Circuito idraulico aperto

Un circuito idraulico aperto descrive una struttura di commutazione idraulica in cui il fluido idraulico rifluisce dalla pompa al serbatoio attraverso valvole direzionali e utenze, dove viene raccolto in un serbatoio di stoccaggio ventilato atmosfericamente. Questo tipo di circuito è particolarmente diffuso nell’idraulica mobile, poiché offre una struttura semplice e consente un’efficace dissipazione del calore.

Struttura e principio di funzionamento

Il circuito idraulico aperto è costituito da diversi componenti essenziali, disposti in un ordine definito. La pompa idraulica aspira l’olio idraulico da un serbatoio aperto e lo convoglia nel sistema con una portata costante o regolabile. Da lì, il fluido raggiunge i distributori attraverso tubazioni di pressione, che fungono da elementi di comando e dirigono il flusso dell’olio verso i singoli utenze.

I consumatori possono essere cilindri idraulici per movimenti lineari o motori idraulici per azionamenti rotativi. Dopo aver attraversato i consumatori, l’olio rifluisce nel serbatoio attraverso le tubazioni di ritorno. Il percorso chiuso del fluido idraulico è il seguente: pompa, consumatori, serbatoio, pompa. Il serbatoio è aperto all’atmosfera, da cui il nome “circuito aperto”.

Una valvola di limitazione della pressione (DBV) protegge il sistema da pressioni eccessive. È collegata in parallelo alla pompa come valvola di sicurezza e si apre al raggiungimento della pressione massima impostata per scaricare l’olio in eccesso direttamente nel serbatoio. Tra la pompa e la valvola di limitazione della pressione non deve essere possibile alcuna chiusura tramite una valvola.

Posizione neutra e flusso dell’olio

Nella posizione neutra delle valvole direzionali, quando non deve avvenire alcun movimento dei consumatori, il passaggio dal lato di pressione (P) al lato serbatoio (T) nella valvola è aperto. L’olio idraulico rifluisce nel serbatoio attraverso le valvole idrauliche quasi senza pressione. La pressione nel sistema aumenta solo quando viene azionata una valvola direzionale e l’olio viene deviato verso un utente che genera una contropressione.

Questo funzionamento si differenzia sostanzialmente dagli altri sistemi: l’olio circola continuamente senza che vi sia una pressione elevata permanente. Solo la richiesta di un utente genera la pressione di esercizio necessaria.

Tipi di pompe nel circuito aperto

Gli impianti idraulici con fonte di pressione funzionano generalmente in circuito aperto. Come fonte di pressione vengono utilizzati diversi tipi di pompe. Le pompe a portata costante, come le pompe a ingranaggi, forniscono una portata costante indipendentemente dal carico. Si caratterizzano per la struttura semplice, la robustezza e i costi contenuti.

Le pompe a ingranaggi interni offrono inoltre un basso livello di rumorosità, che le rende interessanti per le macchine utensili e le applicazioni mobili. Le pompe ad anello dentato secondo il principio Gerotor consentono velocità di azionamento molto basse, da 10 a 250 giri/min, e sono quindi adatte per azionamenti diretti senza riduttori intermedi.

In alternativa, è possibile utilizzare anche pompe a cilindrata variabile, che adattano la portata volumetrica al fabbisogno effettivo. In combinazione con i sistemi load sensing, è possibile aumentare notevolmente l’efficienza, poiché viene pompata solo la quantità di olio effettivamente necessaria.

Movimenti paralleli e multipli

Una caratteristica importante del circuito aperto è il comportamento in caso di movimenti multipli. Se più utenze vengono azionate contemporaneamente, la portata volumetrica si divide in base alle resistenze. L’olio segue il percorso di minor resistenza, il che può portare a velocità diverse delle utenze.

In caso di collegamento in parallelo di più utenze, la velocità di ciascun cilindro o motore dipende dal rapporto di carico. Un’utenza con una bassa resistenza di carico riceve una portata maggiore rispetto a una con una resistenza elevata. Per movimenti multipli precisi sono quindi necessarie misure aggiuntive, come valvole di ripartizione della portata o regolatori di flusso individuali per ciascuna utenza.

La portata totale disponibile della pompa limita il numero e la velocità delle funzioni azionate contemporaneamente. Più consumatori funzionano in parallelo, più lentamente si muovono i singoli attuatori, poiché la portata volumetrica totale viene suddivisa.

