Temperatura d’esercizio

La temperatura d’esercizio è un fattore d’importanza vitale per il buon funzionamento di un sistema di tenuta in quanto ogni sostanziale differenza tra questa e la normale temperatura ambiente può modificare le caratteristiche del materiale, in particolar modo degli elastomeri.

I cambiamenti che avvengono alle basse temperature sono diversi da quelli prodotti da alte temperature.

Con una diminuzione della temperatura la tendenza di tutti gli elastomeri è quella di divenire progressivamente duri perdendo elasticità e recuperando più lentamente dopo una deformazione. Le curve durezza/temperatura non danno informazioni particolarmente utili in quanto la durezza può raggiungere un valore nominale o massimo reale mentre il materiale mantiene ancora buona flessibilità.

La misura diretta della flessione o della rigidezza torsionale è molto più significativa; se questa è tracciata in funzione della temperatura mostrerà una curva con un andamento caratteristico per il quale è facile determinare il punto neutro dal quale inizia una marcata perdita di flessibilità.

Oltre a questo punto neutro, la rigidezza aumenta molto rapidamente mano a mano che la temperatura diminuisce fino a raggiungere il punto di massima fragilità, dove il materiale si rompe anche se sottoposto ad una minima flessione. In fase di progetto, questo punto critico viene generalmente determinato come la temperatura alla quale la durezza è pari al doppio di quella mostrata a temperatura ambiente (20 °C) e rappresenta normalmente la temperatura minima d’esercizio in sicurezza.

La temperatura alla quale si ha un incremento della rigidezza fino a dieci volte quella originale, può essere considerata come la temperatura alla quale il materiale è assolutamente inutilizzabile a causa dell’elevata fragilità e assoluta mancanza di elasticità.

In certi elastomeri la diminuzione di temperatura può provocare, oltre che il normale irrigidimento, la cristallizzazione del materiale. Questa può avvenire lentamente o persino essere localizzata, dando luogo a zone in cui la guarnizione si appiattisce. In tali circostanze, essendo ancora lontano dal punto di massima fragilità, il materiale può essere ancora funzionale se energizzato da un altro elemento che agisce da molla elastica.

In tutti i normali elastomeri la composizione chimica influenza le caratteristiche del materiale alle basse temperature. Una durezza superiore di solito riduce la temperatura minima d’esercizio e rende il materiale meno flessibile, mentre miglioramenti nella resistenza chimica aumentano tale temperatura limite.

E’ bene sottolineare che, prove di laboratorio sui materiali puri alle basse temperature hanno dimostrato che non sempre tali test sono attendibili per valutarne le prestazioni delle guarnizioni in esercizio.

Questo è dovuto in gran parte al fatto che il fluido, a contatto con la guarnizione, può influenzare il grado di plastificazione; un’interazione chimica fra il fluido e la guarnizione può comportare una riduzione od un aumento del grado di plastificazione effettivo. Il controllo di questi effetti dipende esclusivamente dalla composizione chimica del materiale. La compatibilità con determinati fluidi può essere un requisito prioritario, in tal caso può essere necessario sacrificare alcune prestazioni fisiche alle basse temperature.

Alle alte temperature, tutti gli elastomeri perdono rigidezza e tendono a diventare teneri e flessibili.

Una riduzione della temperatura fa poi recuperare agli elastomeri la loro condizione originale, ma se la temperatura è troppo elevata alcuni cambiamenti possono divenire permanenti.

Il calore accelera il processo di invecchiamento, che normalmente si manifesta con un progressivo incremento della durezza e del modulo elastico, con la relativa perdita delle proprietà elastiche.

Un altro effetto da considerare quando se la temperatura di servizio della guarnizione si discosta sostanzialmente dalla temperatura ambiente, è il fenomeno di espansione termica relativa fra la guarnizione e la sua sede. Il coefficiente di dilatazione termica degli elastomeri è infatti molto più alto di quello dei metalli (circa dieci volte) e quindi, soprattutto alle alte temperature, l’espansione volumetrica della guarnizione è sostanzialmente maggiore di quella della sede metallica.

Tale fenomeno può essere ulteriormente accentuato nel caso che il fluido a contatto con la guarnizione la faccia rigonfiare.