Scanalatura per O-ring - Statica

Che cos’è la tenuta statica?

La tenuta statica significa che i componenti della macchina da sigillare non compiono alcun movimento reciproco. L’O-ring è alloggiato in una gola e viene compresso durante il montaggio. Questa compressione, lo schiacciamento, crea la pressione di contatto sulle superfici di tenuta. Finché questa pressione di contatto è superiore alla pressione di esercizio del fluido, la tenuta rimane ermetica.

La tenuta statica richiede criteri diversi rispetto a quella dinamica. Non c’è usura dovuta al movimento, non c’è rischio di twisting e non c’è attrito da gestire. Ma esistono comunque requisiti relativi alla geometria della gola, alla finitura superficiale e alla scelta del materiale, che sono altrettanto determinanti per il risultato quanto nelle applicazioni dinamiche. La maggior parte dei problemi di perdita nelle tenute statiche con O-ring non è legata all’anello stesso, ma alla gola: fresata troppo in profondità, senza smusso, oppure con una superficie di tenuta troppo ruvida.

Regola pratica: se dopo il montaggio entrambi i componenti restano fermi, si tratta di un’applicazione statica. Se uno dei componenti si muove, si tratta di un’applicazione dinamica.

I cinque tipi di montaggio statico in un unico quadro

Esistono cinque tipi di montaggio statico standardizzati per gli O-ring. Si differenziano per forma della gola, direzione della compressione, campo di applicazione ed esigenze di lavorazione. La tabella seguente offre una panoramica direttamente comparabile.

Compressione radiale statica: lo standard

La compressione radiale è il tipo di montaggio statico più utilizzato ed è la scelta standard per le connessioni cilindriche. L’O-ring viene compresso radialmente tra due superfici cilindriche. La gola si trova nel componente interno o in quello esterno. La compressione consigliata è compresa tra il 15 e il 30% del diametro della sezione. Si tratta di un intervallo ampio che lascia spazio alle tolleranze costruttive senza mettere a rischio la tenuta.

La compressione radiale è adatta a tappi, steli, alesaggi e a tutte le costruzioni in cui due superfici cilindriche vengono accoppiate concentricamente. La gola ha sei parametri: diametro della sezione (d2), profondità della gola (t), larghezza della gola (b1), lunghezza dello smusso (z) e due raggi di raccordo (r1 e r2). Tutti vengono ricavati direttamente da d2.

Maggiori informazioni e tabella dimensionale completa: vedi l’articolo dimensioni della gola O-ring per compressione radiale statica nella nostra base di conoscenza.

Compressione assiale statica: per coperchi e flange

Nella compressione assiale, l’O-ring viene compresso nella direzione dell’asse, tra due superfici piane contrapposte. L’esempio classico è un coperchio serrato su un alloggiamento, oppure due flange imbullonate. La gola si trova in una delle superfici piane contrapposte.

La differenza critica rispetto alla compressione radiale sta nella direzione della pressione. In caso di sovrapressione interna, l’anello deve appoggiarsi contro la parete esterna della gola e viene compresso dell’1-3%. In caso di pressione esterna, l’anello appoggia contro la parete interna e può espandersi fino a un massimo del 6%. Se l’anello viene posizionato dal lato sbagliato, la pressione lo allontana dalla superficie di tenuta invece di spingerlo contro di essa. Questo è l’errore più comune nelle applicazioni assiali.

Parametri completi della gola e tabella dimensionale: dimensioni della gola O-ring per compressione assiale statica.

Gola trapezoidale statica: l’anello che resta in sede

La gola trapezoidale risolve un problema pratico: una volta posizionato, l’O-ring non può più cadere fuori dalla gola. La gola non è rettangolare ma trapezoidale in sezione, con una base più stretta dell’apertura. In questo modo l’anello rimane bloccato non appena viene inserito completamente. Nei montaggi sopra testa o nei componenti di macchina che vengono aperti regolarmente, questo evita rilavorazioni e la perdita degli anelli.

La produzione è più complessa rispetto a una gola rettangolare: è necessaria una fresa di profilo speciale. Le tolleranze su profondità e larghezza sono simmetriche e più strette (±0,05 mm). Le prestazioni di tenuta vere e proprie sono comparabili a quelle di una gola rettangolare con la stessa compressione. La gola trapezoidale non è un miglioramento universale, ma solo una soluzione mirata per uno specifico problema di montaggio.

Tabella dimensionale e consiglio applicativo: dimensioni della gola O-ring per la gola trapezoidale statica.

Gola triangolare statica: solo se necessario

Per la tenuta di coperchi o flange normalmente consigliamo una gola rettangolare. La gola triangolare è un’eccezione: viene utilizzata solo quando una gola rettangolare non è costruttivamente realizzabile, ad esempio in caso di profondità di materiale insufficiente o su un componente esistente in cui la fresatura della gola comporterebbe un problema strutturale.

