Raccordi Oleodinamici: Tipologie e Applicazioni

L'oleodinamica è la scienza che studia il trasferimento di energia utilizzando un vettore energetico, solitamente olio idraulico. Grazie alla pressione indotta all'interno del circuito idraulico tramite canali particolari chiamati tubi oleodinamici, avviene la movimentazione di un attuatore attraverso l'incomprimibilità del liquido, che trasmette in modo efficiente il moto nel sistema meccanico.

Questo settore sta vivendo una forte espansione poiché permette di fruire di potenze elevate con componenti relativamente leggere e di grandezza minore rispetto ad altre tecnologie.

Come è fatto un tubo oleodinamico e come sceglierlo

Esistono varie specifiche di tubi idraulici, sia appartenenti allo standard SAE100R, sia all'EN. Tuttavia le opzioni principali di scelta sono tre: gomma con fili metallici, termoplastica con rinforzo tessile, o Teflon con treccia in acciaio inossidabile.

Le metriche che caratterizzano ogni tipologia sono: il diametro interno utilizzando un sistema di 1/16; fattore di sicurezza 4:1, con l'eccezione del tipo jack, che viene valutato in scala 2:1, dal momento che ha applicazioni a basso stress dinamico.

Struttura del tubo oleodinamico

In linea generale, un tubo oleodinamico è formato da tre strati:

Tubo: la sua funzione è di convogliare il fluido idraulico, e la maggior parte dei tubi idraulici è realizzato in gomma sintetica. La tipologia di gomma utilizzata in fase di produzione è il parametro che influenza la sua qualità; inoltre deve essere progettato per essere flessibile e abbastanza forte da trasmettere il vettore energetico.
Rinforzo: rende tenace la struttura e mantiene la pressione. Anch'esso può essere progettato con diversi strati, ed è realizzato in filo di acciaio di trazione, acciaio inossidabile ma anche con altri materiali.
Copertura: il suo compito è proteggere il livello inferiore da agenti deterioranti come corrosione e abrasione nonché per garantire che il tubo idraulico possa essere esposto a una temperatura elevata per lunghi periodi. Può avere delle scanalature, per aggiungere l’attrito alle sue caratteristiche fisiche per aumentare il livello di protezione.

Tipologie di tubi oleodinamici

Utilizzando il metodo di rinforzo come metro di classificazione, i tubi idraulici si possono suddividere in:

A spirale: sono costituiti da un rinforzo a spirale per incrementare la resistenza e la loro destinazione d'uso è rappresentata dai progetti idraulici ad alta pressione; la flessibilità è utile in progetti dove è richiesta questa proprietà, come in presenza di angoli stretti, angoli acuti e spazi ridotti.
Intrecciati: se il rinforzo è realizzato in filo di acciaio inossidabile, resistono a una pressione fino a 7000 psi, mentre se è in treccia tessile, lavorano bene fino a una pressione inferiore a 1000 psi.
Elicoidali: prendono il nome dal tipo di avvolgimento in filo d'acciaio che lo compongono e che lo rendono capace di non collassare a prescindere dalla situazione di utilizzo.

Inoltre, se si considera il numero degli strati costituenti il rinforzo, si avranno le seguenti specifiche:

Uno strato: SAE 100R5, SAE 100R6, SAE 100R1AT / DIN EN857 1SC, DIN EN853 1SN;
Due strati: SAE 100R3, SAE 100R16, DIN EN853 2SN, DIN EN857 2SC;
Quattro strati: SAE 100R9, SAE 100R12, EN853 4SH, EN853 4SP;
Sei strati: SAE 100R13, SAE 100R15.

Maggiore è il numero di strati della struttura, più elevata è la pressione alla quale i tubi possono lavorare.

Se si tiene presente il materiale con il quale sono prodotti, si avranno tubi in:

Termoplastico: è costituita da un tubo di nylon, rinforzo in fibra sintetica e una copertura in poliuretano. Il tubo termoplastico trova la sua più frequente applicazione nell'idraulica generale, nei carrelli elevatori, nella movimentazione dei materiali e nei sistemi elettrici a sviluppo locale. Può gestire le medesime pressioni dei tubi a 1 e 2 fili, ed essere utilizzato in sostituzione del tubo in gomma con rinforzo del filo, quando questo non riesce a funzionare. La copertura in poliuretano ha elevata resistenza all'abrasione creata dalle pulegge che equipaggiano i carrelli elevatori. In quanto non conduttore di elettricità è ideale per alimentare gli attuatori idraulici di strumenti che devono essere usati in presenza di tale forma di energia, ad esempio un sollevatore per la riparazione di linee elettriche.
Teflon o PTFE: realizzato con un tubo in teflon e rinforzo con treccia in acciaio inossidabile, non ha necessità di una copertura poiché la treccia non si corrode in condizioni di posa in opera standard. Viene utilizzato in applicazioni che richiedono resistenza alla corrosione, compatibilità chimica e alta temperatura, fino a 232 gradi Celsius. Possono esser anche rinforzati con acciaio, offrendo quasi gli stessi vantaggi della gomma rinforzata, anche se sono meno flessibili, ma resistono a sollecitazioni più ampie, collegate ai vari tipi di ambienti. Se sono presenti acqua salata, sostanze chimiche o altre sostanze potenzialmente corrosive, il teflon è la scelta migliore ed è anche adatto per lavori in spazi limitati e chiusi, poiché non rilascia fumi. Quando si opta per questo tipo di tubo, occorre prestare particolare attenzione alle dimensioni e al raggio di piegatura. La dimensione è solitamente 1/16 di pollice più piccola di quanto indicato dal produttore e quest'accortezza è da applicare a tutte le grandezze. In relazione al raggio di curvatura, bisogna ricordare che il tubo in teflon è un tubo di plastica dura ricoperto da una treccia: ciò significa che se viene piegato fino ad attorcigliarlo, gli si procura danni non riparabili che rappresenteranno un punto debole; questo è da tenere a mente quando lo si deve usare in spazi angusti.

I tubi oleodinamici possono essere corrugati e articolati, progettati in particolare per flettersi ove necessario, senza influire sull'integrità e sulla longevità del tubo. Inoltre, se si usano per per liquidi a temperature estreme o a una temperatura specifica, il tubo scelto deve essere in grado di operare all'interno di queste linee guida e soddisfare tutte le condizioni richieste dalle specifiche esigenze.

La scelta del condotto dovrà essere effettuata allineando la sua tipologia e materiale costitutivo con le apparecchiature di cui dovrà assicurare il ciclo produttivo, oltre a garantire la sicurezza degli operatori a esse connessi.

Altri utilizzi dei tubi oleodinamici

La lista dei sistemi meccanici in cui i tubi oleodinamici espletano la loro funzione è molto vasta, visto il rapporto qualità/prezzo in relazione alla loro durata e posa in opera. Alcune delle loro applicazioni più particolari sono:

Linea di ritorno: è un condotto idraulico in grado di gestire l'aspirazione e riporta il fluido idraulico all'inizio del sistema. Questa tipologia è di solito un tubo di gomma con copertura con treccia tessile per la pressione e un filo elicoidale per l'aspirazione.
Per autocarri: appartiene a una categoria speciale all'interno dei tubi oleodinamici. La normativa SAE 100R5 li prevede con una copertura in tessuto, flessibili a uno strato di rinforzo e utilizzati per molti sistemi negli autoveicoli. Le metriche di dimensionamento sono da 1/16 a 1/8 di pollice più piccole a seconda delle grandezze.

Fluidi idraulici

Ogni sistema idraulico è caratterizzato da un fluido che circola tra i vari componenti (pompe, valvole e attuatori) trasmettendo potenza all’interno dell’impianto. Oltre alla funzione primaria di trasporto dell’energia meccanica, il fluido ha anche altre funzionalità aggiuntive:

Lubrifica le superfici a contatto e in movimento
Protegge i componenti dalla corrosione meccanica
Trasferisce calore e raffredda il sistema
Pulisce il sistema trasferendo agenti contaminanti e particelle di usura ai filtri

I fluidi idraulici trovano uso in svariate applicazioni sia mobili sia stazionarie, tra cui escavatori, elevatori, trasmissioni idrostatiche, trattori e numerosi impianti industriali.

I fluidi impiegati in oleodinamica sono:

Acqua, che ha un utilizzo molto limitato, perché favorisce la corrosione e non ha potere lubrificante; viene impiegata solo se presenti rischi di infiammabilità o inquinamento per l’ambiente
Oli minerali
Emulsioni acqua-olio
Fluidi sintetici
Fluidi ecologici

Generalmente oggi nella maggior parte delle applicazioni oleodinamiche si utilizzano oli minerali o, per quei settori che necessitano di fluidi idraulici non infiammabili, le emulsioni acqua-olio.

Classificazione degli oli idraulici

L’Organizzazione Internazionale per la Standardizzazione (ISO) ha stabilito con la norma ISO 6743-4 la classificazione dettagliata dei fluidi della famiglia H (sistemi idraulici) appartenenti alla classe L (lubrificanti, fluidi idraulici e prodotti similari).