Vantaggi del circuito aperto

Il circuito idraulico aperto offre diversi vantaggi tecnici ed economici. La struttura semplice riduce notevolmente i costi di investimento e manutenzione. Il numero di componenti necessari è gestibile, il che riduce al minimo la possibilità di errori.

La dissipazione del calore rappresenta un vantaggio fondamentale. Poiché l’olio idraulico scorre continuamente attraverso il serbatoio, il calore generato può essere dissipato nell’ambiente. Il serbatoio funge da scambiatore di calore e serbatoio di raffreddamento. Se necessario, i radiatori dell’olio esterni possono essere facilmente integrati nella linea di ritorno.

Il serbatoio ventilato atmosfericamente consente di compensare facilmente le variazioni di volume dovute alle fluttuazioni di temperatura e pressione. Le impurità possono depositarsi nel serbatoio e la qualità dell’olio può essere mantenuta grazie ai filtri di ritorno. L’accesso aperto facilita la manutenzione e il controllo del livello dell’olio.

Le perdite di olio dai cilindri e dalle valvole non rappresentano un problema, poiché l’olio fresco viene costantemente rifornito dal serbatoio. Non è necessaria una pompa di alimentazione per compensare le perdite.

Svantaggi e limiti

Il circuito aperto presenta anche dei limiti. La circolazione continua dell’olio genera perdite di flusso che devono essere dissipate sotto forma di calore. Nelle pompe a portata costante, in posizione neutra, l’intera portata viene pompata senza pressione nel serbatoio attraverso la valvola direzionale, con conseguente scarsa efficienza.

Il consumo energetico è superiore rispetto ai sistemi chiusi con pompe a portata variabile, poiché la pompa continua a funzionare anche quando non sono attivi consumatori. I sistemi load sensing possono ridurre questo svantaggio, ma aumentano la complessità del sistema.

Il tempo di reazione è più lungo rispetto ai circuiti chiusi, poiché la pressione deve essere generata solo quando si aziona una valvola. Il circuito aperto è quindi meno adatto per applicazioni altamente dinamiche con rapidi cambiamenti di direzione.

Il serbatoio deve essere sufficientemente dimensionato per garantire la dissipazione del calore, lo sfiato e la separazione dello sporco. Ciò aumenta il peso e lo spazio richiesto dall’intero sistema.

Campi di applicazione

Il circuito idraulico aperto domina nell’idraulica mobile. Macchine edili come escavatori, pale gommate, gru e carrelli elevatori utilizzano questa struttura di circuito per le loro funzioni di lavoro. La semplicità e la robustezza sono fattori decisivi in questo caso, poiché queste macchine devono funzionare in modo affidabile in condizioni difficili.

Nell’agricoltura, i circuiti aperti sono utilizzati nei trattori, nelle mietitrebbiatrici e nelle macchine da lavoro semoventi. Il controllo dei caricatori frontali, degli attrezzi o dei dispositivi di sollevamento avviene tipicamente tramite valvole direzionali in sistemi aperti.

Le applicazioni stazionarie si trovano nelle macchine utensili, nelle presse e negli impianti di produzione, quando non sono richiesti requisiti elevati in termini di dinamica ed efficienza energetica. Per semplici operazioni di sollevamento, serraggio e pressatura, il circuito aperto è una soluzione economica.

Ovunque sia necessario controllare più funzioni indipendenti con cicli di carico diversi, il circuito aperto offre flessibilità e facile espandibilità.

Confronto con il circuito chiuso

Nel circuito idraulico chiuso, l’olio viene riportato direttamente dal consumatore alla pompa, senza passare dal serbatoio. Questo circuito si trova principalmente nelle trasmissioni idrostatiche con pompa a portata variabile e motore idraulico, ad esempio per gli azionamenti di marcia.

Il circuito chiuso consente il funzionamento a 4 quadranti, ovvero l’azionamento e la frenata in entrambe le direzioni di rotazione. La direzione del movimento è determinata dalla direzione di rotazione della pompa a portata variabile. I tempi di reazione sono più brevi, poiché il sistema è costantemente sotto pressione.

Tuttavia, il circuito chiuso è più complesso dal punto di vista costruttivo. Richiede una pompa di alimentazione per compensare le perdite e per il raffreddamento. La dissipazione del calore è più difficile, poiché l’olio rimane nel circuito di lavoro. Componenti aggiuntivi come valvole di lavaggio e valvole di sicurezza del circuito aumentano la complessità e i costi.

