Tenuta nel Giunto
Linea Guida
Questo documento ha lo scopo di aiutare a scegliere e montare nel modo corretto la guarnizione per un determinato giunto.
ATTENZIONE: Questo documento e’ una linea guida e fornisce indicazioni ad uso esclusivamente consultivo; le informazioni che seguono non garantiscono la tenuta e non si assumono la responsabilita’ di eventuali inconvenienti. Le informazioni che seguono sono state estrapolate da documenti realizzati dalla European Sealing Association (ESA) e dalla Fluid Sealing Association (FSA). Fate sempre riferimento alle normative vigenti nel paese di utilizzo.
Informazioni Generali
Lo scopo principale di un giunto e’; il contenimento dei fluidi all’interno delle tubature ed evitare contaminazioni dell’ambiente circostante. La funzione della guarnizione e’ quello di adattarsi alle giunto compensandone le difettosita’ (rugosita’, flange non perfettamente parallele, ondulazioni superficiali ed imperfezioni di vario genere). Per la progettazione/scelta del tipo di giunto (flangia/guarnizione) occorre considerare vari fattori. Compatibilita’ chimica tra fluido e materiali utilizzati, resistenza termica e meccanica adeguata alle condiziuoni di impiego. Inoltre occorre valutare sempre le normative/certificazioni vigenti nel paese di utilizzo. E’ compito del progettista/manutentore dell’impianto valutare tutte queste condizioni di utilizzo. Una volta assemblato su un giunto agiscono le seguenti forze:
- Una forza di separazione che tende ad apprire il giunto durante il suo esercizio.
- Una forza di espulsione che agisce sulla guarnizione e tende ad espellerla rompendola.
- Una forza di compressione che viene esercitata tramite i bulloni per il serraggio e, assieme al attrito tra la superfice , è quella che permette la tenuta e tiene ben serrato il giunto contrastando le due forze precedenti.
In genere la forza di compressione deve essere tale da compensare la forza di separazione e comprimere sufficientemente la guarnizione che, grazie all’attrito superficiale, riesce a contrastare la forza di espulsione.
Esistono vari tipi di flange ed agniuna di questo corrisponde una tipologia ben precisa di guarnizione; per visualizzare un elenco di alcune delle tipologie di flange click-ate quì
Da quanto si può Sono moltissimi i fattori che concorrono a rendere un giunto ben serrato riducendo al minimo le perdite di fluido. Segue un breve elenco per dare un idea delle problematiche che si possono incontrare:
- Flange ben costruite/pulite senza imperfezioni superficiali soprattutto lungo il raggio
- Scelta del materiale giusto in base alle condizioni di impiego (pressione, temperatura e fluido contenuto, normative vigenti nel paese d’utilizzo)
- Dimensionamento corretto della guarnizione in base al tipo di flangia utilizzato.
- Fare attenzione alla procedura di serraggio ed ai valori di serraggio corretti definiti dal progettista dell’impianto.
- Utilizzare sempre bulloni nuovi o in buono stato, possibilmente lubrificati e con le rondelle adeguate. con bulloni rovinati e non lubrificati si riduce il carico sulla guarnizione.
- Non omettere dei bulloni: utilizzare sempre il numero di bulloni previsto per la flangia.
- Verificare ad impianto avviato e dopo alcuni cicli termici che i serraggi siano ancora nei parametri richiesti.
Nei capitoli successivi verrano viste le principali fasi di selezione e montaggio della guarnizione.
Le Tre Fasi di Selezione e Montaggio
FASE 1 - Scelta del tipo di Guarnizione
Le guarnizioni utilizzabili in un giunto sono di tantissime tipologie e a seconda del loro utilizzo hanno vantaggi o svantaggi. Segue un elenco di alcuni tipi di guarnizioni:
Guarnizioni Piane non metalliche (Morbide)
Sono guarnizioni piane, realizzate spesso con materiali in lastra ed utilizzate nei piu' svariati impieghi. Generalmente raccomandate per medie e basse pressioni. Alcuni esempi di materiali utilizzati per queste guarnizioni possono essere esente amianto, ptfe, gomme varie, polietileni, ... .
