Le basi dei raccordi a compressione

Introduzione ai raccordi a compressione

I raccordi a compressione sono uno dei metodi più comuni e versatili per collegare tubi di metallo o plastica dura. Particolarmente utili per le loro capacità di temperatura e pressione estreme, e la loro compatibilità con i fluidi aggressivi, i raccordi a compressione possono essere visti in sistemi che variano dalle linee di gas nelle raffinerie, all’impianto idraulico sotto il vostro lavandino.

I raccordi a compressione in miniatura si trovano in applicazioni che vanno dalla cromatografia e dagli strumenti di rilevamento di bombe, ai dispositivi medici e alla stampa a getto d’inchiostro. Che si tratti dello scaldabagno di casa vostra o di un tubo che trasporta sostanze chimiche pericolose, tutte le applicazioni dei raccordi a compressione hanno diverse caratteristiche in comune: richiedono un facile montaggio, una lunga durata e assolutamente nessuna perdita.

I gruppi di raccordi a compressione variano nel design da produttore a produttore, ma sono tutti costituiti dagli stessi tre elementi di base: un dado o vite a compressione, una o più ghiere e un corpo del raccordo a compressione. Anche il principio di funzionamento di ogni componente rimane più o meno lo stesso tra i vari design: il tubo viene inserito nell’estremità del raccordo, e il dado/vite viene stretto, forzando la ghiera (o le ghiere) nel corpo del raccordo. Mentre la ghiera si muove assialmente nel corpo del raccordo, la forma angolare del corpo comprime radialmente l’estremità della ghiera sul diametro esterno del tubo. È questa compressione radiale che crea la tenuta stagna tra il raccordo, la ghiera e il tubo, e dà al raccordo a compressione il suo nome.

Il successo dei raccordi a compressione in una data applicazione può dipendere da una serie di fattori. I principali sono il design del raccordo e della ghiera, la selezione dei tubi e la procedura di installazione.

Le ghiere

La ghiera è il componente primario di tenuta di un raccordo a compressione, e può essere trovata in un’ampia varietà di materiali che vanno dall’acciaio inossidabile alla grafite. La maggior parte delle ghiere sul mercato, tuttavia, sono fabbricate in metallo. Le ghiere di metallo sono interessanti perché sono stabili in un’ampia gamma di temperature e possono sopportare carichi di compressione senza rilassarsi. In genere, le guarnizioni metallo-metallo sono considerate soggette a perdite (per esempio, le filettature dei tubi metallici sono spesso rinforzate con nastro per tubi). Le ghiere, tuttavia, sono specificamente progettate per creare una tenuta ottimale sia contro il tubo che contro il corpo del raccordo. Alcuni dei fattori chiave del design della ghiera includono:

Forma della ghiera

La forma della ghiera e l’angolo di accoppiamento del corpo del raccordo sono fattori critici per l’affidabilità di una tenuta a compressione. Entrambi i componenti devono essere rastremati in modo da permettere alla ghiera di comprimersi correttamente quando il dado viene stretto, mantenendo l’allineamento assiale con il tubo. Inoltre, gli angoli relativi della ghiera e del corpo del raccordo determinano quanto movimento lineare viene convertito in compressione radiale, e quale livello di contatto (“contatto di linea” o “contatto di superficie”) viene fatto con il tubo. Una compressione uniforme, a “contatto di linea” intorno all’intera circonferenza della ghiera creerà la tenuta più affidabile. A questo scopo, è anche importante che la ghiera abbia un bordo anteriore affilato.

Ghiere in un pezzo contro ghiere in due pezzi

. Ghiere in due pezzi

La maggior parte dei raccordi a compressione di base contiene una sola ghiera. I design a ghiera singola minimizzano il numero totale di componenti e funzionano in modo affidabile quando sono fabbricati con materiali più morbidi (plastica o ottone per esempio). Con materiali più duri come l’acciaio, tuttavia, la coppia viene spesso trasferita dal dado di compressione alla ghiera quando il dado viene stretto. La rotazione risultante può causare la compressione asimmetrica della ghiera o lo spostamento nel tempo a causa della coppia residua. Negli acciai inossidabili, la rotazione della ghiera può anche produrre gallerie e causare perdite permanenti. L’aggiunta di un’ulteriore ghiera posteriore che ruota liberamente può disaccoppiare il dado dalla ghiera anteriore, impedendo il trasferimento della coppia.

Ghiere asimmetriche o simmetriche

Le ghiere in un solo pezzo sono spesso disponibili come asimmetriche o simmetriche. Entrambe le versioni sono simmetriche radialmente al fine di sigillare uniformemente intorno al diametro esterno del tubo. Invece, la simmetria/asimmetria si riferisce all’orientamento rispetto al dado.

Una ghiera asimmetrica è a forma di cono e può essere inserita nel corpo del raccordo solo in una direzione (di solito con la punta del cono rivolta verso il corpo del raccordo). Le ghiere simmetriche hanno l’aspetto di due coni messi uno dietro l’altro e possono essere inserite nel corpo del raccordo in entrambe le direzioni. Questo aumenta la facilità di assemblaggio in applicazioni dove vengono usati molti raccordi e il tempo di assemblaggio è critico.

