Progetto e realizzazione di un banco prova oleodinamico a controllo digitale per caratterizzazione di azionamenti navali

Banco prova oleodinamico a controllo digitale per caratterizzazione di azionamenti navali 
Jacopo Foglia 
 
Introduzione 
Il progetto di tesi descritto in questo elaborato ha come scopo la realizzazione e la messa a 
punto di un banco prova innovativo e ad alta flessibilità per caratterizzazione sperimentale 
di azionamenti navali.  
La fase preliminare del lavoro è stata dedicata alla scelta degli azionamenti caratterizzabili 
e all'individuazione degli scopi del banco: si è scelto di poter testare tutti gli azionamenti 
facenti uso di attuatori lineari a controllo di posizione con tecnica proporzionale. In 
particolare il banco è pensato per caratterizzare azionamenti di timoni, pinne stabilizzatrici 
e valvole regolatrici di flusso negli impianti navali. La taglia dei cilindri installati sul 
banco, è stata selezionata dopo un attento studio delle diverse tipologie di azionamenti, 
mettendo a punto procedure di selezione che integrassero le metodologie note dalla 
letteratura scientifica, e l'esperienza progettuale di realtà industriali del settore.  
In particolare, per quanto riguarda le pinne stabilizzatrici, si sono utilizzati e sviluppati 
precedenti risultati relativi ad un progetto realizzato dal Laboratorio di Automazione a 
fluido e Meccatronica del Dipartimento di Meccanica dell'Università di Genova in 
collaborazione con la Rodriguez Marine Systems S.r.l., avente lo scopo di realizzare il 
proporzionamento della trasmissione idraulica di un impianto per pinne stabilizzatrici.  
Per la definizione della procedura di scelta della taglia dei cilindri per la caratterizzazione 
sperimentale di macchine del timone, ci si è avvalsi dell'esperienza progettuale dei Cantieri 
San Marco S.r.l., utilizzando i dati disponibili presso l'ufficio tecnico di questa realtà.  
Infine la definizione delle possibili applicazioni del banco prova per azionamenti di valvole 
regolatrici di flusso negli impianti navali, è stata possibile grazie al contributo della 
Navalimpianti - Tecnimpianti Group S.p.a, e della Pecol S.r.l che hanno fornito sia una 
precisa e puntuale definizione dello stato dell'arte di questo settore dell'impiantistica 
navale, sia i documenti tecnici di supporto che hanno permesso di definire gli scopi del 
banco. 
La seconda fase del progetto ha avuto invece lo scopo di costruire il banco all'interno dei 
locali del Laboratorio di Automazione a fluido e Meccatronica del Dipartimento di 
Meccanica. La costruzione è stata sviluppata sia dal  punto di vista meccanico, sia in 
termini di tecnica di controllo: si è accuratamente realizzata la parte strutturale, il circuito 
idraulico, i cablaggi elettrici e la scrittura del codice che gestisce tutta la parte di controllo 
e acquisizione dati. Il banco è costituito da due circuiti idraulici separati: uno primario, 
l'altro antagonista, che muovono due cilindri contrapposti e resi solidali alle loro estremità. 
La logica di funzionamento è master/slave: il primo cilindro viene controllato in posizione, 
con tecnica proporzionale, secondo la logica richiesta dall'azionamento che si vuole 
caratterizzare, mentre il secondo cilindro, controllato in pressione con tecnica 
proporzionale, eserciterà su questo una forza di contrasto, funzione della posizione 
attualmente raggiunta. L'entità della forza è data dal codice scritto per quel determinato 
azionamento. Si può di conseguenza facilmente intuire la grande versatilità che il controllo 
digitale porta al banco: tramite il pannello frontale del codice, l'utente può caratterizzare 
differenti azionamenti navali, sia in termini di tipologia ma anche in termini di: 
caratteristiche della nave su cui sono installati, condizioni di esercizio, geometria delle 
appendici, frequenze e ampiezze dei carichi esterni, e molte altre variabili.
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Jacopo Foglia 
 
