COS’è UNA TENUTA MECCANICA

La tenuta meccanica è un dispositivo atto ad isolare due volumi su macchine rotative (operatrici o motrici), in cui uno o più assi rotanti siano dotati di moto, nel punto in cui il setto (asse) fuoriesce dalla macchina stessa, collegandosi ad un sistema propulsivo di qualsiasi natura.
Prendiamo ad una macchina operatrice, centrifuga o volumetrica (una pompa, un compressore, una turbina). Il volume interno alla macchina, spesso inteso come fluido di processo, deve necessariamente essere isolato da quello che è l’ambiente esterno.
La tenuta meccanica ha il compito di essere installata nel punto in cui l’asse fuoriesce dalla macchina operatrice per andarsi a collegare al sistema generatore del moto (ad esempio un motore elettrico, un motore a scoppio) impedendo al fluido di processo di fuoriuscire dalla macchina stessa.

Principi di selezione

Le tenute meccaniche sono composte da 4 elementi fondamentali:
1. Un anello rotante
2. Un anello stazionario
3. Un elemento elastico
4. Un elemento di trascinamento

La tenuta meccanica presenta numerose varianti e configurazioni in base alla sua applicazione.
Le distinzioni che si possono fare sono:

Dipendente o indipendente dal senso di rotazione. L’esempio caratteristico è la tenuta meccanica a molla conica, in cui il moto del rotore (asse) viene trasferito direttamente alla tenuta stessa, portandola in rotazione. In questo caso specifico la tenuta funzionerà solo se prodotta nel corretto senso di rotazione. Le tenute meccaniche dotate di più molle (multimolla), molle a balestra o soffietti (metallici per lo più) possono, invece, lavorare in ambe due i sensi di rotazione della macchina operatrice.

Bilanciata o non bilanciata. Il più importante dei principi che caratterizza una tenuta meccanica è sicuramente la bilanciatura o meno della sua struttura geometrica. Una tenuta meccanica bilanciata è una tenuta meccanica in cui, in fase di progettazione, si è tenuto conto della pressione di esercizio che deve essere soddisfatta, cercando quindi di farsì che la pressione della camera della tenuta aiuti a chiudere le facce di scivolo. La bilanciatura si esegue calcolando la differenza delle superfici poste sotto pressione (sia positivamente, quindi a favore della spinta, che negativamente, se ad esempio la tenuta deve essere applicata esternamente al processo). Il calcolo della bilanciatura può essere riassunto dalla seguente formula:

B = (Do2 – Db2)/(Do2 – Di2) per le tenute pressurizzate esternamente
B = (Db2 – Di2)/(Do2 – Di2) per le tenute pressurizzate internamente

Esempio tenuta con alta pressione sul diametro esterno
Esempio tenuta con alta pressione sul diametro esterno

A componenti sciolti o a cartuccia. Anche questa distinzione è una delle principali scelte da effettuare quando si seleziona una tenuta meccanica. Fanno parte della categoria “a componenti ciolti” tutte le tenute meccaniche composte da una parte rotante (parte elastica, guarnizione statica, anello di strisciamento) e una parte statica, solitamente composta da un anello di strisciamento e una guarnizione secondaria. Questa tipologia viene impiegata solitamente su macchine operatrici di larga produzione, come pompe e compressori, in cui l’impiego della macchina stessa sia molto ben definito. La tenuta, in questo caso sarà montata all’interno della macchina. Le tenute a componenti sciolti possono subire alcune distinzioni se si prevede di utilizzarle in configurazione “multipla”. Possono quindi diventare in tandem (in gergo internazionale vengono definite come “face-to-back”) o contrapposte (“back-to-back”).
Le tenute meccaniche “a cartuccia” raffigurazione l’evoluzione tecnica che la tenute meccanica ha saputo sviluppare negli anni. All’interno di questa particolare configurazione si possono contraddistinguere tenute a cartuccia “singole” o “doppie” (in cui i sistemi di tenuta inseriti sono due o più). Fatta questa prima selezione le tenute a cartuccia possono seguire norme che rappresentino l’unificazione nelle dimensioni (ANSI/ISO), che richiamino indicazioni sul dimensionamento (ASME) oppure, nel caso delle tenute impiegate per il settore “Oil & Gas”, che siano definite in tutti i loro aspetti progettuali relativamente a pressioni, velocità, temperature e configurazioni (API682).

Principi di funzionamento

Facciamo, qui di seguito, l’esempio di una tenuta a componenti per poter scendere nel dettaglio delle sue parti fondamentali.
Qui a fianco descriviamo una tenuta a componenti, singola, a molla conica (quindi dipendente dal senso di rotazione) e non bilanciata. La parte rotante è costituita da un elemento elastico (1), dall’o-ring o “guarnizione secondaria” (2) e dalla cassa rotante (3). In questo particolare esempio nella cassa rotante è anche inserito l’inserto strisciante o elemento di tenuta primario (4). Contrapposta alla parte rotante si trova la parte stazionaria, costituita da un anello monolitico (5) e da un o-ring o “guarnizione secondaria” (6).
Il funzionamento della tenuta meccanica sarà quindi dato da una parte rotante che, trascinata dall’albero di rotazione, rivoluzionerà sopra l’anello stazionario che, a differenza, sarà bloccato all’interno della sede, appositamente realizzata sul componente della macchina (ad esempio un coperchio) dove sarà installata. Le due facce striscianti creeranno una barriera che impedirà al fluido di processo (interno alla macchina) di venire in contatto con l’ambiente esterno.