Componente Formule e descrizione Simbolo idraulico Cilindro idraulico a semplice effetto. d: A: F s: p B: v: Q af.: s: t: semplificata:

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1 La pianificazione e la progettazione di impianti idraulici va eseguita secondo i diversi punti di vista, selezionando gli elementi idraulici in base ai cicli di funzionamento desiderati. A tale scopo occorre necessariamente determinare o stabilire le grandezze rilevanti dell utenza, per es. i carichi (forze di carico oppure momenti torcenti), le funzioni di movimento (direzione, velocità, numero di giri, tempistica), ecc. Solo successivamente è possibile stabilire le utenze idrauliche (idromotori, cilindri idraulici), le unità di azionamento (gruppi motopompa), dispositivi di comando e di regolazione (tipi di valvole con azionamenti) oltre che elementi di collegamento (tubazioni, diramazioni). A in uire sulla selezione degli impianti idraulici e relative componenti sono anche per es. i valori delle emissioni acustiche e considerazioni sul bilancio termico. Le formule e le tabelle riportate qui di seguito non hanno carattere vincolante. Il loro scopo è quello di facilitare la progettazione approssimativa di un sistema. Premesse Equazioni di base (senza considerare le perdite, in condizioni statiche) F: p: A: Q: v: V: t: s: M: forza pressione superficie portata velocità volume tempo spostamento (corsa) momento torcente Simbolo Cilindro a semplice effetto a doppio effetto Uscita del pistone Equazioni di base (equilibrio delle forze): d: A: F s: p B: v: Q af.: s: t: diametro pistone [mm] superficie pistone [mm 2 ] forza [N] pressione d'esercizio [bar] velocità pistone portata affluente [l/min] corsa [mm] tempo [s] p 3 risulta dalle perdite di carico di condotto e con Q de. Attenzione: tenere presente un'eventuale moltiplicazione di pressione! defl. Rientro del pistone Equazioni base (equilibrio delle forze): A 1: superficie della sede [mm 2 ] A 3: superficie dell'anello di tenuta [mm 2 ] d 1: Æ pistone [mm] d 2: Æ asta [mm] F: forza [N] p 1 risulta dalle perdite di carico di condotto e con Q de. Q af.: portata affluente [l/min] Q de.: portata effluente [l/min] p 1: pressione lato pistone [bar] p 3: pressione sul lato dell'asta [bar] s: corsa, direzione [mm] defl. HAWE Hydraulik SE HAWE Products /5

2 Simbolo Pompe idrauliche / Motori idraulici Equazione di base: 1) Volume di spostamento per giro (per pompe a pistoni): Portata: Pompa idraulica Momento torcente medio: Potenza: potenza assorbita (motore) potenza di uscita (pompa) Motore V: volume di spostamento o volume di assorbimento [cm 3 ] A: superficie ef cace del pistone [mm 2 ] h: corsa doppia [mm] n: numero di giri [g/min] M: momento torcente medio [Nm] p: pressione [bar] Δp: pressione ef cace [bar] Q: portata in volume [l/min] P idr: potenza idraulica [kw] P mecc.: potenza meccanica [kw] η T : rendimento totale (comprese le perdite volumetriche -meccaniche) Valore empirico: per raggiungere una pressione d esercizio di p = 500 bar con un volume di Q = 1 l/min. è necessaria una potenza motrice di ca. 1 kw 1) p o risulta dalle resistenze delle condotte e delle valvole con rendimento η T 0,82 Simbolo Valvole Distributori a cursore Valvole regolatrici di pressione Valvole regolatrici di portata Valvole di blocco Perdite di pressione dovute al uire del liquido La perdita di pressione nei sistemi idraulici risulta da: resistenze di resistenze di tubo resistenze di forma (curve ecc.) Le perdite di pressione Δp delle valvole imputabili al uire del liquido possono essere desunte dalle caratteristiche Δp - Q essere delle rispettive documentazioni. In generale, per una prima progettazione approssimativa si può presupporre una perdita di potenza pari a ca. il % nel comando complessivo. Esempi: direzionale a cursore limitatrice di pressione regolatrice di portata di ritegno sbloccabile 2/5 HAWE Products HAWE Hydraulik SE

