IMPIANTO OLEODINAMICO
(IN ELABORAZIONE)
Occorrono le conoscenze dei capitoli di Meccanica e di Idraulica.

PRIMA PARTE          SECONDA PARTE          TERZA PARTE          QUARTA PARTE

INTRODUZIONE:

A) COMPITO

Il compito di un impianto oleodinamico è quello di trasportare le forze da un luogo ad un altro utilizzando un liquido in pressione.
In pratica si esercita una forza in un punto di un apposito circuito idraulico e la si ritrova, uguale, maggiore o minore, in un altro punto dello stesso circuito. Tipico è il caso del circuito frenante delle automobili: si esercita una forza sul pedale del freno e la forza si trasmette lungo una serie di tubi attraverso un olio sino ai cilindretti che azionano le ganasce dei freni che agiscono sulle ruote.
Associata alla forza è ovviamente l'energia, in particolare quella meccanica, per cui diremo che un impianto oleodinamico è un sistema in grado di trasportare energia, e quindi lavoro, da un punto ad un altro, assomigliando con ciò alle catene cinematiche⁽¹⁾ costituite da solidi.

B) COMPONENTI

I componenti di un impianto eleodinamico sono:
1) tubi; 2) liquido; 3) filtri; 4) generatore di energia; 5) utilizzatore di energia; 6) valvole; 7) serbatoi; 8) strumenti di misura; 9) organi di comando; 10) organi regolatori.
1) tubi: possono essere flessibili e quindi costruiti in gomma, naturale o sintetica, di grande spessore, con anima oppure rivestimento di fibre vegetali o sintetiche oppure di fili metallici, con giunti, raccordi e innesti d'acciaio o di ottone. Ma possono essere anche completamente in metallo, specie ottone, quando la loro lunghezza è costante.
2) liquido: di solito olio minerale, ma talvolta vegetale o acqua o misto acqua-olio, a seconda del tipo di impianto o per ragioni di sicurezza.
3) filtri: a rete più o meno fitta o di spugna sintetica, oppure magnetici, sia in mandata che in aspirazione, per intercettare corpi estranei oppure grumi catramosi formatisi nel liquido.
4) generatore di energia: pompa alternativa o rotativa, manuale o con motore, elettrico o a combustione interna, automatica o no.
5) utilizzatore di energia: una macchina o un sistema meccanico mobile.
6) valvole: elementi che hanno il compito di far passare o arrestare o deviare il flusso di liquido lungo il circuito.
7) serbatoi: raccolgono e conservano il liquido, con o senza pressione; permettono la decantazione e il raffreddamento.
8) strumenti di misura: misurano la pressione, la portata, la velocità, la temperatura, ecc. del liquido, con sistemi analogici o digitali.
9) organi di comando: comandano la pompa oppure le valvole con sistemi elettrici, magnetici, elettronici o manuali, in automatico oppure no.
10) organi regolatori: regolano la pressione o la portata o la temperatura del liquido con sistemi elettrici o manuali, in automatico oppure no.

C) CARATTERISTICHE DEL LIQUIDO
(vedi l'articolo Attrito e lubrificazione)

1) fisiche: in genere sono due le più importanti: a) la viscosità che deve essere piccola, tanto più piccola quanto maggiore è la "delicatezza" del compito; b) l'assenza di aria o di altro gas disciolto nel liquido. Entrambe le caratteristiche sono facilmente raggiungibili con l'olio minerale. La tecnica attuale consente di avere oli con viscosità di tutti i valori necessari, eventualmente con l'aggiunta di opportuni additivi, tali da rendere la viscosità costante in un ampio spettro di situazioni climatiche e operative. L'olio infatti ad esempio non deve congelare alla temperatura minima di impiego, ma non deve neppure "cuocere" alla temperatura massima. Per quanto riguarda i gas disciolti l'olio è solitamente incapace di trattenerne in quantità sensibili, per cui essi possono essere facilmente espulsi con semplici operazioni (spurgo).
2) chimiche: due sono le esigenze particolari: a) la neutralità; b) la costanza delle caratteristiche. La neutralità consiste nel non essere aggressivi nei confronti dei tubi e degli altri componenti dell'impianto e quindi non produrre nè corrosioni nè incrostazioni. La costanza consiste nel non "invecchiamento" del liquido, il quale al trascorrere del tempo deve comportarsi sempre nello stesso modo. Questa caratteristica è più difficilmente raggiungibile quando il liquido è in ambiente ad alta temperatura: in questi casi il liquido può subire trasformazioni delle sue caratteristiche chimiche (cottura) oppure sviluppare gas e vapori i quali possono produrre tre inconvenienti: ostruire i passaggi con l'accumulo nei punti di quota maggiore, rendere il fluido comprimibile e quindi incerto il trasporto delle forze, essere infiammabili e quindi capaci di scatenare l'incendio della macchina.
3) operative: la fondamentale caratteristica operativa del liquido è quella di "combattere" efficacemente gli attriti negli organi mobili con i quali viene a contatto. In queste condizioni può anche caricarsi di scorie metalliche che lo disturbano oppure lo rendono inservibile occludendo filtri e tubi di piccolo diametro. La seconda per importanza è la capacità del liquido di "asportare" il calore prodotto durante il lavoro in modo da ridurre o eliminare i rischi di grippaggio o di trasformazioni chimiche capaci di annullarne le caratteristiche chimiche e fisiche. Da ciò segue che talvolta questi impianti devono esere dotati di un "radiatore" per permettere lo smaltimento del calore che può determinare il deterioramento delle qualità protettive del liquido.

