Cos'è una guarnizione in gomma: funzione, tipologie, materiali e applicazioni

Cos'è una guarnizione e cosa fa?

Una guarnizione è una tenuta meccanica posizionata tra due superfici accoppiate, in genere flange, coperchi o alloggiamenti, per impedire perdite di fluidi, gas o contaminanti attraverso il giunto quando le superfici sono imbullonate o fissate insieme. La guarnizione riempie le irregolarità microscopiche, i graffi e le ondulazioni che esistono anche sulle superfici metalliche lavorate, creando una barriera continua che un contatto rigido metallo-metallo da solo non può raggiungere.

La funzione di una guarnizione è fondamentalmente compressiva: quando gli elementi di fissaggio del giunto vengono serrati, il materiale della guarnizione viene compresso tra le due facce. Questa compressione costringe la guarnizione a conformarsi alla topografia della superficie su entrambi i lati, sigillando qualsiasi potenziale percorso di perdita attorno al perimetro del giunto. La guarnizione deve mantenere questa tenuta nelle condizioni operative del giunto, tra cui pressione interna, cicli di temperatura, vibrazioni ed esposizione chimica, per tutta la durata di servizio del gruppo.

Le guarnizioni sono distinte dagli O-ring e dalle tenute meccaniche per geometria e applicazione, sebbene tutti e tre siano dispositivi di tenuta. Una guarnizione è un componente in lamiera piatta o sagomata che sigilla un giunto statico (non mobile): flange di tubi, coperchi di testate, corpi di valvole, coperchi di scambiatori di calore e piastre di ispezione. Gli O-ring sigillano in una scanalatura sotto compressione radiale o assiale. Le tenute meccaniche sono dispositivi dinamici che sigillano alberi rotanti. Nell'uso industriale e meccanico quotidiano, tuttavia, "guarnizione in gomma" e "guarnizione in gomma" sono spesso usati in modo intercambiabile quando si fa riferimento a componenti di tenuta elastomerici piatti.

Cos'è un Guarnizione in gomma ?

Una guarnizione in gomma è un componente di tenuta tagliato, stampato o estruso da un materiale elastomerico (gomma naturale o uno di un'ampia gamma di composti di gomma sintetica) per adattarsi tra due facce del giunto. La natura elastomerica della gomma è proprio ciò che la rende adatta alle guarnizioni: la gomma si deforma sotto compressione senza fratturarsi, si ripristina quando il carico viene parzialmente rilasciato e si adatta a piccoli disallineamenti e irregolarità superficiali che i materiali rigidi delle guarnizioni non possono colmare senza perdite.

Le guarnizioni in gomma sono prodotte sotto forma di lamiera piana (tagliata o stampata da un foglio di gomma), forma stampata (stampata a compressione o iniezione su un profilo specifico) o come profili estrusi (per guarnizioni continue in porte, portelli, recinzioni e finestre). Le guarnizioni in gomma in fogli, il tipo più comune per giunti flangiati di tubi e apparecchiature, sono disponibili in spessori da 0,5 mm a 25 mm e in una gamma di gradi di durezza (Shore A 40–80 è tipico per applicazioni di guarnizione) a seconda del carico di compressione e dei requisiti di tenuta.

Lo scopo di una guarnizione in gomma rispetto alle alternative metalliche o non metalliche (PTFE, fibra compressa, spirale avvolta in grafite) è principalmente il costo, la disponibilità e le prestazioni su giunti a pressione e temperatura inferiori. Le guarnizioni in gomma sono la scelta giusta per l'approvvigionamento idrico, HVAC, lavorazione alimentare, pneumatica e servizi chimici generali fino a pressioni e temperature moderate. Per vapore ad alta temperatura, pressioni estreme o servizi chimici fortemente ossidanti, sono specificati materiali per guarnizioni non in gomma.

Tipi di guarnizioni e guarnizioni in gomma

Diverse mescole di gomma offrono diverse combinazioni di resistenza alla temperatura, compatibilità chimica, resistenza alla compressione e resistenza meccanica. La scelta del tipo di gomma corretto per l'ambiente operativo è la decisione più critica nelle specifiche della guarnizione: una gomma chimicamente incompatibile si gonfierà, si indurirà, si spezzerà o si dissolverà durante il servizio, causando guasti al giunto indipendentemente dalla corretta installazione.

Gomma Naturale (NR)

La gomma naturale ha un'eccellente resistenza alla trazione, elevata elasticità e buona resistenza all'abrasione. Funziona bene nel servizio idrico e negli ambienti acidi diluiti, ma viene attaccato da oli a base di petrolio, carburanti e ozono. L'intervallo di temperatura è compreso tra −50°C e 80°C circa. Le guarnizioni in gomma naturale vengono utilizzate nelle reti idriche, nelle applicazioni alimentari e nei servizi pneumatici generali in cui è assente il contatto con gli idrocarburi.

