Gli elementi di usura delle macchine alternative

Un esercizio corretto delle macchine alternative nasce nella progettazione iniziale.

L'ottimizzazione delle prestazioni, termodinamiche e meccaniche dei componenti aiuta a ridurre i rischi connessi a rotture. Qui vengono anche affrontati gli aspetti che riguardano la sicurezza del personale, nonchè le problematiche ambientali.

I componenti di usura sono per definizione gli elementi piu critici per l'affidabilità e la disponibilità, ma anche per conseguenze estreme che potrebbero avere sulla sicurezza manutentiva ed operativa. Oggi l'evoluzione dei materiali plastici ha portato ad una riduzione notevole dell'impiego dei materiali metallici. Ciò persino per servizi gravosi come possono essere i primari di Etilene che raggiungono 35 MPa ed oltre.

In genere il PTFE consente di avere risultati inaspettati fino a circa 15 MPa, oltre è possibile usare materiali plastici come poli immidi ed altri che consentono di arrivare a coprire le necessità di compressione nel caso di servizi lubrificati ed anche non lubrificati.

Fenomeni di usura

Le anomalie delle tenute (fasce elastiche dei pattini di guida, anelli di tenuta e premistoppa) dei compressori alternativi derivano non dalle condizioni operative, per cui sono state progettati i cilindri, ma in maniera I componenti più critici per l'affidabilità e la sicurezza manutentiva ed operativa degli impianti determinante da fenomeni non previsti o non attentamente considerati come la presenza di liquidi o di particelle solide, etc.

Anche le attività di montaggio e manutenzione in genere hanno un'importanza fondamentale.

Inoltre la lubrificazione, quando è compatibile con il processo, ha un effetto determinante in quanto aumenta sensibilmente il MTBF. Una eventuale presenza discontinua di olio nelle superfici di strisciamento, in caso di anomalie al sistema di alimentazione per vari motivi, può invece portare ad usure rapide e danneggiamenti anche importanti.

In genere l'usura delle tenute porta ad un decadimento dell'efficienza operativa. Per quanto riguarda le fasce elastiche si potranno osservare un aumento delle fughe, temperature elevate e una riduzione della portata.

Nel caso dei pacchi premistoppa l'usura implica una fuga all'esterno, che deve essere opportunamente convogliata in zona sicura o recuperata per ritornare in aspirazione al compressore.

Nel caso di macchine orizzontali e a V, l'usura dei pattini di guida provoca un abbassamento del pistone.

Questo fenomeno può essere evidenziato e misurato opportunamente con appositi dispositivi di rilievo dell'abbassamento dell'asta.È una fattore importante in quanto evita il contatto tra pistone e camicia del cilindro, che potrebbe avere conseguenze notevoli dal punto di vista della sicurezza oltre che da quello economico, con danneggiamenti significativi.

Esercizio

Nei componenti di macchine, la probabilità di inconvenienti e rotture cresce nel tempo, in funzione della variabilità di condizioni operative, fattori esterni (sporco, liquido etc), e può portare a fermate, talvolta in emergenza con conseguenze gravi. Considerando i cilindri di 2a fase degli ipercompressori di Etilene, gli elementi di tenuta, in genere in bronzi speciali, sono in contatto con la superficie molto dura di aste (plunger) in carburo di tungsteno e quindi assai fragili e con minore resistenza agli sforzi di trazione.

Questi rischi possono essere ridotti attraverso una manutenzione attenta e rigorosa, nonché con una progettazione adeguata e l'introduzione di tecnologie e materiali avanzati, appropriata strumentazione; controlli efficaci sui parametri operativi; sistemi di monitoraggio e diagnostica.

Relativamente all'impianto è opportuno un adeguato controllo di pulizia delle tubazioni e drenaggio per evitare l'accumulo di sporco e liquido (olio o condensa) con arrivo improvviso all'interno del cilindro, con rischi di danni alle valvole o ad altri componenti di macchina.

La presenza di filtri anche temporanei aiuta a ridurre questi rischi specialmente nelle fasi iniziali del primo avviamento o in occasione di ogni manutenzione ai cilindri.

Manutenzione

Un contributo essenziale viene dalle attività operative e manutentive, con un supporto dell' Ingegneria di Manutenzione.

La manutenzione deve prevedere una gestione con installazione di parti di ricambio di qualità adeguata in modo da avere una garanzia sul MTBF e quindi ridurre il rischio di inconvenienti anche gravi. L'obiettivo è quello di ripristinare la prestazione iniziale. Gli interventi sulle tenute variano con la complessità delle macchine.

Le operazioni di ricondizionamento sono importanti e devono sottostare a rigorose procedure. Una corretta riparazione deve essere effettuata da personale qualificato dal costruttore e utilizzando parti di ricambio originali, così come è importante rispettare le scelte del costruttore per i materiali costituenti le tenute.

Miglioramento

Analisi per l'eliminazione dei rischi, in particolare relativi alla sicurezza ed il miglioramento continuo sono perseguiti con attenzione dalle aziende, che utilizzano macchinari industriali critici. Oggi molti elementi di usura sono in materiale plastico, che ha ridotto drasticamente i fenomeni di danneggiamento dei cilindri, pur mantenendo valori di MTBF molto positivi.

L'utilizzo di elementi metallici è limitato a particolari condizioni operative ed in particolare a pressioni maggiori di 50 MPa, potendo arrivare fino a350 MPa negli impianti di LDPE. Materiali plastici in continua evoluzione consentono però di soddisfare le esigenze di servizi a secco e lubrificati per la maggior parte delle applicazioni.

Aspetti della sicurezza

La sicurezza è il punto di partenza anche per le tenute, anche se è solo una conseguenza di altri fattori concomitanti. La prima condizione di progetto è un montaggio adeguato con le tolleranze prescritte in modo da evitare fenomeni di surriscaldamento  e di grippaggio. Pensando alle applicazioni per altissime pressioni un plunger in carburo di tungsteno potrebbe essere messo in trazione da una mancanza di lubrificazione o tolleranze troppo ristrette della boccola di guida. Oltre alla rottura del plunger e a danneggiamenti al cilindro, vi sono rischi di sovraccarico nel manovellismo, di esplosione e fughe di gas nell'ambiente etc.

Questi ed altri inconvenienti con potenziali rischi di livello molto elevato sono in genere correlabili oltre ad operazioni manutentive non corrette o anche ad eventuali rotture e cadute di pezzi significativi nella camere di compressione. Ne consegue l'importanza di effettuare le operazioni di manutenzione con personale esperto e specializzato, nonché di essere rigorosi nel rispettare le normative del costruttore ed eseguire tutti i controlli più accurati prima dell'avviamento della macchina stessa.

Maurizio Spagno, 

Presidente Contech Srl