12
Ago, 2021

LA NUOVA CENTRALINA PRO

Ascoltare i cliente, raccogliere le loro richieste e far tesoro dei suggerimenti aiuta sempre a migliorarsi e a migliorare i prodotti. Facendo tesoro del primo anno e mezzo in azienda e dovendo aggiornare la centralina di comando delle coperture causa obsolescenza di alcuni componenti ho convinto la proprietà aziendale a sviluppare una nuova centralina in collaborazione con il nostro fornitore.

Layout disegnato a CAD della centralina

Partiamo dal primo elemento: l’adozione di un trasformatore di tipo toroidale al posto di un trasformatore tradizionale. Questo consente di avere un minor ingombro e peso a parità di caratteristiche elettriche, un rendimento più alto che si traduce in minor calore disperso e minor consumo energetico. Ha inoltre maggior silenziosità durante il funzionamento. Per contro ha un costo maggiore rispetto a un trasformatore tradizionale (dovuto al processo di fabbricazione) ma senz’ombra di dubbio i vantaggi sono maggiori rispetto agli svantaggi.

La scheda è stata completamente rivista sia sulla parte hardware che su quella software:

  • Il nuovo display matrix 16×4 fornisce le informazioni base durante il funzionamento dell’impianto e semplifica le operazioni di programmazione da parte dell’installatore che deve seguire i messaggi e non impostare dei codici come nel vecchio modello con display a 2 cifre
  • Il software effettua durante la fase di installazione un check sul verso di rotazione: non è quindi più necessario cambiare i cablaggi in caso di installazione errata del motore, cablatura elettrica errata (ovviamente +5Vcc e GND dovranno sempre essere collegati correttamente!) o in caso di aggiunta di riduttori supplementari che invertono in senso di rotazione
  • L’adozione di una porta USB permette la configurazione da PC e lo scarico di del log dei dati in modo da semplificare l’individuazione di eventuali problemi e la loro risoluzione
  • Un nuovo rivestimento protettivo garantisce una migliore resistenza alla corrosione della scheda (la centralina a volte viene installata in locali dove può esserci molta umidità e in ambiente con vapori di cloro che possono a lungo andare danneggiare la scheda se non installata correttamente)
  • Un comando arresto pompe di ricircolo: all’azionamente della copertura vengono fermate per evitare che, in situazione particolari quali ad esempio tracimazioni solo su un lato, la copertura possa derivare su un lato creando possibili problematiche di funzionamento. Le pompe riprenderanno poi a funzionare nel momento in cui la copertura ha finito la movimentazione di apertura/chiusura vasca
  • Un comando cloratore: mediante relè di scambio il cloratore viene disattivato quando la copertura viene chiusa garantendo così un risparmio di cloro
  • Adozione di 2 uscite ausiliarie per collegare eventuali accessori supplementari (ad esempio luci o la doccia)

In un’epoca sempre più smart, dove tutto viene comandato dagli smartphone, non poteva mancare come optional una scheda di interfaccia bluetooth con app dedicata dove non solo è possibile comandare la copertura e le 2 uscite ausiliarie ma per gli installatori è stata inserita la funzione “programmazione finecorsa” in modo da poter effettuare l’operazione da bordo vasca e lo scarico delle ultime righe di log per inviarle in azienda e fornire da remoto eventuali indicazioni.

Dal mio smartphone la vedo così semplicemente perchè uso il tema scuro….

Anche la grafica è stata rivista per cercare di avere uno stacco con il passato mantenendo la chiarezza dei comandi

Il primo prototipo è stato presentato a ForumPiscine 2020 in sede separata rispetto alla Smartpool è, nonostante i rallentamenti di sviluppo e test dovuti alla pandemia COVID-19 prima e alla difficoltà di approvvigionamento di materiale dopo, finalmente la nuova centralina può essere commercializzata!

Nota: questo articolo non vuole essere assolutamente una pubblicità all’azienda e al prodotto ma semplicemente un momento di gioia per un piccolo risultato raggiunto nel mio lavoro grazie anche alla competenza del nostro fornitore e dei suoi partner: fare squadra aiuta sempre!

15
Lug, 2021

LEGHE DELL’ALLUMINIO

Rame (Cu), Silicio (Si), Magnesio (Mg), Zinco (Zn), Manganese (Mn) sono i leganti utilizzati per l’alluminio a costituire le leghe madri; accanto ad essi si possono impiegare elementi che migliorano alcuni aspetti prestazionali delle leghe, conosciuti come correttivi. Si trovano aggiunte, per scopi particolari, piccole percentuali di nichel, titanio, zirconio, cromo, bismuto, piombo, cadmio scandio ed anche stagno e ferro, quest’ultimo peraltro sempre presente come impurezza.Quando gli elementi sopra menzionati vengono aggiunti all’alluminio di base da soli si hanno leghe binarie, quando aggiunti a due a due o a tre a tre si hanno rispettivamente leghe ternarie o leghe quaternarie. Ogni elemento possiede il suo particolare effetto, per esempio:

  • Silicio: migliora la colabilità e riduce il coefficiente di dilatazione;
  • Magnesio: aumenta la resistenza alla corrosione in ambiente alcalino e in mare;
  • Manganese: aumenta la resistenza meccanica e alla corrosione;
  • Rame: accresce la resistenza meccanica, soprattutto a caldo;
  • Zinco: soprattutto se associato al magnesio, conferisce un’elevata resistenza meccanica.

