Circuiti idraulici: tubi e raccordi

Premettiamo che l’aggettivo “accessori” serve più per distinguerli che per classificarli, visto che la loro funzione è determinante per valorizzare al meglio i pregi della trasmissione di potenza oleodinamica. Per facilitare l’analisi abbiamo diviso i componenti accessori in due gruppi: quelli dedicati alla regolazione del regime di flusso e quelli dedicati al collegamento delle varie parti del circuito.

Componenti di collegamento sono  i tubi flessibili, raccorderia, guarnizioni.

Premettiamo che, stante l’infinita varietà di tipi, dimensioni, materiali esecuzioni, impieghi etc. non pretendiamo sicuramente che la trattazione sia completa ed esaustiva: dovrà forzatamente essere per famiglie. Vorremmo però in parallelo focalizzarci sugli aspetti che maggiormente impattano sull’affidabilità e la disponibilità dei sistemi su cui sono installati. Questo sarà in particolare evidente per le guarnizioni, la cui vastissima gamma obbliga, in questa sede, ad una trattazione quanto mai sintetica.

Tubi flessibili

Un’importante caratteristica dei sistemi oleodinamici, ai primi posti tra quelle che li rendono particolarmente appetibili rispetto ai corrispondenti sistemi meccanici, è costituita dalla relativamente grande facilità nel variare con ripetitività le posizioni relative tra i componenti o tra intere parti del circuito durante il lavoro (impiego dinamico). Ciò è reso possibile dalla famiglia dei tubi flessibili. Esiste anche un impiego statico dei tubi flessibili, che semplifica di molto installazioni, specie se a carattere provvisorio, in cui pompe ed attuatori siano fermi tra loro ma distanti e con ostacoli o dislivelli che renderebbero complicato e costoso l’uso dei tubi rigidi. Ci sono molte similitudini coi cavi elettrici.

A differenza dei cavi elettrici, però, l’energia trasmessa è energia di pressione. Questo comporta che i “conduttori” siano sollecitati meccanicamente non solo per quanto riguarda le deformazioni, ma anche da notevolissime forze interne. La pressione del’olio tenderebbe a disporre il tubo secondo una retta. Inoltre gli spostamenti sistematici durante il lavoro inducono un classico stato di sollecitazione a fatica e la gravosità di certi ambienti di lavoro può danneggiare fisicamente la superficie esterna, producendo potenziali inneschi a rottura. Montaggio e scelta del tipo di esecuzione dei tubi flessibili sono dunque strategici.

Tubi flessibili : montaggio

L’affidabilità di servizio esige quindi il rispetto rigoroso di una serie di regole di montaggio, il cui mancato rispetto determina la rottura in tempi molto brevi.

Anche i raggi di curvatura non possono essere indotti arbitrariamente: il tipo di impiego (dinamico o statico), il diametro nominale e il tipo di esecuzione del flessibile comportano dei valori limite al di sotto dei quali il funzionamento affidabile non può avvenire.

Va ricordato che i tubi flessibili hanno la possibilità di dilatarsi elasticamente e di funzionare (entro limiti molto ristretti, ovviamente) come elemento smorzatore di vibrazioni. Tipiche, ad esempio, quelle presenti negli impianti oleodinamici con motori e componenti operatori di tipo volumetrico. A maggior ragione il montaggio deve essere fatto a regola d’arte.

Infine ricordiamo che l’unica sollecitazione esterna ammissibile per i tubi flessibili (come dice il loro nome…), è la flessione. Non sono ammissibili sollecitazioni a trazione o a torsione, pena la rapida distruzione del componente.

Tubi flessibili : tipologie

Come già accennato in apertura, le tipologie sono pressoché infinite. Strutturalmente i tubi flessibili sono costituiti da uno più strati concentrici in elastomero (gomme o altri elastomeri) alternati a strati di tessuti in fibre naturali, sintetiche o a strati di trecce metalliche. Le trecce possono essere a più strati e sono sempre disposte ad eliche alternate dello stesso passo per coniugare resistenza e flessibilità L’esterno può essere in elastomero come in treccia metallica a scopo protettivo e di sicurezza. In caso di perdita il “dardo” d’olio ad alta pressione (pericolosissimo) viene nebulizzato o quantomeno smorzato drasticamente. L’interno, la parte a contatto col fluido idraulico, è sempre in elastomero. La scelta del tubo flessibile più adatto è comunque funzione del rispetto di due famiglie tipiche di condizioni al contorno:

  • ELASTOMERO: da verificare la compatibilità Natura del fluido operante con l’elastomero con cui è a contatto. Temutissimi dai manutentori: rigonfiamenti, irrigidimenti, perdita di impermeabilità, forature.
  • TRECCIATURA: la scelta è in funzione delle esigenze di flessibilità, del numero di deformazioni per unità di tempo, dalla pressione del fluido. Le possibilità di scelta comprendono il materiale prescelto, il diametro dei fili di solito disposti come nastri, il numero degli strati (schiere, in gergo), il passo dell’avvolgimento elicoidale. Temutissima dai manutentori: l’estrusione dell’elastomero dall’interno del tubo attraverso la treccia. N.d. R: Le macchine trecciatrici sono particolarmente complesse e la qualità dei tubi è strettamente funzione della buona manutenzione delle medesime.

