O-Rings - Sezione tecnica

Applicazioni

Dal punto di vista applicativo si possono distinguere vari tipi di tenuta con O-Rings:

• statica assiale
• statica radiale
• dinamica alternativa
• dinamica rotante
• dinamica composita

Applicazioni statiche e dinamiche

In tutti i casi, per ottenere la tenuta, si ricorre ad una deformazione (compressione) dell’O-Ring.

Per la corretta realizzazione del progetto della tenuta occorre conoscere alcuni elementi essenziali quali:

• tipo di tenuta da realizzare
• tipo di dispositivo sul quale realizzare la tenuta
• fluido da contenere e sua concentrazione
• temperatura e pressione del fluido (eventuali colpi d’ariete prevedibili)
• tipologia dei movimenti nel caso di tenuta dinamica.

Occorre inoltre tenere presente le caratteristiche di deformazione permanente (compression set) dell’elastomero. Infatti, la deformazione imposta all’elastomero elastico, per garantire la tenuta, dovrà essere compatibile con la caratteristica di cui sopra, tenendo inoltre presente il fatto che il fenomeno deformazione permanente è particolarmente evidente con dimensioni ridotte. (O-Rings corde sottili). (fig.2).

Dimensionamento

Il dimensionamento degli O-Rings dipende dalle condizioni di funzionamento della tenuta, dal materiale dei componenti, dalla rugosità superficiale, ecc..

La deformazione imposta o compressione dell’O-Ring è quindi funzione del tipo di tenuta da realizzare (fig. 3). 

Tale schiacciamento è maggiore nelle tenute statiche mentre nelle tenute dinamiche il lavoro di attrito provoca un aumento di temperatura proporzionale allo schiacciamento iniziale che dovrà quindi essere il minore possibile. La lubrificazione della tenuta ha una importanza notevole per diminuire l’attrito e facilita la dispersione del calore generato.

Le dimensioni degli O-Rings sono contenute nelle varie norme di unificazione; le principali di esse sono riportate nelle ultime pagine del presente catalogo.

Sedi, schiacciamento ed estensione

Per il corretto dimensionamento delle sedi degli O-Rings occorre considerare che:

• il coefficiente di dilatazione termica degli elastomeri è di circa 10 volte quello dell’acciaio;
• il rigonfiamento provocato dal contatto con un fluido, in normali condizioni di funzionamento, può essere del 10%.

Le dimensioni consigliate per le sedi degli O-Rings nelle diverse applicazioni tengono presente tali fenomeni e sono riportate nella Tabella 3.

Back-up

Gli anelli antiestrusione Back-up hanno la funzione di contenere il materiale elastomerico sottoposto a pressione impedendone il trafilamento attraverso i giochi di accoppiamento. 

Nei casi in cui la pressione agisca nelle due direzioni si montano Back-up su entrambi i lati dell’O-Ring. Questi anelli di contenimento sono realizzati in tre diverse tipologie: anello chiuso, anello semplice tagliato, anello a spirale.

Il materiale utilizzato è PTFE vergine, in alternativa Poliuretano o Resine Adatte. 

Stato superficiale

Lo stato della superficie sulla quale opera l’O-Ring è assai importante poichè l’attrito, generando calore, provoca una prematura usura della guarnizione.

E’ bene tener presente il fenomeno dell’attrito di distacco (break-out) che può raggiungere un valore triplo dell’attrito dinamico (lubrificato) e si manifesta dopo lunga permanenza senza moto.

In tale caso si manifestano fenomeni di incollaggio non solo per rottura del film lubrificante, ma anche per fenomeni di affinità gomma-metallo (particolarmente sentita per le leghe di rame).

L’attrito è pure funzione dello schiacciamento e della lubrificazione presente, della pressione e della temperatura esistenti nel sistema. Elemento influente è pure la durezza dell’elastomero che si dovrà tenere per quanto possibile intorno al valore di 70 IRHD, salvo valori diversi richiesti per specifiche applicazioni. In Tabella 4 sono indicati i valori consigliati di rugosità superficiale delle cave e delle superfici di contrasto degli alloggiamenti. 

Velocità relativa

La molteplicità dei fluidi e delle condizioni di funzionamento in una tenuta dinamica rendono difficile determinare il limite di velocità. Si può comunque considerare come velocità limite di riferimento 0,5 m/sec con superfici particolarmente curate e tolleranze dimensionali delle cave leggermente ampliate, con O-Rings scelti e di durezza 80 IRHD , in presenza di pressione max 5 bar. 

Al crescere della pressione la velocità si riduce drasticamente. (fig. 4)

Montaggio

La funzionalità e la durata di un O-Ring dipendono molto dalle modalità e dalla cura usate durante il montaggio. Occorre tener presente alcuni punti essenziali quali:

• il dimensionamento delle sedi di montaggio dovrà rispettare quanto detto ai punti 4.2 e 4.3
• evitare spigoli vivi, bave e superfici metalliche scabrose. Particolare cura dovrà essere data durante il montaggio in presenza di filettature, solchi od orifizi sui quali l’O-Ring viene fatto scorrere; meglio servirsi di attrezzi di montaggio adatti. Anche l’estensione dell’O-Ring durante il montaggio deve essere la minima possibile ed ottenuta con attrezzi particolari.
• l’O-Ring scelto dovrà essere pulito, in buono stato di conservazione e leggermente lubrificato con sostanze compatibili.
• le sedi di montaggio dovranno essere accuratamente pulite ed ingrassate