatoio.

Dopo che la cabina si arresta al piano, viene mantenuta ferma grazie alla presenza nel circuito idraulico di una valvola di non ritorno, che consente il passaggio dell’olio esclusivamente nella direzione di salita.

Componenti Chiave e Sicurezza

La cabina ed il pistone si muovono in linea retta verticale scorrendo sulle stesse guide. In fase di avvicinamento al piano di arrivo il sistema di valvole produce generalmente il passaggio dalla velocità normale a quella di rallentamento, circa 5 volte minore, con un accettabile confort e precisione di livellazione della cabina al piano.

Componenti di sicurezza includono:

  • Una saracinesca, che isola il tubo di mandata dell’olio dalla centralina, permettendo ai tecnici di poter lavorare in sicurezza sul gruppo valvole.
  • Una valvola di sovrappressione, che blocca l’impianto se il valore della pressione recepito dalla valvola supera i valori prefissati.
  • Una valvola di caduta, che oggi è quella di blocco connessa al cilindro (in passato erano valvole limitatrici di flusso, che consentivano una discesa controllata della cabina).
  • La valvola limitatrice della pressione è un sistema di sicurezza aggiuntivo ed è posta tra la pompa e la valvola direzionale. Si aziona in automatico qualora la pressione ricevuta sia superiore a quella necessaria, spedendo il liquido viscoso nel serbatoio.

Applicazioni e Installazione

Il suo impiego principale è nelle strutture residenziali perché permette di ottimizzare i costi e i tempi di installazione. È infatti molto compatto e si adatta a molteplici situazioni. È un alleato anche per l’abbattimento delle barriere architettoniche, perché ha una maggiore precisione nell’arrivo al piano rispetto ad un impianto elettrico tradizionale e consente alle persone con disabilità motoria di essere totalmente indipendenti nei movimenti in entrata e uscita.

Con il termine “piattaforma idraulica” ci si riferisce al cosiddetto ascensore a pistone idraulico, ovvero uno degli elevatori domestici che trova impiego nelle diverse strutture residenziali in quanto è la migliore soluzione per abbattere le barriere architettoniche a basso prezzo. Cioè l’ascensore a pistone idraulico è meno costoso di quello elettrico con argano e ciò consente di avere un buon risparmio sull’installazione della piattaforma idraulica.

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