Nelle officine di un tempo, il manutentore era sempre presente, con uno straccio e un oliatore, per prendersi cura dei macchinari, lubrificando i vari meccanismi.
Oggi, la tecnica ci offre materiali migliori, elettronica e informatica, ma l’olio rimane un elemento centrale nella meccanica, un attore insostituibile. Si può affermare che l’intera industria moderna si basa su un film d’olio, spesso non più di 10 micron.
L'olio, oltre a lubrificare, viene utilizzato per trasferire energia e quindi muovere cilindri, motori, ruote, interagendo con tutte le parti di un circuito.
La Tribologia e l'Importanza della Lubrificazione
La tribologia è la disciplina che studia l’attrito, la lubrificazione e l’usura di superfici a contatto e in moto relativo. Essa è inerente quindi a tutti quei processi produttivi che utilizzano la trasmissione dell’energia: le forme più comunemente usate sono la meccanica, la pneumatica, l’idraulica e quella elettrica.
Queste forme di energia presentano caratteristiche peculiari con relativi vantaggi e svantaggi che, per ogni settore applicativo, ne orientano in molti casi la scelta.
Impianti Oleoidraulici: Forza e Precisione
Una caratteristica peculiare di un impianto oleoidraulico è quella di ottenere molto facilmente movimenti in grado di vincere forze resistenti di centinaia di tonnellate, unitamente ad una precisione di posizionamento elevato.
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 Idraulico: Elasticità e Funzioni
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: Laminare e Turbolento
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.
Come in tutti fenomeni fisici, la linea di demarcazione fra i due tipi di moto non è esattamente definita, vi è cioè un passaggio graduale dal moto laminare al turbolento.
Il moto laminare avviene quando il fluido in movimento segue traiettorie che costituiscono dei filetti rettilinei e paralleli.
Il moto turbolento si ha quando il moto dei filetti segue traiettorie irregolari e tortuose, continuamente variabili con creazione di moto vorticosi, in modo che tutta la massa liquida subisce un incessante rimescolamento.
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.
Principio di Pascal: la pressione esercitata su un qualunque elemento di superficie di una stessa massa liquida, contenuta in un recipiente, è trasmessa con pari intensità in tutte le direzioni.
Misurazione della Temperatura: Termometri e Pirometri
La temperatura è la proprietà fisica che regola il trasferimento di energia termica da un sistema a un altro.
I primi tentativi di misurare la sensazione di caldo o di freddo risalgono ai tempi di Galileo, mentre il termometro a mercurio viene attribuito a Fahrenheit, che introdusse nel 1714 una scala di temperature in uso ancora oggi, mentre un’altra, detta all’epoca scala centigrada, si deve a Celsius nel 1742.
La relativa precocità delle misure di temperatura non implica che il concetto di temperatura fosse ben chiaro già a quei tempi.
La distinzione fra calore e temperatura è stata posta chiaramente solo dopo la metà del 1700.
Il termometro consente di definire il concetto di equilibrio termico: dei corpi, A e B, si dicono in equilibrio termico quando hanno la medesima temperatura, misurata con l’aiuto di un terzo corpo, il termometro C.
Sono stati sviluppati molti metodi per la misurazione della temperatura. La maggior parte di questi si basano sulla misurazione di una delle proprietà fisiche di un dato materiale, che varia in funzione del variare della temperatura.
Uno degli strumenti di misura più comunemente utilizzati per la misurazione della temperatura è il termometro a liquido. Esso consiste di un tubicino capillare di vetro riempito con mercurio o altro liquido.
L’incremento di temperatura fa espandere il liquido e la temperatura può essere determinata misurando il volume del fluido all’equilibrio.
Questi termometri possono essere calibrati in modo che sia possibile leggere le temperature su una scala graduata (osservando il livello del fluido nel termometro).
In senso stretto, la temperatura non costituisce una vera e propria grandezza fisica. La proprietà fisica che il concetto di temperatura intende quantificare può essere ricondotta essenzialmente a una relazione d’ordine fra i sistemi termodinamici, rispetto al verso in cui fluirebbe il calore se fossero messi a contatto.
L’unità di misura base della temperatura nel Sistema Internazionale è il kelvin (simbolo K). Nelle applicazioni di tutti i giorni è spesso conveniente usare la scala Celsius, nella quale si assume il valore di 0 °C corrisponde al punto di fusione del ghiaccio e il valore di 100 °C corrisponde al punto di ebollizione dell’acqua a livello del mare. Il simbolo °C si legge «grado Celsius». La dizione «grado centigrado» non è più accettata dal Sistema internazionale di unità di misura.
Un’altra scala usata spesso nei paesi anglosassoni è la scala Fahrenheit. Su questa scala il punto di congelamento dell’acqua corrisponde a 32 °F e quello di ebollizione a 212 °F. La seguente equazione può essere usata per convertire i gradi Fahrenheit in gradi Celsius: T(°C)= (T(°F)-32)*5/9 .
Un termometro è uno strumento di misura per misurare la temperatura. Esistono vari tipi di termometri, utilizzanti diversi principi fisici per la realizzazione della misura: gas, liquido, solido.
La termocoppia è un sensore di temperatura largamente diffuso. Sono ampiamente utilizzate perché economiche, facilmente sostituibili, standardizzate e possono misurare un ampio intervallo di temperature. Il loro limite più grande è il grado di accuratezza nella misura; infatti errori minori di un grado Celsius sono difficili da ottenere.
