I Principi Fondamentali dell'Oleodinamica

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In un impianto oleodinamico, l’energia meccanica viene inizialmente convertita in energia idraulica. Questa poi viene trasferita, controllata o regolata e inviata ad uno o più utilizzatori che la riconvertono in energia meccanica.

Un impianto oleodinamico è caratterizzato da diversi parti che si occupano ciascuno di una particolare funzione:

• Conversione dell’energia: sul primario, mediante pompe si ha la conversione di energia meccanica in energia idraulica, mentre sul secondario, mediante attuatori avviene il passaggio inverso;

• Controllo dell’energia: agendo sui parametri di portata e pressione, grazie a valvole di comando e regolazione, pompe a cilindrata variabile, si riesce a controllare la potenza trasmessa;

• Trasporto dell’energia: tubi flessibili e rigidi e canali, permettono il trasporto dell’energia o anche solo della pressione;

• Trattamento dei fluidi: componenti come serbatoi, filtri, scambiatori di calore, dispositivi di misura e controllo, permettono il trattamento e l’accumulo del fluido.

Riassumendo, il funzionamento di un impianto oleodinamico è il seguente: partendo da energia di tipo termico o elettrico tramite un motore primo è possibile azionare una pompa che genera energia idraulica. Detta energia, dopo essere stata controllata attraverso circuiti più o meno complessi contenenti valvole di comando e di regolazione, viene utilizzata in un cilindro, o motore oleodinamico, e riconvertita in energia meccanica necessaria per azionare l’utilizzatore.

I vantaggi di un impianto oleodinamico sono molteplici:

• Trasmissione di grandi forze o coppie, con piccoli ingombri;

• Possibilità di partenze a pieno carico;

• Variazione continua e facile dei parametri del moto :

• Facilità di protezione contro i sovraccarichi;

• Possibilità di eseguire e di controllare cicli di movimento rapidi o anche estremamente lenti;

• Possibilità di accumulare energia in un gas compresso;

• Facilità di centralizzare il generatore;

Per quanto riguarda il primo aspetto, “ingombri contenuti”, si fa notare che un cilindro Φ 40 soggetto ad una pressione di 250 bar (pressione che potremmo definire media per applicazioni oleodinamiche) sviluppa una forza di:

Un motore idraulico avente una cilindrata di 50 cm3 , che gira a 3000 giri/min e riceve olio alla pressione di 300 bar presenta i seguenti valori di coppia e potenza utile erogate:

Come si può notare nel campo dei motori termici per avere le stesse potenze ci vogliono cilindrate molto più elevate e conseguentemente ingombri molto maggiori.

La possibilità di partenza a pieno carico è legata alla facilità di ridurre la coppia resistente utilizzando componenti (di solito valvole) che sono già presenti nell’impianto per svolgere altre funzioni, ciò permette di evitare l’uso di frizioni. Variando le cilindrate e le portate è possibile regolare in modo continuo i parametri, velocità e velocità angolare, all’utilizzatore; cosa che non è possibile fare per i sistemi meccanici ed, almeno in passato, era anche praticamente impossibile per i sistemi elettrici.

Attualmente, mediante convertitori di frequenza, è fattibile anche con sistemi elettricielettronici, ma l’analisi dei costi dimostra che i sistemi oleodinamici sono da preferire. Estremamente importante è la possibilità di proteggere gli impianti oleodinamici dai sovraccarichi, bastano una o più valvole di sovrapressione per assicurare che le pressioni, e quindi le sollecitazioni, siano al di sotto dei limiti di pericolo.

Questo requisito non trova corrispondenza negli altri settori e rende quasi indispensabile l’uso di sistemi oleodinamici ogni qual volta si prevedono forti oscillazioni del carico e quindi sovraccarichi. Tenuto conto della scarsa comprimibilità dell’olio, è facile intuire la rapidità di risposta di un sistema oleodinamico a qualsiasi comando e ciò permette di eseguire e controllare cicli di movimenti che si susseguono in rapida successione.

Sotto questo aspetto, notevoli sono le sinergie con la microelettronica, tanto che, attualmente, i componenti oleodinamici sono costituiti sempre più da sistemi integrati nei quali sono presenti, oltre agli attuatori e alle valvole di regolazione, anche gli amplificatori di segnale, i sensori per la trasduzione delle grandezze fisiche manipolate e l’elettronica di regolazione.

D’altra parte, rispetto a sistemi puramente elettrici-elettronici, l’oleodinamica è in grado anche di controllare movimenti estremamente lenti, per i quali i primi mostrano delle difficoltà. L’uso di un accumulatore idraulico permette di immagazzinare energia sotto forma di energia di pressione; energia che può essere utilizzata o negli istanti in cui si devono fronteggiare picchi di potenza richiesta o per completare delle operazione in caso di avaria (per es. frenare e riportare al piano un ascensore, permettere ai passeggeri di scendere da una funivia, ecc.).

E’ ben noto come l’handicap principale dei sistemi elettrici sia costituito dall’impossibilità di accumulare energia, pertanto nelle realizzazione di sistemi di sicurezza l’oleodinamica non ha rivali e l’affidabilità di tali sistemi può essere ritenuta quasi assoluta.

Per quanto attiene alla facilità di centralizzare il generatore di energia e distribuire le utenze, basta tener presente che generatore ed utenze possono essere facilmente collegati fra loro tramite tubi rigidi o flessibili e valvole distributrici; quindi non vi sono vincoli sulla posizione relativa né sul numero di utenze o di generatori.