Raccorderia per tubi flessibili

Trattiamo ovviamente la raccorderia terminale. Al raccordo terminale è demandato il collegamento tra il tubo flessibile e le parti del sistema idraulico a cui deve essere connesso con facilità ed affidabilità. Si individuano due famiglie fondamentali: la raccorderia fissa, a perdere, che va sostituita assieme al flessibile e la raccorderia recuperabile, che può essere reimpiegata cambiando solo il flessibile.

Raccorderia fissa

Il flessibile viene graffato tra il collare esterno deformabile plasticamente e un porta gomma interno opportunamente corrugato. L’operazione è effettuata con un’apposita macchina-rullatrice ad azionamento idraulico, un tempo presente in molte officine di manutenzione aziendali che avevano necessità di sostituzioni immediate.

Se la deformazione plastica è eccessiva il flessibile subisce però un principio di tranciatura (appare inizialmente come un rigonfiamento) che causerà la rottura del flessibile presso l’innesto sul raccordo, punto dove peraltro si verifica la maggioranza delle rotture. Questo è il motivo per cui attualmente si preferisce il ricorso a terzi specializzati, magari tenendo a magazzino flessibili di scorta già intestati.

La graffatura fornisce prestazioni ottimali in caso di sollecitazioni pesanti, vibrazioni, colpi d’ariete etc. ed è anche relativamente economica.

Raccorderia recuperabile

Il vantaggio dei raccordi recuperabili sta nel non necessitare di attrezzature particolari per il fissaggio del flessibile. Per emergenze, se il flessibile si rompe in prossimità del raccordo e se è abbastanza “ricco” in lunghezza, si può tentare un intervento tampone, ma è un caso limite.

Si distinguono due tipologie: raccordo recuperabile filettato e raccordo recuperabile a gusci.

Il raccordo recuperabile filettato ottiene l’effetto di serraggio del tubo flessibile azionando una ghiera di bloccaggio. Il tutto è potenziato dalla conicità delle superfici affacciate e dalle rugosità interne alla ghiera. Le prestazioni sono decisamente inferiori rispetto al tipo graffato ma gli ingombri sono identici o leggermente maggiori.

Il raccordo a gusci (è detto anche a conchiglia) ha invece prestazioni identiche a quello graffato, essendo di fatto una morsa serrata con bulloni. La facilità di installazione o rimozione è ancora migliore di quello filettato ma l’ingombro è notevole e non sempre l’intervento tampone è possibile.

Raccorderia per tubi rigidi

La raccorderia per tubi flessibili può essere classificata come raccorderia normale e raccorderia speciale.

La raccorderia normale svolge le tipiche funzioni di collegamento tra tubi o di parti del sistema idraulico mediante i tubi stessi. La raccorderia speciale (complessa e varia) svolge sempre compiti di connessione ma decisamente più sofisticati. Un giunto girevole permette azionamenti di componenti idraulici su elementi rotanti. Il principio costruttivo ha molti punti in comune con le tenute meccaniche e consente rotazioni relative continue o alternate anche veloci e con possibilità di trasmettere elevata energia di pressione agli attuatori finali. Per i manutentori si tratta di componenti strategici, delicati (e molto costosi) che devono essere controllati sistematicamente. Anche il montaggio richiede perizia in quanto molti problemi nascono proprio da errori di montaggio (ortogonalità e allineamento).

L’uso di innesti rapidi permette ad esempio di sostituire rapidamente utensili oleodinamici su una stessa centralina di tipo mobile. La gru a cestello dei pompieri è dotata di una centralina idraulica mobile e l’innesto rapido permette di installare divaricatore, cesoia, martinetti e qualunque altra attrezzatura idraulica portatile in rapida successione e secondo necessità.

Un cenno alle guarnizioni

La tenuta degli accoppiamenti ( statici e dinamici) è in tutti i casi affidata alla deformabilità ed all’elasticità dei materiali costituenti le guarnizioni stesse. I problemi manutentivi derivano dall’usura e/o dall’incompatibilità tra elastomero e fluido impiegato. Ricordiamo ancora che i fluidi idraulici sono incomprimibili e che quindi anche una piccola perdita compromette la pressione di esercizio. Inoltre, le guarnizioni di un circuito sono numerosissime e quasi sempre invisibili, il che può rendere particolarmente lunga e difficile la ricerca del guasto.

Per contrastare l’usura è fondamentale il grado di lavorazione delle superfici in moto relativo e l’impiego di soluzioni costruttive capaci di compensare l’usura stessa (entro certi limiti). L’anello MIM con la molla interna è il più noto dei sistemi. Fondamentale è anche l’accuratezza del montaggio.

Il fenomeno più dannoso prodotto dall’incompatibilità tra elastomero e fluido impiegato è la contrazione del materiale di tenuta. E’ piuttosto raro e circoscritto e un buon produttore fornisce tabelle di compatibilità che permettono di evitarlo. Più frequenti ed altrettanto temibili sono le alterazioni di elasticità, resistenza, impermeabilità. Questo sia per cessione di componenti reciproca sia per vere e proprie reazioni chimiche.

Anche fluidi di uguale origine (es. sintetici /petroliferi) hanno comportamenti molto diversi rispetto agli elastomeri in funzione dei contenuti di famiglie di idrocarburi presenti nella loro composizione (es. prevalenza paraffinica piuttosto che aromatica). Nel primo caso resistono bene le gomme, nel secondo caso sono necessari polimeri fluorurati (es. Viton ).

L’analisi periodica dell’olio idraulico è una forma collaudata di manutenzione predittiva e permette di individuare (tra l’altro) anche impurità provenienti da usura e/o attacco chimico degli elastomeri a contatto col fluido.