Essendo un componente chiave nei sistemi di trasmissione dei fluidi, i principi di progettazione dei tubi integrano la scienza dei materiali, l'analisi meccanica e la pratica ingegneristica per raggiungere un equilibrio tra resistenza alla pressione, flessibilità, resistenza alla corrosione e lunga durata. La sua progettazione principale deve considerare in modo esaustivo le caratteristiche del fluido, dell'ambiente operativo e dei requisiti funzionali, garantendo l'affidabilità attraverso l'ottimizzazione strutturale e la selezione dei materiali.
La selezione del materiale è fondamentale per le prestazioni del tubo. Lo strato interno del tubo è a diretto contatto con il fluido trasportato e la gomma o i materiali sintetici devono essere selezionati in base alle proprietà del fluido (come corrosività, temperatura e viscosità). Ad esempio, la gomma nitrile butadiene (NBR) viene spesso utilizzata per il trasporto di petrolio, mentre il monomero di etilene propilene diene (EPDM) viene utilizzato per la resistenza al vapore alle alte-temperature. Lo strato di rinforzo è generalmente costituito da più strati di fibre ad alta-resistenza (come filo di acciaio o aramide) o spirali metalliche, avvolti radialmente e assialmente per resistere alla pressione interna. L'angolo e la densità della treccia influiscono direttamente sulla pressione di scoppio e sulla resistenza alla flessione del tubo. Lo strato esterno del tubo deve resistere all'abrasione, ai raggi UV e agli attacchi chimici ed è comunemente realizzato in gomma cloroprene (CR) o rivestimento in poliuretano.
La progettazione strutturale deve raggiungere l'equilibrio meccanico. I tubi utilizzano tipicamente una struttura laminata composita costituita da un tubo interno, uno strato di rinforzo e un tubo esterno. La disposizione a spirale o intrecciata dello strato di rinforzo converte la pressione interna in sollecitazione circolare attraverso un meccanismo di distribuzione della tensione-, prevenendo rotture localizzate. La pressione critica di scoppio deve essere calcolata in fase di progettazione. La formula si basa tipicamente sulla legge di Laplace, che mette in relazione la pressione con il rapporto tra la tensione dello strato di rinforzo e lo spessore della parete del tubo. Inoltre, la flessibilità si ottiene controllando la rigidità dello strato di rinforzo e il modulo elastico della camera d'aria. Una rigidità eccessiva aumenta il raggio di curvatura, influenzando l'adattabilità dell'installazione.
L'adattabilità funzionale determina l'ambito di applicazione. I tubi flessibili ad alta-pressione (come quelli utilizzati nei sistemi idraulici) richiedono un numero elevato di strati di rinforzo e un diametro del filo maggiore, mentre i tubi flessibili-per uso alimentare richiedono che il materiale dello strato interno soddisfi gli standard FDA ed eviti la migrazione dei plastificanti. La progettazione ambientale include anche la resistenza all'infragilimento da bassa-temperatura (ad esempio mediante l'aggiunta di gomma siliconica) o al trattamento ritardante di fiamma-(ad esempio mediante l'utilizzo di composti-modificati con alogeni).
L'obiettivo finale della progettazione dei tubi flessibili è ottenere affidabilità ed efficienza in termini di costi-. Simulando la distribuzione delle sollecitazioni attraverso l'analisi degli elementi finiti (FEA) e verificando i modelli di previsione della vita attraverso test di invecchiamento accelerato, la progettazione moderna dei tubi flessibili può soddisfare con precisione le esigenze di scenari impegnativi come quello aeronautico e petrolchimico, diventando una soluzione di connessione flessibile indispensabile nei sistemi industriali.