La loro "morbidezza" gli permette solitamente di ben adattarsi a superfici irregolari e consentono la tenuta con carichi minori rispetto ad altri tipi di guarnizioni.
Guarnizioni Semimetalliche
Guarnizioni composte in parte da materiale metallico ed in parte in materiale non metallico. Possono essere generalmente utilizzate per medie e pressioni e temperature. Esempi di guarnizioni di questo tipo sono le guarnizioni in grafite armata oppure le guarnizioni con bordino metallico.
Guarnizioni Metalliche
Queste guarnizioni sono interamente costruite in metallo e vengono tipicamente utilizzate con pressioni e temperature elevate. Per il serraggio di queste guarnizioni occorrono carichi elevati.
Guarnizioni SpirometallicheMetalliche
Queste sono guarnizioni metalliche dove la parte di tenuta e' realizzata con una spirale in AISI316 con all'interno delle spirali un materiale riempitivo (Grafite, PTFE, ...). In aggiunta ci sono, opzionali, degli anelli in acciaio (Interno ed esterno) che danno una maggiore resistenza alla guarnizione e fanno da riferimento per il serraggio. Sono adatte per l'utilizzo con alte pressioni e necessitano tipicamente di un alto serraggio. La spirale da molta elasticità alla guarnizione egli permette di adattarsi abbastanza bene ad eventuali imperfezioni della flangia.
Ring Joint
Sono guarnizioni metalliche utilizzate principalemte nel settore petrolifero ed in quelle applicazioni gravose con alte pressioni e temperature.
Cam profile
Le guarnizioni di tipo Cam Profile sono realizzate con una parte metallica zigrinata ricoperta con una parte non metallica. Questa configurazione gli permette di resistere ad alte pressioni e di raggiungere la tenuta anche con serraggi non alti come per le altre guranizioni metalliche. Il particolare disegno permette di avere dei carichi superficiali alti (e quindi una buona tenuta) a fronte di copie di serraggio non elevate come nel caso delle guarnizioni spirometalliche o ring joint. Rispetto pero' alle guarnizioni spirometalliche presentano una minore elaasticita'.
FASE 2 - Scelta del tipo di materiale
Una fase fondamentale della scelta del tipo di guarnizione e' identificare il materiale da utilizzare. Sia che si tratti di guarnizioni metalliche, semimetalliche o morbide il materiale scelto deve essere compatibile chimicamente e resistere alle temperature/pressioni richieste.
Compatibilita' con il fluido
Il materiale scelto deve resistere e non essere danneggiato o deteriorato dal fluido contenuto. I fluidi possono essere i piu' svariati: da sostanze relativamente innoque come l'acqua a sostanze chimiche aggressive o addirittura tossiche. Mentre una perdita in un impianto contenente fluidi inoqui causa tipicamente una perdita di efficienza, una perdita con sostanze tossiche o infiammabili puo' causare anche ingenti danni(in tal caso si consiglia l'utilizzo di appositi sistemi di contenimento di sicurezza).
E' quindi evidente come sia importante in certe applicazioni selezionare con cura il materiale da utilizzare. Per questo motivo, in alcuni campi di impiego, esistono rnormative/certificazioni che impongono alcune caratteristiche del materiale che puo' essere utilizzato (Certificazioni di alimentarieta';, per utilizzo con gas, per utilizzo con ossigeno, ....) e che variano a seconda del paese di utilizzo della guarnizione. ATTENZIONE: oltre al normale funzionamento occorre tenere conto anche ad eventuali cicli di manutenzione straordinario che puo' subire l'impianto/guarnizione. Ad esempio nel caso di impianti ad uso alimentare occorre valutare anche la compatibilità chimica alle sostanze e temperature utilizzate durante i cicli di sanificazione e pulizia. Un tipico ciclo di sanificazione infatti prevede solitamente lavaggi con SODA (al 2% o 3% per 20 minuti) ed acido nitrico (1% per 10 minuti). Quasi tutti i materiali tollerano questi lavaggi (a patto che non si esageri con concentrazioni,tempi e temperature) ma conviene sempre verificarlo con il produttore della materia prima.