Una termocoppia è costituita da una coppia di conduttori elettrici di diverso materiale uniti tra loro in un punto. Questa giunzione è convenzionalmente chiamata giunzione calda ed è il punto nel quale viene applicata la temperatura da misurare. L’altra estremità, costituita dalle estremità libere dei due conduttori, è convenzionalmente chiamata giunzione fredda.
Quando esiste una differenza di temperatura tra la zona del giunto caldo e la zona del giunto freddo, si può rilevare una differenza di potenziale elettrico tra le estremità libere della termocoppia in corrispondenza del giunto freddo. Tale valore di potenziale elettrico è funzione diretta della differenza di temperatura, secondo una legge non lineare.
Negli impianti industriali, la termocoppia è inserita all’interno di una guaina di protezione che penetra all’interno dell’apparecchiatura della quale si vuole misurare la temperatura. I due conduttori sono connessi ad una morsettiera di porcellana, contenuta dentro una testina di protezione, da cui partono altri due conduttori, collegati alla morsettiera di uno strumento o di un registratore di temperatura.
Si chiamano pirometri quei termometri che sono particolarmente adatti per la misura delle temperature elevate. Nella tecnica moderna si usano pirometri che permettono esattezza nella misura e capacità di seguire continuamente le sue variazioni, anche a distanza, e che consentono di ottenere il tracciamento di diagrammi oppure la regolazione automatica della temperatura.
Sono di particolare interesse e praticità per le misure industriali i cosiddetti termometri (pirometri) laser o ad infrarossi, che utilizzano la radiazione infrarossa. La radiazione infrarossa è una parte della luce solare e può scomporsi riflettendosi attraverso un prisma.
Questa radiazione possiede energia, per cui tutti gli oggetti con una temperatura al di sopra dello zero assoluto irradiano energia infrarossa.
Perché utilizzare un termometro a infrarossi?
La temperatura è spesso il primo e più evidente segnale di un problema in atto e può essere utilizzata rapidamente per identificare situazioni che necessitano di ulteriori analisi con altri strumenti di misura, quali, ad esempio, il multimetro digitale o la pinza amperometrica.
Un pirometro consente di rimanere a distanza di sicurezza dall’oggetto e di ottenere le letture più precise in un vasto range di temperature. Ecco perché il termometro a infrarossi è definito “senza contatto”. Esso permette letture di temperature di superficie rapide e affidabili.
Questi strumenti portatili consentono ai tecnici di monitorare lo stato di motori e quadri elettrici, individuare problemi relativi a impianti di riscaldamento e di ventilazione e diagnosticare con facilità malfunzionamenti di impianti e loro componenti.
Come si eseguono le misure con i termometri ad infrarossi?
I termometri a raggi infrarossi hanno, rispetto ai termometri tradizionali, alcune caratteristiche interessanti, infatti permettono la misura senza contatto e con risposta molto rapida (1 secondo). Ciò permette misure veloci, igieniche e senza danni per esempio sui prodotti alimentari (ricevimento merce, controlli di routine) oppure su parti in movimento, superfici sotto tensione o su componenti elettronici.
I termometri ad infrarossi sono semplici da usare: si dirigono verso la superficie da misurare e si preme un pulsante, quindi si legge la misura sul display.
- Distanza dall’oggetto da misurare. La distanza corretta dipende dal coefficiente ottico del termometro che è il rapporto fra la distanza del sensore ed il diametro della superficie di cui il termometro misura la temperatura media. Se ad esempio questo rapporto è di 3:1, significa che se ci si pone con il termometro a 15 cm dal punto da misurare, la temperatura che si legge sul display è quella media di una circonferenza centrata nel punto mirato e con un diametro pari ad 1/3 della distanza, cioè di 5 cm. Per inquadrare una superficie più piccola è quindi necessario avvicinarsi.
- Tipo di materiale su cui si effettua la misura. Il termometro ad infrarossi che si utilizza deve avere un coefficiente di emissività idoneo al materiale su cui si esegue la misura. Questo coefficiente dipende dal colore e dalla opacità della superficie del materiale. Ad esempio, i termometri ad infrarossi con un coefficiente di emissività pari a 0.95 sono idonei per la maggior parte di sostanze organiche (prodotti alimentari, carta), per muratura ed in generale per le superfici opache.
Pompe Volumetriche: Tipologie e Funzionamento
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.
Le pompe rotative basano il loro funzionamento grazie al passaggio di un fluido attraverso un meato o gioco, cioè una millimetrica o micrometrica intercapedine, che separa le superfici di due corpi in movimento relativo, riempita di lubrificante che ne evita lo sfregamento. Esso viene realizzato meccanicamente attraverso l’uso di coppie di ingranaggi o di viti oppure sfruttando gli spazi generati da palette mobili.
In questo articolo prenderemo in considerazione le più comuni pompe rotative ad ingranaggi esterni. La ruota dentata primaria ruota nel senso indicato dalla freccia, trascinando la ruota dentata secondaria, in senso di rotazione contrario.
A seguito della rotazione, si rendono liberi i vani di dentatura: la conseguente depressione che viene generata e l’azione della pressione atmosferica, fanno in modo che il fluido affluisca nella camera di aspirazione E. Il fluido riempie i vani dei denti e, percorrendo la parte esterna, viene spinto verso l’uscita P, la cosiddetta mandata: per un buon rendimento volumetrico occorre tenere sotto controllo il gioco di accoppiamento laterale (rasamento sui fianchi) tra ingranaggi e gli organi di tenuta, le ralle.
Inoltre questo tipo di pompe sono dotate di cuscinetti di sostentamento e bilanciamento idrostatico funzionanti tramite i dischi, i quali, spinti dalla pressione del sistema, premono sui fianchi degli ingranaggi.
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