Filettature Tubi Idraulici: Tipi e Standard

I raccordi filettati rappresentano un settore importante all’interno del mondo idraulico perché costituiscono, come dice il nome, degli elementi fondamentali per il collegamento di tubazioni e impianti, permettendo di costituire dei percorsi ottimizzati in funzione delle specifiche necessità.

In un nostro precedente articolo abbiamo analizzato il vasto mondo delle filettature, le caratteristiche e le differenze di questi sistemi di collegamento attraverso cui si assemblano diversi elementi. Generalmente, le varie tipologie di filettature, si distinguono in base agli angoli del filetto ed alle caratteristiche costitutive.

In particolare, all’interno delle filettature maggiormente utilizzate, soprattutto in idraulica, vi sono le filettature GAS e le filettature NPT. Inoltre, è importante sottolineare come vi siano, oltre ai raccordi omogenei che sono costituiti dalla medesima tipologia di filettatura (“maschio-maschio” o “femmina-femmina”), raccordi che presentano su un lato una filettatura esterna e sull’altro una filettatura interna.

Oggi questi elementi trovano impiego nei collegamenti per tubazioni e apparecchiature che servono al convogliamento di fluidi. Infatti, il passo molto fine di queste filettature e quindi la vicinanza tra i vari filetti (con angolo all’apice di 55°), consente di ottenere connessioni molto forti. Queste aumentano di resistenza se l’elemento è accoppiato a delle guarnizioni e quindi resistente ad alte pressioni.

Una particolarità che distingue questi sistemi di filettatura dagli altri è l’unità di misura: non viene usato il sistema metrico classico ma si parla di pollici.

Tipologie di Filettature

Come anticipato nei paragrafi precedenti, esistono differenti tipologie di filettature che si possono utilizzare per il collegamento dei raccordi idraulici.

• Fusione: la filettatura viene realizzata già nella fase di produzione del componente.
• Lavorazioni per asportazione di truciolo: viene realizzata con inserti che vengono poi rimossi.

I raccordi filettati in acciaio possono essere realizzati con filettature di tipologie differenti: in particolare, le più note sono la filettatura metrica e la filettatura gas. All’interno del vasto mondo della raccorderia, occupano una grande importanza i raccordi filettati. Essi sono ideali per smontaggi e montaggi rapidi e permettono di poter risolvere eventuali guasti, manutenzioni o malfunzionamenti.

Filettatura Metrica

La filettatura metrica è la più comune e la più utilizzata in meccanica per gli accoppiamenti di componenti differenti ma non garantisce la medesima tenuta tra vite e madrevite che è ottenibile con una filettatura gas.

Filettatura GAS

Tra i sistemi di filettatura più diffusi, le filettature gas sono maggiormente utilizzate per la giunzione di tubazioni e raccordi idraulici.

Filettature GAS (Whitworth) e NPTNel precedente articolo riguardante il concetto generico di filettatura, abbiamo notato come le applicazioni in campo idraulico riguardino due tipologie specifiche: la filettatura GAS e la filettatura NPT.

La filettatura GAS deriva dalla filettatura Whitworth (nata nel 1833 e ancora in uso in ambito meccanico) con passo molto fine. Viene utilizzata per la giunzione dei tubi e convogliamento dei fluidi ed è quindi tipica della raccorderia in acciaio inossidabile.

La designazione della filettatura GAS è convenzionale e si riferisce al diametro interno teorico della tubazione. Per consuetudine le misure dei raccordi filettati vengono espresse in pollici, tuttavia si può conoscere rapidamente la larghezza in millimetri del diametro della tubazione utilizzando le tabelle di conversione.

Le filettature GAS si distinguono in filetto GAS Conico e GAS Cilindrico. Con il filetto conico il collegamento vite e madrevite è chiuso, ermetico. Questo può avvenire con l’accoppiamento di una vite conica con una madrevite conica o cilindrica.