Temperatura e pressione di esercizio
Un parametro importante per la selezione del materiale e' conoscere i valori minimi, massimi e di esercizio della pressione e della temperatura.
Solitamente questi due parametri devono essere valutati contemporaneamente e nelle schede tecniche del materiale sono spesso inseriti dei diagrammi Pressione Temperatura come quello che segue che indicano dove e' possibile applicare tale materiale senza problemi (Zona 1), dove occorre applicarlo con le dovute precauzioni e test (Zona 2) o dove non e' possibile applicarlo (Zona 3).
Spessore del materiale
Infine occorre scegliere lo spessore del materiale. Quì generalmente occorre raggiungere il compromesso migliore, più la guarnizione è sottile minore e' la forza di espulsione su di essa e migliore e' la tenuta ma e' anche peggiore la sua adattabilita' ad eventuali difetti delle superfici del giunto (superfici non perfettamente parallele, rugosita, ... ).
In genere conviene utilizzare sempre lo spessore minimo consentito dalla progettazione del giunto, lasciando un minimo di margine per compensare le irregolarita' superficiali della flangia, la asimmetrie del parallelismo, le carenze della finitura e della rigidita' superficiale.
In ogni caso, piu' sottile e' la guarnizione maggiore e'; la compressione che questa puo' sopportare, con la conseguente diminuzione della perdita di tensione dei bulloni generata dal rilassamento. Anche l'area della guarnizione esposta agli attacchi della pressione dei fluidi sara' minore.
Per le flange, come regola di massima, spesso si utilizza lo spessore 1,5 o 2 mm per quelle di dimensioni inferiori mentre per le dimensioni maggiori si utilizza lo spessore 3 mm.
Immagazzinaggio
Anche se molti materiali per guarnizioni possono essere utilizzati con sicurezza anche dopo un immagazzinamento di parecchi anni occorre tener conto che alcuni materiali possono invecchiare e deteriorarsi nel tempo. Questo capita principalemnte a quei materiali che contengono degli elastomeri come leganti che generalemnte invecchiano. Per ridurre questo invechiamento inoltre e' consigliato immagazzinare il materiale e/o le guarnizioni lontano da fonti di calore e non a diretto contatto con la luce solare.
Ovviamente non tutti i tipi di materiali/guarnizioni subiscono questo tipo di invecchiamento; per esempio le guarnizioni metalliche, o le guarnizioni di grafite, PTFE, ... non subiscono invecchiamento e possono teoricamente resistere un tempo indefinito.
Inoltre occorre considerare che, anche se alcuni tipi di materiali sono molto robusti, altri materiali si possono danneggiare se maneggiati con poca cura (pieghe , flessioni possono creare crepe sul materiale e compromettere la tenuta). Occorre sempre controllare l'integrita' della guarnizione prima di montarla e trasportarle sempre senza fletterle o piegarle. non riutilizzare mai le guarnizioni piu' di una volta.
FASE 3 - Procedura di serraggio
Il corretto assemblaggio della connessione e' essenziale per far si cha la guarnizione possa dare le prestazioni migliori. L'assemblaggio e' un processo soggetto a un gran numero di variabili: l'uniformità delle superfici, la loro durezza e scivolosita' la calibratura degli attrezzi, l'accessibilita' dei bulloni/prigionieri,l'ambiente dove devono operare i tecnici ed altro.