Questa progetto di tesi porta avanti il lavoro sperimentale sugli azionamenti oleodinamici 
in ambito navale svolto sino ad oggi dal Laboratorio di Automazione a fluido e 
Meccatronica. In particolare sono stati portati avanti gli studi precedenti, cercando di 
realizzare un banco che soddisfacesse i seguenti requisiti: 
 poter caratterizzare azionamenti sottoponendoli a forze notevoli, grazie all' utilizzo 
dell'oleodinamica, sia per il circuito primario del banco, che per quello antagonista; 
 poter sfruttare uno stesso banco per più azionamenti, sfruttando appieno la 
versatilità del controllo digitale realizzato; 
 poter generare forze tempo-varianti in maniera arbitraria grazie ad un circuito 
antagonista a controllo di pressione con tecnica proporzionale, dalle elevate 
prestazioni; 
 poter controllare il banco in maniera facile, ma al contempo completa, grazie ad un 
codice di gestione autonomo nell'elaborazione dei risultati e dotato di interfaccia 
grafica intuitiva; 
Il banco offre la possibilità di caratterizzare azionamenti oleodinamici proporzionali a 
controllo di posizione con valutazione delle prestazioni effettive: 
 permette di mettere a punto in modo ottimale l’automazione che gestisce l’impianto 
stesso; 
 consente di caratterizzare il sistema di controllo e di sensorizzazione, che è 
applicabile a impianti di diversa taglia, in quanto indipendente dalle dimensioni e 
dal tipo di impianto in prova (attuatori, centraline, elettrovalvole,...); 
 permette la sperimentazione sotto carico, in quanto il carico resistente utile 
determinato sull’attuatore primario è riprodotto con circuito oleodinamico 
antagonista indipendente ma interconnesso da un punto di vista della logica di 
funzionamento del banco; 
 consente di sperimentare l'impianto oleodinamico di un dato azionamento, potendo 
simulare l'ambiente operativo circostante: ad esempio senza la necessità di disporre 
di vasca navale per pinne e timoni o del reale impianto di bordo su cui è installata 
la valvola di regolazione. 
 
Le proprietà del banco, la sua versatilità e la sua facilità di controllo, realizzata grazie 
all'interfaccia grafica del codice che lo gestisce, vengono illustrate nella parte finale 
dell'elaborato, grazie alle numerose prove realizzate.  L'azionamento indagato in termini di 
prove sperimentali è quello di un impianto per pinne stabilizzatrici: ampiezza e frequenza 
del momento inclinante, leverismo dell'impianto, span della pinna, velocità della nave, 
sono solo alcune dei numerosi dati che si sono variati durante le sessioni sperimentali di 
prove al banco. 
La parte finale dell'elaborato si chiude su un'interessante indagine che è stata fatta al fine di 
variare la meccanica del circuito antagonista: realizzare la forza agente sul cilindro 
primario tramite un circuito a controllo di posizione con molla interposta, trasformando 
così la compressione della molla in una forza lineare. Tale soluzione permetterebbe di 
utilizzare solo due valvole proporzionali nel banco (anziché tre), risparmiando su costi di 
installazione e rendendo il banco ancora più semplice e versatile. Il limite, di questa 
proposta è quello di dover linearizzare le forze, portando a sottostimare/sovrastimare in 
alcune posizioni il carico che il cilindro primario deve vincere. Per questo motivo le prove 
sperimentali sono state realizzate con il circuito antagonista a controllo di pressione.
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1.1 
 
 
 
Capitolo 1 
 
Azionamenti oleodinamici sulle navi 
 
 
 
La trasmissione di energia lungo un circuito di tipo aperto, o chiuso, si realizza attraverso 
forze e movimenti nella catena di organi componenti che formano il sistema. Forze e 
spostamenti sono,come è noto, i fattori del lavoro, grandezze tra loro inversamente 
proporzionali a parità del lavoro da trasmettere. Il sistema da prescegliere per l'impianto in 
progetto dipende da un'analisi accurata dei vari pregi e difetti, in relazione alle particolari 
caratteristiche che si vogliono realizzare. La trasmissione dell'energia può avvenire 
attraverso molteplici forme, ognuna caratterizzata da una serie di vantaggi e svantaggi che 
concorrono a rendere tale modalità di trasmissione più o meno idonea a diversi tipi di 
applicazione. La sorgente di energia per l'azionamento di automatismi può essere 
meccanica, elettrica, pneumatica, idraulica. 
 