SERIE 1000 (Alluminio puro almeno al 99%)

Queste leghe sono caratterizzate da eccellente resistenza alla corrosione, conducibilità termica ed elettrica elevate, buona lavorabilità, caratteristiche meccaniche piuttosto basse.
Le caratteristiche meccaniche possono essere aumentate, entro certi limiti, mediante incrudimento.
Le principali applicazioni comprendono impianti chimici, corpi riflettenti, scambiatori di calore, conduttori e condensatori elettrici, applicazioni architettoniche e decorative.

SERIE 2000 (Avional)

Lega base Rame da trattamento termico (richiedono un trattamento di solubilizzazione, tempra ed invecchiamento per sviluppare i valori meccanici di impiego); dopo trattamento termico sviluppano caratteristiche meccaniche confrontabili con quelle degli acciai al carbonio.
La loro resistenza alla corrosione è meno elevata di quella di altre leghe di Alluminio; per questo motivo in applicazioni critiche richiedono opportuni sistemi di protezione; per la medesima ragione le lamiere sottili sono disponibili anche in versione placcata con altre leghe di Alluminio con migliore resistenza a corrosione.
Vengono utilizzate per parti e strutture che richiedono elevati rapporti resistenza/peso (ruote di velivoli e mezzi di trasporto terrestre, strutture aeronautiche, sospensioni automobilistiche) per temperature di impiego fino a circa 150°C.
Sono caratterizzate da eccellente lavorabilità alle macchine utensili e (tranne la lega 2219) da limitata saldabilità per fusione. Con l’aggiunta di elementi quali Mg, Mn, Si, Ni, Li, esse vengono usate spesso per applicazioni strutturali sugli aerei e in generale dove occorrono buone caratteristiche meccaniche e leggerezza.

SERIE 3000

Lega base Manganese; in generale il vantaggio conferito dal Manganese è quello di aumentare la resistenza meccanica delle leghe lavorate e di ridurre la sensibilità alla corrosione intergranulare ed alla stress corrosion, ma l’eventuale presenza di composti intermetallici causa una diminuzione di duttilità.

SERIE 4000

Lega base Silicio; la sua importanza è dovuta all’aumento di fluidità e alla riduzione del coefficiente di dilatazione termica conferito dall’aggiunta di piccole quantità di questo alligante, proprietà molto utile nella tecnologia dei getti e nelle saldature. La durezza delle particelle di Silicio conferisce infine una buona resistenza all’usura.

Nell’uso commerciale a questo sistema vengono aggiunti altri elementi in lega quali per esempio il Rame e il Magnesio.

SERIE 5000 (Peraluman)

Lega base Magnesio il quale che conferisce doti particolari di resistenza alla corrosione, oltre a buona resistenza a caldo ed ottime doti di duttilità e lavorabilità. In genere non richiede trattamento termico di invecchiamento e presentano buona saldabilità per fusione. Il Magnesio mostra una buona solubilità nell’alluminio (seconda solo allo zinco) e, per questo, leghe con concentrazioni minori del 7% non mostrano una apprezzabile precipitazione (tuttavia se sono presenti altri elementi questa percentuale diminuisce), ma è possibile comunque ottenere un discreto effetto indurente tramite la lavorazione a freddo, visto che il Magnesio permette di conservare un’ottima duttilità; infatti si tratta di leghe da incrudimento le cui caratteristiche meccaniche possono essere aumentate mediante laminazione a freddo, mentre non si possono aumentare mediante trattamento termico; le caratteristiche meccaniche sono in generale inferiori a quelle delle leghe della serie 2XXX. Il Magnesio fornisce inoltre un’eccellente resistenza alla corrosione e una buona saldabilità: queste caratteristiche vengono sfruttate nella costruzione delle carrozzerie in Alluminio. La resistenza alla corrosione è elevata, anche in ambiente marino.

SERIE 6000 (Anticorodal)

Lega base Silicio e Magnesio. Si tratta di leghe da trattamento termico; dopo trattamento termico sviluppano caratteristiche meccaniche intermedie, in generali inferiori a quelle delle leghe della serie 2000. Presentano buona formabilità, lavorabilità, truciolabilità e saldabilità. Vengono utilizzate per applicazioni architettoniche, telai motociclistici e ciclistici, strutture saldate in genere. Questo sistema costituisce la classe principale di leghe per i pezzi lavorati a caldo e per quelli ricavati da fusione. Esse riescono a combinare alcune caratteristiche favorevoli: buone resistenze meccaniche, sensibilità relativamente bassa alla tempra, buona resistenza alla corrosione.