Il sistema di classificazione ISO 6743-4 può essere applicato in generale alle tre classi principali di fluidi idraulici:

Fluidi oleodinamici minerali (cioè a base di petrolio)
Fluidi oleodinamici resistenti al fuoco
Fluidi oleodinamici biodegradabili

Fluidi oleodinamici minerali

Come anticipato nei paragrafi precedenti, la classe più numerosa di fluidi idraulici è composta da oli a base di idrocarburi raffinati, cioè di petrolio. Il petrolio rappresenta una base molto funzionale per i fluidi industriali: una volta raffinato (HH) viene formulato con vari additivi per prevenire la ruggine, l’ossidazione, la formazione di schiuma e l’usura.

Di seguito è riportato un elenco delle classificazioni più comuni degli oli idraulici minerali e le rispettive descrizioni:

ISO - L - HH - oli minerali base, senza inibitori di corrosione
ISO - L - HL - oli minerali raffinati con proprietà antiossidanti e antiruggine
ISO - L - HM - oli con additivi per aumentare la resistenza all’usura
ISO - L - HR - oli ad elevato indice di viscosità
ISO - L - HV - ad elevato indice di viscosità per costruzioni e marina
ISO - L - HG - si ottengono dagli HM mediante l’aggiunta di additivi che riducono l’effetto stick-slip

Gli oli maggiormente utilizzati sono gli HM

Fluidi oleodinamici resistenti alle fiamme

Esistono diversi tipi di fluidi resistenti alle fiamme e sono generalmente classificati come segue:

ISO - L - HFAE - Emulsione, olio-in-acqua (di solito >80% di contenuto d’acqua)
ISO - L - HFAS - combinazioni chimiche in acqua (di solito >80% di contenuto d’acqua)
ISO - L - HFB - emulsione acqua-in-olio (di solito >40% di acqua)
ISO - L - HFC - Soluzioni di glicole o glicole acquoso (di solito >35% di contenuto d’acqua)
ISO - L - HFDR - fluidi sintetici che non contengono acqua e composti da esteri fosforici
ISO - L - HFDS - Idrocarburi clorurati (senza acqua)
ISO - L - HFDT - Miscele HFDR/HFDS
ISO - L - HFDU - Fluidi sintetici che non contengono acqua e di altra composizione

Fluidi oleodinamici biodegradabili

Ci sono infine fluidi sviluppati in anni recenti per applicazioni in cui è richiesta la compatibilità ambientale, che si suddividono in:

ISO - L - HETG (Trigliceridi - oli vegetali)
ISO - L - HEPG (poliglicoli)
ISO - L - HEES (esteri sintetici)
ISO - L - HEPR (Polialfaolefina e relativi idrocarburi)

L'importanza della selezione di componenti compatibili con il fluido idraulico

I sistemi idraulici sono il cuore di molti settori e di numerosi macchinari, sia mobili sia stazionari, che operano spesso in condizioni climatiche ed operative estreme, pertanto il fluido idraulico è essenziale per garantire le corretta funzionalità dell’impianto nel tempo, così come è essenziale selezionare il sistema di filtrazione adatto alle caratteristiche dell’olio utilizzato, in modo da assicurare una perfetta compatibilità dei materiali.

Il materiale corretto permette infatti di prevenire eventuali fenomeni di corrosione e di prolungare la longevità dei componenti del sistema.

Sistemi di filtrazione olio trasmissione

Esistono numerosi punti per l'ingresso di contaminanti indesiderati nel sistema. Le fonti esterne di contaminazione includono il deterioramento delle protezioni o delle guarnizioni, ma anche procedure di manutenzione improprie.

Ma, a seconda dell'utilizzo, i componenti da trattare possono anche trovarsi in aree remote, come per esempio piattaforme offshore e parchi eolici, oppure possono essere coinvolti in altri processi industriali che li rendono, di fatto, difficilmente raggiungibili. Inoltre, gli operatori devono poter mantenere i sistemi in funzione e l’olio deve necessariamente essere sempre in buono stato.

Olio idraulico e olio per ingranaggi/cambi

L’olio idraulico e l’olio per ingranaggi/cambi sono due diversi fluidi che rientrano nella categoria dei lubrificanti.

La formulazione di questi oli lubrificanti varia in modo significativo in base alle loro applicazioni nelle attrezzature. Per ottenere elevate prestazioni e durata della macchina, sono necessarie formulazioni di olio ottimali per adattarsi alle applicazioni.

