TIPI DI PROVA DI TENUTA
Per prova di tenuta si intende un procedimento in grado di verificare la ermeticità pneumatica di un particolare. A differenza della maggior parte dei tipi di misura, quali ad esempio quello ponderale o dimensionale, il controllo di perdita richiede quasi necessariamente un'apparecchiatura. La selezione del metodo di prova adatto dipende generalmente dai seguenti parametri:- Valore del tasso di perdita ammissibile
- Tipo di prova: localizzazione della perdita o misurazione della stessa
- Specifiche del particolare da testare: dimensioni, limite di resistenza alla pressione o al vuoto, materiali di assemblaggio, finitura delle superfici ecc.
- Condizioni di utilizzo e di prova
- Parametri di sicurezza ed ambientali
Alcuni dei metodi applicabili sono riportati nella seguente tabella :
| Metodo | Gas | Tipo di prova | Sensibilità [ Pa m3/Sec] |
| Gas traccianti e Spetrometro | Elio |
Local./ Pass-NoPass | 10-11 … 10-6 |
| Prova di intercettazione compliance in campana | Aria |
Pass-NoPass | 10-6 |
| Prova per calo di pressione | Aria |
Pass-NoPass | 10-5 |
| Prova per portata Volumetrica o di Massa | Aria |
Pass-NoPass | 10-4 |
| Prova visiva in vasca d'acqua e aria in pressione | Aria |
Visiva | 10-4 |
Il metodo ad Elio non viene preso in esame in quanto non contemplato nella nostra produzione. Si consideri infatti che il sistema si colloca ai vertici della sensibilità e i costi di impianto e di gestione lo rendono applicabile solo ove realmente necessario, ovvero nell'ambito di componenti per gas refrigeranti, microelettronica, pace-maker, ecc. Anche la prova ad immersione non è qui menzionata poiché non ha nessuna valenza tecnica se non quella di poter effettivamente vedere il punto di perdita e localizzarlo.
Lo scarso livello di sensibilità definito dalla norma deve, infatti, essere interpretato quale impossibilità del metodo di fornire una misurazione, una complessiva incertezza se applicato in linea produttiva, e un elevato costo di gestione dovuto all'impossibilità di essere automatizzato.
MISURATORI DI PERDITE PER CALO DI PRESSIONE | Torna su |
Riempimento, per pressurizzare la cavità in prova, Assestamento per stabilizzare il volume d'aria immessa, e Prova ove si analizza l'andamento della pressione al fine di misurarne un eventuale decadimento nel tempo.
Il sistema assoluto, raffigurato in figura 1, è il metodo teorico più immediato, economico ed evidente per eseguire tale misurazione.
Il sistema differenziale, raffigurato in figura 2 oggi trova impiego nei casi dove è necessario avere la medesima sensibilità a pressioni molto differenti tra loro, o dove si eseguono prove ad alta pressione (>20 Bar), anche se vedremo in seguito che i sistemi ad intercettazione risultano comunque migliorativi e sicuri viste le elevate pressioni in gioco.
I limiti di tale sistema sono:
- Maggiore complessità della pneumatica
- Pneumatica non a sicurezza positiva.
- Doppia sezione di misura di pressione (riempimento e test)
- Minore ripetibilità della misura
- Tempi di test più lunghi
- Maggiore costo della strumentazione
Per comprendere le differenze tra i due sistemi analizziamo la figura 2 e considerando l'applicazione del differenziale in modo simmetrico, cioè con un pezzo ermetico campione e un pezzo in test; è facile capire che tra il primo collaudo della giornata e i successivi avremo che il pezzo campione avrà un cumulo d'assestamento sia termico sia meccanico pari a "n" mentre il pezzo in prova pari a 0, perché è sostituito test dopo test. E' per tale motivo che in termini di ripetibilità il sistema non è paragonabile ad una misura diretta.
Inoltre quello che è importante considerare passando da un sistema all'altro, è che i valori di pressione misurati in Δp/Δt spesso non coincidono. Infatti nel sistema assoluto questo è il reale calo di pressione, confrontabile con un manometro di precisione certificato, mentre la misura differenziale è la misura della differenza di due pressioni. A seconda dei particolari in prova, dell'uso simmetrico o meno e dei tempi di assestamento si consideri un rapporto da 1:0,8 a 1: 0,1 tra misura assoluta e misura differenziale: in altri termini il mBar in un secondo misurato da un sistema assoluto o manometrico può essere visto quale 0,8 - 0,1 mb/s in un differenziale. Ciò non significa che il sistema differenziale non funzioni correttamente, ma semplicemente che sono due misure tra loro differenti, e questo deve essere considerato in fase di installazione.
MISURATORI DI PERDITE IN PORTATA | Torna su |
Questo sistema è essenzialmente costituito da un sensore di portata, un sensore di pressione e un generatore di pressione costante nel range della portata di misurazione. La complessità pneumatica del sistema consiste nel poter fornire un battente di pressione costante ma privo di fluttuazioni e rumori poiché, differentemente da sistemi Δ,p, la misura avviene a mandata di pressione aperta.
La misura della portata può avvenire tramite sistemi volumetrici compensati in temperatura o attualmente, tramite misuratori massici.