Gomma nitrilica (NBR)

La gomma nitrilica (acrilonitrile-butadiene) è la scelta standard per il servizio di petrolio e carburante. Il suo contenuto di acrilonitrile (che varia dal 18% al 50% a seconda del grado) determina la sua resistenza al rigonfiamento degli idrocarburi: un contenuto di nitrile più elevato significa una migliore resistenza all'olio ma una minore flessibilità alle basse temperature. Le guarnizioni NBR sono ampiamente utilizzate nei sistemi idraulici, nei motori automobilistici, nelle apparecchiature per la movimentazione del carburante e nei macchinari industriali ovunque siano presenti fluidi petroliferi. L'intervallo di temperatura è tipicamente compreso tra −40 °C e 120 °C.

EPDM (monomero di etilene propilene diene)

L'EPDM ha un'eccezionale resistenza agli agenti atmosferici, all'ozono e ai raggi UV - la migliore di qualsiasi elastomero comune - combinata con prestazioni eccellenti in servizio con acqua calda e vapore fino a circa 150°C. È il materiale di guarnizione standard per condutture HVAC, sistemi di trattamento dell'acqua, membrane di copertura e involucri elettrici esterni. L'EPDM non è compatibile con oli petroliferi o carburanti, che causano un rapido rigonfiamento. È anche il materiale preferito per le guarnizioni dei sistemi di acqua potabile, poiché soddisfa i requisiti NSF/ANSI 61 per il contatto con l'acqua potabile.

Neoprene (CR—Gomma cloroprenica)

Il neoprene offre un profilo equilibrato: moderata resistenza all'olio, buona resistenza agli agenti atmosferici e all'ozono, resistenza alla fiamma e un intervallo di temperatura utile compreso tra −40 °C e 120 °C. È ampiamente utilizzato nei sistemi di refrigerazione (compatibile con molti refrigeranti), nelle applicazioni marine e nelle guarnizioni di involucri esterni dove sono necessarie sia gli agenti atmosferici che una moderata resistenza chimica. Il neoprene è spesso la soluzione predefinita laddove né il focus sull'olio dell'NBR né il focus sull'acqua/meteo dell'EPDM si adattano perfettamente all'applicazione.

Gomma siliconica (VMQ)

La gomma siliconica ha il più ampio intervallo di temperature utili rispetto a qualsiasi materiale per guarnizioni elastomeriche: da -60°C a 200°C, con alcuni gradi speciali classificati fino a 250°C. Presenta un'eccellente resistenza alla compressione (mantiene la forza di tenuta nel tempo senza deformazioni permanenti) ed è conforme alla FDA per il contatto con gli alimenti nella maggior parte dei gradi. Il silicone non è resistente agli oli di petrolio o al vapore a temperature superiori a 120°C e la sua resistenza allo strappo è inferiore rispetto ad altri tipi di gomma, il che lo rende inadatto per applicazioni meccaniche ad alto stress. È standard nelle apparecchiature per la lavorazione degli alimenti, nella produzione farmaceutica, nei dispositivi medici e nelle guarnizioni per forni ed elettrodomestici ad alta temperatura.

Viton (FKM— Fluoroelastomero)

Il fluoroelastomero (Viton è il nome commerciale di DuPont; FKM è la designazione ISO) offre la più ampia resistenza chimica di qualsiasi materiale per guarnizioni in gomma, resistente a combustibili petroliferi, oli, fluidi idraulici, molti acidi e idrocarburi aromatici, combinata con un intervallo di temperature compreso tra -20°C e 200°C. L'FKM è specifico per lavorazioni chimiche impegnative, sistemi di carburante aerospaziali e applicazioni di motori ad alta temperatura dove altre gomme fallirebbero. Il suo costo è significativamente più elevato rispetto a NBR o EPDM, quindi è riservato ad applicazioni in cui i requisiti di compatibilità chimica o temperatura non possono essere soddisfatti altrimenti.

A cosa servono le guarnizioni? Applicazioni in tutti i settori

Le guarnizioni sono presenti praticamente in ogni sistema meccanico che contiene fluidi o gas pressurizzati. Le loro applicazioni spaziano dai settori dell'idraulica residenziale all'aerospaziale, ovunque un giunto statico debba essere sigillato in modo affidabile nel tempo.

Impianti idraulici e sistemi idrici

Le guarnizioni in gomma si trovano all'interno dei raccordi dei rubinetti, dei connettori dei tubi flessibili, dei giunti flangiati nella rete idrica, dei raccordi dello scaldabagno e delle valvole di riempimento della toilette. L'EPDM e la gomma naturale dominano questo segmento grazie alla loro compatibilità con l'acqua e alla loro conformità agli standard di contatto con l'acqua potabile. La rondella piatta in gomma all'interno del raccordo per tubo da giardino è una delle applicazioni di guarnizione più diffuse nell'uso quotidiano.