La funzione principale dell’olio per ingranaggi è di proteggere il dente degli ingranaggi che lavorano ad alta pressione e ad alte velocità. Gli oli per ingranaggi, disponibili in diverse gradazioni e viscosità ( ISO VG ), vengono utilizzati per lubrificare i punti di contatto degli ingranaggi con i movimenti di scorrimento e di rotazione utilizzati in attrezzature industriali, automobili e altri macchinari.

L’olio presenta proprietà anti-attrito, allo stesso tempo raffredda e rimuove il calore che si origina con l’attrito tra le parti.

Gli ingranaggi cilindrici a bassa sollecitazione richiedono solo oli che proteggano dalla ruggine e dall’ossidazione, mentre quelli sottoposti a carichi pesanti necessitano di alti livelli di additivi EP ( estreme pressioni ). Gli oli che presentano una maggiore viscosità proteggono meglio gli ingranaggi in quanto creano un “film lubrificante” più resistente : tali oli contengono lo zolfo uno dei principali additivi per aumentare la resistenza al carico.

Gli oli che contengono additivi EP (estrema pressione) hanno composti di fosforo o zolfo e sono corrosivi per boccole e sincronizzatori in metallo giallo.

Gli oli per ingranaggi e differenziali sono classificati in diversi gruppi secondo le classificazioni GL.

L’olio idraulico è un lubrificante che trasferisce la potenza attraverso attuatori idraulici azionati appunto dall’olio in pressione grazie alla pompa idraulica e alle servovalvole: esempi di attuatori possono essere bracci di escavatori, freni idraulici, sistemi di servosterzo, ascensore, ecc.

Gli elementi chiave delle prestazioni negli oli idraulici di qualità sono la loro resistenza all’ossidazione sotto pressione e alle alte temperature di esercizio.

La scelta dell’olio giusto per i pistoni idraulici è di fondamentale importanza per garantire il corretto funzionamento del sistema idraulico. L’olio idraulico non solo lubrifica le parti mobili, ma consente anche di trasmettere la forza attraverso il sistema, mantenendo una pressione costante e riducendo l’usura dei componenti.

Gli oli per i pistoni idraulici devono soddisfare determinate caratteristiche tecniche per garantire il loro corretto funzionamento.

Tipologie di olio idraulico

Oli minerali: sono tra i più utilizzati nei sistemi idraulici per la loro versatilità e prestazioni affidabili. Questa tipologia è la scelta ideale per molti impianti industriali e mobili, è utilizzato comunemente in macchinari agricoli, attrezzature per la costruzione e in sistemi che operano a temperature moderate.
Olio sintetico: offre prestazioni superiori rispetto agli oli minerali, in particolare per quanto riguarda la resistenza alle temperature estreme e la durata. Questo olio è indicato per applicazioni in cui i sistemi idraulici sono sottoposti a temperature elevate o molto basse, oppure dove è richiesta una resistenza maggiore all’usura e all’ossidazione.
Oli idraulici biodegradabili: sono ideali per applicazioni in cui esiste il rischio di perdite o sversamenti nell’ambiente, come nei macchinari utilizzati in parchi naturali, nelle foreste o vicino a corsi d’acqua.

Prima di selezionare l’olio idraulico per i pistoni, è importante consultare le raccomandazioni del produttore dell’attrezzatura. La temperatura operativa del sistema è un fattore cruciale nella scelta dell’olio idraulico. Se il sistema opera in ambienti ad alte temperature, un olio sintetico potrebbe essere più adatto.

Verificare periodicamente il livello e lo stato dell’olio idraulico è fondamentale per prevenire problemi.

Viscosità dell'olio

La viscosità riguarda i fluidi e ne indica, precisamente, la resistenza allo scorrimento. Uno stesso fluido presenta caratteristiche di viscosità che mutano al variare di pressione e temperatura.

Quindi, lo stesso olio sottoposto a riscaldamento vedrà diminuire progressivamente la propria viscosità con l’aumentare della temperatura. Per questo motivo, gli oli lubrificanti devono essere valutati non solo in base alla loro viscosità ma anche in base al loro indice di viscosità.

L’indice di viscosità (I.V.) indica quanto un olio lubrificante è in grado di mantenere inalterata la propria viscosità a diversi livelli di temperatura. Valori bassi indicano una scarsa tenuta, valori alti indicano una maggiore capacità di mantenere la viscosità.

Da questo punto di vista gli oli migliori sono senza dubbio gli oli sintetici e quelli minerali ad alto indice di viscosità.

La viscosità degli oli lubrificanti si misura secondo gli standard ISO VG.

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