Le guarnizioni idrauliche sono un componente fondamentale per qualsiasi impianto, sia esso domestico o industriale. Nonostante risultino spesso invisibili, si tratta di un elemento la cui presenza non si nota fino a quando iniziano a non funzionare più in maniera adeguata.
Le guarnizioni idrauliche (note anche con il nome di o-ring o rondelle) sono degli 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 al settore agricolo, passando per l’industria manifatturiera e meccanica e quella automotive.
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 sigillare raccordi cilindrici grazie alla loro forma ad anello.
- Guarnizioni in fibra o teflon: indicate negli impianti in cui vi è una maggiore pressione e temperatura.
- Guarnizioni in silicone: più indicate per la gestione dell’acqua calda grazie alla loro elasticità.
Deterioramento delle Guarnizioni Idrauliche
Le guarnizioni idrauliche possono deteriorarsi innanzitutto per effetto dell’invecchiamento naturale. Un’altra causa di deterioramento è l’esposizione a temperature estreme (come acqua bollente o troppo fredda) che possono accelerare il degrado delle guarnizioni idrauliche.
Ci sono alcuni segnali che, sia in ambito domestico che industriale, possono rappresentare un campanello d’allarme sulla necessità di dover sostituire le guarnizioni idrauliche. Innanzitutto quando si nota una perdita visibile di acqua (da uno scarico o dal rubinetto), c’è sempre un problema legato alle guarnizioni.
Similmente anche un rubinetto che gocciola quando è chiuso, la presenza di acqua intorno ai raccordi, una riduzione della pressione dell’acqua sono indice di un problema la cui causa è spesso legata al mancato funzionamento (per usura o errato montaggio) delle guarnizioni.
In una prospettiva di prevenzione è utile anche considerare una sorta di manutenzione periodica legata alla sostituzione delle guarnizioni idrauliche. In linea generale per quel che riguarda i rubinetti e i miscelatori le guarnizioni idrauliche andrebbero sostituite ogni 3-5 anni, mentre negli elettrodomestici (lavatrici, lavastoviglie, scaldabagni) almeno ogni 5 anni.
Anelli di Tenuta: Protezione e Efficienza
Gli anelli di tenuta sono piccole guarnizioni industriali di forma circolare utilizzate soprattutto per proteggere e garantire stabilità ed efficienza alle componenti rotanti di macchine e attrezzature industriali. Ad esempio, si possono utilizzare anelli di tenuta per pistoni idraulici o per pompe, motori elettrici o a combustione interna.
Tra le diverse applicazioni delle guarnizioni di tenuta ad anello ci sono gli alberi rotanti. Questo tipo di guarnizioni dinamiche è progettato allo scopo di fissare elementi rotanti di una macchina, una pompa o un motore, come i mozzi o gli alberi.
Gli anelli di tenuta per alberi rotanti sono comunemente detti anche paraolio. Spesso si tende a considerarli due elementi diversi, in realtà si tratta della medesima cosa.
Il montaggio delle tenute avviene solitamente in posizione fissa all’interno di un’apposita sede del corpo, e il movimento strisciante avviene tra l’albero rotante e l’anello interno. La lubrificazione evita l’usura e il surriscaldamento del labbro di tenuta, poiché previene il contatto diretto tra il labbro e il metallo dell’albero rotante.
Grazie alle nuove tecnologie, questi materiali sono diventati particolarmente resistenti a temperature elevate, attriti, e agenti chimici. La sezione rotante, che va poi a costituire un tutt’uno con l’albero, viene fissata da un O-ring.
Tenute Meccaniche: Efficienza e Regolazione
Le tenute meccaniche, a differenza di quelle baderna offrono una maggiore efficienza nel contenere le perdite. Inoltre, la presenza delle molle nei sistemi di tenuta meccanica rende la loro regolazione molto efficiente.
Tra le tipologie più richieste ci sono le tenute per idraulica, utilizzate per comprimere il liquido e mantenerlo in pressione, trasformando così la forza del liquido in movimento.
Le tenute idrauliche hanno come componente principale elastomeri di varia natura selezionati in base all’utilizzo e ai parametri del sistema in cui operano: misura, superfici, temperatura, applicazione, liquido, pressione, velocità.
Nel caso delle pompe esistono diverse tipologie di tenute meccaniche. Una tenuta meccanica a soffietto è utilizzata soprattutto nel caso in cui la pompa movimenta fluidi con particelle solide in sospensione permettendone di minimizzarne la percentuale.
Le tenute a Labbro sono utilizzate principalmente nel caso di applicazioni meno gravose rispetto al corrispettivo a soffietto.
Sistemi di Tenuta per Pompe
I sistemi di tenuta hanno come scopo principale quello di contenere i liquidi ed evitare fuoriuscite. Tra i sistemi di tenuta per pompe troviamo quello a baderna, che può essere una buona soluzione per pompe di piccole o medie dimensioni.