Per gli azionamenti a cilindro puri senza recupero di energia, il circuito chiuso offre pochi vantaggi. I suoi punti di forza risiedono negli azionamenti reversibili con frequenti cambi di direzione ed elevati requisiti dinamici.

Aumento dell’efficienza grazie al load sensing

I moderni circuiti aperti utilizzano la tecnologia load sensing per migliorare l’efficienza energetica. Una pompa a portata variabile adatta automaticamente la portata alle esigenze degli utenti. Una linea di misurazione rileva la pressione di carico massima nel sistema e la pompa regola la sua portata in modo che si verifichi solo una leggera caduta di pressione sulle valvole.

Ciò riduce notevolmente le perdite di strozzamento e lo sviluppo di calore. Il consumo energetico diminuisce, poiché la pompa eroga solo la quantità di olio effettivamente necessaria. In posizione neutra, la portata viene ridotta al minimo, eliminando quasi completamente la potenza dissipata.

I sistemi Load Sensing richiedono valvole speciali con attacchi LS e una pompa a portata variabile opportunamente equipaggiata. I costi di investimento sono più elevati, ma vengono ammortizzati grazie al risparmio energetico e al minor carico termico.

Criteri di progettazione importanti

Nella progettazione di un circuito idraulico aperto è necessario tenere conto di diversi parametri. La pompa deve essere dimensionata in modo tale da poter fornire la portata massima di tutti i consumatori azionati contemporaneamente. Inoltre, è necessario prevedere un margine di sicurezza dal 10 al 20%.

La dimensione del serbatoio dipende dal tempo di permanenza dell’olio, che deve garantire un’adeguata dissipazione del calore e sfiato. Come valore di riferimento si considera da due a tre volte la portata della pompa al minuto. In caso di carico termico elevato possono essere necessari radiatori dell’olio.

Le sezioni dei tubi devono essere scelte in modo tale che la velocità del flusso nelle tubazioni di mandata non superi i 4-6 metri al secondo e nelle tubazioni di ritorno i 2-3 metri al secondo. Velocità troppo elevate causano perdite di pressione, surriscaldamento e cavitazione.

La valvola di limitazione della pressione viene regolata a circa il 10-20% al di sopra della pressione massima di esercizio. Serve esclusivamente come elemento di sicurezza e non dovrebbe attivarsi durante il normale funzionamento.

Riepilogo

Il circuito idraulico aperto è la struttura di commutazione più diffusa nell’idraulica mobile. I suoi punti di forza sono la struttura semplice, la buona dissipazione del calore e la manutenzione agevole. È la soluzione economicamente ottimale per applicazioni con più utenze indipendenti, cicli di carico diversi e requisiti dinamici moderati.

L’utilizzo di moderni concetti di regolazione come il Load-Sensing consente di ridurre notevolmente i tradizionali svantaggi in termini di efficienza energetica. La combinazione di una tecnologia collaudata e di un controllo intelligente rende il circuito aperto interessante anche per applicazioni future in cui l’affidabilità e la facilità di manutenzione sono fondamentali.

Che cos'è un circuito idraulico aperto e come funziona?

Un circuito idraulico aperto è la forma base di un sistema di azionamento idraulico in cui la pompa idraulica aspira l’olio da un serbatoio ventilato atmosfericamente e lo convoglia in modo continuo. L’olio viene convogliato tramite valvole direzionali ai consumatori (cilindri o motori) e, dopo aver svolto il proprio lavoro, rifluisce immediatamente nel serbatoio. La caratteristica distintiva è il “centro aperto” delle valvole direzionali: in posizione neutra, il passaggio dal lato di mandata direttamente al lato del serbatoio è aperto, in modo che l’olio circoli quasi senza pressione. Solo quando viene attivato un utente si crea una contropressione che commuta la valvola e genera la pressione di esercizio. Questa struttura consente un montaggio semplice, un’efficace dissipazione del calore e una manutenzione economica, ideale per l’idraulica mobile nelle macchine edili e nella tecnologia agricola.
Qual è la differenza tra sistemi idraulici aperti e chiusi?