D) GENERATORI
(vedi l'articolo Le pompe)

I generatori sono le macchine che producono nel liquido le forze che poi saranno utilizzate nel circuito. Le forze derivano quasi sempre dalla pressione generata da pompe alternative o rotative, manuali o con motore (elettrico o a combustione interna), automatiche o no.
Fra le pompe adatte agli impianti che saranno illustrati in questo articolo ce ne sono alcune appositamente costruite per lavorare con l'olio: ce ne occupiamo nella SECONDA PARTE. Tali pompe hanno una caratteristica di fondo molto importante: relativamente piccola portata e grande pressione. Infatti spesso gli impianti oleodinamici (impianti nei quali il liquido è quasi esclusivamente olio minerale) devono produrre forze grandi con piccoli spostamenti di liquido e di masse: si pensi ai movimenti della pala di un bulldozer che muove 4 o più metri cubi di terra alla volta o ai freni di un carro armato oppure ai comandi del timone di una portaerei.

E) UTILIZZATORI

Possiamo suddividerli in due categorie: 1) diretti; 2) indiretti.
I pistoni che agiscono sui dischi frenanti delle automobili sono utilizzatori diretti in quanto ricevono la forza e agiscono senza organi intermedi. Indiretti sono i motori idraulici che ricevono la forza e creano un movimento che a sua volta agisce su un altro organo mobile.
1) diretti: sono detti più propriamente attuatori in quanto eseguono un lavoro sotto l'azione diretta della forza generata dal generatore. Sono tali ad esempio i pistoni che aprono e chiudono porte, i pistoni che azionano le macchine movimento terra, gli organi che azionano i robot, ecc.
2) indiretti: sono in generale organi che sviluppano moto rotatorio, continuo oppure alternato nei due versi. Un esempio specifico è rappresentato dai motori idraulici che azionano pompe immerse in liquidi infiammabili (vedi l'articolo Impianti). Un'altra situazione caratteristica è quella dei motori idraulici che comandano il moto del timone o delle pinne stabilizzatrici delle navi. Possono anche essere usati in ambienti speciali per la presenza di gas o liquidi pericolosi o pressioni estreme. Si pensi ai motori che azionano gli organismi montati sui satelliti artificiali o sulle macchine inviate sui corpi del nostro sistema solare oppure nelle profondità marine.
In questi casi non sempre è possibile avere un motore per ciascuna funzione e quindi può essere utile un motore primario elettrico e quanti si vuole motori secondari azionati da un circuito idraulico flessibile.

F) STRUMENTI DI MISURA
(vedi l'articolo Strumenti di misura in Meccanica e in Idraulica)

I più importanti sono i manometri, spesso associati agli apparati di comando e controllo, detti pressostati, addetti ad accendere - spegnere i motori primi oppure agli apparati di regolazione del moto degli utilizzatori. Altri strumenti diffusi sono i misuratori di portata quando gli spostamenti degli utilizzatori devono avvenire con una data velocità di esecuzione: in questo caso si adoperano quasi sempre i venturimetri.
I manometri, digitali o analogici, sono spesso tarati in pressioni relative in unità di tipo tecnico come bar o atmosfere, le quali hanno il vantaggio di dare valori numerici piccoli.