SERIE 7000 (Ergal)

Lega base Zinco, l’elemento che ha la solubilità più elevata nell’alluminio. Generalmente le leghe binarie Al-Zn non vengono usate, ma vengono preferite leghe Al-Zn-Mg. Si tratta di leghe da trattamento termico; queste leghe sviluppano le caratteristiche meccaniche più elevate tra le leghe d’Alluminio; lo Zinco aumenta la resistenza e la durezza, oltre a favorire l’autotemprabilità della lega. Le leghe Al-Zn-Mg, trattate termicamente, hanno la più elevata resistenza a trazione di tutte le leghe di alluminio. Le leghe con le caratteristiche meccaniche più elevate possono presentare sensibilità a tensocorrosione; per questo motivo sono stati sviluppati trattamenti “stabilizzanti” specifici. Presentano buona lavorabilità alle macchine utensili e, nella maggior parte dei casi, scarsa saldabilità per fusione. Vengono utilizzate per strutture aeronautiche e di mezzi di trasporto, ed in generale per parti molto sollecitate.

CONCLUSIONI

Le differenze tra le diverse leghe sono straordinariamente variabili. La resistenza meccanica a trazione ad esempio varia dai 65 MPa della lega 1080-0 ai 580 MPa della lega 7075-T6 (rapporto di 8,9). Il rapporto tra massa e caratteristiche meccaniche fanno sì che il materiale più utilizzato nelle industrie aerospaziali ed aeronautiche sia oggi la lega di Alluminio. La resistenza alla corrosione è altrettanto variabile da lega a lega. Per le leghe della serie 5000 e 6000 questa caratteristica è classificata ai massimi livelli. Le leghe 2000 e 7000 sono invece classificate con resistenza alla corrosione da insufficiente a pessima. Le leghe di Alluminio da utilizzare in ambienti particolarmente corrosivi devono quindi appartenere al primo gruppo.

1
Lug, 2021

L’ALLUMINIO

L’alluminio è un materiale largamente utilizzato nell’industria. Nonostante sia un materiale relativamente “giovane” e sviluppato nell’ultimo secolo, ha preso subito piede nell’industria per via di sue molteplici proprietà:

  • L’alluminio possiede un basso peso specifico (2700 Kg/m3) che si traduce in un notevole vantaggio nelle applicazioni industriali;
  • possiede resistenza meccanica fino a oltre 560 MPa; il limite di snervamento è di circa l’85% della resistenza a rottura; ciò permettere di risolvere la maggior parte dei problemi in numerosissime applicazioni.
  • la resistenza meccanica aumenta alle basse temperature, senza che si evidenzino fenomeni di transizione duttile/fragile;
  • L’alluminio garantisce resistenza elevata ed elevata capacità di deformarsi elasticamente sotto carico, ritornando alla forma iniziale una dopo l’urto o dopo che è stato rimosso il carico applicato;
  • Il prodotto estruso/laminato si può produrre in una vastissima serie di forme (profili standard e a disegno, estrusi e trafilati, etc..), in funzione delle svariate esigenze dell’utilizzatore;
  • L’ottima truciolabilità consente un a facilità di lavorazione dello stesso metallo alle macchine utensili;
  • La proprietà di deformarsi permanentemente ne agevola l’impiego anche in applicazioni complesse;
  • L’ottima conduttività elettrica lo rende indispensabile in ambito elettronico e nelle applicazioni elettriche: la sua conducibilità elettrica è circa doppia di quella del rame (2.55 m W cm a temperatura ambiente);
  • Analogamente, grazie alle ottime capacità di trasmissione del calore, è ottimale in tutte quelle che richiedono dissipazione di calore. A parità di costo e di peso l’alluminio conduce molto più calore di qualsiasi altro metallo (2.37 W cm-1 °K-1)
  • Grazie al trattamento superficiale di ossidazione anodica protettiva, facilmente applicabile al metallo, si incrementa lo strato naturale di ossido protettivo. Attraverso i trattamenti di anodizzazione, conversione chimica e verniciatura, il metallo non si corrode né si deteriora nel tempo, pertanto gli elementi costruttivi in alluminio resistono a lungo senza richiedere manutenzione;
  • L’alluminio non emette scintille, e quindi risulta ideale ovunque vi siano pericoli di esplosione o di incendio;
  • La riflettività dell’alluminio è molto elevata, ed i prodotti in alluminio ad alta riflettività possono essere vantaggiosamente utilizzati quali schermi per luce, radiazioni infrarosse, onde radio;
  • I prodotti in alluminio non bruciano e non producono fumi tossici anche alle temperature più elevate;
  • la resistenza meccanica aumenta alle basse temperature senza significativi fenomeni di fragilizzazione; ciò fa delle leghe di alluminio materiali ideali per le applicazioni criogeniche, e comunque per applicazioni a temperature esterne estremamente basse;
  • La moltitudine di trattamenti superficiali ai quali può essere sottoposto il metallo ne esaltano l’aspetto e di conseguenza la sua applicazione nella creazione di particolari a vista;
  • L’alluminio risulta amagnetico e quindi si presta particolarmente per applicazioni ad alta tensione, per applicazioni
  • elettroniche e in generale in presenza di forti campi magnetici attorno ad apparecchiature sensibili ai campi magnetici;
  • L’alluminio è un metallo atossico e pertanto largamente utilizzato nell’industria alimentare;
  • L’alluminio può essere assemblato per fissaggio meccanico con viti, bulloni, chiodi, rivetti a strappo; si possono realizzare assemblaggi strutturali; è possibile effettuare unioni per fusione e brasatura;
  • L’alluminio è diventato, nell’arco di un secolo di eccezionale sviluppo, il metallo più variamente utilizzato al servizio dell’umanità. La chiave della sua vincente competitività risiede senza dubbio nell’insieme delle sue caratteristiche non riscontrabili in nessun altro metallo, preso individualmente;

