Transcript Caratterizzazione di strutture multistrato tramite prove non

Agenzia nazionale per le nuove tecnologie,
l’energia e lo sviluppo economico sostenibile
MINISTERO DELLO SVILUPPO ECONOMICO
Caratterizzazione di strutture multistrato
tramite prove non distruttive (PND) e
sollecitazione dinamica
A. Giocoli, M. Mongelli, I. Roselli , M. Schwarz, A. Tatì
RdS/2013/102
CARATTERIZZAZIONE DI STRUTTURE MULTISTRATO TRAMITE PROVE NON DISTRUTTIVE (CND)
SOLLECITAZIONE DINAMICA
A. Giocoli, M. Mongelli, I. Roselli , M. Schwarz, A. Tatì (ENEA)
Settembre 2013
Report Ricerca di Sistema Elettrico
Accordo di Programma Ministero dello Sviluppo Economico – ENEA
Piano Annuale di Realizzazione 2012
Area: Razionalizzazione e risparmio nell'uso dell'energia elettrica
Progetto: Risparmio di energia elettrica nei settori: civile, industria e servizi
Obiettivo: Tecnologie per l’industria del freddo
Responsabile del Progetto: Ilaria Bertini, ENEA
E
Indice
PREMESSA............................................................................................................................................................................... 4
1.
Phase Change Matterials…………
……………………
……………………
……………………………………… …………………………......….5
1.1
1.2
1.3
1.4
PC
CM organici……
…………………………………………
………………………
………………………
………………………
…………………………………..….5
PC
CM inorganici…
…………………………………………
………………………
………………………
………………………
……………………
……………..…….6
Ap
pplicazione deei PCM……………
……………………
………………………
………………………
………………………
……………………………..……….8
Co
ontenimento d
dei PCM…………
……………………
………………………
………………………
………………………
…………………………………….12
2.
4
DESCRIZIONE DELLE ATTIVITÀ ..................................................................................................................................... 14
3.
PROVEE SPERIMENTA
4
ALI ............................................................................................................................................... 14
3.1
3.2
3.3
3.4
4
PROVE ULTRASONOR
RE ................................................................................................................................................ 19
9
4.1
4.2
4.3
5
PRROVE SU TAVOLAA VIBRANTE STRU
UMENTAZIONE E SET‐UP DI PROV
VA................................................................................ 15
5
SISTEMA DI CONTRROLLO, ACQUISIZZIONE ED ANALIS I DEI DATI .......................................................................................... 17
7
SISTEMA DI ACQUIISIZIONE E DI ANAALISI DEI DATI ........................................................................................................... 17
7
GRAFICI DEI RISULTTATI SPERIMENTALI ......................................................................................................................... 18
8
DEESCRIZIONE HARDWARE E SOFTW
WARE ....................................................................................................................... 23
3
ESSAME SU PANNELLLO MISA CON SCANNER MOTOORIZZATO ........................................................................................... 26
6
O LE PROVE DINA
ESSAME SU PANNELLLI PRIMA E DOPO
AMICHE SU 6 PU
UNTI ............................................................................. 30
0
CONCLU
USIONI.............................................................................................................................................................. 35
5
3
ACCORDO DI PROGRAMMA MSE‐ENEA
Premessa
Nell'ambito dell'Accordo di Programma tra il Ministero dello Sviluppo Economico e l'ENEA sulla
Ricerca di Sistema Elettrico (Area "Razionalizzazione e Risparmio nell'Uso dell'Energia Elettrica",
Tema di ricerca "Risparmio di Energia Elettrica nei Settori: Civile, Industria e Servizi"), allo scopo di
rafforzare le potenzialità di crescita delle imprese alimentari a livello nazionale ed internazionale,
si è ritenuto necessario promuovere una politica di efficienza e di ottimizzazione dei consumi
energetici dell’intera filiera agroalimentare (dall’agricoltura, ai trasporti, alla distribuzione
tradizionale e moderna). Per quanto concerne il Piano Annuale 2012, l'attenzione è stata rivolta
allo sviluppo di nuove tecnologie per la cosiddetta "industria del freddo" poichè gli attuali stili di
vita determinano la continua crescita del settore dei surgelati o dei piatti pronti che devono essere
conservati a temperatura controllata.
L’appropriata e costante temperatura delle derrate alimentari dalla fase di produzione a quella di
consumo è uno degli elementi più importanti per la conservazione del prodotto e per la
conseguente riduzione dei consumi energetici. Tra le tecniche di conservazione degli alimenti la
refrigerazione è quella di maggiore interesse dal punto di vista della efficienza energetica a causa
della necessità di tenere sotto stretto controllo l’umidità.
Pertanto, l’evoluzione tecnologica di questi ultimi anni ha portato alla realizzazione di celle
frigorifero sempre più evolute che cercano di ottenere un controllo sulla temperatura
estremamente accurato, anche in condizioni critiche di esercizio, migliorando l’omogeneità della
temperatura all’interno della cella, fattore critico per proteggere il carico, medianti opportuni
ventilatori e prese d’aria.
Per quanto riguarda i materiali utilizzati, fino a qualche decennio fa, i soffitti e le pareti erano
costituiti da pannelli a sandwich, prefabbricati, consistenti in due cortecce in lamiera zincata e
verniciata fra le quali veniva espanso il materiale isolante, in genere poliuretano. Attualmente in
modo sempre più marcato, specie in condizioni di esercizio critiche, questi materiali sono stati
sostituiti da pannelli sandwich in resina poliestere caricata con fibre di vetro fra le quali viene
espanso il materiale isolante, in genere poliuretano.
Al fine di migliorare l'isolamento termico delle suddette strutture a sandwich si è pensato di
valutare l’impiego dei materiali a cambiamento di fase (Phase Change Material, PCM) da
affiancare e/o sostituire allo strato espanso di poliuretano.
4
1. Phasee Changee Materiaals (PCM))
o materiali (sali o parraffine) terrmoregolantti in grado
o di accum ulare o rilaasciare unaa
I PCM sono
grande quaantità di calore a una temperatur
t
ra costante, che è la temperatura del loro cam
mbiamento
o
di fase fissica (da so
olida a liqu
uida). Graziie a tale caratteristic
c
ca consentoono di ottimizzare lee
fluttuazion
ni giornalliere della tempeeratura consentendo
o un rispparmio energetico e
di climatizzzazione delll’ambiente.
Per questo
o motivo il loro utilizzzo nell’ambbito dell’edilizia è desttinato a creescere sem
mpre di più..
