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Carico e ritorno elastico
La scelta della guarnizione
più adatta per condizioni d’esercizio estreme
rappresenta spesso un compromesso tra il carico
e il ritorno elastico della guarnizione.
Il carico di compressione o
forza di serraggio è in relazione diretta con la
capacità di tenuta ottenibile laddove il ritorno
elastico della guarnizione determina di quanto
tale capacità di tenuta possa essere mantenuta
con il variare di temperature e pressioni.
Per una data sezione e tipo
di guarnizione è di solito vero che al carico
massimo corrisponde il ritorno elastico minimo.
Dall’altra parte, naturalmente, la guarnizione
con carico minimo genera ad un ritorno elastico
massimo.
Prendendo ad esempio un
O-ring metallico in acciaio inossidabile, uno
con parete sottile ed un altro con parete spessa,
quello con parete sottile richiederà un carico
inferiore per essere compresso nella cava della
sede rispetto a quello con parete spessa, il cui
ritorno elastico di quest’ultimo risulterà
inferiore a quello con parete sottile.
Se ora consideriamo un O-ring
metallico della stessa sezione, una guarnizione
realizzata in Inconel X750
®
o Inconel 718
®
avrà un
carico maggiore ed un ritorno elastico maggiore
rispetto ad un O-ring metallico con spessore di
parete simile ma realizzato in acciaio
inossidabile.
Passando ai C-ring metallici,
c’è una certa similitudine con il ritorno
elastico e la forza di serraggio. La grande
differenza sta nel fatto che i C-ring metallici,
rispetto agli O-ring metallici di uguale sezione,
di solito generano un carico inferiore pertanto
un ritorno elastico migliore degli O-ring
metallici.
Per superare il problema del
basso carico dei C-ring metallici, è stato messo
a punto uno C-ring metallico energizzato da
molla. Questa guarnizione genera una forza di
serraggio relativamente alta ed uniforme con un
ritorno elastico relativamente elevato.
La guarnizione Oysterseal® o
il V-ring metallico, per forma e scelta del
materiale genera un elevato ritorno elastico ma
da una forza di serraggio modesta.
Compressione o forza di
serraggio
La compressione o forza di
serraggio è espresso in N/mm sulla circonferenza
della guarnizione. Maggiore è il carico,
migliore la capacità di tenuta. La placcatura
dolce richiede un carico inferiore rispetto alla
placcatura più scarsa.
Una finitura superfi ciale
scarsa delle sedi della guarnizione richiede un
carico superiore per ottenere prestazioni di
tenuta simili.
Le guarnizioni non placate
generalmente richiedono carichi elevatissimi per
ottenere una tenuta effi ciente. Sarebbe diffi
cile, indipendentemente dal carico applicato,
ottenere una tenuta effi ciente con guarnizioni
non placcate.
Placcatura delle guarnizioni
A seconda del
livello di tenuta richiesto, del fl uido da
tenere e dalla temperatura, si può scegliere una
placcatura o un rivestimento diverso.
Per una
tenuta superiore a 10–9 mbar.l/s è sempre
necessaria una placcatura tenera. Tra le
placcature tenere troviamo quelle con l’indio e
lo stagno. Anche il PTFE è un rivestimento
tenero, tuttavia, la capacità di tenuta
ottenibile si limita a 10–6 mbar.l/s. per via
della porosità propria del PTFE.
L’argento,
l’oro e il rame sono mediamente tenere e
richiedono una guarnizione con carico maggiore
per ottenere livelli di tenuta pari a 10–9
mbar.l/s. L’argento comunque è il metallo più
usato per la placcatura. La nichelatura, essendo
la placcatura più dura, richiede la scelta di
guarnizioni con carico elevato.
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Rotazione o deformazione
della flangia
Grandi diametri e temperature
elevate giocano un ruolo decisivo nella scelta
di una guarnizione metallica. La rotazione o la
deformazione della flangia si verifi ca in
presenza di una pressione elevata.
Più la pressione è alta e
maggiori sono i diametri delle flange,
sottoposti a tale pressione: i bulloni vengono
sottoposti ad uno sforzo abbastanza alto che
provoca la rotazione o la deformazione della flangia stessa.
Per tali condizioni d’uso si
deve scegliere la sezione maggiore possibile
rispetto al diametro, in modo da avere le
migliori caratteristiche possibili di ritorno
elastico.
Ricapitolazione
La finitura superficiale
della sede della guarnizione scelta deve essere
uguale o superiore a Ra = 1,8. Per un livello di
tenuta uguale o superiore a 10–9 mbar.l/s, è
necessario avere una finitura superficiale
superiore a Ra = 0,8.
Scegliere sempre la sezione
maggiore possibile per il diametro crichiesto.
Scegliere la placcatura più
dolce consentita per l’applicazione prevista.
Se il carico sui bulloni lo
consente, scegliere la guarnizione con il carico
più elevato possibile.
Per temperature superiori a
350 °C, si consiglia di utilizzare l’Inconel
come materiale base.
Per pressioni superiori a 35
MPa, si consiglia di utilizzare le guarnizioni
C-ring o gli O-ring autoattivati, entrambi i
tipi con o senza energizzazione con molla, in
base al livello di
tenuta richiesta.
Per applicazioni ad alte
temperature e se è richiesto l’impiego di una
guarnizione tipo O-ring, la soluzione migliore
può essere rappresentata da una guarnizione a
riempimento di gas.
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