I materiali a base alluminio possono essere riciclati indefinitamente senza perdere le caratteristiche superiori del metallo, e i loro rottami conservano un valore elevato; ciò ne fa articoli estremamente interessanti dal punto di vista sia dell’impatto ambientale che economico.

15
Giu, 2021

LO SFIGMOMANOMETRO

Lo sfigmomanometro è quell’apparecchio manuale o automatico che consente la misurazione della pressione arteriosa cioè la pressione esercitata dal sangue pompato dal cuore sulla parete delle arterie. Poichè il cuore batte ad intervalli regolari, è possibile distinguere una pressione “massima” o “sistolica” che corrisponde al momento in cui il cuore si contrae (sistole) ed una pressione “minima” o “diastolica” che corrisponde alla pressione che rimane nelle arterie momento in cui il cuore espandere (diastole) per riempirsi di sangue.

La misura della pressione avviene in maniera indiretta (metodo di Riva-Rocci) posizionando un bracciale sul braccio e posizionando il fonendoscopio in corrispondenza dell’arteria omerale. Si va inoltre a prendere il polso radiale del paziente.

IPERTENSIONE – 2 « I blog di Alessio Empoli
Diapositiva 1

Si inizia ora a gonfiare il bracciale finché non si percepisce più il polso radiale: questo significa che la pressione esercitata dal bracciale (curva in blu) è maggiore della massima pressione esercitata dal sangue (linea orizzontale tratteggiata in rosso), nel fonendoscopio non si percepisce nessun suono.

A questo punto si inizia a sgonfiare il manicotto lentamente (circa 2mmHg/s) finché nel fonendoscopio non viene udito un suono: questo è il I tono di Korotkoff che è semplicemente il rumore che produce il sangue quando inizia a fluire nel vaso sanguigno (che ricordo essere elastico). La pressione indicata dal manometro è pari a quella sistolica. Il polso radiale in condizioni normali inizia a ricomparire.

Con l’ulteriore diminuzione della pressione del manicotto l’arteria resta pervia per periodi sempre più lunghi, durante i quali il sangue che scorre con moto turbolento continua a fare rumore sempre più debolmente

poco prima della  scomparsa si ausculta il IV tono di Korotkoff: in questo momento la pressione nel bracciale è pari alla pressione diastolica. Il polso radiale resta!

Ricapitolando

Perioperative Noninvasive Blood Pressure Monitoring | Semantic Scholar

Come sempre questo post non vuole essere un trattato di medicina o un articolo scientifico che va a sostituirsi ai sacri testi e come sempre non voglio insegnare il mestiere a chi lo fa per professione ma vuole essere una semplice spiegazione del come funziona questo strumento per i “non addetti ai lavori”. Al solito resto disponibile per un confronto costruttivo.

1
Giu, 2021

LA SMARTPOOL

La Smartpool (o piscina autosufficiente) è un progetto speciale realizzato in occasione di Forum Piscine 2020 a Bologna e coordinata dal collega Ing. Mario Giovannoni che ha permesso all’azienda per cui lavoro nel momento in cui scrivo questo post di inserirsi in questo contesto di auto sostenibilità (qui l’articolo dal sito ansa.it)

Smartpool (immagine per gentile concessione dell’Ing. Mario Giovannoni)

L’idea (in poche parole e in maniera estremamente semplice) è quella di avere una piscina che parte dal raccogliere l’acqua piovana per il reintegro di quanto si disperde, passando dai pannelli solari per riscaldare l’acqua e generare energia elettrica per muovere i componenti elettrici fino ad arrivare alla copertura isotermica per ridurre la la perdita del calore accumulato e lo spreco di prodotti chimici disciolti in vasca.

IL MIO CONTRIBUTO

Come azienda ho avuto modo quindi di dover realizzare oltre alla classica copertura di tipo AGS (acronimo di Above Ground Sistem) anche un rivestimento speciale per coprire l’impianto di movimentazione della copertura a profili rigidi.