Con il filetto cilindrico il collegamento vite e madrevite non è perfettamente ermetico. Il filetto cilindrico viene definito parallelo e l’avvitamento si arresta al termine della filettatura esterna, in gergo tecnico quando “va in battuta”. L’ermeticità viene garantita dalla presenza e dall’utilizzo delle guarnizioni.

La classificazione avviene quindi in questo modo:

• Filettature per tubazioni non a tenuta stagna sul filetto (UNI EN ISO 228)
• Filettature per tubazioni a tenuta stagna sul filetto (UNI EN ISO 226, che ha sostituito la UNI EN ISO 7)

In particolare, la UNI EN ISO 226 si distingue in UNI EN ISO 226-1 per vite conica - madrevite cilindrica; UNI EN ISO 226-2 per vite conica - madrevite conica.

La designazione delle filettature per tubazioni a tenuta stagna viene esplicitata partendo dalla lettera R (filettatura esterna conica). Per distinguerle in base alla filettatura interna vanno aggiunte le lettere p e c come segue:

• Rp seguito dalla misura in pollici del DN per filettatura interne cilindriche (madrevite cilindrica).
• Rc seguito dalla misura in pollici del DN per filettature interne coniche (madrevita conica).

La UNI EN ISO 228 invece, riguardante unicamente vite cilindrica e madrevite cilindrica con filettature parallele, può essere designata con la lettera G, seguita dal valore in pollici del DN e classe di tolleranza A (più ristretta) o B (più ampia) per le dimensioni limiti del diametro esterno, del diametro medio e del diametro di nocciolo di vite (solo per quanto riguarda le filettature esterne).

Filettatura gas conica. La filettatura gas cilindrica è definita “non a tenuta sul filetto”. La filettatura gas conica è definita “a tenuta sul filetto”. Al contrario della prima, il filetto maschio è conico mentre il filetto femmina è cilindrico. Particolare attenzione merita il diametro della filettatura gas.

Filettatura NPT

La filettatura NPT (National Pipe Thread) rappresenta lo standard americano conforme alla normativa ANSI B 1.20.1. La norma NPT definisce il tipo di filetto e di tenuta ottenuti per contatto e compressione del bordo filettato con il cono femmina (filettatura conica = tapered thread).

Le dimensioni più comuni sono espresse in pollici (per approfondire vedi Dimensioni ISO e ASME - differenze e convertibilità) partono da 1/8” fino a 2”. La filettatura NPT, comunemente utilizzata per acciaio al carbonio e acciaio inossidabile, può essere realizzata anche su materiali quali ottone, fusioni in ghisa o materiali plastici.

La norma presenta come variante la ANSI B1.20.3 che definisce il National Pipe Taper Fuel (NPTF), utilizzata specificatamente nel settore petrolchimico.

Il filetto NPT maschio può essere indicato con diciture MPT (Male Pipe Thread), MNPT oppure NPT(M). La femmina invece viene indicata con dicitura FPT (Female Pipe Thread), FNPT oppure NPT(F).

Come sottolineato in precedenza, la diffusione dei sistemi di filettature dipende anche dalla geografia. Lo standard americano, conforme alla normativa AISI B1.20.1 è la filettatura NPT (Nationale Pipe Thread), il secondo sistema più utilizzato nel settore dell’idraulica.

L’angolo di filetto di questa tipologia è pari a 60°, quindi con un passo maggiore rispetto alla filettatura gas. Ulteriore differenza con la filettatura gas riguarda la forma del filetto.

BSPT e BSPP

Nel dettaglio sono due le tipologie di filettature maggiormente utilizzate, soprattutto in idraulica: la filettatura NPT e la BSP.

La forma della filettatura BSP sta per British Standard Pipe ed è comune in Australia e nei paesi del Commonwealth.

• BSPP (British Standard Pipe Paralel). Norma di riferimento: ISO 228. Utilizzata in Europa ha un profilo cilindrico di derivazione dallo standard “Whitworth”, ma con dimensioni e passo diversi. È conosciuta come filettatura GAS cilindrica. La tenuta meccanica è realizzata con una svasatura concava di 60° sul raccordo maschio. La tenuta con guarnizione O - ring si trova sul cono del raccordo femmina.
• BSPT (British Standard Pipe Tapered). Norma di riferimento: ISO 7/1. Utilizzata in Europa è una filettatura GAS conica. La tenuta avviene per deformazione dei filetti tra maschio e femmina.