Tenute Meccaniche Frontali
Le tenute meccaniche frontali sono dispositivi utilizzati per evitare il passaggio di fluido contenuto in un apparecchio attraversato da un albero in rotazione. I motivi per i quali la tenuta meccanica frontale è il dispositivo scelto dai costruttori di pompe rotative e agitatori sono:
- Non necessitano di regolazioni periodiche
- Non causano usure alla macchina
- Le perdite fisiologiche sono trascurabili
- L’affidabilità nel tempo è superiore ad altri dispositivi
- Sono in grado di operare con limiti operativi molto elevati e superiori ad altri dispositivi di tenuta
La tenuta meccanica frontale è il dispositivo di tenuta standardizzato dalla norma API682 per il mercato dell’oil & gas e dalla norma UNI.
La tenuta meccanica frontale è composta da due parti: una vincolata all’albero rotante e l’altra alla parte stazionaria dell’apparecchio contenente il fluido. L’anello rotante e quello stazionario mantengono il contatto grazie al carico meccanico garantito da molle o da un soffietto metallico e dalla spinta idraulica generata dalla pressione del fluido da tenere.
Tipologie di Tenute Meccaniche Frontali
Esistono diverse tipologie di tenute meccaniche frontali:
- Tenute a componenti: composte dalla sola unità rotante e quella stazionaria, con alloggiamenti che devono rispettare specifiche dimensioni e tolleranze.
- Tenute a cartuccia: funzionano come quelle a componenti ma vengono fornite complete di camicia d’albero e flangia di bloccaggio, facilitando l’installazione e riducendo le possibilità di errori.
- Tenute stazionarie: con molle nella parte stazionaria della tenuta, normalmente utilizzate quando le velocità di rotazione sono elevate.
Una tenuta bilanciata ha un rapporto tra superficie di spinta e superficie di strisciamento inferiore a 1, generando meno attrito e calore, limitando la possibilità di evaporazione del meato liquido.
Selezione della Tenuta Meccanica
La pressione, la temperatura, la natura del fluido di processo e la velocità di rotazione dell’albero influenzano il funzionamento della tenuta meccanica. La selezione della tenuta viene normalmente effettuata da tecnici specializzati.
Inizialmente la natura del fluido da tenere determina la configurazione (tenuta singola o doppia) più idonea. Il secondo passaggio è la verifica dei parametri operativi: Pressione, Temperatura e Velocità di rotazione dell’albero guidano verso la scelta del modello e dei materiali più adatti all’applicazione. Il terzo passaggio vede la verifica delle dimensioni disponibili e la scelta verso soluzione “a componenti” o “a cartuccia” in relazione alla richiesta del cliente finale o alle norme di riferimento.
Perdite e Failure delle Tenute Meccaniche
Il meato liquido necessario per la lubrificazione ed il raffreddamento sono causa di possibili gocciolamenti che spesso non sono visibili perché evaporano in atmosfera. L’assenza o l’instabilità di film liquido tra le superfici di tenuta è la causa principale di failure di una tenuta meccanica.
Altri motivi, riconducibili al principale, sono: i materiali non compatibili col processo, tenuta non adatta alle condizioni operative, errore di montaggio, errori legati all’avviamento della macchina, stress meccanici eccessivi e causati dalla macchina o dall’impianto.
Segnali di usura includono perdita superiore a quella fisiologica (valore indicativo > 2 gocce/min), eccessivo surriscaldamento della zona in cui la tenuta è installata, rilascio eccessivo di grafite.
Se non gravemente danneggiate, le tenute possono essere riparate, con sostituzione o lappatura delle superfici di tenuta, sostituzione delle guarnizioni secondarie e delle molle o di altre parti metalliche usurate.
Doppie Tenute
Bisogna selezionare una doppia tenuta per permettere un flussaggio di liquido ausiliario da fonte esterna con pressione maggiore rispetto alla pressione del fluido di processo. In questo modo il meato liquido tra le superfici di tenuta viene creato con il liquido ausiliario detto “barriera”. Le perdite in atmosfera o nel processo saranno quelle del liquido di barriera stesso.
È necessaria in caso di elevati limiti di PxV, liquidi vicini alla tensione di vapore, e per applicazioni secondo la norma API682 nel settore Oil & Gas.
È il prodotto tra la pressione del fluido da tenere e la velocità di rotazione dell’albero (bar x m/sec).
Materiali e Lavorazione delle Superfici
Per garantire un perfetto adattamento tra le superfici di contatto, per la formazione del meato liquido, queste devono essere perfettamente piane e con una rugosità molto bassa. L’accoppiamento tra materiali di differente durezza in cui uno dei due con caratteristiche “autolubrificanti” come la grafite permette il perfetto adattamento tra le due superfici.
L’utilizzo della grafite tollera inoltre transitori in cui il film liquido per diversi motivi legati alla macchina o all’impianto fosse instabile o assente per brevi periodi.
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