Secondo u
una recente relazione
e pubblicatta dalla società Lux Research, iinfatti, l'uso
o PCM nell
reparto co
ostruzioni crescerà dallla quota zeero di oggi a 130 milioni di dollaari di fatturrato annuo
o
entro il 2020
Tralasciand
do al momeento categoria dei PCM
M eutettici, I PCM si divvidono in duue grosse caategorie:
•
•
M ORGANIC
CI
PCM
PCM
M INORGAN
NICI
1.1 PCM O
ORGANICI
I PCM orgganici hann
no come caaratteristichhe idonee ai loro mo
olteplici utillizzi una alta stabilitàà
chimica rrispetto alle sostanze di naatura inorgganica, fo
ondono om
mogeneame
ente e ill
sottoraffreeddamento non prese
enta un prroblema siggnificante. Hanno un’’alta affinittà con varii
materiali ccon i quali vengono
v
a contatto, a d esempio l’impregnazione di maateriali da costruzione
c
e
nel campo edile.
D’altro can
nto sono materiali
m
molto costossi e il loro costo d’uttilizzo non è spesso competitivo
c
o
rispetto ai materiali in
norganici.
Ma quest’’ultima è solo
s
una delle
d
pochee, caratterisstiche che limitano ill loro utilizzo. Sono
o
infiammab
bili e nel casso di una co
ombustionee generano fumi nocivi. Altri probllemi, presenti in pochii
5
ACCORDO DI PROGRAMMA MSE‐ENEA
casi, sono una reazione con i prodotti di idratazione nel cemento, invecchiamento termico
ossidativo, sensibili variazioni di odore e di volume.
Con una appropriata selezione e opportune modifiche, ad oggi, sono state eliminate buona parte
di queste caratteristiche negative. Ad esempio è stato scoperto che l’invecchiamento termico
ossidativo può essere eliminato utilizzando un appropriato antiossidante. La ricerca è ancora in
corso per valutare l’infiammabilità e la generazione di fumo tra i più promettenti PCM.
Tra i materiali organici, c’è una classe chiamata MCPAN (materiali a cambiamento di fase prodotti
con leghe molecolari) formati da leghe basate su alcani, i quali hanno il vantaggio di essere
termoregolanti, cioè permettono di cambiare la temperatura del cambiamento di fase, in funzione
della loro composizione.
Quando si tratta di accumulo di temperatura o di cambiamento di fase, il calore trasferito negli
accumulatori può essere migliorato, scegliendo i PCM in modo tale che la temperatura in
corrispondenza della quale avviene il cambiamento di fase ottimizzi il gradiente termico rispetto
alla sostanza con la quale il calore viene scambiato. Ad esempio con paraffine e alcani è possibile
variare il numero di atomi di carbonio o le varie forme di leghe molecolari in modo da concedere
una continua variazione della temperatura di cambiamento di fase all’interno di certi intervalli
1.2 PCM INORGANICI
Gli sforzi iniziali nello sviluppo di materiali che accumulassero calore latente furono concentrati
sull’utilizzo di PCM inorganici.
Buona parte dei materiali inorganici sono Sali idrati, includendo anche il sale di Glauber (sodio
sulfato dacaidrato, Na2SO4∙10H2O) utilizzato in molte ricerche scientifiche, i quali sono stati
ampiamente studiati nelle fasi iniziali della ricerca dei PCM. Questi materiali hanno interessanti
proprietà che includono alti valori di calore latente, non infiammabilità ed un alto contenuto di
acqua che li rende poco costosi e realmente utilizzabili. Tuttavia, hanno anche delle caratteristiche
che li rendono inadatti e che hanno fatto estendere la ricerca anche ai materiali di natura
organica. Tra le caratteristiche che li rendono inadatti spicca la corrosività, l’instabilità, una ri‐
solidificazione complessa e la tendenza al sottoraffreddamento. Inoltre se il loro utilizzo è
nell’ambito edile, la loro difficile applicabilità risiede anche nella necessità di utilizzare un
contenitore e quindi risulta impossibile impregnare il materiale da costruzione.
Tra le proprietà termiche spicca l’adattabilità della temperatura alla quale avviene la transizione di
fase, un ampia variazione di entalpia in prossimità della temperatura di utilizzo, un’alta
conduttività termica. Quest’ultima deve essere presente all’interno della fase solida e liquida,
anche se non sempre è disponibile. Delle tipologie di materiali in precedenza elencati, alcuni di
questi sono normalmente commercializzati: esistono diverse aziende che producono materiali a
cambiamento di fase, sia in forma sfusa, che incapsulata o comprensiva di packaging.
Nome
commerciale
TH0
A4
Witco 85010‐1
RT2
6
temperatura
di fusione [°C}
0
4
4
6
calore latente
di fusione
[kJ/kg]
334
227
129,6
156
densità [kg/m3]
n.a.
766
n.a.
860
produttore
TEAP
EPS Ltd
Witco
Rubitherm
TH7
RT5
E7
C7
RT6
E8
A8
E10
E13
C15
E21
RT20
A22
C24
RT26
TH25
S27
STL27
RT27
GR27
PX27
A28
TH29
E30
C32
E32
RT 35
RT 42
GR 41
FB 41
RT 41
STL 47
E48
C48
STL 52
PX 52
STL 55
FB 54
RT 54
E 58
C58
TH 58
RT 65
C 70
7
7
7
7
8
8
8
10
13
15
21
22
22
24
25
25
27
27
28
28
28
28
29
30
32
32
35
43
43
43
43
47
48
48
52
53
55
55
55
58
58
58
64
70
189
156
120
162
174
140
220
140
140
130
150
172
220
216
131
159
207
213
179
72
112
245
188
201
302
186
157
174
63
152
152
221
201
324
201
103
242
135
179
226
364
226
173
194
n.1
1.
860
0
154
40
142
20
860
0
147
70
770
0
152
20
178
80
n.aa.
148
80
870
0
770
0
148
80
880
0
n.aa.
147
70
109
90
870
0
750
0
640
0
790
0
154
40
130
00
145
50
146
60
880
0
880
0
750
0
880
0
880
0
134
40
167
70
146
60
130
00
640
0
129
90
750
0
900
0
128
80
146
60
129
90
910
0
170
00
TEAPP
Rubittherm
EPS LLtd
Climaator
Rubittherm
EPS LLtd
EPS LLtd
EPS LLtd
Climaator
EPS LLtd
Rubittherm
EPS LLtd
Climaator
Rubittherm
TEAPP
Cristoopia
Mitsiibishi
Rubittherm
Rubittherm
Rubittherm
EPS LLtd
TEAPP
EPS LLtd
Climaator
EPS LLtd
Rubittherm
Rubittherm
Rubittherm
Rubittherm
Rubittherm
Mitsiibishi
EPS LLtd
Climaator
Mitsiibishi
Rubittherm
Mitsuubishi
Rubittherm
Rubittherm
EPS LLtd
Climaator
TEAPP
Rubittherm
Climaator
7
ACCORDO DI PROGRAMMA MSE‐ENEA
PX 80
GR 80
FB 80
RT 80
PCM 80
PCM 86
E89
TH 89
RT 90
RT 100
RT 112
E 117
77
79
79
79
80
86
89
89
90
99
112
117
91
71
132
175
231
246
163
149
194
168
213
169
640
750
750
920
n.a.
n.a.
n.a.
n.a.