BSPT è simile al NPT, ma esiste un’importante differenza. L’angolazione del filetto è di 55 gradi invece che 60 gradi, solito invece per i tipi di filettatura NPT. Quindi, un raccordo NPT si inserirà in una connessione BSPT o viceversa, ma non saranno sigillati.

Dopo aver compreso cosa vuol dire NPT e BSP, bisogna dire che la principale differenza tra le due tipologie riguarda la zona geografica di diffusione. Inoltre, le due tipologie non sono intercambiabili a causa delle differenze nella progettazione della forma. I fili NPT sono appuntiti nei picchi e nelle valli, dove i BSP sono arrotondati. In particolare, l’angolo della filettatura NPT è di 60 gradi rispetto all’angolo di 55 gradi BSP.

Differenze tra Filettature GAS e NPT

Alla base delle loro differenze c’è, come spesso accade all’interno del mondo della meccanica e delle normative vigenti, un utilizzo basato sulla geografia del produttore e dell’utilizzatore. Infatti, le filettature GAS sono maggiormente utilizzate a livello mondiale mentre, per quanto riguarda gli Stati Uniti e il Canada, la filettatura NPT è più diffusa e utilizzata per produrre raccordi filettati.

• Filettatura GAS cilindrica: è anche definita “non a tenuta sul filetto” ed è regolata a livello mondiale dalla normativa ISO 228-1.
• Filettatura GAS conica: definita anche “a tenuta sul filetto” ed è regolata dalla normativa EN 10226-1.

Rispetto alla filettatura GAS, presenta un angolo del filetto di 60° che determina un passo maggiore (ovvero un numero di filetti minore per pollice).

Parametri Chiave delle Filettature

Le filettature, come visto, possono essere di varie tipologie sulla base degli angoli del filetto e delle caratteristiche costitutive. Che si tratti di filettature GAS, NPT o di qualsiasi altro tipo (come, ad esempio, le filettature metriche, le più diffuse a livello mondiale in ambito industriale), vi sono delle differenze importanti basate sui parametri che ne definiscono angoli, dimensioni ed eliche.

• Passo: rappresenta la distanza tra due creste o due fondi consecutivi di una filettatura.

In fase di progettazione e scelta dei collegamenti è fondamentale andare a valutare tutti questi parametri in modo tale da svolgere una scelta consapevole che minimizzi i rischi di rottura in esercizio e consenta una vita prolungata del collegamento evitando rischi e cedimenti dannosi per le strutture e per gli impianti.

Altri aspetti che si possono considerare per l’analisi e il riconoscimento di una filettatura sono il passo del filetto e il verso dell’elica, anche se quest’ultimo è generalmente uniforme e destrorso. Queste informazioni consentono di definire in modo univoco e standardizzato le filettature. Infatti, sia le filettature metriche che le filettature GAS presentano dei valori noti sia dell’angolo di apertura che del triangolo che funge da generatore della filettatura.

• numero dei principi: solitamente le filettature sono costituite da un singolo principio, ovvero presentano un solo tipo di filetto.
• generatrice: è il triangolo che dà la forma alla filettatura e ne definisce il profilo.

Realizzazione delle Filettature

Le filettature, per rispettare le normative vigenti, devono essere realizzate mediante tecnologie produttive che garantiscano la conformità di queste ai requisiti di qualità.

• la tornitura: lavorazione realizzata per asportazione di truciolo che consiste nella rotazione del componente da formare, in questo caso la vite, mentre l’utensile si muove con moto rettilineo e va ad asportare materiale creando, appunto, il truciolo.
• la fresatura: sia essa conica o cilindrica, è una lavorazione per asportazione di truciolo in cui l’utensile è sottoposto ad un moto di rotazione e di traslazione andando a formare il materiale oggetto della lavorazione.
• la maschiatura: è una lavorazione per asportazione di truciolo realizzata tramite un utensile che assume il nome di “maschio” ed è il responsabile della creazione della filettatura.
• la rullatura: rispetto alle lavorazioni precedenti è una lavorazione per deformazione plastica del materiale.

