CAT ARTIC - 02 - condizioni di esercizio

Hydraulic & Pneumatic Seals - Sezione tecnica

Condizioni di esercizio

Pressione

Nelle condizioni di esercizio la pressione gioca un ruolo fondamentale. Pressioni troppo elevate combinate con giochi di accoppiamento eccessivi tra stelo/testata e camicia/pistone rappresentano, nel medio termine, il primo motivo di deterioramento della guarnizione causato dall’estrusione con conseguenti perdite di fluido. Pressioni variabili, improvvise e di valore altissimo, provocate da fattori esterni e situazioni anomale, possono invece sottoporre le guarnizioni a forti shock e provocare lacerazioni e crepe capaci di compromettere l’intero sistema idraulico.

Anche l’assenza di pressione, o la prossimità allo zero, influisce negativamente su tutto il sistema.

In questo caso è altrettanto complesso garantire la tenuta perfetta, affidata principalmente al modulo elastico del materiale della guarnizione e al suo profilo, disegnato affinché il precarico iniziale di montaggio risulti efficace alla tenuta anche in assenza di pressione, laddove manchi il supporto pressorio per mantenere i labbri della guarnizione contro la superficie di contatto. In questi casi si richiede l’impiego di tenute specifiche. L’ampia scelta di profili Artic Seals, abbinati a materiali come poliuretani, gomme e polimeri in PTFE, consentono di individuare la soluzione ideale in tutte le applicazioni.

Temperatura

La temperatura del fluido da trattenere influisce profondamente su vita ed efficienza della tenuta.

Alla temperatura propria del fluido è necessario sommare una sovratemperatura provocata dall’attrito tra lo spigolo di tenuta della guarnizione e la superficie di contatto.

L’entità della sovratemperatura dipende principalmente da:

• rugosità di stelo e camicia

• velocità

• pressione d’esercizio

• tipo di fluido da ritenere

• lubrificazione

• forma del labbro di tenuta

• anelli di guida.

La resistenza di una guarnizione alla somma delle temperature coinvolte è garantita dal materiale di realizzo. E per ogni tipologia di materiale esistono temperature tipiche di esercizio che possono variare notevolmente in funzione del profilo della guarnizione.

Quando ci si avvicina alle temperature limite individuate per ogni tipologia di guarnizione, possono comparire problemi sia alle basse sia alle alte temperature, poiché in entrambe le situazioni la viscosità del fluido e l’elasticità del materiale variano vistosamente. Alle alte temperature, per esempio, l’eccessiva viscosità può compromettere il potere lubrificante del fluido, basilare per mantenere il microfilm di olio che si crea tra il labbro di tenuta e la superficie di scorrimento. Il film lubrificante è in funzione della pressione idrodinamica generata dalla velocità del sistema e, in sua assenza, l’attrito derivato innalza rapidamente la temperatura della guarnizione. Il rischio è di assistere a una variazione di stato dell’elemento di tenuta, in base alla composizione del materiale, alla forma e alla durezza. Alle basse temperature invece la guarnizione si irrigidisce, con notevole perdita di elasticità, fino a giungere a un vero e proprio cambiamento di stato quando si tocca la temperatura di cristallizzazione del materiale di realizzazione, detta appunto transizione vetrosa.

Artic Seals propone una gamma di profili e materiali adatti ad applicazioni con un range di temperature molto ampio e compreso tra -50°C e +220 °C. Le temperature indicate nelle schede tecniche dei materiali sono puramente indicative in quanto testate su provini e in ambiente controllato.

Velocità

Parlando di velocità nelle condizioni di esercizio ci sono alcune variabili da considerare: la rugosità delle superfici di contatto, la temperatura dell’olio e la pressione d’esercizio. Queste tre variabili, insieme al tipo di materiale della guarnizione, possono determinare il valore massimo della velocità sostenibile dal sistema. Velocità comprese tra 0,03

e 0,3 m/s normalmente non compromettono il funzionamento del sistema di tenuta. In presenza di velocità molto basse, invece, la modesta pressione idrodinamica non riesce a mantenere costante lo spessore del meato d’olio che si crea tra i labbri della guarnizione e la superficie di scorrimento.

Esso tende a rompersi e ricrearsi in continuazione e l’attrito che ne deriva genera un movimento a scatti (stick slip) con conseguente usura della guarnizione. Al contrario, a velocità troppo elevate la pressione idrodinamica tende a staccare il labbro di tenuta dalla superficie di contatto. In questa zona aumenta la temperatura e diminuisce la viscosità del fluido con la conseguente perdita.

Fluidi

In un cilindro idraulico si utilizzano normalmente oli a base minerale o ecologici biodegradabili.

Le caratteristiche di ciascun tipo di fluido sono abitualmente vagliate da produttore e utilizzatore finale in base a esigenze specifiche (v. tabella 1).

Un aspetto molto importante da valutare è la compatibilità del fluido, olio in particolare, con le guarnizioni di tenuta. In caso di lubrificanti nuovi, poco utilizzati o mai testati, Artic Seals si rende disponibile a verificarne la compatibilità con le

proprie guarnizioni presso la sala prove aziendale.

Liquidi a base di olio minerale
HL	Con additivi Anticorrosione e antinvecchiamento
HLP	Come HL più additivi antigrippaggio
HV	Come HLP più additivi riduzione viscosità con la temperatura
HLP-D	Come HLP più additivi detergenti

Liquidi resistenti alla fiamma
	Acqua pura
HFA	Emulsione olio in acqua (80-98 %O)
HFB	Emulsione olio in acqua (40-50 %O)
HFC	Poliglicole in soluzione acquosa (35-55%O)
HFDR	Esteri forforici
HFDS	Idrocarburi clorati
HFDT	Miscele di HFDR+HFDS

Tab. 1 - principali olii idraulici presenti sul mercato

Liquidi ecologici
HETG	Trigliceridi a base di oli vegetali (Olio di colza)
HEPG	Glicoli polietilenici e polialchilenici
HEE	Esteri sintetici

Liquidi speciali
MIL-H-5606A	Liquidi sintetici per usi aeronautici
NATO-H-540	Liquidi sintetici per usi marini

ISO classification	Sub Category	Composition	Wear Content	Typical Temperature Range (ISO)	note
HFA	HFAE	oil in water emulsion	>80%	+5 to +50 °C	Storage temperature >0°
HFA	HFAS	Synthetic aqueous fluids	>80%	+5 to +50 °C	Storage temperature >0°
HFB	-	Water-in-oil (invert emulsion)	>40%	+5 to +50 °C	Storage temperature >0°
HFC	-	Water glicole solutions	>35%	-20 to +50 °C	-
HFD	HFDR	Phosphate esters	None	-20 to +70 °C	(*)
HFD	HFDU	Synthetic Anhydrous fluids other than phsphate esters (PAG / Polyol esters	None	-20 to +70 °C	(*)

Tab. 2 - principali olii idraulici presenti sul mercato

(*) In some case, used up to 150°C but a such temperatures, the fluids may be subject at deterioration and shall be frequently checked (upper temperature limitsfo short-term only).In high-temperature circuits, i.e. above +100°C, special materials may have to be used for seals, packings, hoses etc. Where doubt exist, clarification should be sought from the equipment manifacturer and / or fluids.