930
940
n.a.
1450
Rubitherm
Rubitherm
Rubitherm
Rubitherm
Mitsubishi
Mitsubishi
EPS Ltd
TEAP
Rubitherm
Rubitherm
Rubitherm
EPS ltd
Tabella 1: PCM in commercio
1.3 Applicazione dei PCM
Indipendentemente dalle applicazioni , tutti i PCM devono presentare requisiti termodinamici
indispensabili, quali:
•punto di fusione compreso in un particolare intervallo di temperature
•elevato calore latente di fusione per unitàdi massa
•elevata densità
•elevato calore specifico
•congruenza di fusione
•non sensibile cambiamento di densità nelle diversi fasi e a diversa temperatura
Il primo uso dei materiali a cambiamento di fase è avvenuto a bordo dei treni britannici, all’interno
dei quali sono stati introdotti, per impedire ai vagoni di diventare troppo freddi. La prima
applicazione dei PCM descritti in letteratura è stato il loro uso per il riscaldamento ed il
raffreddamento all’interno delle ostruzioni. Nel 1978 Telkes e collaboratori pubblicarono l’idea di
utilizzare i PCM all’interno di un muro (meglio noto come “Trombe wall”). Nel 1980 Bordeau testò
un collettore solare passivo che conteneva CaCl2∙6H2O, egli trovò che un muro sottile contenente
uno strato di PCM di 8,1 cm mostrava un’accumulazione termica migliore di un classico muro di 40
cm. Un interessante possibilità in applicazioni edili è l’impregnazione di materiale da costruzione
poroso, come ad esempio i pannelli di cartongesso, con PCM in modo tale da incrementare la
massa termica.
L’idea di utilizzare i PCM per immagazzinare il freddo è stata scoperta per applicazioni inerenti ai
condizionamenti dell’aria, dove il freddo, raccolto e immagazzinato dall’ambiente esterno durante
la notte, viene rilasciato nell’ambiente interno durante le ore più calde del giorno. Il concetto è
meglio noto con il nome di “free‐cool”.
Nel campo dell’immagazzinamento dell’energia solare, Cassedy sostiene che i PCM attualmente
non offrono un sostanziale risparmio economico per quanto concerne l’accumulo termico, poiché
avviene a temperature insufficienti. Inoltre questi sistemi costano circa due volte in più dei sistemi
d’acqua calda tradizionali. Egli, tuttavia, precisa i vantaggi connessi con materiali quali le paraffine,
come la stabilità chimica e la bassa corrosione del prodotto. In particolare, l’alta densità di
8
magazzinaggio durantte i piccoli mutament i di temperratura può essere un vvantaggio significativo
s
o
utilizzazionee di sprech
hi di calore. Mehling e collaboraatori hanno
o
nelle appliicazioni solari e nell’u
studiato laa possibilitàà di include
ere un moddulo di PCM
M nella parte superioore di un se
erbatoio dii
acqua. I lo
oro risultatti hanno rivvelato un aaumento nella
n
quantiità di energgia memorrizzata e dii
prestazioni migliori deel serbatoio
o.
1.3.1 Appliicazione PCM nel camp
po della sicuurezza
Un’altra applicazionee, importan
nte quanto quella che
e vede i PCM
P
all’inteerno dei materiali
m
daa
costruzione, è quella del
d loro utillizzo nel cam
mpo della sicurezza.
Vi sono artticoli che in
ndicano l’utilizzo dei PCCM di natura alogena organica coome additivvi ritardantii
di fiamma che migliorrano di moltto la rispostta dei materiali al fuoco
Figura 1: veestiario perr usi specialli
1.3.2 Appliicazione PCM in ediliziaa
Altri usi deei PCM nel campo
c
edile
e comprenddono la refrrigerazione termoeletttrica. Ad ese
empio sono
o
stati integrrati i PCM all’interno di diodi term
mici per migliorare lo sm
morzamentoo del calore
e.
Con lo sco
opo di man
ntenere l’acccumulo sollare delle costruzioni,
c
è stata stuudiata la po
ossibilità dii
usare una finestra con uno stratto di PCM aall’interno. Questa
Q
fine
estra è com
mposta da due lastre dii
vetro con un divario fra le due lastre e u n’apertura per l’aria negli angolli; l’intercap
pedine può
ò
essere riem
mpita con i PCM; in questo
q
moddo durante i periodi di
d freddo è possibile prevenire
p
ill
repentino abbassameento delle te
emperaturee interne. Sono
S
stati sttudiati anchhe dei nuovvi sistemi dii
PCM inseriiti in modo tale da garaantire un coontinuo riscaldamento intorno all’’area della finestra
f
Figura 2:impieghi
2
in
s
a pa
avimento
n edilizia‐ sistemi
9
ACCORDO DI PROGRAMMA MSE‐ENEA
M
Figura 3:imp ieghi in edilizia‐ intona
aci
1.3.3 Appliicazioni PCM
M: varie
La radiazio
one solare può
p influen
nzare un am
mbiente con
n condizionamento de ll’aria, aum
mentando laa
temperatu
ura, anche se solo mo
omentaneam
mente, di quest’ultim
mo. Per quaalche accum
mulatore dii
calore c’è la necessità che non vi sia interrruzione nel raffreddam
mento o chhe vi sia un’’estensionee
dell’operazzione nel teempo. Per assicurare
a
qquesta conttinuità è sta
ato messo a punto un
n sistema dii
climatizzazzione solaree che utilizzza il principiio dell’assorbimento del sistema aammoniacaa/acqua e ill
calore latente accum
mulato dalle paraffinne. L’union
ne di quessti due fe nomeni daa luogo all
raffreddam
mento.
Un concetto simile, ma
m opposto
o, è stato uutilizzato pe
er produrre calore: un sistema co
ostituito daa
PCM è collegato ad una
u pompaa di calore e ad un sisstema di distribuzionee del calore; in questo
o
modo si è costatata una
u più efficcace gestio ne dei costti annuali ch
he possono essere fattti. L’uso dell
ghiaccio ccome accu
umulatore di freddo è ampiamente utilizzato. M olte comp
pagnie chee
commerciaano in queesto campo hanno unn ampia gamma di prrodotti che possono accumulare
a
e
freddo a d
diverse temperature so
olo aggiunggendo degli additivi all’interno deell’acqua. In
noltre si staa
cercando di ottimizzare la co
ostruzione di veri e propri se
erbatoi chee hanno il ruolo dii
nte verran
nno incorpporati in sistemi dii
“immagazzzinare il freddo” e che succcessivamen
condizionaamento dell’aria in cam
mpo edile.
Gli accumu
ulatori di freeddo sono stati
s
svilupppati anche in altre applicazioni: neel campo elettrico, perr
il raffreddamento di verdure, per
p il preraaffreddame
ento dell’arria in ingreesso alle tu
urbine, perr
controllaree la temperaatura in am
mbienti con ccomputer o dispositivi elettrici.
