O-ring l'anello che ha sposato la meccanica

Sebbene sia un nome più che noto e già sentito, molti non sanno effettivamente cosa sia un o-ring.
Eppure è un componente basilare ed è applicato in innumerevoli dispositivi tecnici. In campo idraulico e meccanico la fa da padrone, ma lo si più trovare praticamente ovunque a partire dall’orologio fino allo Space Shuttle.
Oltre alle specifiche funzionalità, un o-ring (che è in realtà una guarnizione di tenuta in gomma), ha la peculiarità che può essere utilizzato in una infinità di dispositivi per la sua assoluta semplicità costruttiva e di montaggio.

L’o-ring ad oggi costituisce il dispositivo di tenuta per eccellenza, il più semplice, economico e funzionale dispositivo di tenuta mai inventato dall’uomo e tutto questo lo rende sorprendente.

Fu la mente creativa di un tornitore svedese Niels Christensen che, emigrato in America nel 1891, ne registrò il brevetto nel 1937.

Se ci pensiamo un po’ a fondo a quell’epoca, le macchine che lavoravano con fluidi e gas in pressione erano già tantissime.
Tutte facevano uso di diversi dispositivi di tenuta, non troppo efficaci e tantomeno semplici. Pensate agli sbuffi di vapore che si vedevano uscire dalle locomotive e i motori a vapore; molte erano inevitabili perdite dovute a tenute che non si riuscivano a realizzare meglio di così; insomma ci si accontentava di avere qualche perdita di troppo a svantaggio del rendimento perché non si poteva fare di meglio.
L’invenzione dell’o-ring semplificò la progettazione e la realizzazione di tutte quelle macchine e la sua adozione le rese molto più affidabili e più efficienti.

Ma come sappiamo dalla storia non tutte le menti geniali vengono adeguatamente retribuite, nonostante tutti gli sforzi legali perpretati da Christensen il brevetto passò da una compagnia all’altra fino alla Westinghouse.
Poi fu durante la seconda guerra mondiale che il governo statunitense dichiarò l’o-ring un componente fondamentale per la guerra e consentì la produzione del componente anche ad altre compagnie.

Ma cos’è l’O-ring

L’o-ring è un anello di elastomero a sezione circolare (da cui proviene il suo nome).
Gli elastomeri (o gomme), possono essere considerati come un liquido ad altissima viscosità, non comprimibile e con una tensione superficiale molto elevata. Questo materiale si comporta in maniera particolare se sottoposto a pressione.
A differenza da come potremmo pensare, non esistono ricette speciali o segrete per realizzare l’elastomero che compone un o-ring. Il brevetto riguarda quindi solo il modo e l’applicazione del componente sul dispositivo.

Per realizzare O-ring possono essere usate infinite mescole basandosi sulle esigenze meccaniche o chimiche a cui verrà applicato.

Le caratteristiche meccaniche saranno da considerarsi quindi in relazione a parametri come: pressione di esercizio, dimensione della tenuta o tipo di montaggio.
Le caratteristiche chimiche vanno invece correlate al tipo di fluido o di gas con cui viene a contatto l’o-ring ed alla temperatura di esercizio dell’intero sistema. Vi sono condizioni di uso estremamente gravose come il contatto con olii, combustibili, detergenti, acidi. Queste sostanze in concomitanza con alte o basse temperature, possono deteriorare gravemente e velocemente la mescola elastomerica se non adeguatamente formulata a priori.

Una curiosità: il disastro dello Space Shuttle Challenger (del 28 gennaio 1986), avvenne a causa del cedimento di un o-ring, fu sufficiente una temperatura al di sotto di quella prevista per causare una transizione vetrosa della mescola di un o-ring che impediva la fuoriuscita di un fluido infiammabile.
L’o-ring in questione, a causa della bassa temperatura, invece di deformarsi correttamente diventò rigido e vetroso, non garantendo più la tenuta prevista e causando la catastrofe conosciuta.

Una tenuta ad o-ring efficace richiede che l’anello, in fase di montaggio, sia adeguatamente deformato all’interno della sua sede in modo da creare uno stress meccanico sulle superfici di contatto tale che ne impedisca il passaggio dei fluidi o gas garantendone così la tenuta; finché la pressione dei fluidi che vogliamo contenere, non eccede lo stress meccanico imposto dal montaggio non potrà esserci alcuna perdita.
Inoltre poichè la superficie di contatto tra o-ring e pareti della sede è molto piccola, è possibile contenere alte pressioni di esercizio con modesti sforzi meccanici ed il tutto sarà dipendente dalla durezza della mescola di elastomero utilizzata per realizzare l’o-ring.
Insomma, questo prezioso anello si deforma disponendosi sulle pareti della sede e tanto più aumenta la pressione tanto più ne sigilla gli interstizi impedendone le perdite. Geniale ed essenziale nel contempo, come tutte le cose semplici.
Non ci interessa entrare troppo nel dettaglio tecnico e quindi finiamo qui, la nostra intenzione era di far conoscere un componente così semplice quanto importante e prezioso.
Saluti.