3 Simbolo Diaframmi (ideale a spigoli vivi) per es. diaframmi tipo EB; di ritegno con diaframma Q: portata in volume [l/min] tipo BC, BE Δp: differenza di pressione tra A e B [bar] d: diametro diaframma [mm] α: dati di portata (ca. 0,78) Simbolo Tubi rigidi / tubi flessibili Il diametro dei tubi rigidi e flessibili dovrebbe essere progettato in modo tale da limitare il più possibile l insorgere di una qualsiasi resistenza al passaggio del usso. λ R: coefficiente resistenza tubo rigido Δp: perdita di pressione [bar] l: lunghezza tubo rigido [m] d: diametro tubo rigido [mm] : viscosità cinematica [mm 2 /s] Q: portata in volume [l/min] Re: numero Reynold (< 2300) v: velocità usso Resistenze di forma (curve ecc.) curva 90 = 0,15 raccordo rettilineo a vite per tubi = 0,5 raccordo angolare a vite = 1,0 Δp: perdita di pressione [bar] : coefficiente di resistenza : viscosità cinematica [mm/s] d: diametro del condotto [mm] Simbolo Trafilamenti imputabili a fessure concentriche (e = 0) ed eccentriche e: eccentricità [mm] Δr: dimensioni fessura [mm] Δp: differenza di pressione [bar] d: diametro [mm] : viscosità cinematica [mm 2 /s] l: lunghezza fessura [mm] HAWE Hydraulik SE HAWE Products /5

4 Simbolo Variazioni di volume (in seguito all'aumento di pressione) Variazioni di volume (in seguito all aumento di temperatura) Aumento di pressione in seguito all aumento di temperatura (senza compensazione volume) con p 1: pressione iniziale [bar] p 2: pressione nale [bar] V o: volume di uscita [l] β P: comprimibilità 1: temperatura iniziale [ C] 2: temperatura nale [ C] Δ : variazione di temperatura [K] V o: volume di uscita [l] β T: coefficiente di dilatazione Attenzione: aumentando la temperatura di un volume d olio in sé chiuso si genera una sovrappressione! (in determinate circostanze occorre predisporre una limitatrice di pressione come protezione contro i sovraccarichi) Valore empirico: un aumento di temperatura pari a 1K comporta un aumento di pressione di ca. 10 bar. Simbolo Accumulatori idraulici Cambiamenti di stato isotermici (lenti) adiabatici (rapidi) Gli accumulatori idraulici vengono impiegati per soddisfare una determinata richiesta che si manifesta improvvisamente (cambiamento di stato adiabatico rapido), per compensare il trafilamento oppure per smorzare le oscillazioni (cambiamento di stato isotermico lento). Equazioni di base: isotermico (lento) adiabatico (rapido) p o: pressione di riempimento gas [bar] p 1: pressione d esercizio inferiore [bar] p 2: pressione d esercizio superiore [bar] V 1: volume di uscita [l] 4/5 HAWE Products HAWE Hydraulik SE

5 Cavitazione Bilancio termico Potenza dissipata e temperatura dell olio Se sottoposto alla pressione atmosferica, l olio contiene ca il 9% d aria in forma disciolta. Se la pressione atmosferica è inferiore a 0,2 bar, sussiste il pericolo che si formino delle bolle d aria e che quindi si manifesti un fenomeno di cavitazione. Il manifestarsi di tale fenomeno che si veri ca durante i processi di aspirazione delle pompe e dei cilindri idraulici come pure nei punti di massimo strozzamento, viene per lo più segnalato dall insorgenza di rumori. I componenti idraulici subiscono in questo caso una maggiore usura. Le perdite di potenza che si verificano in un impianto vengono accumulate dall olio e dai componenti dell impianto sotto forma di un aumento di temperatura e in parte rilasciate all ambiente tramite la superficie dell impianto. Corrispondono approssimativamente al 20-30% della potenza applicata. Dopo la fase di riscaldamento si instaura un certo equilibrio tra il calore applicato e il calore emesso. Equazioni di base: superficie circondata da un passaggio libero c 75 cattiva circolazione dell aria c 120 corrente d aria artificiale (v 2 m/s) c 40 scambiatore ad acqua c 5 P v: potenza dissipata, trasformata in calore [kw] P idr: potenza idraulica [kw] olio max: temperatura max. dell'olio [ C] amb: temperatura ambiente [ C] A: superficie impianto (accumulatore, tubi rigidi, ecc.) [m 2 ] Si prega di scrivere un breve testo per la spiegazione! Tabella di conversione Sigla Unità Fattore X Unità di misura Pressione p 10 bar 1 MPa 10 bar 1 bar Forza F 1 psi 0,07 bar 1 N 1 lbf 4,45 N Lunghezza, direzione, corsa l, s, h 1 in 25,4 mm 1 ft 304,8 mm Coppia M 1 Nm Potenza P 1 PS, 1 hp 0,74 kw Superficie A 1 ft mm 2 1 in 2 645,16 mm 2 Volume V 1 ft 3 28,92 l 1 in 3 l 1 UK gal 4,55 l 1 US gal 3,79 l Temperature T, 5 ( F-3/9 1 C Massa m 1 lb 0,45 kg Viscosità cinematica 1 cst 1 HAWE Hydraulik SE HAWE Products /5