Altre applicazioni chee prevedono
o l’utilizzo ddi PCM riguardano il lo
oro inserimeento per l’id
deazione dii
fornelli da cucina alim
mentati ad energia
e
sola re, il che au
umenta la lo
oro capacitàà di utilizzo..
L’uso di PC
CM è stato
o applicato in campo aautomobilisstico per au
umentare i l comfort termico
t
deii
veicoli e peer migliorarre l’efficienzza dei conteenitori per medicinali
m
ed
e alimenta ri
.
10
Figura
F
4:con
ntenitori pe
er medicina
ali
Figura 5:co
ontenitori per
p alimentii
1.4 Conten
nimento deii PCM
Qui di segu
uito vengon
no descritte
e le compat ibilità chimiche di alcuni PCM risppetto ai materiali usatii
per il loro ccontenimen
nto.
11
1
rame
alluminio
leghe di alluminio
con Magnesio
Plastiche
aacqua
CaCl2 6H2O /
CaBr2 6H2O
Na2SO
O4 10H2O +
ad
dditivi
CaCl2 6H2O
Glicole Polietilene
Paraffine
Na2CO
O3 10H2O
Na2SO
O4 10H2O
Na2HP
PO4 12H2O
MgCl2 6H2O /
Mg(NO
O3)2 6H2O
CH3CO
OONa 3H2O
Mg(NO3)2 6H2O
MgC
Cl2 6H2O
acciaio dolce
Phasee Change
Maaterial
acciaio
inossidabile
i
id bil
ACCORDO DI PROGRAMMA MSE‐ENEA
M
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
(riveestito)
x
x
x
(riveestito)
x
x
x
TTabella 2 Co
ompatibilittà di alcuni PCM con materiali
m
usa
ati per il conntenimento
o
Figura 6 PCM conteenuto in contenitori po
olimerici
12
x
x
x
x
x
x
x
Figura 7 PC
CM contenu to in contenitori metallici flessibilli
Figura 8 PCM
P
contennuto in conttenitori mettallici rigidi
13
3
ACCORDO DI PROGRAMMA MSE‐ENEA
2. Descrizione delle attività
Nell’ambito del piano annuale relativo a questa prima fase di ricerca, l’attività sperimentale è
eseguita presso il laboratorio di Qualificazione Materiali e Componenti (UTT MAT‐QUAL) del
Centro Ricerche Casaccia ed è stata rivolta alla caratterizzazione preliminare su tavola vibrante e
indagine ultrasonora di due pannelli multistrato delle dimensioni 40x80x6 cm, prodotti dalla
società MISA SPA (sita in Pomezia, Roma), commercialmente impiegati per la realizzazione di celle
frigorifere industriali utilizzati sia per impieghi statici che mobili (camion e/o vagoni ferroviari).
I pannelli MISA sottoposti a caratterizzazionei sono costituiti da un sandwich di materiale isolante
in schiuma Poliuretanica da 6 cm inserito tra due lamiere di acciaio INOX AISI 304 6/10.
Uno dei due pannelli è stato modificato mediante l’applicazione di uno strato di un PCM di tipo
paraffinico dello spessore di 2 cm, denominato “Rubitherm RT 35” (vedi Tabella 3), contenuto
all’interno di un involucro di alluminio a tenuta stagna.
Tabella 3. Rubitherm RT 35
Intervallo di fusione
29‐36 °C
Intervallo di solidificazione
Capacità di accumulo termico
36‐31° C
170
/k
G
3. Prove Sperimentali
Le prove sperimentali sono state eseguite su entrambi i pannelli, “pannello tal quale” e “pannello
con PCM”. I test su tavola sono stati realizzati sui pannelli posti in posizione verticale e sono stati
preceduti e susseguiti da prove non distruttive di tipo ultrasonico volte ad evidenziare le eventuali
disomogeneità nei pannelli stessi (compattezza strutturale, delaminazione, presenza di vuoti ed
eventuali cambiamenti di fase…) dovuti all’esposizione a vibrazioni per un trasporto su strada
equivalente a 1000 miglia.
La sperimentazione è stata pertanto suddivisa nelle seguenti fasi:
9 Prove ultrasoniche su entrambi i pannelli
9 Test su tavola vibrante del pannello con PCM in posizione verticale seguito da prove
ultrasoniche
9 Test su tavola vibrante del pannello "Tal Quale" in posizione verticale seguito da prove
ultrasoniche
9 Elaborazione dei dati sperimentali
14
9 Con
nfronto dei risultati otttenuti
9 Con
nclusioni
3.1 Prrove su tavvola vibrante strumenntazione e set‐up di prova
p
Entrambi i pannelli so
ono stati verificati sperrimentalme
ente sulla ta
avola vibrannte di dime
ensione 2x2
2
[m] (Figuraa 9), le cui caratteristic
c
he sono ripportate in Taabella 4.
Figura 9. TTavola vibraante 2x2 [m
Tabella 4. Caratteeristiche della tavola viibrante
2m x 2m
Dimensioni
Gradi di libertà
6DOF
Range
e di Freque nza
0‐100 Hz
Accelerazione
5g peak
Veloccità
1 m/s (0‐pe
eak)
Sposttamento
0.30 m (0‐p
peak)
Massa ed altezzaa del
1 [t]
barice
entro dell’ooggetto
1m altezza
in pro
ova
baricentrica
Nelle Figurre 10a‐b e 11a‐b, si evvidenzia l'a llestimento
o della provva su tavolaa vibrante dei
d pannellii
posti in posizione vertticale frontaale ed in sezzione.
15
5
ACCORDO DI PROGRAMMA MSE‐ENEA
posizione
accelerometro
Figura. 10a Pannello Tal Quale
Figura. 10b Particolare della sezione
figura. 11a Pannello con PCM
figura. 11b Particolare della sezione
Per le campagne sperimentali su tavola vibrante è stato individuato come più idoneo il file di input
indicato dalla norma MIL‐STD‐810D per il trasporto delle Military Handbook applicato in direzione
longitudinale: il relativo profilo è riportato in Figura 12.
16
Figura 12. Input (Mil‐‐STD‐810D)
3.2 Siistema di controllo,
c
acquisizione
a
e ed analissi dei dati
Il moto deella tavola vibrante è stato conttrollato dal sistema hardware LM
MS SCADASS III e dal
programma LMS Testt Lab. I dati relativi al m
moto della tavola sono
o stati acquuisiti per me
ezzo di un
o sulla tavola sismica (FFigura 10a).
accelerometro fissato
3.3 Sisteema di acquisizione e di analisi ddei dati
I dati sono
o stati acquiisiti ed elaborati a postteriori per mezzo
m
del sistema
s
harrdware LMSS SCADAS IIII
a 16 canalii che include un converrtitore A/D a 24 bit, co
ontrollato da
al software LMS Test Lab.
