Guarnizione antiruggine per perforatrici: resistente in condizioni estreme

Il guasto della guarnizione in un perforatore per roccia operante in un ambiente aggressivo raramente ha inizio con una corrosione visibile sulla superficie dell’elastomero. Ha inizio con il rigonfiamento. Il composto della guarnizione assorbe fluidi o vapori dall’ambiente — ad esempio acque minerarie acide, fluidi refrigeranti emulsionati, o olio idraulico contaminato da infiltrazioni d’acqua — e l’elastomero si espande oltre il gioco previsto nella sede di alloggiamento. La geometria del labbro si deforma. La pressione di contatto contro la parete del foro passa dalla forza di tenuta progettata a un carico puntuale imprevedibile. Entro poche centinaia di ore di funzionamento, la guarnizione che appariva perfetta all’ispezione visiva inizia a consentire un flusso di bypass.

La progettazione della guarnizione anticorrosiva affronta il meccanismo iniziale di rigonfiamento, non la modalità di guasto a valle. La scelta di un composto elastomerico con bassa assorbimento del fluido nell’ambiente specifico—sia esso acqua salina sotterranea in una miniera costiera, acque di drenaggio contenenti acido solforico in un’operazione estrattiva del rame o acqua di lavaggio ad alto pH in un cantiere di tunnel per cemento—determina se la guarnizione durerà 200 ore o 600 ore tra una sostituzione e l’altra. La geometria e l’installazione sono secondarie rispetto alla scelta del composto.

La chimica alla base della resistenza alla corrosione negli elastomeri

La gomma nitrilica (NBR) è l’elastomero più utilizzato nelle guarnizioni idrauliche grazie alla sua buona resistenza agli oli minerali e alla maggior parte dei fluidi idraulici. Il suo punto debole risiede nel fatto che i doppi legami carbonio-carbonio insaturi presenti nella catena del butadiene sono vulnerabili all’azione dell’ozono, di temperature elevate e di alcune specie chimiche. In un ambiente minerario con temperature inferiori a 60 °C e con olio idraulico pulito, la NBR offre prestazioni adeguate. L’introduzione di infiltrazioni di acqua acida, di un aumento della temperatura ambiente o di un fluido idraulico sintetico contenente additivi a base di esteri riduce drasticamente la durata operativa della NBR.

L'HNBR — gomma nitrilica idrogenata — aggiunge atomi di idrogeno attraverso quei legami insaturi del polimero durante la sintesi, sostituendo i reattivi doppi legami con stabili legami singoli. I gruppi nitrile, che conferiscono resistenza agli oli, vengono preservati; la vulnerabilità all'ozono e al calore è notevolmente ridotta. L'HNBR mantiene utili proprietà elastiche fino a 150 °C in condizioni di funzionamento continuo e resiste all’attacco di fluidi di perforazione, oli emulsionati e acqua salina, che degraderebbero la normale NBR entro poche settimane. Commercializzato per la prima volta nel 1984, è diventato la scelta predefinita per le guarnizioni dinamiche in ambienti severi nei sistemi idraulici.

Il PTFE adotta un approccio completamente diverso. Il suo scheletro carbonio-fluoro—dotato del legame più forte della chimica organica—è inerte verso praticamente ogni sostanza chimica incontrata nelle operazioni minerarie e nell’edilizia. Non si gonfia in presenza di acidi, basi, solventi o acqua salina. Il limite è di natura meccanica: il PTFE è un polimero rigido con bassa elasticità e richiede un elemento di energizzazione a molla o un supporto per mantenere il contatto di tenuta man mano che si usura. Per circuiti di tenuta statica, sedi di anelli O nei blocchi valvola e interfacce statiche delle scatole di spurgo, i componenti in PTFE superano di gran lunga, in termini di durata, le alternative elastomeriche negli ambienti chimicamente aggressivi.

Categorie di condizioni severe e materiali di tenuta corrispondenti

La scelta del materiale della guarnizione per i circuiti statici — ad esempio le guarnizioni a O-ring nel blocco valvole, le guarnizioni del porto dell’accumulatore e quelle dell’ingresso dell’acqua di spurgo — determina spesso l’intervallo complessivo di manutenzione più di quanto non faccia la guarnizione dinamica per la percussione. Le guarnizioni statiche esposte all’aggressiva acqua di spurgo rimangono inattive tra un ciclo di perforazione e l’altro, immerse nella chimica trasportata dal circuito di spurgo. Un O-ring in NBR in un circuito idrico tunnel ad alto pH può subire un cedimento per deformazione permanente entro 100 ore dalla prima bagnatura, anche se la perforatrice ha operato soltanto per 20 ore di percussione in tale periodo.

Riconoscere i modi di guasto in ambienti aggressivi prima che si aggravino

Tre schemi indicano un attacco ambientale sulle guarnizioni, piuttosto che un’usura ciclica normale. Primo, degradazione asimmetrica della superficie di tenuta: l’usura normale produce un’erosione uniforme della superficie di contatto lungo tutta la circonferenza del labbro. Il rigonfiamento chimico deforma in modo asimmetrico la geometria del labbro, generando uno schema di usura che segue la direzione del rigonfiamento massimo. Secondo, cambiamento insolito di colore nell’olio idraulico di ritorno: una colorazione verdognola o lattea nel circuito idraulico di ritorno indica un’emulsificazione dell’acqua, spesso causata da una guarnizione della scatola di spurgo compromessa, che consente l’ingresso di acqua nel circuito di percussione. Terzo, formazione di gel: alcune sequenze di attacco chimico provocano la parziale dissoluzione di frammenti di elastomero nel fluido idraulico, producendo una contaminazione di tipo gelatinoso che intasa gli elementi filtranti più rapidamente del normale e può provocare graffi nelle tolleranze di precisione del blocco valvole.

Qualsiasi di questi segni richiede un'ispezione completa del kit di tenuta prima del prossimo intervallo di manutenzione programmato, non durante quest'ultimo. Far funzionare una tenuta chimicamente degradata fino al punto di sostituzione programmato consente al guasto di estendersi alla superficie del cilindro, aumentando così la portata dell'intervento di riparazione da una semplice sostituzione del kit di tenuta a una rettifica del cilindro o alla sostituzione del corpo.

Kit di tenuta anticorrosione HOVOO per applicazioni minerarie e in tunnel

HOVOO fornisce kit di tenute per perforatrici rocciose con opzioni di materiali in HNBR e PTFE, adatti ai principali modelli di drifter utilizzati in applicazioni in ambienti aggressivi. Il kit standard in PU è adatto alla maggior parte delle operazioni in climi temperati con raffreddamento ad acqua pulita. I kit in HNBR sono raccomandati per operazioni in cui la temperatura superficiale ambiente supera costantemente i 40 °C, in cui l’acqua sotterranea acida viene utilizzata come mezzo di raffreddamento o in cui l’olio idraulico raggiunge temperature superiori a 80 °C nel circuito di ritorno. Kit di rinforzo in PTFE per circuiti statici sono disponibili separatamente per installazioni in progetti di tunnel in ambiente alcalino o in operazioni costiere con infiltrazione di acqua salina.

Specificare un materiale non idoneo in un ambiente notoriamente aggressivo e sostituire successivamente il kit di tenute con una frequenza doppia risulta più costoso che ordinare fin dall’inizio il materiale corretto. I riferimenti specifici per modello di HOVOO, compresa la designazione del materiale per ciascuna applicazione di drifter, sono elencati su hovooseal.com.