L'intera industria moderna poggia su un film di olio, non più spesso di 10 micron. L’olio, oltre che lubrificare, viene utilizzato per trasferire energia e quindi muovere cilindri, motori, ruote, interagendo con tutte le parti di un circuito. La tribologia è la disciplina che studia l’attrito, la lubrificazione e l’usura di superfici a contatto e in moto relativo.
Garantire il corretto tubo idraulico ed industriale per un’applicazione è vitale per svariate ragioni, non ultime le prestazioni e la longevità del sistema. Tenendo questo in mente il processo di selezione deve includere un’analisi delle caratteristiche individuali del tubo per capire quale attributo darà i benefici maggiori. Avere una vasta gamma prodotti permette ai produttori di offrire il tubo ideale in funzione dei requisiti applicativi ed evitare di sovradimensionare il sistema.
Componenti di un Impianto Oleodinamico
Un classico attuatore lineare oleodinamico è il cilindro idraulico, costituito da una camicia in cui scorre un pistone, il quale spinge uno stelo che esplica il moto. Il fluido che permette la trasmissione dell’energia, possiede, seppur in minima quantità, una certa elasticità, che, se da un lato diminuisce la prontezza di intervento e la precisione, dall’altro permette di eliminare i giunti elastici meccanici sulle trasmissioni. L’olio, sia minerale che sintetico, è il liquido comunemente utilizzato per la trasmissione di energia.
Le sue caratteristiche sono la viscosità, che influisce direttamente sull’attrito che incontra nel passaggio attraverso tubazioni ed apparecchiature, il potere lubrificante e la protezione contro la corrosione dei vari componenti.
Moto dei Fluidi
Il movimento dei fluidi entro condotti a sezione chiusa o canali aperti può essere a regime laminare e turbolento. Per individuare il tipo di moto viene utilizzato il numero di Reynolds (Re): per numeri di Reynolds minori di 2000, si ha un moto laminare. Per numeri di Reynolds compresi fra 2000 e 3500 si ha una zona critica di instabilità, caratterizzata dal fatto che possono verificarsi sia condizioni di moto laminare che turbolento, a seconda di particolari situazioni contingenti. Per numeri di Reynolds maggiori di 3500 si ha moto turbolento.
Poiché il tipo di moto influenza in modo determinante le perdite di carico nelle tubazioni, è evidente la notevole importanza di poter disporre di un criterio per individuare a priori il tipo di moto.
Pompe Volumetriche
La famiglia delle pompe volumetriche sono impiegate in vari campi dell’industria. Quelle che in genere troviamo nella maggioranza dei circuiti oleodinamici sono divise in due grandi tipologie: pompe rotative e pompe a pistoni alternativi. In questo articolo prenderemo in considerazione le più comuni pompe rotative ad ingranaggi esterni.
Come si sottolineato all’inizio di questo articolo, la pompa costituisce il cuore di ogni impianto oleodinamico, per cui è fondamentale conoscerne le modalità di guasto, le possibili cause ed i rimedi più efficaci. Un ulteriore parametro fondamentale, indicatore dello stato di salute della pompa, è il Rendimento: esso viene considerato normale se pari a 95% o comunque superiore a 90%.
Componenti Accessori e Regolazione del Flusso
L’aggettivo “accessori” serve più per distinguerli che per classificarli, visto che la loro funzione è determinante per valorizzare al meglio i pregi della trasmissione di potenza oleodinamica. Per facilitare l’analisi abbiamo diviso i componenti accessori in due gruppi: quelli dedicati alla regolazione del regime di flusso e quelli dedicati al collegamento delle varie parti del circuito. In questo articolo inizieremo col trattare i componenti accessori “di regolazione”, ad eccezione dei filtri che, avendo un’importanza fondamentale ed una diversificazione particolarmente complessa saranno trattati in forma specifica.
Scambiatori di Calore
La temperatura dell’olio di un circuito idraulico aumenta per effetto delle perdite dovute all’attrito durante il flusso nei condotti e, soprattutto, a causa delle perdite di rendimento nelle trasformazioni energetiche compiute. Anche le caratteristiche intrinseche dell’olio usato danno un contributo significativo. Alla dissipazione in calore corrispondono diminuzione di energia: potenziale, di velocità o di pressione; l’energia corrispondente rimane nel sistema ma non è utilizzabile.
Nella pratica comune gli scambiatori di calore hanno il compito di mantenere l’olio e i fluidi idraulici in genere entro un range prestabilito di temperatura. Per le macchine semoventi (tipiche quelle di movimento terra) si possono sfruttare i gas di scarico dei motori termici, convogliandoli in appositi fasci tubieri situati nei serbatoi o addirittura utilizzando veri e propri scambiatori accessori inseribili in parallelo al circuito principale.
Serbatoi
Scambio termico: raffreddamento a regime e/o riscaldo in avviamento (climi freddi, viscosità elevata), in “affiancamento” agli scambiatori veri e propri. Prima purificazione/separazione di particelle solide estranee via decantazione sul fondo. Prima filtrazione (in aspirazione). Compensazione delle espansioni e contrazioni di volume dovute alle variazioni di temperatura dell’olio, in “affiancamento” agli accumulatori. Sono impiegati anche serbatoi pressurizzati. La pressione è relativamente bassa.
