Effetto Diesel e Sistemi di Tenuta

Come suggerisce il nome, il concetto di effetto diesel fa riferimento al processo di combustione in un motore diesel.

Si tratta di un fenomeno osservabile negli impianti idraulici: oltre ai picchi di pressione, le conseguenze sono invecchiamento dell’olio, residui e distruzione delle guarnizioni.

L’olio, in un sistema oleodinamico, spesso contiene piccole quantità di aria che, in alcuni casi, per effetto delle vibrazioni possono formare “bolle” che contengono anche vapori d’olio. L’effetto diesel si verifica a seguito della cavitazione di queste bolle nell’olio.

Cavitazione nei sistemi idraulici

Gli oli idraulici contengono piccole quantità di aria disciolta, la quantità può variare a seconda della temperatura, del liquido e della pressione. Una cavitazione è sostanzialmente un’espulsione d’aria dall’olio idraulico. Ciò si verifica quando l’olio è soggetto ad una certa pressione o ad un determinato movimento di taglio, o a vibrazioni di una certa entità.

In pratica succede nelle linee di aspirazione, negli spazi interni delle pompe, nei restringimenti trasversali e nei punti di un sistema idraulico in cui ci sono pulsazioni, ed anche, molto spesso, all’interno degli attuatori idraulici.

Quando la massa dell’olio in movimento si rompe, si formano delle cavità in cui vengono liberate minuscole bolle d’aria.

L’effetto Diesel

Se le bolle d’aria generatesi dalla cavitazione, contenenti anch’esse particelle d’olio, vengono sottoposte ad una pressione elevata, la temperatura all’interno delle bolle aumenta drasticamente.

Questo forte aumento della temperatura genera l’effetto diesel, ovvero combustioni nel sistema idraulico. Il processo di combustione avviene nel giro di millisecondi. Se questa miscela aria-olio raggiunge un rapporto di 7.5 a 1 in peso, e una temperatura tra i 200-250°C può accendersi spontaneamente come avviene nel motore a ciclo Diesel.

Le condizioni favorevoli sono più facili da raggiungere quanto più si alza la pressione di lavoro, ad esempio sopra i 100bar di pressione.

Solitamente in un cilindro idraulico la bruciatura per effetto DIESEL avviene inizialmente in un’area pari a circa il 15-20% della circonferenza totale della guida, ovvero la zona opposta all’area di massima frizione ove grava il carico radiale del pistone, dove può generarsi la cavitazione di una piccola sacca d’aria.

Più alta è la qualità di tenuta di pressione all’interno del cilindro, maggiore è la possibilità di micro-esplosione del fluido.

Conseguenze della cavitazione e dell’effetto Diesel

La cavitazione può avere svariati effetti negativi, tra cui danni materiali ai corpi delle pompe, delle valvole di sovrappressione, di aspirazione, e quindi agli elementi di guida e di tenuta.

Tra gli effetti negativi della cavitazione: alterazione della caratteristica del flusso, riduzione dell’efficacia delle pompe e degli ingranaggi per via delle perdite di riempimento, rumori, colpi d’ariete con picchi di pressione che superano la pressione di sistema.

L’effetto Diesel causa innalzamenti di temperatura localizzati e si manifesta sotto forma di invecchiamento dell’olio, residui di combustione, anelli guida e guarnizioni sciolte o distrutte.

Le conseguenze della cavitazione e dell’effetto diesel non sono sempre subito evidenti. Spesso si notano quando è già troppo tardi ed è necessaria una riparazione dei cilindri idraulici.

Viste le gravi conseguenze della cavitazione e dell’effetto diesel, occorre adottare misure appropriate al fine di evitare il verificarsi di questi fenomeni.

Tra queste misure rientrano un sufficiente riempimento delle camere di aspirazione e basse velocità di flusso, evitando angoli vivi, deviazioni e pressioni pulsanti, tenere sotto controllo i valori operativi quali pressioni velocità ed eventuali vibrazioni indesiderate. 

Essendo praticamente impossibile produrre sistemi di tenuta o anelli guida capaci di resistere all’esplosione del fluido, nell’ottica di prolungare la vita del sistema di tenuta stesso, la migliore protezione potrebbe essere quella di eliminare quanto più possibile la presenza di aria prevedendo adeguate valvole sui circuiti idraulici.