I componenti in acciaio inossidabile, come ad esempio i raccordi, sono spesso caratterizzati da filettature, sia GAS che NPT, che risultano necessarie per consentire il collegamento con altri componenti in insieme complessi. Realizzare una filettatura, però, richiede alcuni accorgimenti. Tra questi, il principale fenomeno da tenere in considerazione è l’incrudimento. L’utilizzo di parametri non idonei, quale una velocità eccessiva di taglio, può andare a provocare uno scivolamento sulla superficie piuttosto che un taglio effettivo.

Dimensioni delle Filettature

Sembra che la filettatura della valvola, dello scambiatore, del gomito o di qualsiasi dispositivo idraulico con connessioni filettate non rispetti le norme? Quanti mm dovrebbe avere una filettatura da 1 pollice?

Molte persone pensano che un pollice in idraulica corrisponda al concetto matematico, cioè che una filettatura da 1 pollice misuri 24 mm. Questo non è vero, perché nel tempo le filettature da 1 pollice sono state adattate al diametro delle tubature.

Il pollice (inch in inglese, simbolo in doppio apice ") è un'unità di misura di lunghezza che non fa parte del sistema SI, ma che è tuttora ampiamente utilizzata nei paesi di cultura anglosassone, come Regno Unito e USA oltre che in molti settori tecnologici. 1" corrisponde a = 2,54 cm, ma questa proporzione non vale per quanto riguarda l'idraulica, dove per lo più si parla di misure nominali di tipo GAS.

Il fatto che secondo questa scala metrica 1" non corrisponda a 2,54 cm è da ritrovare nel 1800 circa. In origine, infatti, tutti i tubi seguivano la filettatura Withworth (pollici meccanici, corrispondenti a quelli inglesi), in seguito con il tempo la tecnologia ha fatto sì che si potessero produrre tubi con pari caratteristiche di resistenza alla pressione ma di spessore, peso e costo minore.

Se si fossero lasciate invariate le misure del diametro interno, sarebbe sorto il problema di dover cambiare tutte le macchine che producevano la raccorderia e la conseguente confusione per il fatto di avere sul mercato due tipologie di misure per i diametri esterni. Si convenne, quindi di non modificare il diametro esterno ma di diminuire solo lo spessore del tubo, aumentando il diametro interno con spessore minore.

La tabella delle filettature in pollici per tubazioni riportata sopra si riferisce ovviamente alle filettature BSP, uno standard comunemente utilizzato in Europa, in Italia e nella maggior parte dei paesi. Si tratta di una dimensione standardizzata della filettatura creata nel XIX secolo per garantire la compatibilità tra i dispositivi idraulici in diversi paesi. È stata sviluppata nel Regno Unito ed è conosciuta come British Standard Pipe.

La dimensione della filettatura può essere rilevata al meglio con un calibro, assicurandosi di misurare il diametro, ovvero l'asse più lungo che attraversa l'intera filettatura.

• La filettatura da 1 pollice, insieme a quella da 3/4 di pollice, è una delle dimensioni più comuni utilizzate nell’idraulica, ideale per le esigenze delle abitazioni unifamiliari.
• Le filettature da 5/4 pollici rappresentano una dimensione leggermente più grande, oggi utilizzata meno frequentemente rispetto al passato nel settore delle nuove costruzioni. In passato, erano molto comuni nei sistemi cosiddetti "a circuito aperto", che funzionavano per gravità (cioè senza pompe). Questa dimensione, insieme a quella da 1 pollice, è tra le più popolari nell’idraulica.
• La filettatura da 1/2 pollice è una delle dimensioni più piccole, meno utilizzata nell'edilizia rispetto ai tipi precedenti, ovvero le filettature da 1 pollice e da 3/4 di pollice. Tuttavia, non è rara e viene spesso impiegata. È anche comunemente indicata semplicemente come G1/2.
• In generale, la filettatura da 1/4 di pollice è considerata troppo piccola, il che non si traduce in un’elevata efficienza in termini di portata.
• Filettatura da 3/8 - Quali sono le dimensioni in mm? Le filettature da 3/8 sono piuttosto piccole e usate sporadicamente. Si trovano raramente negli impianti di riscaldamento e acqua calda sanitaria, ma non sono del tutto assenti. Sono ampiamente utilizzate, ad esempio, in automazione e meccanica.

