Progetto delle sedi per la tenuta statica

Le caratteristiche delle guarnizioni di tipo O-Ring risultano particolarmente adatte per l'impiego in applicazioni statiche. L'efficienza della tenuta dell'O-Ring dipende, come è stato descritto nel capitolo precedente, da svariati fattori quali: la natura dei fluidi con cui viene a contatto e la loro azione chimica sulla mescola elastica, le temperature massima e minima a cui è chiamato a lavorare, il tipo di materiale degli elementi dell'accoppiamento e l'accuratezza con cui vengono realizzate le sedi che lo ospitano. Un altro fattore molto importante per garantire la tenuta, è il corretto dimensionamento dell'O-ring e quindi la corretta scelta dei valori di "ds" e "di" (figura 4.5) in relazione alle caratteristiche geometriche degli elementi da accoppiare.

Nelle applicazioni di tenuta statica radiale l'O-Ring viene inserito in una sede che può essere ricavata sia sull'elemento che costituisce l'albero, sia all'interno del foro che lo ospita. Una volta posizionato nella sede, l'O-Ring riceve dagli elementi dell'accoppiamento una spinta che lo deforma in senso radiale. In base alla pressione esercitata dal fluido, viene scelto l'O-Ring che garantisce la tenuta con schiacciamento percentuale compreso nell'intervallo indicativamente rappresentato in figura 4.6.

La dimensione della sede è determinata dal diametro della sezione dell'O-Ring e dallo schiacciamento cui viene sottoposto. Determinante è anche la pressione di esercizio del sistema: pressioni elevate possono intervenere a modificare i giochi tra le parti e quindi influire sul precarico impostato in fase di progetto.

La figura 4.7 mostra la sede di un O-Ring ricavata sull'albero per ottenere quella che è stata definita "tenuta pistone". In tale figura sono indicati i valori della tolleranza di lavorazione consigliati per l'accoppiamento foro/albero, i raggi di raccordo, l'inclinazione e il grado di finitura della sede.

La figura 4.8 mostra gli stessi parametri per l'accoppiamento definito "tenuta cilindro".
In entrambe le figure viene anche indicato lo smusso da praticare per accoppiare gli elementi senza danneggiare l'O-Ring.

I valori dei parametri delle figure 4.7 e 4.8 sono riportati nelle Tabelle 4.1 e 4.2.

In Tabella 4.1 sono indicati i gradi di finitura della lavorazione consigliati per l'esecuzione delle pareti della sede. Più precisamente è riportata la classe di rugosità e il valore di Ra relativo alle pareti della sede, al fondo e alla superficie che gli si contrappone e che determina la deformazione di precarico. Come discriminante per la compilazione della tabella abbiamo supposto che la l'area di appoggio dell'O-Ring sia almeno pari al 50% del valore ideale.
La Tabella 4.2 riporta i valori dei parametri geometrici della sede, ovvero la sua larghezza, i raggi di raccordo e la lunghezza dello smusso d'invito in relazione al diametro ds dell'O-Ring. I valori sottolineati rappresentano i diametri d'impiego consigliati dalle norme ISO e DIN.

Gli O-ring che vengono utilizzati per la "tenuta flangia", quindi con compressione di precarico perpendicolare al piano dell'anello, subiscono sollecitazioni diverse a seconda che vengano impiegati in applicazioni in cui la pressione agisce dall'interno dell'insieme piuttosto che dall'esterno. Questa diversità di comportamento ci porta a considerare separatamente le due situazioni.
In figura 4.9 è rappresentata la sede per l'O-Ring qualora la pressione del fluido agisca dall'interno. In tale circostanza la circonferenza dell'O-Ring subisce una compressione. Affinché l'O-Ring garantisca la tenuta è bene che la compressione non superi il 3% del valore della sua circonferenza.
In figura 4.10 è rappresentata la sede dell'O-Ring in un'applicazione dove la pressione agisce dall'esterno. Durante l'installazione per questo tipo di applicazione, l'O-Ring subisce uno stiramento che non deve superare il 6% del valore della sua circonferenza.

Nelle Tabelle 4.3 e 4.4 sono riportati i valori dei parametri per il corretto dimensionamento della sede, come già mostrato per gli esempi di tenuta riportati nel paragrafo precedente.

A conclusione della discussione sulle sedi per la tenuta statica, riportiamo due tabelle che riteniamo utili per i progettisti:

• Tabella 4.5
• Tabella 4.6