Durante lee prove sono stati utilizzati sei acccelerometri triassiali PCB
P (modelllo 356A15, Figura 13)..
Le loro carratteristichee principali sono
s
riportaati nella Tab
bella 3
Figura 13. Vista deell’accelerometro PCB 356A15
17
7
ACCORDO DI PROGRAMMA MSE‐ENEA
I certificati di calibrazione di tutta la strumentazione utilizzata e degli accelerometri sono validi
fino a luglio 2014.
Tabella 5. Principali caratteristiche tecniche dell' accelerometro PCB 356A15
Caratteristica
Feature
Dati tecnici
Technical Data
Sensibilità nominale
Nominal sensitivity
Spettro di frequenze nominale
Nominal frequency range
Accelerazione massima
Max. acceleration
Risoluzione sull’intera banda di frequenze
Broadband resolution
100 mV/g
2 Hz ÷ 5 kHz
± 50 g
0.0002 grms
3.4 Grafici dei risultati sperimentali
I grafici di seguito riportati rappresentano le acquisizioni dello spettro delle accelerazioni random
secondo il profilo della norma MIL‐STD‐810D applicato mediante il sistema LMS TestLab per la
scansione da 5 a 200 Hz.
In particolare vengono fornite nelle Figure 14‐15 le immagini relative ai test sul pannello "Tal
Quale" e quello rivestito con PCM, graficando la densità spettrale [g2/Hz] in funzione delle
frequenze [Hz].
Figura 14. Pannello Tal Quale
18
Figura 155. Pannello con PCM
4 Prove ultraso
onore
Presso il laboratorio di Qualificcazione Maateriali e Co
omponenti dell'ENEA è stato realizzato un
n
nuovo sisteema autom
matico per laa mappaturra ultrasono
ora con sonde non a coontatto. La tecnologiaa
consiste iin un sistem
ma di gene
eratore di im
mpulsi ultrasonoro ad
d alta energgia, di un ricevitore
r
a
in USA che
banda passsante e di
d sonde brevettate
b
c
permetttono la trrasmissione
e dell’ondaa
ultrasonora nell’aria. La tecnicaa, nota ancche con il nome
n
accop
ppiamento in aria, non necessitaa
come mezzzo di contiinuità mecccanica di a lcun altro elemento di
d trasmissi one, quale gel o altrii
liquidi. Qu
uesta tecniica è stata ampiamennte sperimentata nel campo
c
induustriale per il controllo
o
dell’incollaaggio dei componenti
c
sandwich del settorre aeronautico e, nell campo civile, per ill
controllo d
della qualitàà del calcesttruzzo.
La peculiarrità di questto sistema consiste
c
neell’abbiname
ento tra un sistema puuntuale, rap
ppresentato
o
da una son
nda ultrason
nora e un posizionator e di precisio
one, movibile su assi caartesiani, co
ostituito daa
guide lineaari che spostano la sonda ultrasonnica.
Nonostantte le numerose applicaazioni finorra effettuate, questo sistema di coontrollo risulta spesso
o
non amich
hevole per l’utente,
l
in quanto l’innterfaccia, come
c
spessso accade pper questo tipo di s/w
w
nati per sp
pecifiche ap
pplicazioni industriali, non è diretta e neccessita di u na serie di proceduree
attraverso diverse ‘fin
nestre’ da richiamare
r
e proceduree impedisco
ono il facilee
ed impostaare. Queste
accesso alll’utente chee non ha esplicita
e
espperienza al s/w, anche
e se è pienaamente acccreditato in
n
materia di qualificazzione degli elementi indagati. Ciò significca che il teempo nece
essario perr
impostare il s/w diveenta rilevante. Altresì rrilevante risulta anche
e il tempo ddi addestraamento allee
procedure di acquisizzione e allaa lettura deei risultati, che spesso è superiorre 10 giorni lavorativi..
19
9
ACCORDO DI PROGRAMMA MSE‐ENEA
Altro argomento significativo riguarda l’onere finanziario che deve essere investito per
l’acquisizione del sistema che ammonta complessivamente, anche se approssimativamente in
circa 100.000 euro.
Il sistema può funzionare nelle due modalità seguenti:
Nella modalità Pulse‐echo (schema 1) in cui la sonda ispeziona solo da un lato l’oggetto da
esaminare, l’onda prodotta dalla sonda attraversa il materiale e la presenza di eventuali difetti
all’interno genera delle onde di riflessione chiamate echi di difetto. La superficie opposta del pezzo
genera un eco chiamato di fondo.
La sonda che ha emesso il primo impulso ( eco di superficie ) riceve tutti gli echi riflessi dai difetti
e dal fondo con tempi in funzione della distanza a cui si trovavano (come l’orecchio riceve gli echi
in montagna prima dalle cime vicine e poi da quelle lontane ). L’insieme degli echi si chiama
segnale ultrasonoro o A‐scan e contiene l’informazione dello spessore (Z) attraversato nel punto
della superficie esaminato. Inoltre, dall’ampiezza dell’eco del difetto è possibile determinare la sua
grandezza geometrica.
Trasmittente
Ricevente
T=0
Schema 1. PE‐ il segnale rosso indica l’ampiezza e il tempo di volo ( distanza dalla superficie)
della discontinuità
Il sistema automatico è in grado di acquisire questa informazione per ogni punto della superficie
dell’oggetto. Nella maggior parte dei casi la superficie è piana ( schema 2 ) ed è sufficiente
muovere la sonda lungo 2 assi cartesiani per ottenere la scansione della superficie (XY) .
20
Asse X
A
S
S
e
Cam
mpione
Z
Schem
ma 2. Scansione XZ
Utilizzando
o la potenzzialità del computer è possibile salvare
s
per ogni puntoo XY l’inte
ero segnalee
ultrasonoro (A‐scan). L’A_Scan contiene
c
le informazio
oni del mate
eriale attravversato e quindi
q
dello
o
spessore(ZZ) . L’insieme dei dati acquisiti
a
è uuna matrice
e tridimensiionale in cuui ad ogni terna XYZ è
associata l’’ampiezza del
d segnale..
Ampiezza = F(XYZ)
L’ampiezzaa del segnale viene valu
utata nella sseguente modalità:
m
Ampiezza b
bassa nessu
un difetto
Ampiezza A
Alta difetto grande ( no
on accettabbile)
Ampiezza m
media difettto piccolo (accettabile
(
e)
Nella mod
dalità ultrasonora defin
nita trasmisssione (Tru
ue‐Trasmissiion=TT) ( scchema 3 ) consiste in
n
due sondee una trasm
mittente ed una riceveente, il com
mponente da
d controllaare è posto tra le duee
sonde. L’onda ultraso
onora, trasm
messa dallaa prima son
nda attraversa il compponente ed
d è ricevutaa
dalla sondaa ricevente, la presenzza di una diiscontinuitàà è indicata in base al vvalore di attenuazionee
del segnalee elettrico.