Automotive e macchinari

Le guarnizioni del coperchio delle valvole del motore, le guarnizioni della coppa dell'olio, le guarnizioni dell'alloggiamento del termostato e le guarnizioni della coppa della trasmissione sono tutte guarnizioni in gomma o compositi in gomma che impediscono perdite di olio e liquido refrigerante in corrispondenza dei giunti statici sul blocco motore e sui componenti ausiliari. NBR è lo standard per le guarnizioni a contatto con l'olio; silicone ed EPDM vengono utilizzati per i giunti del circuito di raffreddamento e per i punti ad alta temperatura vicino allo scarico. Il guasto della guarnizione, in particolare della guarnizione della testata, che è un composito ad alte prestazioni anziché una semplice gomma, è tra i guasti meccanici più costosi nella manutenzione automobilistica, sottolineando la funzione critica svolta da questi componenti.

Flange per tubi industriali

I giunti flangiati dei tubi negli impianti chimici, nelle raffinerie, negli impianti di trattamento dell'acqua e nelle industrie di processo si affidano alle guarnizioni per sigillare l'interfaccia tra le sezioni del tubo, le valvole, le pompe e i serbatoi. Le guarnizioni in foglio di gomma, in genere del tipo ad anello a faccia intera o a faccia rialzata, sono lo standard per tubazioni di acqua, vapore e servizi chimici a bassa pressione. Per pressioni più elevate, temperature elevate o servizi chimici aggressivi, le guarnizioni metalliche a spirale o le guarnizioni metalliche con giunto di tipo ad anello (RTJ) sostituiscono la gomma.

Attrezzature per la lavorazione degli alimenti e farmaceutiche

Le guarnizioni nella lavorazione alimentare e farmaceutica devono soddisfare la conformità FDA, NSF o EC 1935/2004 per i materiali a contatto con gli alimenti, oltre a svolgere la loro funzione di tenuta. Il silicone e l'EPDM sono i materiali preferiti: entrambi sono disponibili in gradi conformi alla FDA, resistono ai cicli di pulizia chimica CIP (clean-in-place) e non conferiscono sapore o odore ai prodotti. Le guarnizioni sanitarie Tri-clamp, le guarnizioni ad anello piatto utilizzate nei raccordi per tubi sanitari in acciaio inossidabile, sono un fattore di forma standardizzato utilizzato nelle linee di produzione di alimenti, bevande, latticini e farmaceutiche.

Involucri elettrici ed elettronica

Le guarnizioni in gomma sigillano la porta e coprono i giunti di quadri elettrici, scatole di giunzione e alloggiamenti di apparecchiature esterne per ottenere la classificazione IP (protezione ingresso) contro acqua e polvere. Una guarnizione in EPDM o schiuma di neoprene installata correttamente su una porta dell'involucro con grado di protezione IP66 mantiene l'ambiente sigillato che protegge i componenti elettronici dall'ingresso di acqua, condensa e contaminazione. La compressione della guarnizione, la continuità attorno agli angoli e la compatibilità dei materiali con i detergenti sono tutti fattori che contribuiscono al mantenimento delle prestazioni IP nominali per tutta la vita utile dell'involucro.

Cosa sono le guarnizioni nei pantaloni? (Sigilli per indumenti impermeabili)

Nell'abbigliamento tecnico impermeabile - pantaloni da sci, mute stagne, pantaloni da vela e indumenti esterni - "guarnizioni" si riferisce alle guarnizioni in lattice o neoprene sulle aperture del polso, della caviglia e del collo che impediscono l'ingresso di acqua nell'interfaccia corpo-indumento. Il termine è più comunemente usato nelle immersioni con muta stagna e nella pagaiata in acque bianche, dove la muta deve rimanere completamente sigillata per mantenere asciutto chi la indossa quando è immerso o in acque agitate.

Le guarnizioni del polso e del collo della muta stagna sono generalmente modellate in sottile gomma di lattice, che forma una tenuta stagna contro la pelle attraverso la compressione elastica. Le guarnizioni in lattice sono efficaci ma fragili: sono il punto più frequente di manutenzione della muta stagna, richiedono una lubrificazione periodica con talco o spray al silicone e una sostituzione ogni 2-5 anni a seconda dell'esposizione ai raggi UV e della frequenza di utilizzo. Le guarnizioni in neoprene sono più resistenti e più calde ma forniscono una tenuta all'acqua meno completa rispetto al lattice, rendendole preferite per condizioni più miti. Nei pantaloni da sci e da esterno, una semplice ghetta interna alla caviglia realizzata in tessuto elasticizzato o neoprene ha uno scopo simile, impedendo a neve e acqua di entrare nell'interfaccia dello scarpone, ed è colloquialmente chiamata guarnizione in alcune descrizioni di prodotto.