I sistemi idraulici aperti e chiusi differiscono fondamentalmente nel loro funzionamento e nella loro applicazione. Nei sistemi aperti, l’olio rifluisce continuamente nel serbatoio attraverso le valvole direzionali, indipendentemente dal fatto che gli utensili siano attivati. Il serbatoio è a pressione atmosferica. Nei sistemi chiusi, invece, l’olio viene convogliato direttamente dall’utilizzatore alla pompa: non c’è un serbatoio aperto e il sistema è costantemente sotto pressione. I sistemi chiusi consentono il funzionamento a 4 quadranti (azionamento e frenata in entrambe le direzioni) e sono quindi ideali per azionamenti reversibili come le trasmissioni idrostatiche. I sistemi aperti consumano più energia (la pompa funziona anche a vuoto), ma sono più semplici nella struttura e più economici. Con la tecnologia load sensing è possibile migliorare notevolmente l’efficienza energetica dei sistemi aperti. Per azionamenti a cilindro semplici senza frequenti cambi di direzione, il sistema aperto è economicamente superiore.
Quali sono i vantaggi di un circuito idraulico aperto?

I circuiti idraulici aperti offrono vantaggi economici e tecnici decisivi. La struttura semplice con un numero ridotto di componenti riduce notevolmente i costi di investimento e manutenzione e minimizza la suscettibilità ai guasti. La circolazione continua dell’olio attraverso il serbatoio consente un eccellente dissipamento del calore: il serbatoio funge da accumulatore di calore e radiatore e, se necessario, è possibile integrare facilmente radiatori dell’olio esterni. Il serbatoio ventilato atmosfericamente consente di compensare facilmente le variazioni di volume e di effettuare una manutenzione semplice (controllo del livello dell’olio, pulizia). Le perdite di olio dai cilindri e dalle valvole non rappresentano un problema, poiché viene costantemente alimentato olio nuovo; non è necessaria una pompa di alimentazione separata. Il circuito aperto è espandibile in modo flessibile ed è ideale per applicazioni con più funzioni indipendenti e diversi cicli di carico. Questa combinazione lo rende la soluzione economicamente ottimale per l’idraulica mobile, in particolare nelle macchine edili, nei trattori e nelle macchine agricole.
Quali sono gli svantaggi di un sistema idraulico aperto?

I sistemi idraulici aperti presentano anche notevoli svantaggi. La circolazione continua dell’olio genera perdite di flusso costanti che devono essere dissipate sotto forma di calore. Il consumo energetico è quindi superiore rispetto ai sistemi chiusi o load sensing, in particolare al minimo, quando la pompa a portata costante pompa l’intera portata senza pressione nel serbatoio. Il tempo di reazione è più lungo, poiché la pressione di esercizio viene generata solo quando si aziona una valvola. Pertanto, le applicazioni altamente dinamiche con rapidi cambiamenti di direzione del movimento sono meno adatte. In caso di movimenti multipli (più utenze azionate in parallelo), la portata volumetrica si divide in base alle resistenze, determinando velocità diverse. Per movimenti multipli precisi sono necessari ulteriori divisori di flusso o regolatori di portata. Il serbatoio deve essere di dimensioni generose (valore indicativo: 2-3 volte la portata al minuto), il che aumenta il peso e lo spazio richiesto. Questi svantaggi possono essere notevolmente ridotti grazie alle moderne pompe a portata variabile con load sensing, che però richiedono investimenti più elevati.
In quali applicazioni viene utilizzato il circuito idraulico aperto?

Il circuito idraulico aperto domina nell’idraulica mobile ed è il sistema standard per le macchine edili: escavatori, pale gommate, gru, bulldozer e carrelli elevatori utilizzano questa tecnologia per le funzioni di scavo, estrazione e sollevamento. La semplicità e la robustezza sono fondamentali, poiché queste macchine devono funzionare in modo affidabile in condizioni difficili. Nell’agricoltura, il circuito aperto viene utilizzato nei trattori, nelle mietitrebbiatrici e nelle macchine da lavoro semoventi: i caricatori frontali, gli attrezzi e i dispositivi di sollevamento sono tipicamente controllati tramite valvole direzionali in sistemi aperti. Nell’idraulica marittima, il sistema aperto è il sistema più comune per la propulsione delle navi. Le applicazioni stazionarie si trovano nelle macchine utensili, nelle presse e negli impianti di produzione, purché non siano richiesti requisiti elevati in termini di dinamica ed efficienza energetica. Il circuito aperto offre la massima flessibilità per più funzioni indipendenti con diversi cicli di carico ed è quindi economicamente ottimale ovunque l’affidabilità, la facilità di manutenzione e il controllo dei costi siano prioritari.
Come si dimensiona la pompa per un circuito idraulico aperto?

