Le guarnizioni metalliche avvolte sono la soluzione di tenuta più utilizzata e affidabile per tubazioni industriali e flange di apparecchiature. La loro struttura unica e consolidata offre prestazioni di tenuta eccezionali in condizioni di alta temperatura, alta pressione e cicliche, rendendole indispensabili nei settori della produzione di energia, petrolchimico e chimico.
1. Analisi della struttura: composito ibrido rigido-flessibile
La struttura del nucleo è costituita da strati a spirale alternati di striscia di metallo e materiale di riempimento non metallico, tipicamente rinforzato con anelli interni/esterni (Figura 1):
Figura 1: Struttura della guarnizione metallica avvolta
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(Illustrazione: avvolgimento a spirale di striscia metallica a V + materiale di riempimento con anelli interni/esterni)
Componenti chiave:
- Nucleo di tenuta:
- Striscia metallica a forma di V/W(spessore 0,15–0,25 mm): acciaio inossidabile (304/316) o leghe speciali (Inconel®). Fornisce recupero elastico e resistenza meccanica.
- Riempitivo non metallico: Fibre di grafite, PTFE, mica o ceramica incorporate nelle scanalature delle strisce metalliche. Garantiscono la tenuta iniziale e compensano le microimperfezioni.
- Processo di avvolgimento: Strisce di metallo/riempimento avvolte a circa 30° per formare strati di tenuta concentrici.
- Anelli di rinforzo:
- Anello interno: Metallo solido (acciaio al carbonio/acciaio inossidabile). Impedisce il rilassamento della guarnizione verso l'interno, resiste alle esplosioni e facilita il centraggio.
- Anello esterno: Materiale identico. Protegge i bordi, limita il rilassamento verso l'esterno e distribuisce il carico sui bulloni.
2. Vantaggi strutturali: prestazioni di tenuta superiori
- Compensazione elastica: Le sottili strisce multistrato + il riempitivo morbido si adattano alle deformazioni delle flange, alle vibrazioni e alle variazioni del carico dei bulloni.
- Resistenza estrema T/P: Le strisce metalliche resistono al carico dei bulloni/pressione interna; la grafite/mica mantiene la stabilità a ≤1.000°C.
- Distribuzione dello stress e anti-rilassamento: L'avvolgimento a spirale disperde lo stress compressivo; la geometria V/W fornisce un rimbalzo elastico durante i cicli termici.
- Resistenza allo scoppio: Anelli interni/esterni + struttura rigida impediscono l'espulsione ad alta pressione.
- Ampia adattabilità: Materiali/design personalizzabili adatti a temperature (da -200°C a +1.000°C+), pressioni (da vuoto a 500+ bar) e fluidi (acidi, H₂, vapore).
3. Confronto con altre guarnizioni per flange
Tabella 1: Guarnizione metallica avvolta rispetto alle alternative
| Proprietà | Ferita metallica | Gomma/Composito | Guarnizione in PTFE | Rivestimento metallico | Metallo seghettato |
|---|---|---|---|---|---|
| Temperatura massima | da -200°C a 1.000°C+ | da -40°C a 150°C | da -200°C a 260°C* | da -200°C a 800°C+ | da -200°C a 1.000°C+ |
| Pressione massima | | 40–80 bar | 60–100 bar | 300+ bar | 500+ bar |
| Cicli termici | Eccellente | Povero (invecchiamento) | Scarso (flusso freddo) | Moderare | Scarso (non recuperabile) |
| Resistenza chimica | Ampio (dipendente dal materiale) | Limitato (tipo gomma) | Eccellente (PTFE inerte) | Largo | Largo |
| Finitura della faccia della flangia | RF (Ra 3,2–6,3 μm) | Bassa tolleranza alla rugosità | Liscio (antiestrusione) | Finitura a specchio richiesta | Scanalatura RTJ richiesta |
| Costo/Riutilizzabilità | Costo elevato;monouso | Basso costo; riutilizzabile | Moderato; riutilizzo limitato | Alto; monouso | Alto; monouso |
| *Evitare forti shock termici. |
4. Materiali e applicazioni chiave
Selezione della striscia metallica:
- Acciaio inossidabile 304/304L: Uso industriale generale (-200°C–550°C; vapore, olio, acidi deboli).
- Acciaio inossidabile 316/316L: Resistenza superiore al cloruro (ad esempio, acqua di mare, acido acetico).
- Inconel® 625/X750: Condizioni estreme (+1.000°C, H₂, gas acido, nucleare).
- Monel® 400: acido HF, alcali caldi, marini.
- Titanio: Aerospaziale, cloro-alcali.
Materiali di riempimento:
- Grafite flessibile:
- Professionisti: -200°C–1.600°C (atmosfera inerte); resistenza chimica; autolubrificante.
- Contro: Non adatto per forti ossidanti (HNO₃).
- Utilizzo: Scelta primaria per vapore, H₂, ammoniaca, olio termico (≥90% delle applicazioni HT/HP).
- PTFE:
- Professionisti: Resistenza chimica universale; basso attrito.
- Contro: Flusso freddo intenso (>100°C/20 bar); dilatazione termica.
- Utilizzo: Farmaceutico/alimentare; acidi/alcali <200°C.
- Mica: Isolamento ad alta temperatura; resistenza alla corrosione elettrochimica.
- Fibra ceramica: Ecologico; temperatura moderata (≤1.000°C).
Conclusione
Le guarnizioni metalliche avvolte dominano la tenuta critica delle flange, unendo la resistenza del metallo alla comprimibilità del riempitivo. Nonostante i costi più elevati, la non riutilizzabilità e i severi requisiti di finitura delle flange (preferibilmente RF), la loro affidabilità in caso di cicli termici/sbalzi di pressione è ineguagliabile. La flessibilità dei materiali consente soluzioni personalizzate in conformità con ASME B16.20/EN 1514. La selezione richiede una rigorosa convalida di temperatura, pressione, fluido e carichi ciclici.
Data di pubblicazione: 05-08-2025