L’impianto realizzato (immatricolato 2020-0000) è stato realizzato in questo modo:

  • Sistema di avvolgimento e supporti rullo realizzati in acciaio inox AISI316L che conferisce all’impianto adeguate caratteristiche meccaniche. I componenti sono inoltre sottoposti a trattamento finale di decapaggio e passivazione certificato ASTM 967 per garantire un’ottimale resistenza alla corrosione;
  • Copertura vasca a profilo cavo colore bianco ghiaccio e tappo di finitura in PVC contenenti componenti antiurto (deve resistere agli eventi atmosferici avversi quali improvvise e violente grandinate) e resistente ai raggi UV (è esposta al sole per almeno 8 mesi all’anno);
  • Motore esterno 24Vcc con grado di protezione IP68 (protezione totale contro l’ingresso di polveri e adatto per un’immersione permanente in acqua), ricordo che l’alimentazione a basso voltaggio è una delle caratteristiche di sicurezza dettato dalla norma Norma CEI 64-8 degli apparecchi destinati alle vasche e montati nelle zona 0 e zona 1;
  • Centralina di controllo Polimpianti PRO con telecomando (sviluppata anch’essa come prototipo e presentata presso la fiera);
  • Copertura meccanismo di avvolgimento realizzata con struttura in lega di alluminio serie 6000 e rivestita in Polideck® color Montana (materiale polimerico resistente agli urti, ai raggi UV e al cloro anche se immerso completamente in acqua)

Struttura della copertura impianto Above Ground System disegnata con SolidWorks
Copertura finita disegnata CAD dell’impianto Above Ground System
Realizzazione della copertura Above Ground System in officina
Installazione dell’impianto Above Ground System e della copertura sulla Smartpool presso la fiera
Con il collega Ing. Giovannoni in fiera alla presentazione della Smartpool

24
Mag, 2021

CONTROLLO DELLA COPERTURA

L’azionamento della copertura è gestito da un motore elettrico: azionando un interruttore a seconda di come si preme il tasto, il motore inizierà a funzionare e il suo asse motore ruoterà in senso orario o antiorario a seconda di come fluisce la corrente al suo interno. Fin qui nulla di particolare. la copertura da manuale diventa motorizzata. in questo caso la centralina di comando ha il mero compito di trasformare la tensione di linea (220Vca a 50Hz) in corrente per alimentare il motore a bordo vasca (24Vcc)

Macchina a corrente continua - ppt video online scaricare

Per farla diventare però automatizzata occorre aggiungere qualcosa che permetta a una centralina di “sapere” cosa sta facendo la copertura. In questo caso ci viene incontro l’encoder: un circuito elettronico che ha il compito di dialogare con la centralina per aiutarla a conoscere il comportamento della copertura.

Calettiamo perciò sull’albero motore un disco con dei settori e mettiamo in prossimità un sensore che riesce a leggere quanti settori passano sotto di lui nell’unità di tempo. Questo permette di conoscere quanti giri fa il motore e di conseguenza, tramite software, a sapere quanta strada ha percorso la copertura. Il canale A perciò conosce la velocità ma non sa se la copertura si sta avvolgendo (apertura della vasca) o svolgendo (chiusura della vasca).

encoder

Aggiungiamo perciò una seconda pista, sfalsata rispetto alla prima che rappresenta il canale B: in questo caso il sensore deve leggere 2 segnali. Se legge prima il segnale B rispetto al segnale A, la centralina riconosce un verso di rotazione (ad esempio orario) mentre se il sensore legge prima il segnale A rispetto a B la centralina sa che la rotazione è opposta rispetto a prima. La centralina pertanto conosce anche il verso di rotazione.

BASI ARDUINO
Arduino: encoder conta impulsi-giri motore | Lucio Sciamanna
Senso di rotazione:
CCW=Antiorario CW=Orario

La precisione è dettata dal numero di settori del disco: maggiore è il numero di settori sul disco, maggiore sarà la precisione di posizionamento dell’albero motore. Per fare un esempio:

Appare chiaro che all’aumentare del numero di settori, è possibile conoscere con maggior precisione la posizione angolare dell’albero.

Ovviamente la precisione della posizione angolare è legata al fattore costo (maggiore precisione comporta un costo proporzionalmente maggiore) ma anche al sistema in cui è installato: nel caso specifico, essendo un motore con elevato rapporto di riduzione, ad ogni giro dell’albero di uscita del riduttore meccanico corrispondono circa 500 giri dell’albero del motore elettrico. Non ha pertanto senso spingersi a risoluzioni estreme dell’encoder.

Un’alternativa è rappresentata dall’encoder di tipo magnetico: utilizza un sistema di rilevazione dei segnali basato sulla variazione del flusso magnetico generato da un magnete (a più coppie polari) calettato sull’albero del motore elettrico di fronte al sensore saldato sulla scheda encoder stessa.

Tra i vantaggi di questa soluzione vi è l’assenza di contatto che si traduce in assenza di usura (non richiede manutenzione ed ha una durabilità potenzialmente infinita). Ulteriori vantaggi sono la resistenza in ambienti gravosi che richiedono un’elevata robustezza, velocità e resistenza termica, garantendo al tempo stesso un’affidabilità ottimale nella generazione dei segnali.

Il segnale sfrutta l’effetto Hall che non è altro che la formazione di una differenza di potenziale (detta tensione di Hall) sulle facce opposte di un conduttore elettrico dovuta a un campo magnetico perpendicolare alla corrente elettrica che scorre in esso. La variazione del campo magnetico determina tale tensione.

