Funzione di una guarnizione metallica resiliente
Dinamica della guarnizione
L’efficacia delle guarnizioni metalliche resilienti si basa sul relativo elevato carico di contatto specifico esistente tra la guarnizione e la superficie di accoppiamento. Questa forza di serraggio (o lineare) è generata dalla compressione della guarnizione rispetto a una certa profondità della sede e su una certa resilienza o ritorno elastico della guarnizione metallica (dotata o meno di molla).
La figura rappresenta le caratteristiche di compressione e decompressione di un C-ring standard energizzato da molla. La curva “A-B-C” raffigura l’aumento del carico di serraggio in base al tasso di compressione, laddove la curva “C-D-E” rappresenta la riduzione del carico lineare quando le flange della guarnizione si separano e la compressione si riduce.
La curva mostra una deformazione plastica della guarnizione metallica. Il punto “B” sulla curva della compressione indica il punto di transizione tra la deformazione elastica e quella plastica. In questo esempio viene raggiunto quasi l’80% del massimo carico di serraggio. Il punto “C” indica il punto di massima compressione (profondità minima della sede). Le guarnizioni metalliche dovrebbero subire una compressione di circa il 20%, poiché aumentando il rapporto di compressione si corre il rischio di pregiudicare la tenuta.
Il ritorno o recupero elastico totale è situato dal punto “C” al punto “E”. Come regola generale, il ritorno elastico varia fra il 4 e il 6% della sezione originale della guarnizione. Chiaramente non appena la separazione della flangia sarà uguale al ritorno elastico, la forza di serraggio tornerà ad azzerarsi. A questo punto l’efficacia della tenuta ne risentirà notevolmente. Pertanto, si consiglia caldamente di evitare in qualsiasi momento movimenti o rotazioni della flangia. Qualora ciò sia impossibile, non dovranno comunque superare il 30% del ritorno elastico totale, denominato anche ritorno utile e dipendente da diversi fattori:
- Tasso di perdita accettabile
- Design della guarnizione
- Attrezzature
Forza di serraggio
La linea di tenuta iniziale tra la guarnizione e la superficie di accoppiamento aumenterà gradualmente in base al tasso di compressione per formare un’impronta. L’ampiezza dell’impronta dipende dal tipo, dalla sezione e dal tasso di compressione della guarnizione. La forza di serraggio della guarnizione sarà uguale al carico lineare diviso per l’ampiezza dell’impronta.
I carichi lineari variano da una circonferenza della guarnizione compresa tra 20 N/mm e 500 N/mm. L’ampiezza o l’impronta della guarnizione varia da meno di 1 mm fino a circa 3 mm per le guarnizioni a sezioni più grandi.
Sulla base di tali fattori, la forza di serraggio varierà da un minimo di 30 MPa fino a oltre 150 MPa. In presenza di una molla per carico pesante, il suddetto valore può superare i 300 MPa.
L’elevata forza di serraggio è necessaria per consentire alla placcatura o al rivestimento prescelti di riempire le irregolarità delle flange, assicurandone la perfetta tenuta in caso di perdite.