Nel mondo degli impianti e dell'automazione navale, la direzione attuale è quella 
dell'integrazione tecnologica, ovvero la coesistenza all'interno del medesimo componente 
di diversi tipi di modalità di trasmissione dell'energia e di azionamento. In questo senso 
anche gli azionamenti oleodinamici vengono sempre maggiormente implementati con 
componenti elettrici (elettroidraulica) o elettronici (oleotronica), che permettono di 
asservire le capacità di azionamento per grandi carichi e potenze tipiche dell'oleoidraulica 
ad una logica di controllo sempre più sofisticata dovuta ad un continuo miglioramento dei 
componenti elettronici dedicati alla regolazione di sistemi oleodinamici. 
In ambito navale inoltre il livello di automazione della nave è legato in maniera 
proporzionale al livello di "elettrificazione" della medesima. Laddove quindi anche 
azionamenti di natura meccanica riescono a interfacciarsi con il sistema elettrico di bordo, 
si riesce a governare il funzionamento di questi in maniera automatica tramite il PMS 
(power management system, sistema che controlla e supervisiona i sistemi principali della 
nave in maniera automatica). Il sistema elettrico utilizza l'energia elettrica a bassa tensione 
o alla tensione di linea, il sistema elettronico utilizza anch'esso l'energia elettrica ma 
amplifica le piccole variazioni di tensione mediante amplificatori elettronici. 
 
Le modalità di trasmissione dell'energia prima citate vanno utilizzate a seconda delle 
caratteristiche dell'utente da servire. Per quanto concerne l'energia in gioco si può 
affermare che il sistema elettrico viene utilizzato laddove vengono richieste modeste forze 
e modesti momenti, mentre quello pneumatico viene utilizzato per medie forze e momenti. 
Le trasmissioni meccaniche hanno range di forze e coppie sviluppabili molto esteso (in 
posizione intermedia tra azionamenti pneumatici e oleoidraulici), ma si svolgono lungo una 
catena cinematica di componenti rigidi (biellismi, ruote dentate, catene, ecc. ) ed elementi 
flessibili, come cinghie e funi. Si tratta quindi di organi pesanti e che vincolano il 
progettista nel posizionamento relativo tra sorgente e utente, e offrono poca flessibilità nel 
dimensionamento del sistema. Questi limiti vengono superati da sistemi oleoidraulici che 
permettono di trasmettere energia dalla sorgente all'utente finale convertendo l'energia
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1.2 
 
 
meccanica in energia di pressione tramite una pompa e di nuovo l'energia di pressione in 
meccanica tramite motori idraulici o attuatori lineari. In questi sistemi l'olio in pressione 
funge da vettore energetico, assolvendo il ruolo che, ad esempio nella trasmissione 
elettrica, è svolto dal moto degli elettroni all'interno dei cavi elettrici. 
I vantaggi principali di un comando oleodinamico sono oltre agli elevati valori delle forze, 
momenti e velocità che possono essere utilizzati dal servomotore, la prontezza di risposta a 
causa della non comprimibilità dell'olio, la scarsa manutenzione per effetto 
dell'autolubrificazione e la trasmissione a distanza di potenze anche rilevanti. E' proprio la 
non comprimibilità del fluido evolvente che riesce a rendere questo sistema l'unico modo 
possibile per trasmettere energia a determinate applicazioni. Infatti la natura del mezzo non 
comprimibile favorisce il trasferimento di grandi potenze, con maggiore potenza e minori 
tempi di risposta, con organi di peso ed ingombro relativamente modesti, proprio perché si 
possono raggiungere livello di pressione dell'ordine dei 200 - 500 bar. 
 
 
Fig. 1.1: Macchina del timone a cilindri idraulici 
 
La caratteristica dei sistemi oleodinamici di riuscire a combinare concentrazioni di potenza 
assai elevate con eccellenti capacità di controllo e regolazione ha reso questa tecnologia la 
migliore possibile in molte applicazioni industriali, quando non addirittura l'unica strada 
perseguibile per la realizzazione di determinate opere d'ingegneria ( si pensi ai sistemi di 
governo e stabilizzazione di navi di elevato tonnellaggio o a perforazioni petrolifere a 
fortissime profondità). 
 