Il dimensionamento della pompa idraulica per un circuito aperto si basa sulla portata massima di tutti i consumatori azionati contemporaneamente. Innanzitutto vengono calcolate le portate richieste di tutti i consumatori (cilindri e motori) in litri al minuto. La pompa deve fornire questa potenza di picco, quindi la portata deve corrispondere almeno alla portata massima che si verifica. Si consiglia un margine di sicurezza del 10-20% per compensare l’usura e le perdite di pressione. Nel caso di pompe a portata costante (ad es. pompe a ingranaggi), si sceglie come base la portata costante. Nel caso delle pompe a portata variabile con load sensing, la pompa è progettata in modo tale da poter mantenere la regolazione della pressione differenziale richiesta (tipicamente 20-30 bar sopra la pressione di carico) al carico massimo. La dimensione del serbatoio dovrebbe essere 2-3 volte la portata della pompa al minuto, al fine di garantire un tempo di permanenza sufficiente per la dissipazione del calore e lo sfiato. In caso di carico termico elevato, è necessario eseguire calcoli sullo sviluppo di calore e, se necessario, prevedere radiatori dell’olio esterni.
Qual è il ruolo delle valvole direzionali nei sistemi idraulici aperti?

Le valvole direzionali sono elementi di controllo centrali nei sistemi idraulici aperti e controllano la direzione del flusso dell’olio idraulico verso l’utilizzatore. In posizione neutra, il “centro” della valvola è aperto, in modo che l’olio fluisca direttamente dal lato di pressione al lato del serbatoio: il sistema è senza pressione. Azionando la valvola direzionale (manualmente, elettromagneticamente o proporzionalmente), viene liberato il passaggio verso il consumatore e contemporaneamente viene controllato il ritorno al serbatoio. Ciò consente il controllo della direzione per i cilindri (andata e ritorno) e l’inversione di direzione per i motori. La valvola di limitazione della pressione è collegata in parallelo alla pompa e si apre al raggiungimento della pressione massima per ridurre la sovrapressione e proteggere il sistema. La combinazione di valvole direzionali e valvola di limitazione della pressione definisce la sicurezza e la funzionalità del circuito aperto. In presenza di più utenze, la portata volumetrica viene ripartita in base alle resistenze. Un’utenza con una resistenza di carico inferiore riceve una portata volumetrica maggiore, il che comporta velocità diverse. I divisori di flusso o le valvole direzionali proporzionali con regolazione della portata possono risolvere questo problema.
Che cos'è il load sensing e in che modo migliora l'efficienza dei circuiti aperti?

Il load sensing (LS) è una moderna tecnologia di controllo che migliora notevolmente l’efficienza energetica dei circuiti aperti. Nei sistemi aperti convenzionali con pompe costanti, la pompa eroga una quantità costante di olio indipendentemente dal fabbisogno effettivo, causando uno spreco inutile di energia durante il funzionamento al minimo. I sistemi Load Sensing utilizzano una pompa a portata variabile che regola automaticamente la portata in base al fabbisogno degli utenze. Una linea di misurazione rileva la pressione di carico massima nel sistema (sui collegamenti LS delle valvole delle utenze) e la pompa regola la sua portata in modo che sulle valvole si verifichi solo una piccola caduta di pressione costante (tipicamente 20-30 bar). Ciò riduce drasticamente le perdite di strozzamento e lo sviluppo di calore. In posizione neutra, la portata viene ridotta al minimo, eliminando quasi completamente la potenza dissipata. Il consumo energetico si riduce del 20-40% rispetto ai sistemi a pompa costante. Il load sensing richiede investimenti più elevati (pompa a portata variabile, valvole LS) e un controllo più complesso, ma si ammortizza rapidamente grazie alla riduzione dei costi di esercizio e al minor carico termico dei componenti.
Come si dimensionano le sezioni dei tubi in un sistema idraulico aperto?