Poiché le tensioni in gioco sono basse, i cavi dell’encoder devono essere schermati per evitare possibili correnti parassite che porterebbero la centralina a non leggere il segnale causando un malfunzionamento del sistema.

21
Apr, 2021

ACCIAIO INOX E CORROSIONE

Uno dei materiali che tende a resistere a corrosione è l’acciaio inox (definito come acciaio con almeno il 10% di cromo). L’aggiunta di cromo provoca la passivazione (formazione di uno strato di ossido stabile con spessore di pochi micron) sulla superficie. Di conseguenza, l’acciaio inox non si corrode facilmente o si macchia a contatto con l’acqua come accade per l’acciaio al carbonio. Tuttavia, in alcune circostanze, lo strato di passivazione può spezzarsi, provocando un attacco locale come la corrosione alveolare. La corrosione alveolare non consente però la previsione della durata come ad esempio avviene per i rivestimenti allo zinco. In generale, per una data applicazione, occorre selezionare una qualità di acciaio stabile e che non dimostra corrosione nell’ambiente dato.

Un’altra grave forma di corrosione legata all’acciaio inox è la tensocorrosione. L’acciaio inox austenitico può essere soggetto a questa forma di corrosione in ambienti specifici altamente aggressivi, come le piscine coperte. In tali casi, per alcune applicazioni occorre utilizzare qualità di acciaio altamente resistenti alla corrosione, ad es. qualità con contenuto di molibdeno superiore al 6%

A FAVORE DELLA CORROSIONE…

La previsione della corrosione è abbastanza aleatoria ma ci sono dei parametri che contribuiscono notevolmente all’innescare i fenomeni della corrosione (in ordine di importanza)

  1. Concentrazione dell’agente aggressivo
  2. Temperatura dell’agente aggressivo
  3. velocità del fluido sulle pareti del materiale
  4. Finitura superficiale del prodotto

Per queste ragioni è bene conoscere l’ambiente in cui andrà a lavorare il prodotto

La resistenza dell’acciaio inox contro la corrosione alveolare può essere stimata approssimativamente attraverso l’indice PREN (acronimo di Pitting Resistance Equivalent Number ovvero il numero equivalente di resistenza alla vaiolatura). l’indice PREN si basa sulla composizione chimica dell’acciaio considerando la quantità di cromo, molibdeno e azoto. In letteratura, per tale calcolo vengono indicate varie equazioni. Le equazioni più comuni sono:

La formula in alto vale per Mo<3%,
quella in basso per Mo≥3%

In generale, acciai con un PREN>32 possono essere ritenuti resistenti agli ambienti marini.

Il PREN però è pensato come indice di resistenza al pitting, quindi ogni altro tipo di ambiente diverso da quello specifico per l’innesco di tale corrosione non è da considerarsi attendibile così come non è attendibile il suo confronto tra famiglie di acciai diversi: due acciai inossidabili con PREN identico, si comporteranno in maniera analoga in fase di “corrosione” potranno essere totalmente diversi in fase di ripassivazione.

TIPOLOGIE DI ACCIAIO INOX

Principalmente gli acciai inox si dividono in 3 grandi famiglie:

  • martensitici
  • ferritici
  • austenitici

I martensitici sono acciai contenenti solo cromo in percentuale variabile tra 11% e 18% con piccole quantità di altri elementi in lega. Possono aumentare le loro caratteristiche meccaniche tramite trattamenti termici in quanto sono gli unici a poter essere temprati oltre che a garantire una buona lavorabilità per deformazione plastica (specie a caldo) e discreta truciolabilità nella sua versione solforata

I ferritici sono anch’essi acciai contenenti solo cromo ma la percentuale aumenta fino a valori tra 16% e 28% ma contrariamente a prima non possono subile trattamenti termici per innalzarne le caratteristiche meccaniche. Al contrario vi è ora una buona lavorazione per deformazione plastica sia a caldo che a freddo euna buona saldabilità

Gli austenitici presentano invece oltre al cromo in percentuale compresa tra 17% e 26% anche nichel in percentuale tra 7% e 22%. Qui la lavorabilità per deformazione plastica a freddo è buona (soprattutto se per imbutitura) e la lavorabilità alle macchine utensili oltre che la saldabilità.

Esiste però una famiglia “mix” tra gli austenitici e i ferritici chiamati acciai Duplex dove la struttura dell’acciaio si presenta sua come austenitica (acrbonio interstiziale nel reticolo ferro gamma cubico a facce centrate) che ferritica (carbonio interstiziale nel reticolo ferro alfa cubico a corpo centrato) generando maggior resistenza alla corrosione sotto stress oltre che caratteristiche meccaniche e di saldatura superiori a quelle dei ferritici semplici.

Classificazione dei più comuni acciai inox

Resta inteso che la scelta della tipologia dell’acciaio inox è legata non solo alla sua resistenza alla corrosione ma anche alla sua resistenza meccanica e lavorabilità

EVITARE LA CORROSIONE GALVANICA

La corrosione galvanica può essere evitata attraverso la giusta scelta della combinazione di materiali. Tuttavia, ciò non è sempre possibile e a volte occorre considerare altre misure.