Tuttavia, come altri sistemi di trasmissione della potenza, l'oleodinamica presenta limiti e 
controindicazioni di cui occorre tenere conto nell'impostazione iniziale del progetto. Il più 
importante è forse quello relativo al rendimento della trasmissione che è inferiore a quello 
di trasmissioni meccaniche ed elettromeccaniche. Altro svantaggio è poi quello legato a 
sincronizzazioni spinte di più utenze, dove occorrono dispositivi di controllo e regolazione
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1.3 
 
 
relativamente complessi. In particolare l'alimentazione contemporanea di attuatori in 
parallelo richiede particolari accorgimenti circuitali. A ciò bisogna poi far seguire la 
considerazione che l'olio minerale, per quanto molto meno comprimibile di altri fluidi, 
quali aria o acqua, è comunque soggetto ad una comprimibilità che, sebbene limitata, può 
incidere sulla precisione dei movimenti, soprattutto nei grandi impianti funzionanti ad alta 
pressione. 
 
Il bilancio positivo tra vantaggi e svantaggi dell'oleodinamica, ha portato ad un massiccio 
impiego di questa tecnologia nelle applicazioni navali. La caratteristica di tali applicazioni 
è prima di tutto che i comandi devono resistere all'ambiente salino aggressivo, all'urto delle 
onde, ai pericoli elettrici, all'incendio. Va inoltre superata la notevole distanza tra 
motopompe e utenze. I componenti oleodinamici ricoprono le caratteristiche richieste 
poiché sono robusti, protetti contro l'azione delle onde, antideflagranti a richiesta. Inoltre è 
assicurata la totale libertà di posizionamento tra motopompe e utenze. Le applicazioni più 
comuni riguardano la timoneria, ovvero il sistema di governo della nave, le pinne antirollio 
per la stabilizzazione al moto, il controllo di eliche a passo variabile, il comando dei 
sistemi di sollevazione e carico quali argani, verricelli, gru. Per quanto riguarda la parte più 
strettamente impiantistica poi, il controllo remoto di valvole dei principali impianti della 
nave viene fatto tramite azionamento ad olio in pressione. Analogamente si utilizza questa 
tecnologia per comando di saracinesche, boccaporte, gru ausiliare di bordo, verricelli 
salpa-ancora. Applicazioni molto spinte si hanno poi nelle navi da lavoro, natanti di 
dimensioni medio - piccole che si muovono spesso in specchi ristretti e su bassi fondali. 
Richiedono grande manovrabilità e propulsori fuoribordo lenti e brandeggiabili. I comandi 
oleodinamici assicurano invertibilità di rotazione, sollevamento e brandeggio, regolazione 
di regime, oltre all' indipendenza tra pompa ed eliche.  
 
 
Fig. 1.2: Propulsore oleodinamico per applicazioni nautiche 
 
L'oleodinamica svolge un ruolo chiave nella governabilità e manovrabilità della nave. 
Nella trasmissione tradizionale l'elica è azionata dal diesel attraverso un albero obliquo e 
con rapporto di trasmissione fisso. Ne consegue un peggioramento del rendimento 
propulsivo e il pesante vincolo sul posizionamento del diesel. Con il propulsore 
oleodinamico, si elimina la trasmissione meccanica, l'asse dell'elica diviene orizzontale, le 
posizioni reciproche di montaggio pompa - motore sono indipendenti. Inoltre la variabilità 
di cilindrata apre ampie possibilità di conversione della coppia e del regime di rotazione. 
Un'applicazione analoga è poi quella delle eliche trasversali (bow - thruster) dove si ha una 
soluzione tradizionale dove l'elica è azionata da un motore elettrico con rinvio meccanico,
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1.4 
 