Il corretto dimensionamento delle sezioni dei tubi è fondamentale per l’efficienza e l’affidabilità di un sistema idraulico aperto. La velocità del flusso nei tubi di mandata (dalla pompa agli utenti) non dovrebbe superare i 4-6 metri al secondo per ridurre al minimo le perdite di pressione, il riscaldamento e il rischio di cavitazione. Nelle tubazioni di ritorno (verso il serbatoio) si applicano limiti più severi di 2-3 metri al secondo, poiché velocità di ritorno incontrollate causano cavitazione, formazione di aerosol e rumore. Nella tubazione di aspirazione (dal serbatoio alla pompa) la velocità del flusso non dovrebbe superare 0, 6-1, 2 m/s per evitare problemi di depressione. La sezione trasversale richiesta è data da: A = Q / v, dove A è l’area della sezione trasversale [cm²], Q è la portata [cm³/s] e v è la velocità di flusso consentita [cm/s]. Velocità eccessive comportano svantaggi economici: maggiore consumo di energia, usura più rapida dei componenti, maggiore sviluppo di calore. Sezioni trasversali troppo grandi causano costi di costruzione e peso inutili. Gli standard industriali e le specifiche del produttore forniscono tabelle per una rapida progettazione in base alla portata.
Quali tipi di pompe sono adatti per i circuiti idraulici aperti?

Per i sistemi idraulici aperti vengono utilizzati diversi tipi di pompe, a seconda delle esigenze. Le pompe a ingranaggi sono le pompe a portata costante più utilizzate: sono robuste, economiche, di facile manutenzione e si distinguono per l’elevata affidabilità. Le pompe a ingranaggi interni (principio Gerotor) offrono inoltre un basso livello di rumorosità, che le rende interessanti per le macchine utensili e le applicazioni sensibili, e consentono velocità di azionamento molto basse, comprese tra 10 e 250 giri/min, per gli azionamenti diretti. Anche le pompe ad anello dentato secondo il principio Gerotor sono silenziose e compatte. Le pompe a cilindrata variabile, come le pompe a pistoni assiali o le pompe a pistoni radiali, adattano dinamicamente la loro portata volumetrica al fabbisogno, il che le rende ideali per i sistemi load sensing. Consentono una maggiore efficienza e un migliore utilizzo dell’energia, ma richiedono un controllo più complesso e investimenti più elevati. Le pompe a palette sono meno diffuse, ma possibili. La scelta dipende dalla pressione di esercizio (pompe fisse o variabili fino a 350 bar), dalla portata richiesta, dai requisiti di velocità, dai requisiti acustici e da considerazioni economiche. Per i sistemi semplici nelle macchine edili predominano le pompe a ingranaggi; per i sistemi ottimizzati con obiettivo di risparmio energetico, le pompe variabili con load sensing sono lo standard.
Come si determina la dimensione del serbatoio per un circuito idraulico aperto?

La dimensione del serbatoio in un circuito idraulico aperto deve soddisfare diversi requisiti funzionali: dissipazione del calore, sfiato, separazione dello sporco e tempo di permanenza dell’olio. Come valore indicativo, il volume del serbatoio è pari a 2-3 volte la portata della pompa al minuto. Per una pompa da 60 litri al minuto, il serbatoio dovrebbe quindi avere una capacità di 120-180 litri. Il tempo di permanenza effettivo dell’olio è fondamentale: con un tempo di permanenza di 2-3 minuti è possibile dissipare adeguatamente il calore e le impurità. La formula è: volume del serbatoio [litri] = portata della pompa [L/min] × tempo di permanenza [min]. In caso di carico termico elevato (funzionamento continuo, temperature esterne elevate) sono necessari serbatoi più grandi o radiatori dell’olio esterni. Anche il design del serbatoio è importante: una parete divisoria tra afflusso e deflusso riduce il flusso di cortocircuito, mentre i radiatori a raggi nella parte superiore aumentano la potenza termica. Un filtro di ritorno (tipicamente 10-25 micrometri) mantiene la qualità dell’olio. Un serbatoio troppo piccolo comporta uno scarso dissipamento del calore, un’usura rapida dell’olio e guasti al sistema; un serbatoio troppo grande comporta costi inutili e ingombro. Una progettazione adeguata è quindi fondamentale per garantire affidabilità ed economicità.
Perché si genera calore nei sistemi idraulici aperti e come viene dissipato?