Tabelle di Filettatura

Ad integrazione, riportiamo di seguito le tabelle di filettatura con indicazione di misura, diametro filetto, numero di filetti per pollice e passo.

BSP - British Standard Pipe

NPT - National Pipe Thread

In questa sezione, sono riportate le formule e le definizioni per le operazioni di filettatura e i metodi di calcolo di velocità di taglio, velocità di avanzamento o altri parametri per tornitura dei filetti, fresatura dei filetti o maschiatura. L'angolo di attacco, φ, (angolo d'elica) dipende dal diametro e dal passo del filetto. Questa misura può essere rappresentata da un triangolo che viene "srotolato" dal componente. Per un calcolo di base delle dimensioni del foro, si possono utilizzare le seguenti formule. L'altezza del filetto in %, è il rapporto tra altezza effettiva e altezza massima del filetto interno.

Standard Internazionali

Per assicurare che le due metà (interna ed esterna) di un giunto filettato si accoppino perfettamente, in modo da realizzare una connessione in grado di sostenere un determinato carico, le filettature devono mantenere certi standard. Per le forme di filetto più comuni, sono quindi stati stabiliti degli standard internazionali.

Designazione delle filettature metriche ISO

La designazione completa della filettatura è costituita dai valori relativi a forma del filetto e tolleranza.

Posizioni di tolleranza

La posizione di tolleranza identifica lo scostamento fondamentale ed è indicata da una lettera maiuscola per le filettature interne e da una lettera minuscola per le filettature esterne. Le classi di tolleranza sono il risultato della combinazione tra grado di precisione e posizione di tolleranza. Gli standard forniscono i valori delle classi di tolleranza per i vari sistemi di filettatura.

Filettature in pollici ISO (UNC, UNF, UNEF, UN)

Il sistema UN prevede tre classi di tolleranza, che vanno da 1 (passo grosso) a 3 (passo fine).

Filettature Whitworth (G, R, BSW, BSF, BSPF)

Le filettature Whitworth sono ormai obsolete ma le filettature gas Whitworth sono un riconosciuto standard internazionale.

Anche questa scelta, come quella sulla tipologia di raccordo e sul materiale richiesto, rappresentano delle valutazioni fondamentali per riuscire a mettere in opera un impianto funzionale e con una durata garantita nel tempo.

Ciò che ha reso tale materiale così importante sono le sue caratteristiche, meccaniche e non.

1. Altissima igiene: non libera elementi contaminanti nel fluido con cui entra a contatto.
2. Applicabilità in diverse condizioni: i raccordi in acciaio inox possono essere utilizzati in condizioni di pressione e temperatura differenti che mettono a dura prova il materiale.
3. Non porta alterazioni alla struttura del materiale: la saldatura, a prescindere dalla metodologia, porta ad un surriscaldamento accompagnato, a volte, da materiale d’apporto che va a modificare la composizione chimica del materiale alterando le proprietà.

La scelta dei raccordi idraulici filettati rispetto ai raccordi idraulici a saldare deriva da numerose considerazioni che possono essere svolte in fase di progettazione degli impianti.

Nei paragrafi precedenti abbiamo analizzato le fileatture metriche, le filettature GAS e le principali differenze che le caratterizzano.

E’ importante sottolineare, infatti, che ciascuna filettatura presenta dei parametri che vanno a definire le proprietà e gli utilizzi.

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