Pulizia
Per assicurare una buona prestazione della guarnizione, tutte le superfici devono essere pulite. Sistemi di fissaggio, rondelle e dadi devono essere puliti possibilmente con spazzole metalliche per eliminare eventuali impurità nella filettatura. Le superfici della flangia a contatto con la guarnizione devono essere pulite con attrezzi idonei.
In caso di sostituzione della guarnizione occorre rimuovere completamente ed attentamente la vecchia guarnizione senza danneggiare la superficie della flangia. Finita la pulizia eseguire un controllo visivo per assicurarsi che le superfici delle flange non presentino difetti (Flangia curva, flangia con rigature radiali, flangia non piana, ...). Controllare sempre anche la guarnizione prima del montaggio per assicurarsi che non abbia difettosita' o che sia danneggiata. Montare inoltre sempre guarnizioni nuove.
Lubrificazione
Secondo studi effettuati, in alcuni casi l'assenza di un idoneo lubrificazione obbliga ad utilizzare più del 50% della coppia applicata per vincere la frizione. In questo caso la compressione sulla superficie della guarnizione rischia di essere scarsa. Per assicurarsi che la coppia di serraggio sui bulloni generi una compressione adeguata sulla guarnizione occorre ben lubrificare i bulloni.
La lubrificazione e l'utilizzo di bulloni in ottimo stato e' molto importante e spesso, se non controllate, sono la causa di perditi in accoppiamenti tra flangie. ATTENZIONE: Le parti che devono essere lubrificate sono le parti filettate e le superfici che scorrono dei bulloni. Fate attenzione a non contaminare le superfici delle flange dove e' presente la guarnizione.
Installazione della guarnizione
Prima di fissare la guarnizione occorre assicurarsi che le flangie siano ben posizionate e che le facce a contatto siano parallele. Assicurarsi che la guarnizione sia ben centrata. Non utilizzate nastri adesivi/ bioadesivi/colle per fissare la guarnizione; questi compromettono l'efficienza della guarnizione stessa.
Un altro fattore importante per il serraggio delle guarnizione e' la coppia di serraggio che deve essere utilizzata; questa deve tenere conto del tipo di tenuta che si vuole raggiungere, dal materiale utilizzato, dalle condizioni di esercizio della flangia (pressione e temperatura), della coppia necessaria per comprimere la guarnizione e dalla coppia che serve per vincere la frizione tra la filettatura dei bulloni. Quest'ultimo valore varia molto a seconda del tipo dei bulloni, dalle sue condizioni (nuovo o usato) e dal suo stato di lubrificazione.
Stringere poco i bulloni può voler dire perdite di fluido dal giunto mentre un serraggio eccessivo può portare alla rottura della guarnizione o dei bulloni. E' inoltre importante rimanere all'interno del range elastico dei bulloni (solitamente tra il 20% ed il 30% del valore nominale) Per giungere al giusto serraggio con una compressione corretta della guarnizione e' molto importante stringere sempre i dadi seguendo uno schema incrociato utilizzando delle chiavi torsiometriche in 5 passaggi:
PASSAGGIO 1: stringere i dadi a mano in modo da rendersi conto di eventuali filettature difettose o dure. In tal caso sostituire i bulloni o dadi.
PASSAGGIO 2: Sempre incrociando i bulloni arrivare a stringere fino al 30% della coppia finale consigliata e controllare che la flangia aderisca uniformemente alla guarnizione.
PASSAGGIO 3: Come il passaggio 2 ma stringere fino al 60%.
PASSAGGIO 4: Stringere fino a raggiungere la coppia raccomandata sempre incrociando i bulloni.
PASSAGGIO 5: Stringere alla coppia finale per dadi addiacenti in modo da verificare il corretto serraggio.
Se necessario ripetere i 5 passaggi più volte fino al raggiungimento del serraggio finale. In alcuni casi, può essere necessario ripetere i passaggio qualche giorno dopo la messa in servizio dell'impianto.
