5.1 Influenza dell'elastomero sul fluido da ritenere

E' opportuno considerare innanzitutto l'influenza che il materiale costituente il labbro di tenuta può esercitare sul fluido da ritenere. E' il caso, ad esempio, nel quale l'anello di tenuta viene a contatto con prodotti alimentari o farmaceutici per i quali, anche in relazione all'evolversi della legislazione specifica, è imposta l'attenta tutela da possibili alterazioni del prodotto. Se consideriamo i prodotti alimentari, anche il solo odore che potrebbe essere trasmesso dalla gomma all'alimento ne determinerebbe l'esclusione dallo specifico impiego. Diventa quindi di cruciale importanza la scelta del materiale più adatto al fluido da ritenere.

5.2 Influenza del fluido da ritenere sull'elastomero

Il materiale del labbro di tenuta è oggetto di azioni di carattere chimico e fisico, dovute alla natura del fluido da ritenere ed alla temperatura d'esercizio. Tali azioni si presentano in modo combinato. Una temperatura troppo alta può causare una prematura degenerazione delle caratteristiche del materiale costituente il labbro di tenuta e l'instaurarsi di reazioni chimiche tra gli additivi contenuti nell'olio e l'elastomero. Le conseguenze di queste reazioni chimiche possono essere:
- un'indurimento del labbro di tenuta quale conseguenza di perdite di uno o più componenti la mescola
- un rammollimento dell'elastomero causato da assimilazione di sostanze dal fluido da ritenere o da scissioni chimiche.
E' importante analizzare il comportamento dell'elastomero in presenza di olii ipoidali (Par. 5.2.1) e di grasso (Par.5.2.2).

5.2.1 - Olii ipoidali

Gli olii ipoidali contengono additivi (zolfo, perossidi) che vengono liberati per effetto di un aumento di temperatura e possono innescare reazioni chimiche con i materiali costituenti il labbro di tenuta. Ciò avviene in particolar modo con gli elastomeri che contengono le medesime sostenze delle quali sono composti gli additivi degli olii. Le reazioni chimiche che si instaurano in questo caso determinano un'ulteriore reticolazione degli elastomeri con conseguente indurimento e successiva precoce distruzione del labbro per usura. Un esempio di questa reazione è data dalla gomma nitrilica che, pur avendo come limite max di temperatura 120°C, in presenza di olii additivati può operare a non più di 80°C. Se nell'impiego con olii ipoidi le temperature di esercizio risultano superiori agli 80°C, occorre prevedere l'utilizzo di mescole più resistenti, quali la poliacrilica (ACM) od un fluoroelastomero (FPM).

5.2.2 - Grasso

Nella tenuta con grasso il calore generato per attrito durante il funzionamento viene dissipato con maggiore difficoltà. Ciò può provocare surriscaldamenti del punto di tenuta per cui è necessario porre una limitazione al valore massimo della velocità periferica ammessa. Per questo motivo, normalmente, quando le velocità periferiche raggiungono il 50% del valore limite indicato per quel tipo di mescola, prima di autorizzarne l'impiego si ritiene opportuno verificarne gli effetti attraverso una prova pratica.

Casi particolari prevedono l'utilizzo di guarnizioni che, pur essendo lubrificate con grasso contenuto in un proprio serbatoio interno, sono a contatto con fluidi diversi (tipo acqua). In questi casi il surriscaldamento viene contenuto dall'azione di raffreddamento propria del fluido per cui le limitazioni sulle velocità periferiche possono essere minori. E' importante osservare che il livello del liquido da ritenere determina le condizioni di dissipazione del calore e quindi la temperatura sul punto di tenuta.

La temperatura del fluido da ritenere ha un'influenza fondamentale sulla vita e, quindi, sull'efficienza di un anello di tenuta (vedi par. 2.1). E' necessario però considerare che alla temperatura propria del fluido, occorre sommare una sovratemperatura provocata dall'attrito tra lo spigolo di tenuta e la superficie dell'albero. L'entità della sovratemperatura dipende da diversi fattori, tra cui i principali sono:
- rugosità dell'albero (vedi par. 6.2)
- velocità periferica (vedi par. 5.4)
- pressione d'esercizio (vedi par. 5.5)
- tipo di fluido da ritenere (vedi par. 5.2.2)
- lubrificazione (vedi par. 5.6)
- forma del labbro di tenuta (vedi descrizioni in par. 4)

E' espressa, normalmente in m/sec, dalla formula:

V=  [p x d [mm] x n [giri/min]] / 60 x 1000

L'effetto di tale velocità, a causa dell'attrito tra la superficie dell'albero e lo spigolo di tenuta, determina un aumento di temperatura del fluido nella zona di tenuta. Occorre tenere presente questo parametro per la scelta del tipo adatto di elastomero costituente l'anello di tenuta. L'esperienza suggerisce di non superare i limiti massimi della velocità periferica.