Anche l’olio può essere sistematicamente pulito mediante l’utilizzo di filtri carrellati con pompa autonoma. La filtrazione (più spinta di quella effettuata dai filtri a bordo macchina) può quasi sempre essere effettuata senza fermare l’impianto.
Manutenzione Predittiva
Interessantissime le possibilità di manutenzione predittiva (diagnostica precoce), attraverso l’analisi periodica dell’olio: esistono correlazioni precise tra i tipi di inquinanti, la relativa concentrazione, la progressione della medesima e il grado di affidabilità del sistema. Questa attività è di norma affidata a Specialisti esterni ed è normalmente utilizzata per tutti i tipi di olio (lubrificanti, isolanti nei trasformatori etc.).
Accumulatori
Si trovano installati su tutti i circuiti, oleodinamici ma non solo, in cui operano fluidi incomprimibili soggetti a variazioni di pressione. Nel caso dei circuiti oleodinamici tali variazioni derivano sostanzialmente dalle normali modalità di impiego dei sistemi, in quanto i tipi di pompe volumetriche normalmente impiegati erogano un flusso assimilabile al continuo (pompe a ingranaggi, palette, pistoncini).
Funzione fondamentale degli accumulatori è mantenere il più possibile regolare nel tempo l’andamento dei valori di pressione e di portata dell’olio che circola nel sistema oleodinamico, rendendone “fluide” e senza picchi le variazioni. Spesso infatti sono detti anche “smorzatori”.
Tubi Oleodinamici
Il tubo oleodinamico è più complicato di quanto sembri. Il tubo idraulico moderno è tipicamente costituito da almeno tre parti: un tubo interno che trasporta il fluido, uno strato di rinforzo e uno strato esterno protettivo. L’interno deve avere una certa flessibilità e deve essere compatibile con il tipo di fluido che trasporterà. Lo strato di rinforzo è costituito da una o più guaine di tela metallica intrecciata o di filo avvolto a spirale.
Selezione dei Tubi: Approccio STAMP
Se tutte queste informazioni sembrano complicate da gestire forse il modo più semplice per pensare alla selezione di un tubo è l’’approccio STAMP (Size, Temperature, Application, Media, Pressure). Partendo dalla dimensione, Parker utilizza un sistema di misura chiamato “Dash Number”.
- Size (Dimensione): Il diametro interno del tubo va selezionato con attenzione per ottenere la corretta velocità del fluido.
- Temperature: Quando si specifica un tubo ci sono due temperature che bisogna identificare: la temperatura dell’ambiente operativo e la temperatura del fluido convogliato.
- Application: Prima di selezionare un tubo è importante considerare come verrà utilizzato.
- Media/Fluido: Il tubo selezionato dovrà essere compatibile con il fluido.
- Pressure: Quando valutiamo la pressione è importante conoscere sia la pressione di lavoro che eventuali picchi.
Longevità dei Tubi
Per molti OEM ed utilizzatori finali la longevità è l’aspetto più importante, dati i rischi alla sicurezza causati dal malfunzionamento di un tubo. L’aspetto più critico per un tubo idraulico è la costante abrasione a cui è soggetto quotidianamente a causa dello sfregamento con parti metalliche e con altri tubi e per effetto delle condizioni ambientali come la luce solare ed il gelo.
Un altro fattore che impatta negativamente sulla longevità di un tubo è il raggio di curvatura. Piegare un tubo con un raggio di curvatura inferiore al valore minimo specificato può compromettere considerevolmente la vita utile.
Indipendentemente dal tipo di settore industriale (costruzioni, mineraria, riciclaggio e così via) il rivestimento resistente all’abrasione è disponibile per tutte le tipologie di tubo, dai trecciati con elevata flessibilità e ridottissimo raggio di curvatura ai tubi spiralati per applicazioni ad alta pressione.
Tipi di Tubi: Trecciati e Spiralati
Tubi spiralati e trecciati sono le due principali tipologie attualmente disponibili sul mercato. Ma quale tipologia scegliere per una determinata applicazione? La risposta è legata principalmente ai requisiti di pressione. In generale i tubi trecciati sono selezionati per la loro flessibilità. L’avvento di mezzi sempre più grandi per utilizzo off-road ha spinto lo sviluppo di tubi spiralati che ben si adattano ad applicazioni ad altissima pressione.
Il termine ”skiving” si riferisce a rimuovere (o rasare) parte della copertura esterna del tubo e/o parte della condotta interna prima di collegare i raccordi al tubo. La gamma Parker “No-Skive” comprende tubi e raccordi pensati per eliminare questa operazione.
Marcatura dei Tubi
Un altro fattore importante nella selezione di un tubo è avere una marchiatura di facile lettura che risulta essere estremamente utile per la rapida identificazione del tubo. La marchiatura del tubo contiene numerose informazioni quali: diametro interno, pressione di lavoro, part number, standard industriale di riferimento e data di produzione.
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