Nel primo caso si consiglia di valutare la CNR-UNI 10023 e le leggi comuni della fisica dei gas per la compensazione in temperatura.
L'applicazione pratica di questi strumenti per la misura delle perdite avviene fondamentalmente in tre casi:
- quando non è noto ed è variabile il volume del particolare: ad esempio motori lato olio, sacche o flaconi molto elastici
- quando i tempi di prova devono essere ridotti al massimo
- quando si necessita di una misurazione in continuo della perdita per eseguire analisi e riparazioni
- quando le fughe da misurare sono talmente elevate che un sistema a Δp non riesce a mantenere costante la pressione di test snaturandone il computo della fuga: valvole a cartuccia o distributori olio, trafilamenti in genere.
MISURATORI DI PERDITE AD INTERCETTAZIONE | Torna su |
L'esempio pratico maggiormente diffuso ed esplicativo è quello della misurazione della perdita dell'otturatore delle valvole: s'immette aria da una lato e s'intercetta la fuga dal lato opposto.
Tale concetto è estendibile a qualsiasi tipologia di componente o pezzo considerando la possibilità di racchiudere il particolare in una campana e contemporaneamente di poterlo pressurizzare dall'interno.
Il pregio del sistema è da trovarsi nell’elevata sensibilità (in riferimento alla norma :10 volte > rispetto i sistemi a Δp e 100 volte rispetto i misuratori di portata) e nell’elevata velocità di esecuzione delle prove.
L’elevata sensibilità è dovuta alla possibilità di poter misurare la fuga quale aumento di pressione rispetto allo “zero” ambiente, senza quindi avere problemi di offset.
L’elevata velocità è dovuta al fatto che (salvo particolari applicazioni su componenti elastici) l’intera prova viene effettuata durante la pressurizzazione del particolare e l’esito è pressoché immediato..
La prova viene effettuata durante la pressurizzazione del particolare, l’esito è pressoché immediato.Vista la necessità di esecuzione di una campana di collaudo, il sistema si presta per test ad alta pressione in aria/azoto, fino anche 180 Bar, potendo essere strutturato in sicurezza per persone e cose.
Di contro la complessità della strumentazione è da ricercarsi nella pneumatica non a sicurezza positiva: per questo il più delle volte questi strumenti comprendono una sezione di provatenuta tradizionale per verificare la corretta tenuta della campana chiusa.
ANALISI DEI TASSI DI PERDITA | Torna su |
Pertanto, basandosi su tabelle fornite dalle normative è sempre bene definire a priori per il proprio particolare il livello di perdita ammissibile.
Dopo questa prima valutazione è necessario studiare il fluido di esercizio (gassoso o liquido) e le pressioni operative a cui è sottoposto il componente da collaudare.
Nel caso di componenti per gas , dove cioè non esista uno “spartiacque” tra le dimensioni molecolari dei fluidi (test/operativo), ci si attiene alla sola valutazione di pericolo: per esempio lo stesso particolare per gas città può avere due livelli di perdita ammissibile completamente diversi nel caso sia applicato in ambiente domestico (cucina) o per linee di trasmissione all’aperto.
Esempi di tassi di perdita stabiliti dalle normative per componenti gas sono :
15 - 60 nCC/ora a 150mBar per Rampe gas cucina
1 - 5 nCC/ minuto a 5 Bar per giunti linee trasmissione gas esterne
Nel caso di componenti per liquidi (acqua/sangue/carburanti/olio, ecc…) ed in base anche al livello di pericolo in caso di perdita, vi sono valori normativi di fuga misurata in aria dove il liquido sicuramente non trafilerà, visto il rapporto molecolare tra aria e un determinato fluido.
Esempi di tassi di perdita per liquidi sono (misurati ad aria ,1 Bar)
0,3 – 0,6 nCC/Minuto per contenitori carburanti
2,0 – 3,0 nCC/Minuto per contenitori acqua
3,0 – 6,0 nCC/Minuto per contenitori olio
In realtà , ove possibile, è meglio applicare pressioni più elevate, nell’ambito di 1….6 Bar massimo. Con tale soluzione si possono ridurre i tempi di collaudo e migliorare sensibilmente le performances della prova. Aumentando la pressione di test si ha un’amplificazione della perdita, la quale genericamente non è lineare alla pressione: se per esempio misuriamo 1 nCC/minuto a 1 Bar di test, la stessa perdita misurata a 5 Bar può risultare molto maggiore di 5 nCC/minuto.
Inoltre una maggiore pressione amplifica l’eventuale difetto, se elastico, slabbrando il meato come ad esempio nel caso di saldature su plastica o cricche.
In contrapposizione è necessario valutare gli aspetti negativi di pressioni maggiori , quali maggiori tempi d’assestamento nel caso di particolari elastici, perdite “mascherate” nel caso ad esempio di guarnizioni a labbro ove l’elevata pressione fa sì di aumentare la tenuta di un particolare difettoso e problematiche inerenti alla sicurezza per le persone e l’ambiente circostante.
Quindi le giuste pressioni di test debbono essere ricercate in collaborazione con professionisti del settore dotati di un’esperienza maturata da anni e soprattutto della strumentazione per eseguire tutte le prove iniziali del caso.