Dimensioni guarnizioni spirometalliche: tabelle ASME e DIN e criteri di selezione

La corretta identificazione delle dimensioni di una guarnizione spirometallica è uno dei passaggi più delicati nella progettazione e nella manutenzione dei giunti flangiati. Un errore dimensionale, anche di pochi decimi di millimetro, può compromettere la tenuta, provocare perdite di fluido o costringere a un fermo impianto tutt’altro che economico.

In termini sintetici, le dimensioni di una spirometallica sono definite da tre diametri principali — quello interno della spirale (D1), quello esterno della spirale (D2) e quello esterno dell’anello di centraggio (D4) — ai quali si aggiunge lo spessore, normato nelle esecuzioni standard. Tutte queste quote fanno riferimento a due grandi famiglie di norme: quella ASME, espressa in pollici, e quella DIN/EN, di matrice metrica. Capire come leggerle e come incrociarle con la flangia reale è ciò che permette di ordinare la guarnizione giusta al primo tentativo.

Cos’è una guarnizione spirometallica

Una guarnizione spirometallica è una guarnizione piana ottenuta da una striscia continua di metallo con profilo a “V”, avvolta in modo uniforme a spirale e accoppiata a un nastro di riempitivo — tipicamente grafite, PTFE, fibra di ceramica, vetro o mica — con una tensione di avvolgimento costante. È proprio il profilo metallico a esercitare l’azione elastica che mantiene la tenuta anche quando pressione e temperatura variano, e che rende questa guarnizione affidabile in presenza di pressioni fluttuanti e cicli termici.

La struttura a strati consente inoltre di controllare la compressibilità della guarnizione, semplicemente variando il numero di avvolgimenti metallici e di riempitivo. È una delle ragioni per cui la spirometallica è tra le soluzioni più diffuse nei servizi gravosi: industria chimica e petrolchimica, impianti a vapore, power generation, scambiatori di calore e recipienti in pressione.

Anello interno ed esterno: a cosa servono

La guarnizione può essere assemblata con un anello di centraggio interno, uno esterno o entrambi, ciascuno con una funzione precisa. L’anello interno lavora come elemento antiturbolenza e impedisce l’accumulo di materiale tra le flange; quello esterno, invece, centra la guarnizione tra i bulloni e funge da spessore di riferimento per un montaggio corretto.

Da cosa sono definite le dimensioni di una spirometallica

Quando si consulta una scheda dimensionale, le quote di una spirometallica vengono indicate convenzionalmente con quattro diametri, ai quali si affianca lo spessore:

• D1 — diametro interno della spirale: corrisponde al foro passante della flangia.
• D2 — diametro esterno della spirale: è la zona attiva di tenuta.
• D3 — diametro esterno dell’anello interno: presente solo nelle esecuzioni che lo prevedono.
• D4 — diametro esterno dell’anello di centraggio esterno: determina l’ingombro tra i bulloni.

In pratica, la misura che il tecnico deve rilevare sulla flangia per identificare la guarnizione corretta è il diametro della sede di tenuta, che coincide con D2, insieme al passo dei fori dei bulloni, che fissa il diametro massimo ammissibile per D4.

Dimensioni standard: norme ASME e DIN a confronto

Le norme internazionali di riferimento appartengono a due famiglie distinte. La regola di base, valida in entrambi i casi, è che la norma della flangia e quella della guarnizione devono sempre essere coerenti tra loro.

Standard ASME B16.20 (sistema in pollici)

La norma ASME B16.20 è lo standard di riferimento per le spirometalliche destinate a flange conformi a ASME B16.5, fino a DN 600 (24″), e ad ASME B16.47, oltre le 24″ nelle serie A e B. Per le guarnizioni conformi a questa norma lo spessore nominale della spirale è di 4,445 mm con tolleranza di ± 0,127 mm, mentre l’anello di centraggio esterno ha uno spessore compreso tra 2,97 e 3,3 mm e quello interno tra 2,8 e 3,3 mm. Le tolleranze ammesse sono di ± 0,8 mm sul diametro D4 e di ± 0,4 mm su D2 per le taglie da ½” a 8″, che salgono a ± 0,8 mm per le taglie da 10″ a 24″.

Le classi di pressione previste da ASME coprono i valori 150, 300, 400, 600, 900, 1500 e 2500 lbs. Qualche esempio aiuta a capire come cambiano le quote al variare della classe:

Esempi di diametro interno D1 secondo ASME B16.20

Come si nota, a parità di DN il diametro interno D1 tende ad aumentare con il crescere della classe di pressione, perché le flange ad alta pressione hanno una sede di tenuta più ampia.

Standard DIN 2699 (sistema metrico, DN/PN)

In Europa il riferimento è la norma DIN 2699, che esprime le dimensioni in DN (diametro nominale) e PN (pressione nominale). I valori di PN più ricorrenti nelle applicazioni industriali sono 10, 16, 25, 40, 63, 100, 160 e 250.

Esempi di diametro interno D1 secondo DIN 2699

Anche in questo caso, a parità di DN il diametro interno cresce all’aumentare del PN, dal momento che la sede di tenuta delle flange ad alta pressione è più ampia. Quando l’applicazione richiede invece una tenuta metallo-metallo di tipo diverso, può essere utile confrontare le guarnizioni Ring Joint, pensate per le flange RTJ, le cui dimensioni seguono standard geometrici propri.

ASME e DIN sono intercambiabili?