Il calore si genera nei sistemi idraulici aperti per diverse cause: la maggior parte (circa l’80-90%) deriva dalla strozzatura dell’olio nelle valvole di distribuzione e dall’aumento della pressione quando i consumatori lavorano contro una resistenza di carico. Un’altra parte è causata dalle perdite di portata nella camera di pressione della pompa e dalle perdite di tenuta nei cilindri/motori. Nei sistemi a pompa costante, il calore aggiuntivo viene generato dal pompaggio continuo a vuoto, quando l’olio rifluisce senza pressione dal lato di mandata al lato del serbatoio. L’intera potenza dissipata viene convertita in calore. Il metodo più efficace per dissipare il calore nei sistemi aperti è la circolazione continua dell’olio attraverso il serbatoio: l’olio caldo fluisce nel serbatoio, si mescola con il volume di olio più freddo e cede calore all’ambiente. Il serbatoio funge da accumulatore di calore e radiatore. In caso di carico termico elevato (> 10 kW), la superficie passiva del serbatoio spesso non è sufficiente, quindi vengono integrati nel tubo di ritorno dei radiatori dell’olio esterni (radiatori ad aria o ad acqua). I sistemi load sensing riducono la generazione di calore del 20-40%, poiché pompano solo la quantità di olio necessaria e riducono al minimo le perdite di strozzamento. Un corretto dimensionamento del serbatoio con un tempo di permanenza sufficiente è quindi essenziale per il controllo del calore.
Qual è la differenza tra centro aperto e centro chiuso nelle valvole direzionali?

La distinzione tra centro “aperto” e centro “chiuso” nelle valvole direzionali è fondamentale per la comprensione dei sistemi idraulici. Una valvola direzionale con centro aperto (open center) ha il passaggio dalla parte di pressione (P) direttamente alla parte del serbatoio (T) aperto in posizione neutra. L’olio rifluisce nel serbatoio attraverso la valvola quasi senza pressione. Ciò è tipico dei circuiti idraulici aperti, dove è richiesta una circolazione continua dell’olio. Una valvola direzionale con centro chiuso (closed center) blocca entrambi i collegamenti di lavoro (A e B) nella posizione neutra e anche il canale di pressione verso P è bloccato. La pressione aumenta e viene limitata dalla valvola di limitazione della pressione. Ciò è tipico dei circuiti idraulici chiusi con pompe variabili e load sensing. Il “centro aperto” comporta un funzionamento continuo della pompa e un maggiore consumo di energia, ma una regolazione più semplice. Il “centro chiuso” consente un’erogazione in base alle esigenze e una migliore efficienza energetica, ma richiede un controllo più complesso. Una valvola direzionale con centro aperto non è tecnicamente la stessa cosa di un “circuito aperto”. Il termine si riferisce alla configurazione complessiva (serbatoio a pressione atmosferica, l’olio rifluisce nel serbatoio).
Come si effettuano la manutenzione e la riparazione dei guasti nei sistemi idraulici aperti?

I sistemi idraulici aperti sono di facile manutenzione, ma richiedono un monitoraggio regolare. Le attività di manutenzione più importanti sono: Controllare mensilmente il livello e la qualità dell’olio (viscosità, contaminazione). Infatti, un livello dell’olio troppo basso provoca l’ingresso di aria e cavitazione, mentre lo sporco accelera l’usura. Controllare il filtro di ritorno almeno una volta al mese e sostituirlo in caso di sporco (tipicamente 10-25 µm, sostituzione in caso di indicazione di differenza di pressione). Controllare almeno semestralmente la valvola di limitazione della pressione per verificare che risponda correttamente alla pressione impostata. Controllare l’interno del serbatoio per verificare la presenza di sporcizia, infiltrazioni d’acqua e accumuli di fango. In caso di malfunzionamenti, escludere innanzitutto i guasti più semplici: livello dell’olio troppo basso? Filtro di ritorno intasato? La valvola di limitazione della pressione è regolata correttamente? La pompa emette rumori o vibrazioni? Ci sono perdite? I moderni sensori consentono di monitorare continuamente la qualità dell’olio (contatore di particelle, contenuto d’acqua, viscosità). La struttura semplice dei sistemi aperti rende intuitiva la ricerca dei guasti: questi ultimi si verificano solitamente nelle valvole, nella pompa o nel serbatoio. Un serbatoio ventilato atmosfericamente consente un facile accesso visivo. La manutenzione preventiva secondo le specifiche del produttore e il cambio regolare dell’olio (in genere ogni 3. 000-5. 000 ore di funzionamento) riducono notevolmente i costi di guasto.