Lo svantaggio delle ghiere simmetriche è che è più probabile che si spostino fuori asse rispetto al tubo, creando leggere perdite. Questo è particolarmente vero quando si usano insieme a tubi di plastica dura. Per questa ragione, le ghiere asimmetriche sono di solito preferite per applicazioni ad alta tecnologia. Le ghiere asimmetriche permettono anche disegni di ghiere in due pezzi, come descritto sopra.

Tubi

I raccordi a compressione sono più comunemente usati con tubi duri perché la parete del tubo deve essere abbastanza rigida da resistere alle forze di compressione applicate dalla ghiera. Le scelte comuni includono tubi metallici (come acciaio inossidabile o rame) e tubi di plastica rigida (come PEEK, nylon, Teflon®, Kynar®, o polietilene).

L’uso di tubi più morbidi (come il poliuretano o il vinile) non è normalmente raccomandato con i raccordi a compressione perché la parete del tubo può collassare o allontanarsi dalla ghiera. Questo annulla il potere di tenuta della ghiera e può anche impedire alla ghiera di fare una tenuta stagna intorno all’intero diametro del tubo. Se c’è un particolare problema di progettazione (per esempio, un raggio di curvatura stretto) che richiede un tubo più morbido, è importante rinforzare la parete del tubo. Alcuni produttori offrono inserti per tubi a questo scopo. L’inserto per tubi, di solito in metallo, viene premuto nel tubo morbido e sostiene la parete del tubo in modo che non collassi quando la ghiera viene compressa.

Le caratteristiche fisiche e chimiche dei vari materiali dei tubi devono essere prese in considerazione quando si sceglie il tubo migliore per una data applicazione. È buona pratica cercare il supporto tecnico di un fornitore di tubi quando si lavora su un nuovo progetto. I fattori chiave includono: pressione e temperatura estreme, condizioni ambientali, condizioni di vibrazione, compatibilità dei fluidi e raggio minimo di curvatura. Oltre a queste considerazioni generali, ci sono parecchi fattori più specifici da considerare per quanto riguarda le assemblee del raccordo di compressione, come:

Teflon (PTFE) Tubazione

La tubazione di PTFE è una scelta materiale popolare per la tubazione perché è resistente alla maggior parte dei prodotti chimici, gestisce la pressione relativamente alta, è basso out-gassing, ed è più flessibile della tubazione metallica. Un fattore chiave di progettazione quando si usa questo tipo di tubo è la sua tendenza a “scorrere a freddo”, o a deformarsi da un carico di compressione. Questo può causare lo sviluppo di perdite nel tempo, poiché la parete del tubo comincia ad allontanarsi (flusso freddo) dalla ghiera. Il problema del flusso freddo è esacerbato quando il tubo è esposto ad alte temperature, e può verificarsi anche quando i raccordi sono installati correttamente e inizialmente senza perdite.

Una soluzione a questo problema comune è l’incorporazione di una guarnizione ridondante, come un o-ring interno, nel corpo del raccordo. Questo elemento di tenuta secondario fa una tenuta radiale contro il diametro esterno del tubo, indipendente dalla tenuta creata dalla ghiera. Questo è un approccio progettuale “a cinghia e bretelle”, ma si è dimostrato molto efficace nel risolvere il problema della perdita del flusso freddo.

Tubo metallico

Il modo in cui il tubo metallico è prodotto può avere un effetto significativo sulle sue prestazioni con i raccordi a compressione. I tubi dovrebbero essere lisci e privi di rugosità o linee di estrusione che possono creare un percorso di perdita oltre la ghiera. Inoltre, i tubi che sono stati conservati in bobine possono spesso avere un diametro asimmetrico, impedendo una compressione uniforme. Mentre una guarnizione elastomerica può deformarsi per adattarsi a queste leggere variazioni, la guarnizione metallo-metallo di un raccordo a compressione è meno clemente. È anche importante che l’estremità di ogni sezione sia tagliata in modo squadrato, per permettere al tubo di sedersi simmetricamente nel corpo del raccordo.

Installazione

Le istruzioni di installazione dei raccordi a compressione variano a seconda del produttore e del design specifico del raccordo. Bisogna fare attenzione a seguire le procedure di montaggio raccomandate dal produttore. Ci sono comunque diversi elementi comuni alla procedura di installazione per quasi tutti i raccordi a compressione:

Distanza vs. Coppia

Di solito la procedura di serraggio di un raccordo a compressione è specificata usando la rotazione del dado come chiave metrica, piuttosto che la coppia. I dadi a compressione sono filettati, il che significa che il numero di rotazioni del dado è direttamente correlato alla compressione lineare della ghiera, in base al passo del filetto. La coppia, d’altra parte, può variare notevolmente, a seconda del materiale del raccordo e della ghiera, della lubrificazione, del grado di attrito (per i raccordi inossidabili) e di altri fattori.

Più stretto non è “meglio”
Spesso, quando si assemblano i raccordi, gli assemblatori e gli ingegneri presumono che “più stretto è meglio”. Questo non è vero per i raccordi a compressione. Come descritto nella sezione “Ghiere” sopra, la tenuta ottimale è creata da un contatto lineare tra la ghiera e il tubo. Un serraggio insufficiente del dado di compressione non deforma la ghiera abbastanza da creare questo contatto, ma un serraggio eccessivo la deforma troppo, creando un contatto superficiale. Un contatto superficiale indebolisce la tenuta e spesso provoca perdite