La gola triangolare ha solo tre parametri: diametro della sezione (d2), larghezza della gola (b) e raggio di fondo (r3). Le tolleranze sono più strette rispetto ad altri tipi di gola. La zona di contatto dell’anello è più stretta, il che comporta tensioni locali più elevate nel gomma a pressioni maggiori. Non utilizzare mai la gola triangolare per preferenza, ma solo quando la costruzione lo richiede davvero.

Tabella dimensionale e condizioni: dimensioni della gola O-ring per la gola triangolare statica.

Tenuta statica per vuoto: regole diverse

La tenuta per vuoto con O-ring richiede criteri diversi per gola, superficie e scelta del materiale. In sovrapressione, la pressione di esercizio aiuta: spinge più forte l’anello contro la superficie. Nel vuoto, questo aiuto manca completamente. L’anello deve sigillare grazie alla propria precarica elastica e, allo stesso tempo, va limitata la diffusione delle molecole di gas attraverso il gomma.

Quest’ultimo aspetto richiede una gola piena: l’anello deve riempire la gola approssimativamente al 100%. Per questo motivo, la tolleranza sulla profondità della gola t è negativa (la gola può essere meno profonda, non più profonda), la tolleranza sulla larghezza b è simmetrica e più stretta, e il requisito superficiale è Ra max. 0,8 µm, più severo rispetto al valore standard di 1,6 µm. In pratica, l’FKM (fluoroelastomero) offre le migliori prestazioni nelle applicazioni sotto vuoto grazie alla sua bassa permeabilità ai gas.

Specifiche complete per il vuoto: dimensioni della gola O-ring per tenuta statica per vuoto.

Requisiti condivisi: finitura superficiale e larghezza del gioco

Indipendentemente dal tipo di gola, per tutte le applicazioni statiche valgono le stesse norme di base relative alla finitura superficiale e alla larghezza del gioco. Sono i due fattori più spesso trascurati: la geometria della gola è corretta, ma il sistema perde comunque. In quasi tutti i casi, la causa è qui.

Finitura superficiale

La qualità superficiale della superficie di tenuta è direttamente determinante per la tenuta, soprattutto a basse pressioni di esercizio, quando la pressione di contatto dell’anello è limitata. Basta una sola traccia di tornitura o un graffio per creare un percorso di perdita continuo lungo l’anello. Nel vuoto valgono valori più severi.

Larghezza del gioco e rischio di estrusione

Se il gioco tra i componenti da sigillare è troppo ampio, a pressioni più alte si verifica l’estrusione: il gomma viene spinto nell’apertura e si danneggia in modo irreversibile. La larghezza massima del gioco dipende dalla pressione di esercizio e dalla durezza dell’O-ring. Per i materiali in silicone, i valori devono essere dimezzati.

Oltre 100 bar si raccomandano anelli antiestrusione sul lato a bassa pressione della gola, indipendentemente dalla durezza.

Scelta del materiale per applicazioni statiche

La geometria della gola è uguale per tutti i materiali. Ciò che cambia a seconda del materiale è la resistenza chimica, i limiti di temperatura e, nelle applicazioni sotto vuoto, la permeabilità ai gas. Le scelte riportate di seguito valgono come linea guida per le applicazioni più comuni. Verificate sempre la compatibilità con il vostro fluido specifico.

• NBR: olio e acqua, fino a +100 °C: l’NBR è la scelta standard.
• EPDM: acqua calda, vapore, applicazioni esterne, liquido freni: EPDM.
• FKM (Viton): prodotti chimici aggressivi, temperature più elevate, fino a +200 °C: FKM.
• Silicone / PTFE: temperature molto basse o molto alte, alimentare e medicale: silicone o PTFE.
• FFKM: quasi tutti i fluidi, fino a +270 °C: FFKM.

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Quando un O-ring non è la scelta giusta?

Un O-ring è perfettamente adatto alla tenuta statica nella maggior parte delle applicazioni industriali. Esistono però situazioni in cui altre soluzioni di tenuta offrono prestazioni migliori. Se le condizioni corrispondono a uno dei punti seguenti, vale la pena considerare alternative.

Pressioni di esercizio estreme oltre 400 bar: a tali pressioni sono più adatte guarnizioni metalliche frontali o tenute elastomeriche progettate appositamente. Gli O-ring richiedono anelli antiestrusione e giochi più stretti a pressioni molto elevate.

Forti cicli termici: con cicli di temperatura ripetuti, gli elastomeri si rilassano e perdono la precarica. In questi casi molle metalliche o tenute autoenergizzanti possono funzionare meglio.

Requisiti di vuoto estremamente elevati (inferiori a 10-10 mbar): per l’ultra-alto vuoto lo standard sono le tenute metalliche (come gli anelli crush in alluminio o rame). Gli O-ring non sono sufficienti in tali condizioni a causa della diffusione attraverso l’elastomero.