 
e invece una soluzione con motore oleodinamico direttamente flangiato all'elica trasversale 
eliminando ogni rinvio meccanico e svincolando anche qui la posizione reciproca pompa - 
motore. il regime di rotazione dell'elica può essere variato con continuità. 
Vale infine la pena di citare, sempre nell'ambito caratteristico degli azionamenti utilizzati  
nel mondo marine engineering, anche se non strettamente navale, il vantaggio che offre 
l'oleodinamica nell'industria estrattiva di risorse energetiche marine, più comunemente 
definita industria off - shore. In questo settore vengono impiegati son successo cilindri di 
dimensioni eccezionali ad esempio per il sollevamento sincrono di piattaforme dal peso di 
decine di migliaia di tonnellate, per operazioni di emergenza, ma anche per assolvere a 
funzioni ordinarie, principali ed ausiliarie a bordo della piattaforma. 
Si riporta di seguito un elenco degli organi finali comandati da azionamenti oleoidraulici 
presenti in applicazioni navali, accompagnato da valori indicativi della pressione di 
esercizio richiesta da ogni organo. Appare evidente la necessità di disporre di tante 
centraline idrauliche ognuna di caratteristiche idonee ed al servizio di un gruppo di utenze 
omogenee: 
 
 Argani di tonneggio di poppa (pressione olio 30 bar); 
 Salpancore e argani di tonneggio di prora (pressione 30 bar); 
 Verricelli (pressione 30 bar); 
 Portellone prodiero e poppiero (pressione 180 bar); 
 Porte stagne (70 bar); 
 Valvole (pressione 40 - 100 bar) 
 Cannoncini spegnimento incendio (pressione 40 bar); 
 Pinne (pressione 70 - 150 bar); 
 Timoneria (pressione 50 - 170 bar); 
 Portelloni laterali; 
 Eliche principali a pale orientabili (pressione 80 bar); 
 Eliche trasversali di manovra (pressione 40 bar); 
 Portelloni stive per navi bulk carrier e OBO (pressione 70 bar); 
 Valvole del carico e di zavorra (pressione 50 bar); 
 Chiusura rapida valvole e casse depositi combustibile; 
 Valvole del carico e di zavorra (pressione 50 bar)
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1.5 
 
 
1.1 Il circuito oleodinamico 
 
In questa sezione si introduce una descrizione sintetica dei principali componenti che 
costituiscono un circuito oleodinamico per differenti applicazioni nel campo degli 
azionamenti navali. L'elenco sottostante vuole costituire un quadro generale anche se, 
come si può ben intuire, a seconda di ogni specifica applicazione esiste una serie di 
componentistica dedicata che integra gli elementi caratteristici presentati di seguito. Ad 
ogni modo, volendo sintetizzare i principali elementi che costituiscono un impianto 
oleodinamico, si può stilare un elenco come il seguente: 
 
 Generatore di energia idraulica ovvero una pompa; 
 Fluido, ovvero un olio di determinate caratteristiche; 
 Attuatori, ovvero i cilindri che convertono l'energia idraulica generata in energia 
meccanica dando luogo ad un movimento lineare, oppure motori idraulici che 
convertono allo stesso modo energia idraulica in energia meccanica fornendo però 
un movimento rotatorio; 
 Tubazioni di collegamento fra la pompa e gli attuatori; 
 Elementi di distribuzione, ovvero le valvole, che regolano il flusso dell'olio dal 
generatore all'attuatore determinando il movimento desiderato; 
 Organi  ausiliari, elementi che assicurano il corretto funzionamento dell'impianto e 
la sicurezza; si tratta di pressostati, manometri, termometri, valvole di sicurezza, 
scambiatori, accumulatori, filtri. 
 
 
1.1.1 Le pompe 
 
Le pompe più utilizzate per queste applicazioni sono del tipo a paletto o a pistoni. 
Di seguito ci si riferisce brevemente sul principio di funzionamento della pompa a palette e 
a pistoni assiali. 
 
Pompe a palette 
Molto simile al compressore pneumatico, è costituito da un rotore disassato sul quale sono 
inserite radialmente una serie di palette (Fig. 1.3). Durante la rotazione della pompa, le 
palette aderiscono alla parete, per effetto centrifugo e per la spinta di una molla, 
consentendo di creare delle camere aspiranti e prementi contenenti l’olio. 
 
