Gli o-ring sono elementi fondamentali dei sistemi ad alto vuoto. Sono guarnizioni in materiale elastomerico, con sezione circolare, destinate ad essere inserite in apposite sedi e ad essere compresse durante l’uso, fungendo da elemento di tenuta.
Gli o-ring (chiamati anche OR) sono una forma molto comune di guarnizione nelle applicazioni tecniche, essendo utilizzati sia in condizioni statiche che dinamiche, cioè quelle in cui almeno una delle due superfici con cui l’OR è a contatto è in movimento.
Nelle applicazioni in cui è necessario realizzare una tenuta per un fluido in pressione, se l’OR è scelto in modo appropriato e la sede in cui è alloggiato è ben dimensionata e costruita, questo tipo di guarnizione è in grado di garantire la tenuta tra due ambienti con una pressione differenziale che può raggiungere anche diverse centinaia di bar. Ma su cosa si basa questa capacità ?
Il principio di funzionamento di un OR si basa sul fatto che la superficie di contatto dell’OR stesso con le superfici da sigillare è relativamente piccola, grazie alla forma circolare della sezione di questo tipo di guarnizione. Questo garantisce che la pressione di contatto sia elevata anche in presenza di precarichi relativamente modesti sull’elemento elastomerico. Finché la pressione del fluido che agisce sull’OR non supera la pressione di contatto, non può verificarsi una perdita.
Tutto questo vale anche per gli OR utilizzati per applicazioni ad alto vuoto?
La risposta è no!
Nella tecnica dell’alto vuoto, la pressione differenziale massima tra due ambienti è solitamente limitata a 1 bar, quindi non c’è bisogno di elevate pressioni di contatto tra un OR e le superfici delle parti da sigillare. In questo caso, infatti, entra in gioco un’altra grandezza, chiamata conduttanza, che può essere genericamente definita come l’efficienza di una tubazione nel supportare un flusso di gas. È intuitivo che un tubo lungo (e stretto) avrà una conduttanza inferiore rispetto a un tubo corto. Pertanto, è importante che l’OR abbia una superficie di contatto con le superfici della scanalatura in cui è alloggiato il più ampia possibile, naturalmente a scapito del valore della pressione di contatto, che è, in questo caso, una grandezza del tutto irrilevante. Esistono quindi differenze fondamentali tra gli OR – e le cavità – utilizzati nelle applicazioni ad alta pressione e nella tecnica del vuoto, che possono essere riassunte come segue:
– Nelle applicazioni ad alta pressione, l’OR deve toccare le superfici di contatto in soli due punti: pertanto, la scanalatura deve essere realizzata in modo da avere una larghezza sufficiente per gestire la compressione della guarnizione, mantenendo valida questa condizione. Nelle applicazioni a vuoto, invece, l’OR tocca le superfici di contatto in quattro punti, cioè le tre pareti che costituiscono la sede, presente su uno dei componenti, più la superficie del secondo componente che costituisce il sistema di tenuta. Questa condizione garantisce la conduttanza più bassa possibile e, quindi, le migliori condizioni di lavoro del sistema.
– Nelle applicazioni a vuoto, il materiale che costituisce l’OR ha una durezza inferiore, in modo da garantire una maggiore superficie di contatto e quindi una conduttanza inferiore. In questi casi, inoltre, la scelta del materiale che costituisce l’OR generalmente non viene effettuata sulla base della compatibilità chimica, ma della compatibilità termica: infatti, ricordiamo che spesso le camere a vuoto possono essere riscaldate a temperature relativamente elevate o riscaldarsi come conseguenza del processo eseguito.
– D’altra parte, è importante che il materiale che costituisce gli OR utilizzati nei sistemi da vuoto abbia valori di degassamento molto bassi, in modo da non diventare essi stessi una fonte di problemi per quanto riguarda il carico totale di gas.
– Nelle applicazioni a vuoto, è particolarmente importante che la finitura superficiale possieda la corretta direzione di lavorazione, che deve seguire la direzione dell’asse della sede stessa. Qualsiasi altro tipo di finitura creerebbe infatti “tubi” in grado di aumentare la conduttanza del sistema, con conseguente decadimento dei valori di pressione di base ottenibili.
Quindi ecco alcuni consigli
- Se un OR nella tua camera a vuoto dovesse danneggiarsi, non sostituirlo semplicemente con un componente dello stesso diametro. Probabilmente non sarà in grado di fornire le prestazioni desiderate.
- Se la scanalatura o la flangia in cui un OR è alloggiato o appoggiato è danneggiata, anche dalla presenza di un singolo graffio, deve essere riparata/ripristinata. Infatti, anche carichi di gas molto modesti, generati da piccole perdite che agiscono a livello microscopico, possono alterare significativamente il valore della pressione minima raggiungibile dal sistema.
- L’uso di un grasso per alto vuoto per la lubrificazione di un OR, in piccole quantità , può contribuire alla sigillatura dei micro-canali presenti e quindi al raggiungimento di un migliore livello di vuoto. Ma attenzione, deve essere un grasso specifico per alto vuoto, con pressione di vapore molto bassa!
Buon vuoto a tutti!