Gli anelli di tenuta nelle forme standard non sono consigliati per impieghi con pressioni del fluido superiori a 0,5 bar. Infatti, quando sono sottoposti a pressioni superiori, su di essi viene ad agire una forza radiale che, sommata a quella della molla, comprime eccessivamente il labbro di tenuta sull'albero. Ne consegue un aumento d'attrito con sviluppo di calore e rapida usura. In casi limite può verificarsi il rovesciamento del labbro. Per pressioni da 0,5 a 6 bar occorre prevedere l'utilizzo di un "anello di sostegno" la cui forma deve "sposare" esattamente il profilo del labbro di tenuta (Il Servizio tecnico ROLF provvederà, a richiesta, a comunicarne le dimensioni). Quale soluzione alternativa è anche possibile prevedere l'impiego di anelli di tenuta di specifica concezione, come il modello "RPAP".

Questi modelli, oltre ad escludere l'impiego dell'anello di sostegno, hanno un ingombro ridotto e risultano di più semplice montaggio. Possono inoltre essere impiegati nelle tenute con pressione/depressione alternata. In quest'ultimo caso è possibile utilizzare anche due anelli contrapposti o di tipo RD. Ricordiamo che è sempre opportuno riempire parzialmente, con grasso, lo spazio libero tra le tenute. Tutti gli anelli impiegati in presenza di pressioni maggiori ad 1 bar devono venire assicurati nella sede con un sistema di ritenuta (seger, ecc...) al fine di evitarne l'espulsione. Per pressioni superiori a 6 bar si consiglia di consultare il Servizio Tecnico ROLF. In casi particolari e dove le pressioni non raggiungono i valori massimi, può essere ricavato, nella sede, un dente di sega di adeguate dimensioni.

La vita ed il buon funzionamento di una guarnizione di tenuta dipendono dalla qualità della lubrificazione. Durante il funzionamento è indispensabile garantire alla tenuta la continua presenza del liquido lubrificante più adatto alle condizioni di esercizio preventivate. Qualora esista la possibilità di un funzionamento a secco, anche per brevi periodi, è consigliabile utilizzare un anello di tenuta con parapolvere riempiendo, con grasso adeguato, almeno il 70% del volume della cavità compresa tra labbro principale e parapolvere. Una quantità di grasso superiore potrebbe mantenere i labbri sollevati e generare una perdita. La medesima procedura è consigliabile anche in presenza di fluidi poco lubrificanti (quali acqua, liscive, ecc...) e per gli alberi dei motori a 2 tempi.

Note importanti:

1) Il fluido lubrificante deve circolare liberamente nella zona di tenuta. Cuscinetti, bronzine o supporti vari devono permetterne il libero passaggio dalla zona di tenuta alla zona di scarico.

2) E' indispensabile evitare ristagni od impedimenti alla circolazione del lubrificante.Evitare flange o battute che superino lo spessore della lamiera di piantaggio lato molla. Quando ciò non sia possibile, prevedere adeguati scarichi.

3) Evitare in modo assoluto sovrapressioni, specie se pulsanti. Prevedere sempre uno sfiato.

4) Quando sia possibile e se necessario, schermare le tenute per evitare il turbinio generato dai cuscinetti a rulli.

L'attrito dovuto allo strisciamento della superficie dell'albero contro lo spigolo di tenuta dà luogo ad una dissipazione d'energia. Per contenere nei giusti limiti l'energia dissipata occorre che siano correttamente impostati i seguenti parametri:

- la geometria ed il materiale costituente il labbro di tenuta
- la tensione della molla elicoidale
- la velocità di rotazione ed il grado di finitura dell'albero
- la viscosità del lubrificante
- la pressione d'esercizio

I primi due fattori determinano il carico radiale dell'anello, cioè la forza con la quale il labbro di tenuta preme sulla superficie dell'albero. Il carico radiale è un fattore fondamentale per la funzionalità dell'anello di tenuta. Un eccessivo carico radiale provoca un forte attrito con conseguenti alti assorbimenti di potenza e rapide usure, mentre un insufficiente carico radiale non dà adeguate garanzie di tenuta. Il suo valore deriva dall'ottimizzazione delle esigenze di sicurezza della tenuta e di massimo contenimento della potenza assorbita. L'assorbimento di potenza non ha un andamento costante nel tempo.

Le resistenze passive sono maggiori durante il rodaggio ed allo spunto e vanno decrescendo, seppur lentamente, anche dopo il rodaggio. I valori di assorbimento di potenza sono misurabili per via sperimentale. Ad esempio, l'assorbimento di potenza di un anello per un albero di diametro 100 mm., rotante a velocità periferica di 10 m/s, vale 0,19 KW ovvero 0,26 HP.