Fig. 1.3: Schema di funzionamento di una pompa a palette
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1.6 
 
 
Lo statore (1) è dotato di un profilo interno a doppia eccentricità. Il rotore (2) è la parte 
mobile. Esso incorpora delle palette (3) entro incavi ricavati lungo la sua periferia. Durante 
la rotazione del rotore, le palette vengono spinte verso l’esterno dalle forze centrifughe e 
dalla pressione (5) agente al di sotto di ogni paletta. Queste poggiano con il loro spigolo 
esterno sulla pista interna dello statore. Le celle (4) (camere di trasporto) vengono formate 
rispettivamente da due coppie di palette, dal rotore, dallo statore e dalle piastre di 
distribuzione posizionate lateralmente. L’entrata (lato aspirazione, blu) e l’uscita (lato 
mandata, rosso) del liquido avviene mediante le piastre di distribuzione. 
Nella fase di mandata il rotore viene mosso in direzione della freccia. In vicinanza del 
canale di aspirazione (in basso e in alto), le celle sono ancora piccole; con il procedere 
della rotazione, le celle aumentano di volume ed aspirano dal serbatoio. Quando le celle 
raggiungono la loro massima ampiezza (massima distanza del profilo ellittico dal centro) 
sono separate dal lato aspirazione mediante le piastre di distribuzione e sono messe in 
comunicazione con il lato mandata. A causa dell’andamento della curva statorica, le palette 
sono spinte negli intagli. Il volume delle celle diminuisce nuovamente. Il liquido è spinto 
sull’attacco di mandata. Poiché il profilo statorico è a doppia simmetria, ogni cella è 
interessata al trasporto di liquido due volte per ogni rotazione dell’albero. Con questa 
esecuzione si hanno due camere di aspirazione e di mandata contrapposte, per cui l’albero 
viene scaricato idraulicamente in senso radiale. 
 
Pompe a pistoni  
Vengono utilizzate laddove siano richieste pressioni molto elevate. 
In un corpo fisso (1) sono sistemati l’albero d’azionamento (2) ed i pistoni assiali (3). 
Questi scorrono  nei cilindri (4) solidali all’albero. Le estremità dei pistoni sono a snodo 
sferico e sono alloggiate nei pattini (5) che sono trattenuti in una pista (6). Durante la 
rotazione dell’albero (2) sono trascinati i cilindri (4), i pistoni (3), i pattini (5), la bussola 
(7) e il fondello cilindri (8). Si veda in proposito lo schema seguente (Fig. 1.4) 
Poiché i pistoni sono ancorati alla piastra inclinata, durante la rotazione completa eseguono 
la corsa positiva e negativa con conseguente lavoro di aspirazione e mandata attraverso la 
luce (9). 
Da notare che un foro praticato nel pistone permette all’olio di arrivare al pattino e 
bilanciare la pressione. 
 
Fig. 1.4: Schema di funzionamento di una pompa a pistoni
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1.7 
 
 
1.1.2 Gli accumulatori 
 
L’accumulatore idraulico viene utilizzato laddove il sistema idraulico richieda, per brevi 
periodi di tempo, grandi quantità d’olio e si vogliano impiegare pompe di piccola portata. 
La presenza dell’accumulatore permette inoltre: 
a. di mantenere una pressione costante nel circuito; 
b. di svolgere la funzione di volano idraulico, ovvero di smorzare le oscillazioni 
dovute alla portata pulsante della pompa; 
c. di alimentare i circuiti in caso di avaria della pompa, di mancanza di energia 
elettrica e fermata delle pompe. 
Si distinguono le seguenti tipologie di accumulatore: 
 a sacca: l’olio è separato dal gas azoto da una sacca a membrana riempita di 
gas alla pressione di esercizio; 
 a pistone: è costituito da un cilindro di acciaio nel quale scorre un pistone in 
lega leggera che divide la camera dell’olio da quella del gas. 
 