No, e l’errore è più comune di quanto si pensi. I due sistemi adottano criteri dimensionali differenti, e le quote D1, D2 e D4 non coincidono tra lo standard europeo (DIN/EN) e quello americano (ASME). Montare una spirometallica DIN su una flangia ASME, o viceversa, può tradursi in una tenuta insufficiente o in vere e proprie interferenze meccaniche.

Come leggere una tabella dimensionale

Davanti a una tabella dimensionale è essenziale tenere distinti i quattro diametri D1, D2, D3 e D4 e incrociarli con la flangia reale, senza mai perdere di vista i due riferimenti operativi: la sede di tenuta, cioè D2, e l’interasse dei bulloni. Le spirometalliche, del resto, coprono un campo dimensionale molto ampio, da pochi millimetri fino a oltre quattro metri di diametro per le applicazioni fuori standard. Proprio per questo, nelle esecuzioni speciali o fuori tabella conviene sempre verificare con il fornitore la disponibilità di produzioni a disegno.

Criteri di selezione in base alle dimensioni

Per arrivare alla quota corretta servono alcuni dati di progetto. Il primo è il diametro nominale DN, o la taglia in pollici nel sistema ASME, che si ricava dal progetto della tubazione. A questo si aggiungono la pressione nominale PN o la classe in lbs, che indicano quale colonna della tabella consultare, e la norma di riferimento della flangia — ASME B16.5 o B16.47, DIN 2631-2638, EN 1092-1 — che deve restare coerente con quella della guarnizione. Va infine definito il tipo di esecuzione: solo spirale (SW), con anello interno (SWI) oppure con anello interno ed esterno (SWIE), perché ciascuna configurazione comporta quote D3 e D4 diverse.

Il materiale del nastro metallico e quello del riempitivo si scelgono in funzione del fluido e della temperatura di esercizio, ma non influiscono sulle quote dimensionali: per questo vanno specificati separatamente nell’ordine. Il nastro metallico è disponibile in diversi materiali ad alte prestazioni, tra cui AISI 304, AISI 316/316L, AISI 321/347, Inconel 600 e 625, Incoloy 825, Monel, titanio, SAF 2205 e Hastelloy C276. Per il riempitivo, la grafite espansa resta la scelta privilegiata per le alte temperature e il vapore, mentre il PTFE è indicato negli ambienti chimicamente aggressivi a temperature moderate.

Errori frequenti da evitare

Tre disattenzioni ricorrono più spesso delle altre. La prima è confondere il DN del tubo con il DN della guarnizione: in alcune norme i due valori coincidono, in altre no. La seconda è ordinare sulla base di una classe di pressione sbagliata, dimenticando che, a parità di DN, passare da 150 a 600 lbs può modificare sia D1 sia D2. La terza è non verificare la compatibilità tra il materiale della spirale e il riempitivo, una scelta che va comunque indicata nell’ordine in modo distinto rispetto alle dimensioni.

Quando serve una guarnizione a disegno fuori standard

Una spirometallica a disegno diventa necessaria in tre situazioni: quando il DN supera i valori tabellati dalla norma, quando la geometria della flangia non è circolare — le spirometalliche possono infatti essere prodotte anche in forma ovale, quadrata o rettangolare — oppure quando lo spessore disponibile nella sede è diverso da quello standard. In tutti questi casi occorre fornire al produttore un disegno tecnico quotato, completo delle quote D1, D2, D4 e dello spessore richiesto.

La produzione su disegno e specifica del cliente fa parte del processo certificato di Alpi Guarnizioni, così da poter partire direttamente dalle quote di progetto anche nei casi più particolari. Per orientarsi tra le diverse tipologie di tenuta statica può essere utile consultare anche la panoramica delle soluzioni di tenuta industriali e delle guarnizioni per flange piane.

Domande frequenti

Qual è lo spessore nominale standard di una guarnizione spirometallica ASME?

Per le guarnizioni conformi ad ASME B16.20 lo spessore nominale della spirale è di 4,445 mm, con tolleranza di ± 0,127 mm. L’anello di centraggio esterno ha uno spessore inferiore, compreso tra 2,97 e 3,3 mm, e funge da riferimento di serraggio per evitare la sovracompressione.

Come variano le dimensioni al variare della classe di pressione ASME?

A parità di DN, all’aumentare della classe di pressione (da 150 a 2500 lbs) il diametro interno D1 tende a crescere, perché le flange ad alta pressione hanno una sede di tenuta più ampia. Per ogni combinazione di DN e classe va consultata la colonna corretta della tabella ASME B16.20.

Le dimensioni DIN e ASME sono intercambiabili?

No. I due sistemi usano criteri dimensionali differenti e le quote D1, D2 e D4 non coincidono tra lo standard europeo (DIN/EN) e quello americano (ASME). Installare una spirometallica DIN su una flangia ASME, o viceversa, può generare tenute insufficienti o interferenze meccaniche.

Quando è necessaria una guarnizione a disegno fuori standard?

Quando il DN supera i valori tabellati, quando la geometria della flangia non è circolare o quando lo spessore della sede è diverso da quello standard. In questi casi serve un disegno tecnico quotato con tutte le quote D1, D2, D4 e lo spessore richiesto.

Il materiale del filler (grafite o PTFE) influisce sulle dimensioni?

No. Grafite e PTFE non modificano le quote D1, D2, D3 e D4. Incidono invece sullo spessore finale della spirale a parità di avvolgimento e sulla compatibilità chimica con il fluido, e vanno specificati separatamente nell’ordine.