21
1
ACCORDO DI PROGRAMMA MSE‐ENEA
Posizione 1
Posizione 2
Trasmittente
Ricevente
Posizione 1
Posizione 2
T=0
Schema 3. TT ‐ Il segnale da indicazione dell’attenuazione della discontinuità
Le sonde utilizzate sono in grado di trasmettere e ricevere il segnale senza necessità di
accoppiante. La frequenza utilizzata è 100 KHz. Il sistema controlla la posizione delle due sonde
opposte con una coppia di assi sincronizzata in modo tale che le sonde siano sempre collimate tra
di loro. E’ possibile collimare le sonde in automatico tramite lo spostamento XY e la misura in
ampiezza del segnale ultrasonoro.
Il software sviluppato è in grado ispezionare diversi componenti con superficie piana (2 assi )
Il programma esegue una scansione sul pezzo in esame ed acquisisce il segnale in Radiofrequenza
a circa 100 Megasample al sec. Il segnale raddrizzato viene elaborato all’interno di una finestra
temporale (Gate) e soltanto il valore in ampiezza maggiore viene memorizzato. L’insieme dei valori
per ogni posizione X e Y prende il nome di mappa ultrasonora. Le differenze o anomalie saranno
visibili in falsi colori come in schema 4.
22
Manccanza di matteriale
Mapp
pa C‐SCAN
Schema
S
4. SScansione sul campione
L’utilizzo d
di queste sonde perm
mette l’appplicazione in un gran
n numero di applicazzioni ed in
n
particolaree nei beni culturali
c
in quanto
q
nonn è necessarrio l’utilizzo di liquidi o di gel per garantire
g
laa
continuità sonda‐sup
perficie da controllare . Inoltre è possibile muovere
m
laa sonda ad una certaa
distanza daal pezzo sen
nza scalfire la superfici e.
4.1 Desscrizione ha
ardware e software
s
Il sistema d
di controllo
o basato su sistema
s
opeerativo Win
ndows XP e sviluppato in ambiente Labview .
Il softwaree gestisce siaa il servo azzionamentoo sia la digitaalizzazione del segnalee UT tramite
e interfaccee
su bus PCI rappresenttato nello scchema 5 e vvisibile in Figgura 16:
1. Sch
heda contro
ollo assi ( 4 )
2. Osccilloscopio collegato
c
tramite etherrnet
Strum
mento UT
M
Movimentazio
one
Sonda Tx
T
Unità
di
potenza
motori 4 assi
Sonda Rx
Scheda Oscilloscopiio
Scheda di controllo PCI 7344
UMI
U
Schema
S
5 Coollegamentti del sistem
ma
23
3
ACCORDO DI PROGRAMMA MSE‐ENEA
Figura. 16. Sistema automatico con sonde non a contatto
Il software di gestione svolge le attività di acquisizione dei segnali correlandola con la posizione
degli assi motorizzati nelle seguenti modalità:
radiofrequenza: il segnale ultrasonoro viene acquisito e memorizzato
Ampiezza: solo il picco massimo del segnale viene memorizzato.
Il software inoltre gestisce l’elaborazione dei segnali UT e la visualizzazione Mappa C‐SCAN e A‐
SCAN in tempo reale.
La scansione avviene nel modo seguente (schema 6 ) :
1. Spostamento asse X con corsa impostata
2. Acquisizione durante la corsa con passo n X, in mm, del segnale RF
3. Ricerca massimo e aggiornamento mappa
4. Spostamento asse Y con passo n Y in mm
5. Spostamento asse X con corsa impostata direzione opposta
6. Si ripete fino a coprire l’intera superficie del campione da esaminare
7. Ritorna al punto d’inizio in X ed Y
24
So
onda
Schema
S
6. SScansione sul campione
Figura 17. Confronto tra sondde convenzzionali e son
nde non a coontatto.
Presentazzione ASCAN
N: al centro
o è visualizzaato il segnaale relativo alle
a sonde nnon a contatto; a dx il
segnale relativo a s onde conve
enzionali a contatto.
c
25
5
ACCORDO DI PROGRAMMA MSE‐ENEA
4.2 Esame su pannello MISA con Scanner Motorizzato
E' stata condotta la prova sul pannello MISA così costituito:
Rivestimento in lamiera di acciaio INOX AISI 304 6/10
Materiale isolante schiuma Poliuretanica da 6 cm
Il pannello è risultato molto attenuante agli ultrasuoni ed ha richiesto una notevole energia di
impulso sulla sonda trasmittente. Il pannello MISA è confrontato con un altro rivestito di
materiale con accumulo di calore latente ( tipo Rubitherm RT 35 ). Entrambi i pannelli saranno
sottoposti alle prove dinamiche e termiche per confrontare le prestazioni e la durabilità nel
tempo.
Nella Figura 18 è visibile il pannello MISA inserito all'interno del movimentatore XZ che permette
la traslazione delle sonde sul pannello. Le sonde sono molto ravvicinate in quanto il materiale è
molto attenuante.
Figura 18. Pannello MISA durante l'ispezione con sonde prossime alla superficie
26
Le sonde ssono pilotaate dallo strrumento UTT ( a destrra nella Figu
ura. 19) chhe invia l'im
mpulso chee
eccita il crristallo piezzoelettrico della sond a trasmitte
ente. La so
onda riceveente sul latto opposto
o
riceve l'onda che ha attraversato
a
o il pannelllo e la convverte nuova
amente in uun segnale elettrico dii
alcuni mV che vienee amplificatto dallo strrumento UTT. Il segnale amplificaato è poi acquisito e
digitalizzatto dall'oscilloscopio e memorizzaato nel com
mputer insie
eme alle cooordinate XZ
X ( Figura..
20 ).
Figu
ura 19. Siste
ema di moviimentazione e strumen
nto Ultrasonnoro
27
7
ACCORDO DI PROGRAMMA MSE‐ENEA
Figura 20. Sistema di acquisizione dati RF
Tabella 6. Caratteristiche dello Scanner
Scanner
Corsa X
Index Z
Risoluzione
Motori
Oscilloscopio
Computer
4 assi
200 mm
200 mm
1 mm
Stepper
Tektronics 5034
HP 4100
Nelle Figure 21 e 22 è visibile il software ENEA che acquisisce il segnale RF ( verde ) e visualizza la
mappa ultrasonora in una altra schermata. Il colore rappresenta l'ampiezza massima del segnale
RF all'interno dei cursori gialli verticali della fig 16. Il colore rosso indica forte attenuazione
( ampiezza bassa ) e il colore verde bassa attenuazione ( ampiezza alta ). Dove la schiuma è più
compatta e non sono presenti vuoti l'onda trasmessa è intensa e raggiunge la sonda opposta.