Per ridurre al minimo la corrosione galvanica, la differenza nel potenziale di corrosione libera tra i materiali deve essere più bassa possibile e/o il rapporto tra la superficie del metallo più nobile e quella del metallo meno nobile deve essere molto alto. Il potenziale di corrosione libera dipende dal potenziale standard, un valore termodinamico dato per ciascun metallo e l’ambiente corrosivo. Maggiore è il potenziale, più nobile è il metallo. Il contatto con un metallo con potenziale minore provoca la corrosione galvanica del metallo meno nobile. Da qui la possibilità di valutare l’applicazione di anodi sacrificali per eliminare (o meglio, ridurre quanto più possibile) la corrosione del materiale da proteggere.

Potenziale di corrosione in acqua marina
14
Apr, 2021

RICORDI…

Esattamente 4 anni fa ero in un’altra azienda, periodo prima di Pasqua e necessità secondo il progetto KAIZEN (magari in futuro scriverò un post su cos’è il kaizen ma vi assicuro che non è una parolaccia!) di dover rivoluzionare completamente l’azienda nel suo layout… E per velocizzare il tutto nessuno è stato escluso da dare una mano quindi ecco a voi l’ingegnere mulettista 🙂

Chi ha detto che che non sono un uomo d’azione?
14
Apr, 2021

PROTEGGERSI DALLA CORROSIONE

Spiegato il fenomeno della corrosione e le varie tipologie di corrosione la domanda è: come ci si può proteggere? Per minimizzare i fenomeni di corrosione si opera in uno o più dei seguenti modi:

  • Difesa passiva aumentando la resistenza totale del circuito di corrosione (vernici, pitture isolanti, rivestimenti con bitume e catrame);
  • Eliminando o riducendo le cause di formazione delle “pile” (uso di metalli nobili o passivanti, utilizzo di metalli simili);
  • Difesa attiva invertendo i processi di natura elettronica eliminando le cause che provocano la corrosione.

RIVESTIMENTO METALLICI NELLE LEGHE BASE FERRO

  • Cadmio: il rivestimento al cadmio è ottenuto principalmente per elettrodeposizione; hanno spesso funzione estetica e si impiegano molto nel campo elettrico. Presentano una buona resistenza a corrosione ma inferiore a quella offerta dallo zinco. I sali di cadmio presentano tossicità pertanto occorre fare attenzione a dove viene impiegata questa tipologia di protezione
  • Piombo: avviene generalmente per immersione a caldo o per elettrodeposizione, è diffuso nelle apparecchiature chimiche data la buona resistenza offerta dal materiale. Anche in questo caso per la tossicità dei sali di piombo occorre prestare attenzione a dove viene impiegata la protezione.
  • Alluminio: ottenuto mediante immersione in alluminio fuso con silicio o zinco, non si ottiene una protezione catodica ma una vera e propria barriera contro gli agenti esterni. Con questo procedimento si ottengono valori di protezione elevata contro la corrosione a caldo (800÷900°C).
  • Stagnatura a immersione: consiste nell’immersione del prodotto in un bagno di stagno fuso alla temperatura di 310°C previo decapaggio delle superfici e immersione in flusso disossidante (cloruro di zinco e cloruro di ammonio) per ridurre le tensioni superficiali tra stagno e lega. A seguito del processo si raggiunge un rivestimento minimo di 24 g/m2.
  • Stagnatura elettrolitica: la lega viene posta in un bagno elettrolitico dove gli elettrodi sono costituiti da barre di stagno purissimo. Regolano opportunamente la corrente è possibile ottenere uno spessore di deposito desiderato. Successivamente si ottiene la passivazione che agisce da protettivo contro aria e agenti atmosferici.
  • Nichel: spesso utilizzato come elemento decorativo oltre a protezione negli ambienti chimici, viene depositato con spessore fino a 300μm conferendo un elevata protezione agli ambienti industriali, , agli alcali, …
  • Cromo: ottenuto per elettrolisi dell’acido cromico in presenza di un catalizzatore (acido solforico o acido fluoridrico o acido fluorosilicico in piccole percentuali) si deposita sul materiale con spessori di 200÷300μm dando aspetto lucente oltre che un’elevata resistenza a corrosione e ad usura.
  • Nichel + cromo: impropriamente denominate cromature consistono in un rivestimento di nichel con spessori di 20÷50μm e sopra uno strato di cromo di 0,2÷0,8μm conferendo oltre all’aspetto estetico una buona resistenza a corrosione atmosferica.
  • Rame: deve essere protetto a sua volta con lacche o altri trattamenti superficiali per resistere a ossidazione. Principalmente viene usata la ramatura nei circuiti stampati e nell’industria tipografica.
  • Materiali preziosi: il rivestimento si ottiene in genere con bagni cianidrici e non risente dell’ossidazione; vengono utilizzati nell’industria elettronica e nei circuiti stampati.

METALLIZZAZIONE

Consiste nel proiettare zinco polverizzato sulla superficie da proteggere mediante pistole ossiacetileniche o ad arco voltaico. Indispensabile è la perfetta pulizia della superficie e la sabbiatura della stessa in modo da renderla ruvida facilitando l’ancoraggio dello zinco fuso.

