dilatazione termica

Dilatazione termica: cos’è e come si comporta l’ottone?

Il lavoro di una torneria si basa su diversi elementi, non ultimo la conoscenza dei fenomeni fisici e chimici che regolano le modifiche ai materiali utilizzati nelle varie lavorazioni. Da questo punto di vista uno dei fenomeni più importanti è quello della dilatazione termica. La dilatazione termica dei corpi, infatti, è un fenomeno naturale per il quale un materiale si espande o si contrare a seconda del cambiamento di temperatura.

Tenere conto di questa dilatazione è indispensabile per progettare e costruire componenti che siano affidabili, sicuri e duraturi. Tra i materiali più utilizzati all’interno di una torneria c’è sicuramente l’ottone che, per le sue proprietà e caratteristiche, è uno di quelli che assicura complessivamente i maggiori e i migliori vantaggi. Vediamo quindi cosa c’è da sapere sulla dilatazione termica metalli e in modo particolare di quella dell’ottone.

L’importanza della dilatazione termica nella progettazione industriale

La dilatazione termica è il fenomeno per cui i materiali si espandono quando vengono riscaldati e si contraggono quando vengono raffreddati. È un fenomeno naturale che si verifica perché le particelle che compongono la materia, aumentano la loro energia cinetica con la temperatura, spingendosi leggermente più lontane tra loro. Questo spiega la dilatazione.

Va da subito chiarito che la dilatazione termica non è un difetto, ma un fenomeno naturale che va semplicemente gestito. Questo avviene prevedendo, per esempio, tolleranze di accoppiamento leggermente maggiori, nell’utilizzare giunti flessibili, nell’evitare vincoli troppo rigidi e nel progettare tenendo conto del giusto coefficiente di dilatazione.

Ogni materiale ha un proprio coefficiente di dilatazione termica, un valore che esprime quanto si dilata una sua unità di lunghezza per ogni grado Celsius di aumento di temperatura. Questo valore, ottenuto tramite formule dilatazione termica, è fondamentale perché permette di prevedere il comportamento dei materiali in funzione delle temperature a cui saranno sottoposti così da consentire di prendere gli adeguati accorgimenti.

Nei solidi esistono tre forme principali di dilatazione termica: lineare, superficiale e volumetrica. La dilatazione lineare, la più comune, è quella che si verifica con l’aumento di una singola dimensione (la lunghezza) come avviene per esempio in una barra o in un tubo. La dilatazione superficiale riguarda invece l’espansione di un oggetto in due dimensioni. La dilatazione termica superficiale è quella che per esempio interessa una lamiera metallica per cui con l’aumento delle temperature tendono a cambiare anche la lunghezza e la larghezza del componente. Infine, la dilatazione volumetrica. In questo caso il solido aumenta dell’intero volume.

L’attenzione a questo fenomeno (e a come si comportano i diversi materiali) è giustificata dal fatto che nella progettazione di impianti e componenti meccanici, ignorare o non calcolare correttamente la dilatazione termica può portare a diversi problemi, alcuni anche gravi. I più comuni sono le rotture per stress meccanico, ma anche le deformazioni strutturali, i guasti nei sistemi di tenuta e una scarsa efficienza dei collegamenti meccanici o idraulici. In modo particolare la dilatazione termica è fondamentale (pena il rischio di compromettere l’intero impianto) negli impianti idrotermosanitari, negli scambiatori di calore e nei raccordi industriali.

I coefficienti di dilatazione termica

Per calcolare la dilatazione termica dei solidi si fa riferimento al coefficiente di dilatazione lineare, detta anche formula della dilatazione lineare. Maggiore è questo valore più alta sarà l’espansione del materiale. Tra i materiali che hanno un coefficiente più basso troviamo l’acciaio e il rame, mentre quello con il coefficiente più alto è l’alluminio. L’ottone ha un coefficiente medio-alto, motivo per cui in fase di progettazione bisogna considerare un certo margine necessario per compensare le variazioni dimensionali di ogni singolo componente.

La dilatazione termica dell’ottone

A questo punto vediamo più nel dettaglio il comportamento dell’ottone, la lega composta principalmente da rame e zinco. In generale (il comportamento dipende dalla composizione specifica di ogni singolo componente) i pezzi in ottone tendono a espandersi in modo lineare e prevedibile, a rimanere meccanicamente stabile anche dopo ripetute variazioni termiche e ad avere una buona tolleranza alle variazioni di temperatura grazie alla sua struttura cristallina e alla composizione bilanciata.

Queste insieme di caratteristiche rendono l’ottone un materiale particolarmente adatto per essere utilizzato in tutti quegli impianti nei quali è prevista (o necessaria) un’escursione termica. A differenza di altri materiali, l’ottone tende a ritornare alla sua forma originaria dopo la dilatazione e, anche in presenza di cambiamenti termici frequenti, assicura che filettature, raccordi e innesti mantengano le loro proprietà meccaniche. Infine l’ottone assicura il suo eccellente comportamento anche lavorando insieme ad altri materiali. Nei sistemi ibridi, come il caso delle tubazioni in plastica con i raccordi in ottone, la lega di zinco e rame mantiene le sue prestazioni.

Emmegi TORNERIA nasce nel 1977 nell’entroterra marchigiano, specializzata nella produzione di minuterie metalliche tornite in ottone per la realizzazione di particolari su specifiche del cliente. Ha costruito con impegno e competenza una solida affidabilità nella gestione del sistema raggiungendo negli anni la UNI EN ISO 9001:2015 e la UNI EN ISO 14001:2015.

Software personalizzati in base alle esigenze aziendali, sono utilizzati per migliorare i processi di supporto tecnico (quali la realizzazione di particolari da disegno o da campione in CAD), i processi di verifica dell’idoneità dei materiali e delle attrezzature impiegate, ed i processi di monitoraggio dell’efficienza del processo aziendale.

Articoli Correlati