Mentre nelle zone vuote e poco compatte l'onda non viene trasmessa e non raggiunge bene la
sonda ricevente.
28
Figure 221. Segnale acquisito
Figu
ure 22. Mapppa dei risultati ultraso
onori
29
9
ACCORDO DI PROGRAMMA MSE‐ENEA
4.3 Esame su pannelli prima e dopo le prove Dinamiche su 6 punti
Le mappe del pannello MISA indicano una discreta omogeneità si è quindi deciso di effettuare le
misure successive su sei punti così disposti:
1
2
3
4
5
6
Su entrambi i pannelli sono state realizzate prove ultrasonore: in Tabella 7 sono riportate le
caratteristiche della relativa strumentazione.
Tabella 7. Caratteristiche dello strumentazione Ultrasonora
Strumento UT
Sonde
Tecnica UT
Amplificazione
GE USM 25 LF
Frequenza: 50 KHz
Diametro: 1"
Trasmissione
MISA 70 dB
MISA + PCM 86 dB
PCM 40 dB
Inoltre, per evidenziare gli effetti delle prove dinamiche vibrazionali sulla struttura del pannello
modificato, i test su tavola vibrante sono stati preceduti e susseguiti da prove non distruttive di
tipo ultrasonoro, volte ad evidenziare le eventuali disomogeneità dei pannelli stessi (compattezza
strutturale, delaminazione, presenza di vuoti ed eventuali cambiamenti di fase…) dovuti
all’esposizione a vibrazioni per un trasporto su strada equivalente in circa 1000 miglia.
In particolare è stato misurato il tempo di propagazione dell'onda ultrasonora e calcolata la
velocità media del suono nel mezzo e la deviazione standard nei 6 punti del pannello con e senza il
materiale PCM e prima e dopo le sollecitazioni dinamiche. Le prove ultrasonore sono state
effettuate anche solo sul materiale PCM.
I risultati di questi test sono propedeutici per la verifica dell’effetto delle vibrazioni sia sul
comportamento di altri materiali a cambiamento di fase di varia composizione (es. sali idratii) nella
configurazione di posizionamento sul tetto e/o sulle pareti laterali della cella frigorifera sia per la
verifica della criticità relative da una parte, ai sistemi di contenimento dei PCM (rigidi o flessibili) e
30
dall’altra, alle tecnicche di inco
ollaggio/giuunzione traa le pareti del panneello sandw
wich ed ill
M.
contenitorre/i dei PCM
Il confrontto dei risultati (valori medi)
m
ottennuti sul pannello modifficato con l’’applicazion
ne dei PCM
M
per quanto
o concernee le prove ultrasonore
u
eseguite prima
p
e dop
po i test suu tavola vib
brante sono
o
riportate in
n tabella 8.
Per i dettaagli dei risultati otten
nuti nelle pprove ultrasonore pre
e/post test su tavola vibrante sii
vedano invvece le tabeelle 9‐14.
Tabella 8.
8 Prove ultrasonore prre/post testt su tavola vibrante‐
v
vaalori medi
Velocitàà
sonora
media m//s
Deviazion
ne
standard
d
m/s
Stato nei 6
punti di
misura
Panneello MISA
prima
6
671
dopo
670
Pannello Misa
+ PC
CM prima
228
Dopoo
2222
Invvolucro con
PCM
773
24
9
203
2066
26
Omo
ogeneo,
uniiforme
Veloccità Bassa
Omogeneeo,
uniform
me
Velocitàà
inalteratta
Diso
omogeneo
variabile
Velo
ocità Molto
Bassa
Disomoggeneo
variabbile
Velociità
inalterrata
Omogeneo,
uniforme
u
Velocità Bassa
Tabellaa 9. Prove ultrasonore pre test su tavola vibra
ante‐ Panneello T.Q.
Pannello TTQ MISA priima
Punto
Media
Velocità impostato sullo
strumento
o mm/s
Tempo di propaggazione
dell'onda sonora nell punto
in sec
Spessore attraversaato in
mm
Velocità media m/s sul
punto ricaalcolata
1
522
530
538
530
2
3
4
5
6
540
5
54
45
5220
510
0
501
1
550
5
54
45
5336
506
6
510
0
551
5
550
5338
507
7
502
2
547
5
54
47
5331
508
8
504
4
5.90EE+0 5.90E+
+0 5.90E++0 5.90E+0
0 5.90E+0
0
5.90E +06
6
6
6
6
6
8.98EE‐05 9.27E‐‐05 9.27E‐0
05 9.01E‐005 8.60E‐05
5 8.55E‐05
5
60
60
60
660
60
0
60
0
668
647
6
64
48
6666
697
7
702
2
31
1
ACCORDO DI PROGRAMMA MSE‐ENEA
Tabella 10. Prove ultrasonore pre test su tavola vibrante‐ Pannello con PCM.
Pannello MISA + PCM prima
Punto
1
5973
6343
5780
6032
2
826
758
811
798
Media
Velocità
impostato
sullo
strumento mm/s
5.90E+06 5.90E+06
Tempo
di
propagazione
dell'onda sonora nel punto in
sec
1.02E‐03 1.35E‐04
Spessore attraversato in mm
80
80
Velocità media m/s sul punto
ricalcolata
78
591
3
5524
6554
7615
6564
4
3466
4307
3566
3780
5
1456
1171
1339
1322
6
2072
2342
2460
2291
5.90E+06
5.90E+06 5.90E+06 5.90E+06
1.11E‐03
80
6.41E‐04 2.24E‐04 3.88E‐04
80
80
80
72
125
357
206
Tabella 11. Prove ultrasonore post test su tavola vibrante‐ Pannello T.Q.