Processo di metallizzazione con cannello ossiacetilenico

PLACCATURA

Consiste nel far aderire al foglio di lamiera metallica da proteggere un lamierino di rivestimento mediante onda d’urto esplosiva o tramite laminazione a caldo creando una compenetrazione dei cristalli. Generalmente questo processo viene eseguito su lastre d’acciaio o di leghe leggere.


Pacco di lamiere pronte per essere placcate mediante metodo “colclad”

PROTEZIONE CATODICA

Il metodo galvanico (chiamato anche protezione con anodi solubili) consiste nella realizzazione di una coppia galvanica in cui il materiale da proteggere (catodo) abbia un valore di elettronegatività più basso di quello del materiale ricoprente (anodo di Zn o Al): si ottiene una corrente in direzione del materiale da proteggere il quale non cedendo elettroni cessa la sua corrosione. Lo svantaggio però consiste nell’usura dell’anodo che dovrà essere sostituito. Questo metodo è un ottimo protettivo per componenti soggetti a corrosione nel terreno.

Il metodo elettrolitico, a differenza del precedente si applica una corrente elettrica di 0,05÷10 mA in modo che il materiale da proteggere si comporti da catodo.

Schema di protezione galvanica
Schema di protezione elettrolitica

ZINCATURA

Il vantaggio principale della zincatura elettrolitica consiste nella grande economicità del processo grazie al minor consumo di zinco rispetto al procedimento termico. Lo zinco forma molti sali solubili e, sotto determinate condizioni, può essere elettrodepositato da soluzioni acide e da soluzioni alcaline, quindi a seconda delle esigenze di produzione si possono effettuare lavorazione varie. I rivestimenti elettrolitici di zinco possono essere migliorati nell’aspetto e nel
potere protettivo con un trattamento finale di “passivazione” o “cromatazione”.
E’ importante ottenere depositi di zinco puro, poiché la presenza in essi di metalli estranei può accelerare di molto la corrosione atmosferica. Sotto questo punto di vista le soluzioni acide al solfato sono da preferirsi a quelle al cianuro, perché c’è minore tendenza di passaggio di impurezze metalliche dagli anodi ai depositi nei bagni al solfato che in quelli al cianuro, nei quali ultimi i potenziali di scarica di parecchi dei metalli sono molto vicini. Un esempio è dato dall’ottonatura (elettrodeposizione di leghe), nella quale lo zinco e il rame sono depositati simultaneamente solo dalle loro soluzioni di cianuri, mentre è pressoché impossibile depositarli da soluzioni acide

Esempio di impianto per
zincatura elettrolitica

La zincatura per immersione a caldo è il più diffuso dei processi di protezione delle leghe base ferro ottenuto per immersione in zinco fuso alla temperatura di 450-460°C che consente il formarsi di un rivestimento metallico protettivo. Un esame metallografico del manufatto rivelerà una serie di strati intermedi di lega Fe-Zn simili a quelle ottenibili dal diagramma di equilibrio con spessori di 70÷120µm che isola dagli agenti corrosivi, conferisce durezza superficiale e forma una barriera elettrochimica dato il comportamento anodico rispetto alla lega base ferro.

La zincatura laminare a freddo (denominata anche “zinc-o-fix”) è un procedimento nato negli anni ’70 e consiste nell’applicazione di un adesivo di zinco estremamente puro (99,9%) di spessore 80÷100µm che permette di formare una pila galvanica nel caso di infiltrazione in cui il catodo è la superficie metallica. Questo procedimento è ottimo come protezione da corrosione atmosferica e nel terreno ma non in acqua.

La sherardizzazione infine consiste nella diffusione dello zinco nell’acciaio. Il manufatto viene posto in cassoni in cui è posto il cementante e portati a 300÷400°C per diverse ore. Si ottiene un rivestimento composto da strati di lega Fe-Zn con spessore funzione del tempo di permanenza. Questo trattamento consente di ottenere uno spessore di protettivo uniforme in su tutta la superficie del pezzo.

…E LE VERNICI?

La vernice è un materiale fluido che viene steso sopra una superfici con scopo sia estetico che di protezione. E’ costituita da un componente filmogeno con caratteristiche adesive (legante), da un solvente che lo rende fluido e infine, da un agente plastificante che ne migliora le caratteristiche elastiche una volta essiccata. Alcune vernici sono costituite da plastica/gomma liquida che una volta essiccata può essere anche rimossa in modo più agevole rispetto alla vernice tradizionale. Il processo di formazione della pellicola dipende essenzialmente dalla natura del componente filmogeno: oli siccativi (olio di lino cotto), resine naturali (copale), cellulosa e vari tipi di resine sintetiche (acriliche, viniliche, poliestere, fenoliche, epossidiche, poliuretaniche e alchidiche). Generalmente subiscono un processo di invecchiamento cosiddetto nobile, consumandosi lentamente senza spellarsi, dando l’opportunità di una manutenzione più semplice.