 
1.1.3 Il fluido 
 
L’olio per applicazioni oleodinamiche più usato è di tipo minerale o sintetico con elevato 
potere lubrificante, assenza di azione corrosiva e di depositi, assenza di evaporazione ed 
ebollizione anche ad elevate temperature. La caratteristica fondamentale che determina la 
scelta dell’olio da utilizzare è la viscosità, la quale deve essere compatibile con le 
caratteristiche di funzionamento dell’impianto e deve mantenersi compatibile il più 
possibile al variare della temperatura. Infatti la viscosità varia in funzione della 
temperatura e si corre di conseguenza il rischio di avere fenomeni di cavitazione e di 
insufficiente riempimento a freddo per viscosità elevata nel circuito di aspirazione della 
pompa e fenomeni di eccessive fughe a caldo nel circuito di mandata per viscosità bassa. 
Generalmente la temperatura dell’olio di un impianto passa dai 15/20 ° C all’avviamento ai 
50/60 °C a regime, con potenziali variazioni di viscosità ingenti. 
 
 
1.1.4 I Filtri 
 
La presenza dei filtri garantisce che corpi estranei non possano trovarsi in circolazione 
danneggiando così le pompe, le valvole e gli attuatori del sistema oleodinamico. Per 
definire l’efficacia del filtro spesso si parla genericamente di potere filtrante, intendendo il 
diametro massimo della particella sferica che riesce ad attraversare il filtro; tuttavia il 
parametro unificato secondo la specifica ISO è la capacità filtrante: si valuta tramite un 
procedimento oggettivo di conteggio delle particelle inquinanti presenti a monte e a valle 
del filtro utilizzando un contaminante noto (la così detta prova di Multi Pass) e si definisce 
come: 
X n
X n
v
m
X


  
dove   X è la dimensione minima percepibile dal contatore di particelle; 
            n
m
 è il numero di particelle a monte del filtro; 
            n
v 
è il numero di particelle a valle del filtro.
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1.8 
 
 
Generalmente i filtri (Fig. 1.5) si posizionano: 
 
 Sulla tubazione di aspirazione della pompa: è il punto più favorevole, ma 
utilizzando un capacità filtrante troppo spinta si rischiano cadute di pressione e 
problemi di cavitazione alla pompa; 
 Sulla tubazione di mandata della pompa, ove si hanno pressioni molto più elevate 
rispetto all’aspirazione e quindi si accetta un potere filtrante maggiore, ma il filtro 
deve essere meccanicamente molto resistente; 
 Sulle tubazioni di ritorno, ove è richiesta una capacità filtrante intermedia rispetto 
ad aspirazione e mandata. 
 
 
Fig. 1.5: Filtri per impianti oleoidraulici 
      
 Esistono due fondamentali tipologie di filtri: 
 
 Di tipo meccanico, sfruttano l’azione di appositi elementi (reti fini) per trattenere 
particelle superiori a certe dimensioni; 
 Di tipo magnetico, basano lo loro azione sull’attrazione esercitata da magneti 
permanenti nei confronti di corpuscoli metallici di piccole dimensioni che possono 
provenire anche da usure di organi meccanici del sistema oleodinamico. 
 
 
1.1.5 I serbatoi dell’olio 
 
In un circuito oleodinamico le tubazioni di ritorno dall’attuatore alimentano un serbatoio 
da cui aspira la pompa.  
Il serbatoio dell’olio deve avere una capacità sufficiente ad alimentare il sistema idraulico 
a cui è asservito. In generale si assume una capacità da due a quattro volte superiore alla 
portata della pompa idraulica. E’ buona norma che le tubazioni di aspirazione e di ritorno 
siano sempre al di sotto del livello minimo dell’olio; a sua volta il livello dell’olio e la sua 
temperatura devono essere monitorati da un elemento sensibile, in modo tale che possano 
scattare allarmi di basso livello e di alta temperatura. 
 
 
1.1.6 Le tubazioni 
 
I tubi impiegati per il collegamento della centralina all’attuatore sono prevalentemente in 
acciaio senza saldatura con sezione variabile con le pressione di esercizio; in generale la 
velocità di flusso dell’olio nelle tubazioni non supera gli 8 m/s. E’ buona norma realizzare
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1.9 
 
 
tubazioni il più corte possibile e contenenti poche curve; laddove ci sia la necessità di 
collegare più tubazioni si predilige la filettatura alla saldatura perché consente lo 
smontaggio ed il rimontaggio rapido e sicuro delle linee. Quando sono necessari 
collegamenti non rigidi si utilizzano tubazioni flessibili, generalmente trecciati o spirolati 
elementi metallici intervallati a strati in gomma, in modo da resistere ad elevate pressioni. 
 
