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O-Rings | L'impiego degli O-Ring nei sistemi di tenuta

O-rings
Tenuta statica e tenuta dinamica

La scelta di un particolare tipo di O-Ring, per dimensioni e mescola, dipende in primo luogo dal tipo di tenuta che è chiamato ad esercitare. L'O-Ring può esercitare azione di tenuta statica o di tenuta dinamica. Nella tabella 3.1 abbiamo riportato la differenza tra le due tipologie di tenuta.

Grazie alla sua forma l'O-Ring può esercitare tenuta sia con sollecitazione radiale che con sollecitazione assiale:
  • tenuta radiale (figura 3.3): la deformazione di precarico per garantire la tenuta è esercitata con forze che agiscono nel piano dell'O-Ring;
  • tenuta assiale (figura 3.4): la deformazione di precarico per la tenuta è esercitata con forze che agiscono perpendicolari al piano dell'O-Ring.




Figura 3.3 – Tenuta radiale

Figura 3.4 – Tenuta assiale



In base agli elementi che costituiscono l'insieme e al posizionamento dell'O-Ring, possiamo distinguere l'effetto di tenuta in tre diverse tipologie:
  • tenuta cilindro (figura 3.5): l'O-Ring è inserito in un'apposita sede ricavata sull'elemento femmina dell'insieme e deformato con precarico di tipo radiale;
  • tenuta pistone (figura 3.6): l'O-Ring è inserito in una sede ricavata sull'elemento che costituisce l'albero dell'insieme, e la deformazione di precarico per la tenuta è di tipo radiale;
  • tenuta flangia (figura 3.7): l'O-Ring è compresso tra due superfici piane parallele e soggetto a deformazione di precarico di tipo assiale.




Figura 3.5 – Tenuta cilindro

Figura 3.6 – Tenuta pistone

Figura 3.7 – Tenuta flangia



Queste tipologie di tenuta possono trovare applicazione sia in situazioni statiche che dinamiche ed ognuna sollecita l'O-Ring in modo differente. L'attenta valutazione delle condizioni di esercizio permette al progettista di scegliere il tipo di O-Ring che meglio si adatta al sistema.

Sono molti i parametri che influenzano le capacità di tenuta degli O-Ring, dal livello di finitura superficiale delle superfici a contatto con l'elastomero alla temperatura di esercizio, dai picchi di pressione alla natura del fluido da contenere. Inoltre alcuni di questi fattori che singolarmente potrebbero anche non arrecare effetti negativi, combinati tra loro possono risultare altamente dannosi per la tenuta dell'O-Ring.Nelle applicazioni di tenuta statica l'O-Ring viene compresso all'interno della sede e lo schiacciamento cui è sottoposto assicura la tenuta. Il valore di tale deformazione deve essere correttamente valutato al fine di garantire il buon funzionamento. In figura 3.8 è rappresentata in modo approssimativo la percentuale di schiacciamento consigliata in relazione al diametro della sezione dell'O-Ring. L'intervallo indicato è da interpretarsi in relazione alle diverse proprietà elastiche degli elastomeri in commercio: maggiore è l'elasticità del materiale, maggiore deve essere lschiacciamento percentuale per garantire una buona tenuta.


Figura 3.8 – Valore consigliato di schiacciamento percentuale in relazione al diametro dell'O-Ring:

a) tenuta statica

b) tenuta dinamica



In condizioni di esercizio in tenuta statica non si deve trascurare che importanti variazioni di pressione e di temperatura possono provocare movimenti relativi tra l'O-Ring e le superfici con cui è a contatto, e quindi problemi di usura e lesioni superficiali tali da comprometterne la tenuta. Anche per questo è buona norma progettare accuratamente le sedi di alloggiamento dell'O-Ring e garantire un livello adeguato di finitura superficiale.

L'impiego in applicazioni di tenuta dinamica sottopone gli O-Ring all'attrito dovuto allo sfregamento lungo le superfici di tenuta e quindi, oltre all'usura, si aggiungono i problemi legati all'aumento della temperatura. In tali tipologie di applicazione il fluido in circolo nel circuito può svolgere il compito di lubrificante limitando l'attrito, a fronte di piccole perdite dovute a raschiamento; in ambienti non particolarmente aggressivi la presenza di un sottile strato di lubrificante applicato sull'O-Ring può migliorare la durata. Come successivamente vedremo, l'aumento di temperatura e la reazione al contatto possono provocare incrementi del volume dell'O-Ring innestando un processo a catena fino al degrado dell'elemento e alla perdita di tenuta. Un altro problema presente nelle applicazioni di tenuta dinamica è quello dell'estrusione; infatti lo scorrimento delle superfici e l'eccessivo attrito unito al comportamento troppo plastico della mescola possono provocare l'estrusione dell'O-Ring dalla sede (figura 3.9).



Figura 3.9    a) O-Ring a riposo    b) O-Ring durante un tentativo di estrusione



Nel paragrafo seguente vengono considerate le principali sollecitazioni fisiche e chimiche cui gli O-Ring sono sottoposti durante l'impiego in applicazioni di tenuta sia statica che dinamica.