G) CONTROLLO E REGOLAZIONE
(vedi l'articolo Triangolo della gestione)

Per chiarire il significato di queste due funzioni supponiamo di avere a che fare con le "dita" di un robot: il controllo consiste nel far sì che se le dita devono stare chiuse per un certo tempo esse lo siano effettivamente; la regolazione consiste nel fatto che stringere un pezzo di metallo è diverso dallo stringere (e tener fermo) un pomodoro. Nel primo caso si deve controllare la posizione, nel secondo regolare la forza applicata.
Questi due compiti sono di solito affidati a sensori elettrici o magnetici che agiscono sulle valvole o sui motori primi (i generatori) e i risultati sono evidenziati da spie luminose.
In generale il controllo consiste nel verificare che l'obiettivo è stato raggiunto e la regolazione nel verificare che tale raggiungimento è stato effettuato nelle modalità previste. Così ad esempio controllo è verificare che il televisore si accende con l'apposito tasto del telecomando, regolazione è verificare che esso si trovi sul canale previsto nelle migliori condizioni di colore, contrasto, volume, ecc. E questi risultati si possono raggiungere agendo manualmente sui tasti appropriati, oppure agendo su un solo tasto che regola in modo automatico (memorizzato in precedenza!) tutte le funzioni volute.
Fra gli elementi di controllo e regolazione si devono far rientrare gli organismi che permettono il deflusso del liquido in sovrabbondanza rispetto alle necessità. In particolare gli elementi che aprono circuiti secondari quando la pressione è in eccesso oppure l'elemento mobile ha raggiunto il suo obiettivo e quindi la spinta del liquido non serve più. In questi casi il liquido rifluisce nel serbatoio dal quale sarà prelevato non appena necessario.

H) I FILTRI

I filtri sono di diversi tipi a seconda del compito affidato: 1) reti metalliche; 2) spugne; 3) magnetici. Sono sistemati sia in mandata, per evitare che particelle di qualunque tipo raggiungano la pompa, le valvole e gli utilizzatori, sia in ritorno per evitare che si sporchi l'olio nel serbatoio. I filtri a rete hanno maglie più o meno fitte a seconda della grandezza (micron o frazioni di micron) delle particelle da trattenere. I filtri magnetici hanno il compito di trattenere le particelle metalliche che vengono asportate dagli organi mobili per effetto dell'usura.
I filtri devono essere ripuliti spesso perché finiscono per ostruirsi e quindi impedire il passaggio del liquido.

I) LE VALVOLE

Per dare una immediata idea delle valvole pensiamo ai rubinetti dell'impianto idrico oppure agli interruttori dell'impianto elettrico in casa. Le funzioni specifiche delle valvole sono: aprire - chiudere - deviare il flusso del liquido che scorre nell'impianto.
La descrizione sommaria può proseguire dicendo che le valvole sono costituite da una scatola munita di fori, all'interno della quale si muove un pistone a sua volta munito di fori o di scanalature: quando i fori dell'una sono in corrispondenza dei fori dell'altro il liquido passa, altrimenti viene arrestato. Naturalmente non mancano le valvole nelle quali il moto del pistone è rotatorio. Il comando consiste nel far muovere in una direzione o nell'altra il pistone - otturatore e ciò si può realizzare in diversi modi:
1) manuale utilizzando una leva incernierata in posizione opportuna, che si può fermare in due o più posizioni prestabilite oppure anche in posizioni intermedie (in questo caso la valvola serve anche come regolatore: si pensi al rubinetto dell'acqua);
2) manuale ma agendo su un pulsante o su una levetta, accoppiata ad un comando elettrico, con due o più posizioni prestabilite;
3) automatiche con comando elettrico o magnetico o meccanico (con molle di richiamo): in questo caso alla fine della corsa di lavoro un sensore può far cambiare posizione alla valvola, modificando il percorso del liquido.

L) IL SERBATOIO

Il serbatoio, che può essere chiuso o aperto, deve contenere un volume di liquido circa il doppio di quello necessario per riempire gli organi in movimento (vedi il calcolo alla pagina seguente punto A₂) in modo che esso abbia il tempo di riposare fra una utilizzazione e l'altra e possa anche raffreddarsi convenientemente. L'olio a riposo deposita sul fondo almeno parzialmente le scorie che trascina (effetto decantazione) e che sono sfuggite ai filtri. Talvolta è bene dividere il serbatoio in due parti con un setto che lasci passare l'olio molto lentamente senza interessare il fondo (vedi l'esempio alla pagina seguente punto D). Si realizza così una camera di decantazione principale e alle macchine arriva olio più pulito.
Se il serbatoio è chiuso occorre prevedere uno sfiato a molla per permettere l'uscita di gas e vapori che possono svilupparsi nella massa di liquido. Ci sarà anche uno scarico di fondo per il rinnovo totale dell'olio che nel tempo e con l'aumento di temperatura tende a degradarsi formando grumi catramosi che intasano i filtri e i tubi e le valvole.


(1) Prende il nome di catena cinematica un insieme di oggetti collegati fra loro che trasmette il movimento da un organo iniziale ad uno finale. Nelle automobili è una catena cinematica il collegamento complessivo pistone - ruote, scindibile in catene più corte come pistone - biella - manovella.

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