 
1.1.7 Gli scambiatori di calore 
 
In molte condizioni di esercizio l’organo attuatore dell’impianto oleodinamico non utilizza 
tutta l’energia trasmessa dalla pompa idraulica all’olio; in questo caso l’energia in eccesso 
viene dissipata in calore. Tuttavia la temperatura dell’olio, generalmente, non deve 
superare i 65° C per evitare di compromettere il funzionamento della pompa e delle 
valvole; occorre quindi installare uno scambiatore per smaltire il calore in eccesso. 
Generalmente come refrigerante si utilizzano aria o acqua. Nel settore navale è ovviamente 
tipico l’uso di acqua di mare. 
 
 
1.1.8 Le valvole 
 
 
1.1.8.1 Distributori 
 
Sono così denominate usualmente valvole che controllano e determinano la direzione e la 
portata del flusso dell’olio che va a comandare l’attuatore. Ogni distributore è 
caratterizzato da un numero di posizioni assumibili ed un numero di bocche. Il numero di 
bocche corrisponde al numero di canali percorribili dall’olio collegati alla valvole: 
generalmente si ha un’alimentazione, uno scarico e una o più uscite; il numero di posizioni 
corrisponde numero di possibili variazioni di percorso del flusso d’olio attraverso la 
valvola. Le due principali tipologie di distributori sono la ON/OFF e la proporzionale. 
 
Le valvole di tipo ON/OFF 
 
Fig. 1.6: Distributore on/off 3 posizioni 4 vie 
 
In figura (Fig. 1.6) è rappresentata una valvola on/off 3 posizioni, 4 bocche a comando 
elettrico. Possono assumere un numero di posizioni finito ed hanno un controllo 
automatico semplice, ma non possono generare un controllo servoazionato. Le principali 
tipologie di distributori ON/OFF: 
 a cassetto; 
 ad otturatore. 
Tra le posizioni assumibili dal distributore una è tipicamente di riposo, mentre le altre 
necessitano di un azionamento per essere selezionate; se la posizione di riposo.
Banco prova oleodinamico a controllo digitale per caratterizzazione di azionamenti navali 
Jacopo Foglia 
 
1.10 
 
 
Le valvole proporzionali 
 
Fig. 1.7: Valvola proporzionale 3 posizioni 4 vie 
 
Le valvole proporzionali (Fig. 1.7) vengono utilizzate quando oltre alla direzione di flusso 
è necessario controllare con continuità la portata o la pressione dell’olio. Nella precedente 
immagine si vede una valvola proporzionale a 3 posizioni, 4 vie. Si tratta di valvole a 
cassetto con posizionamento e riposizionamento solitamente elettrico con solenoide 
proporzionale. In questo caso, tuttavia, la valvola può assumere tutte le posizioni 
intermedie rispetto alle posizioni predefinite,  comunicando con un regolatore elettronico, 
che gestisce la corrente (o la tensione) al solenoide, in base al segnale di riferimento per 
ottenere la posizione più adatta alle contingenze del sistema istante per istante. Si riporta di 
seguito una tipica conformazione di un distributore proporzionale (Fig. 1.8). 
Il segnale di riferimento, che di fatto impone la posizione della spola del distributore 
proporzionale, è prodotto dal sistema di controllo sulla posizione dell’elemento attuatore, 
per esempio il cilindro. Il sistema di controllo può essere ad anello chiuso o a anello aperto 
a seconda che sia presente o meno il segnale di retroazione. 
 
 
Fig. 1.8: Conformazione di un distributore proporzionale 
 
Come si nota (Fig. 1.9), il sistema di controllo ad anello chiuso, a differenza di quello ad 
anello aperto, prevede un trasduttore di posizione sull’attuatore; il controllore può quindi 
confrontare continuamente la posizione desiderata con la posizione effettivamente assunta 
dall’attuatore e comandare di conseguenza nel modo più opportuno il distributore 
proporzionale.