L’acqua potabile è una risorsa essenziale per la vita e con i cambiamenti climatici che stiamo vivendo in questi anni diventa un bene sempre più prezioso. Questo anno in particolare la scarsità delle piogge e le temperature elevate stanno mettendo a dura prova l’approvvigionamento idrico del paese. Diventa quindi di fondamentale importanza ridurre al minimo gli sprechi sia in ambito domestico che industriale, ma lo è ancora di più bloccare le perdite dei nostri impianti.
È stato infatti accertato che più del 30% delle acque immesse nelle reti di distribuzione italiane vengono disperse a causa di tubature vecchie e poco efficienti. Condotte moderne e una corretta manutenzione nel tempo permetterebbero infatti di fronteggiare la carenza di piogge e nevicate, evitando di conseguenza gravi danni all’economia.
Sarà quindi importante per la progettazione dei nuovi sistemi, o l’ammodernamento di quelli esistenti, tenere in considerazione le linee guida di progettazione dei sistemi di tenuta. Esistono infatti precise indicazioni per definire la capacità di tenuta di ogni giunzione nel tempo in base al tipo di guarnizione utilizzata e alle condizioni di assemblaggio. Iniziamo quindi a distinguere le diverse categorie e vediamo le principali raccomandazioni per ognuna di esse.
In base alle condizioni di lavoro di ogni guarnizione possiamo identificare 3 categorie principali:
Compressione assiale
Compressione diametrale
Deformazione
Analizziamole più nel dettaglio:
Compressione assiale: avviene quando la guarnizione viene compressa tra una base ed un coperchio. La guarnizione ha il compito di garantire la tenuta tra queste due superfici grazie alla deformazione che subisce. Per questo tipo di applicazione si utilizzano solitamente cornici a sezione rettangolare ma anche oring quando il profilo di tenuta è circolare.
Per questa tipologia di applicazioni ci sono 4 condizioni fondamentali da considerare:
La guarnizione deve subire una compressione tra il 10% e il 35%. Il limite inferiore rappresenta la compressione minima per garantire la tenuta, mentre il limite superiore è necessario per evitare che la gomma subisca carichi troppo elevati che possano danneggiare nel tempo le sue caratteristiche. Questi limiti devono essere rispettati anche considerando la combinazione di tolleranze minime e massime dei singoli componenti (guarnizione, sede e coperchio).
Poiché la guarnizione deve essere compressa, l’altezza iniziale della sua sezione sarà maggiore rispetto all’altezza della sede in cui è posizionata. Bisogna verificare però che il volume della guarnizione indeformata sia minore del volume disponibile all’interno della sede, altrimenti durante l’assemblaggio non avrà sufficiente spazio disponibile per la deformazione e risulterà impossibile completare il montaggio.
La lunghezza di contatto tra guarnizione e superfici di tenuta deve essere almeno il doppio della dimensione massima di porosità presente nelle superfici di interfaccia. Questo per garantire che difetti di realizzazione diventino ininfluenti sulla tenuta della giunzione.
Il rapporto tra altezza e larghezza della sezione della guarnizione non deve essere superiore a 2,6 altrimenti si rischia che durante il montaggio la guarnizione diventi instabile, si curvi su sé stessa e la compressione risultante sia inferiore a quella attesa e insufficiente a garantire la tenuta.
Compressione diametrale: si presenta solitamente in oring utilizzati per fare tenuta attorno ad un albero. La sede per queste guarnizioni può essere ricavata direttamente sul perno centrale oppure all’interno del componente femmina.
Anche in questo caso, come nel primo, la guarnizione subisce una compressione ma questa volta in direzione diametrale. Valgono quindi le stesse indicazioni riportate in precedenza a cui vanno aggiunte:
In caso di montaggio attorno ad un albero la guarnizione non deve subire un allungamento superiore al 100% durante il montaggio e deve essere minore del 8% all’interno della sede.
In caso di montaggio interno ad una sede femmina il diametro esterno della guarnizione non deve essere superiore del 5% rispetto al diametro della sede per garantirne il corretto montaggio
Deformazione: questa rappresenta la situazione più varia in cui a causa della geometria della sede o delle sue condizioni di montaggio non è possibile semplicemente comprimere la gomma in direzione assiale o diametrale. In questo caso la sezione della guarnizione può avere varie sagome, di solito progettate appositamente per ogni specifica applicazione.
Per verificare il corretto funzionamento della giunzione in questa condizione, oltre a test pratici di assemblaggio e tenuta, possiamo utilizzare programmi di calcolo e simulazione meccanica. Tramite questi programmi si può rappresentare l’intera giunzione con le sue condizioni di assemblaggio e funzionamento, verificando come la guarnizione si deforma e come si interfaccia alle superfici di tenuta.
Ma come valutare se la configurazione finale sia sufficiente o meno a garantire la tenuta e la stabilità della guarnizione nella sede?
Prima di tutto bisogna verificare l’affidabilità della simulazione realizzata. È necessario avere dati reali riguardo alle condizioni di esercizio come temperatura, attrito, caratteristiche del materiale, ecc. Migliori sono i dati di partenza e maggiore sarà l’affidabilità dei risultati ottenuti
Contatto con le superfici: la guarnizione non può fare tenuta se non è a contatto con entrambe le superfici di interfaccia. Può sembrare banale ma a volte l’immagine che compare a video fa sembrare che gomma e sede siano in contatto tra loro quando invece sono presenti pochi decimi di gioco. Risulta quindi fondamentale valutare i risultati ottenuti non solo tramite le immagini proposte ma anche tramite i valori numerici calcolati dal programma.
Pressione di contatto: per garantire la tenuta la pressione di contatto tra la guarnizione e le superfici di tenuta deve essere almeno superiore alla pressione di esercizio del fluido presente. Se così non fosse il fluido avrebbe la forza necessaria per separare la guarnizione dalla superfice di tenuta e causare così una perdita.
E tu hai mai applicato i canoni di buona progettazione alle tue guarnizioni?
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