Punto
1
532
528
527
529
2
543
544
538
542
3
522
531
532
528
4
516
524
525
522
5
527
523
520
523
5.90E+0
6
6
523
522
528
524
5.90E+0
6
Media
Velocità
impostato
sullo
strumento mm/s
5.90E+06 5.90E+06 5.90E+06 5.90E+06
Tempo
di
propagazione
dell'onda sonora nel punto in
sec
8.97E‐05 9.18E‐05 8.95E‐05 8.84E‐05 8.87E‐05 8.89E‐05
Spessore attraversato in mm
60
60
60
60
60
60
Velocità media m/s sul punto
ricalcolata
669
654
670
679
676
675
32
Tabella 12. Prove ultrasonore poost test su taavola vibran
nte‐ Pannel lo con PCM
M
Punto
1
6320
6
6399
6
6900
6
6540
6
2
814
780
760
785
3
7400
7300
7199
7300
4
5653
4067
4677
4799
5
1656
1647
1533
1612
Media
Velocità im
mpostato su
ullo
strumento
o mm/s
5.90E
E+06 5.90EE+06 5.90
0E+06 5.90
0E+06 5.900E+06
Tempo di propagazio
one
dell'onda sonora nel
punto in seec
1.11E
E‐03 1.333E‐04 1.24
4E‐03 8.13E‐04 2.733E‐04
Spessore aattraversato
o in
mm
80
80
80
80
80
Velocità m
media m/s sul
punto ricallcolata
72
602
65
98
293
6
2425
5
2352
2
2261
1
2346
6
5.90E+06
6
3.98E‐04
4
80
0
201
1
Tabella 13. disposizione
d
e spaziale suul pannello TQ MISA in
n m/s dei puunti di misura
pprima
dopo
2
1
647
668
6554
4
3
666
648
6779
6
5
702
697
6775
disposizione spaziale sul pannelllo MISA + P CM in m/s dei
d punti di misura
pprima
doppo
2
1
591
78
6002
4
3
125
72
998
6
5
206
357
2001
669
9
670
0
675
5
72
2
65
5
293
3
33
3
ACCORDO DI PROGRAMMA MSE‐ENEA
Tabella 14. Prove ultrasonore post test su tavola vibrante‐ PCM ( Solo la stringa distaccata )
Punto
1
152
153
156
154
Media
Velocità impostato sullo strumento
mm/s
5.90E+06
Tempo di propagazione dell'onda
sonora nel punto in sec
2.60E‐05
Spessore attraversato in mm
20
Velocità media m/s sul punto
768
34
2
3
159
158
155
157
4
5
149
147
146
147
5.90E+06
5.90E+06
2.67E‐05
20
20
750
2.50E‐05
20
20
801
6
5 Concclusioni
Queste prrime risultaanze sperim
mentali, coll egate con quelle otte
enute dalla Università Politecnicaa
delle Marcche, con cui si è lavorato in strettoo collegame
ento, hanno
o evidenziatto:
• L’ap
pplicazione dei PCM sulla strutttura sandw
wich delle celle frigoriffere può co
omportare,,
ottimizzando l’ingegneriizzazione ddel processso, un re
eale diminnuzione de
ei consumii
eneergetici.
Di seguito si riporta un
n grafico ddel flusso entrante
e
ne
el quale si può evide
enziare lo
o
sfassamento operato dal PCM nellaa cella che
e lo utilizza
a (linea rosssa) rispettto a quello
o
enttrante nella cella di rife
erimento ( llinea azzurrra). La magg
giore altezz a dei picchii della lineaa
rossa rispetto a quelli della linea bluu è dovuta al
a sistema di
d pakagingg della parafffina (PCM))
cosstituito da un
u contenito
ore metallicco di allumino il cui comportamennto termico
o prevale su
u
queello del PCM
M.
Figu
ure 23. Flus so termico cella frigoriifera
•
e all’inserim
mento dei PCM
P
nelle/ssulle panneelli frigoriferri appare all
Le problematiche relative
omento esseere l’elemen
nto più critiico:
mo
‐ La solluzione ottimale consissterebbe ne
ella inclusione dello strrato di PCM
M all’interno
o
della struttura saandwich;
‐ Appare sconsigliabile la dis persione dii microgranuli di PCM (Figura 24
4)all’interno
o
dello strato isolaante di poliuuretano, in quanto per avere un effetto sign
nificativo in
n
termini di sfasamento tem
mporale dei flussi in entrata ed iin uscita, si
s dovrebbee
aumeentare conssiderevolmeente lo straato di poliuretano in m
modo che contenga
c
laa
quanttità sufficien
nte di PCM;;
Figurre 24. Granuuli di PCM microincaps
m
sulato
35
5
ACCORDO DI PROGRAMMA MSE‐ENEA
‐
‐
Appare più percorribile l’inserimento di uno strato omogeneo di PCM,
opportunamente contenuto all’interno della struttura sandwich;
Appare consigliabile l’utilizzo di contenitori polimerici, sia per ragioni di peso che
di compatibilità chimica, al posto di quelli metallici anche se costituiti da elementi
leggeri e flessibili.
• L’utilizzo in condizioni statiche (Figura 25) minimizza le problematiche derivanti dalle
possibili delaminazioni che possono insorgere nella struttura sandwich quando sottoposta
a condizioni critiche quali ad esempio quelle per applicazioni nel trasporto stradale o
ferroviario;
Figura 25 Contenitori PCM su cella frigorifera in condizioni statiche
Quanto sopra è ben evidenziato dalle sperimentazioni effettuate, nel Centro ENEA della Casaccia,
sia pannelli frigoriferi Tal Quali che su quelli su cui era stato applicato lo strato di PCM:
‐ Le misure ultrasoniche effettuate sul pannello TAL QUALE non hanno messo in evidenza
alcuna variazione strutturale del pannello stesso prima e dopo il test su tavola: le velocità
trasmesse nei diversi punti sono risultate omogenee fra loro e confrontabili.
‐ Al contrario le misure effettuate sui pannello rivestito con PCM sono risultate molto
disomogenee fra loro. Ciò si è ritenuto, in prima analisi, imputabile al fatto che il sistema di
incollaggio tra le due parti sia risultato poco efficace.
‐ Mentre, c’è da rilevare, che lo strato di PCM di tipo paraffinico “Rubitherm RT 35”
presente all’interno dell' involucro di alluminio, è risultato essere uniformemente
distribuito, non presentando fenomeni di accumulo differenziale lungo l’asse longitudinale.
E’ importante sottolineare che questa situazione potrebbe non ripetersi nel caso di utilizzo,
come PCM, di sali idrati.
Inoltre al fine di simulare l’impiego dei pannelli sia sulle pareti laterali che sul tetto delle celle
frigorifere erano state previste in prima ipotesi, prove sui pannelli posti sia in posizione verticale
che orizzontale.
Purtroppo, come precedentemente rilevato, a causa del cattivo funzionamento del sistema di
incollaggio tra pannello e contenitori del PCM, si è verificato che, a conclusione del test a
36
vibrazione,, i contenito
ori del PCM
M , risultavaano essere distaccati
d
(FFigura 26) e non è statto possibilee
pertanto riipetere le prove
p
sui pannelli posti in posizion
ne orizzontale.
Ne deriva cche nel proseguio del Progetto
P
doovrà essere posta una estrema
e
atttenzione alle modalitàà
tecnologiche di “accoppiamento”” del PCM ccon il panne
ello frigorife
ero.
Questo, co
ome prima descritto,
d
comporterà
c
lo studio siia della tipo
ologia del coontenitore, metallico o
in materialle plastico, rigido o flesssibile, postto all’estern
no o all’interno della sttruttura san
ndwich.
Inoltre sarrebbe oppo
ortuno pro
ogettare pe r le future attività spe
erimentali ssu tavola vibrante, un
n
mock‐up sstrutturale rappresentativo dellee celle friggorifere al fine di riiprodurre le effettivee
condizioni di esercizio
o dei panne
elli mediantte un' oppo
ortuna interrfaccia met allica da an
ncorare allaa
tavola.
Figurra 26 Panneello con PCM
M dopo il te
est su
tavola
37
7