Categoria: Ingegneria, Tecnologie, Robotica, Meccatronica, Energia e Cenni di scienze

Il valore aggiunto delle TECNOLOGIE viste da un punto di vista ingegneristico: Tecnologie edili, meccaniche, motoristiche e dei materiali. Cenni di scienze accompagnano l’approfondimento dei concetti fondamentali.

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Tecnologia ad infrarossi per l’edilizia

I problemi edili sono spesso nascosti e quasi impossibili da individuare. Grazie alla tecnologia ad infrarossi è però possibile rilevare rapidamente sprechi energetici, infiltrazioni, fuoriuscite d’aria, umidità, isolamento non corretto e problemi elettrici.

La tecnologia moderna infatti mette a disposizione un particolare strumento in grado di rilevare tutti gli inconvenienti appena elencati, si tratta della “termocamera ad infrarossi“. E’ in grado di fare un’ispezione non distruttiva dell’intera abitazione in ogni punto, anche il più difficile da raggiungere. Non distruttiva significa che tramite gli infrarossi è in grado di vedere attraverso i muri, (senza dover effettuare lavori a “caso” con gli ingenti problemi che ne conseguono in termini di spesa, di tempo e calcinacci inutili) e rilevare il calore emesso verso l’esterno dall’abitazione. Ma non solo…

Gli strumenti più moderni della categoria sono in grado di generare automaticamente un report in pdf con le immagini e i dati da voi rilevati, sono inoltre in grado di farvi realizzare delle annotazioni vocali e di collegarsi in wireless al computer per il download di tutti i dati. Nulla sfuggirà ad un vostro attento controllo.

termocamera_controlli_isolamenti_edili_3.jpg

Nell’immagine è possibile osservare un tecnico che effettua un rilevamento
delle aree di un edificio dal quale fuoriescono quantità eccessive di calore.
In Rosso ovviamente le zone che lasciano passare abbondanti quantità di
calore e in blu le zone che non manifestano dispersioni energetiche.
Immagine tratta da una ricerca sul web. Se siete i proprietari del diritto d’autore dell’immagine,
potete chiederne la rimozione o indicarci il copyright da specificare. Image taken from research
on the web. If you own the copyright of the image, you can request its removal or indicate the
copyright to be specified.
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Progettare supercar: mercato e compromessi

Ci sono diversi modi, più che altro logiche, attraverso le quali si può dar vita ad una supercar. Una volta tali logiche erano pure. Questo significa che quando si pensava ad una vettura dalle prestazioni altamente sportive e quando poi la si progettava, si pensava esclusivamente all’aspetto tecnico della vettura ed alle emozioni che essa poteva offrire durante la guida o semplicemente osservandola. I tempi poi sono cambiati, si è scelto di dare una grande priorità alle esigenze di vivibilità del mezzo e agli sfizi atti a soddisfare le persone che possono permetterseli. Quindi si è iniziato a progettare vetture prestanti e allo stesso tempo ricche di accessori inutili per una sportiva purosangue. Del resto vetture di un certo calibro vengono acquistate da persone con ampie possibilità economiche che spesso non ricercano prodotti senza compromessi, bensì prodotti ricchi di compromessi:

  • Deve correre tanto ma non devo fare rumore se parcheggio la sera davanti un lussuoso ristorante. Così è nato il sistema che la Ferrari usa per silenziare gli scarichi sotto un certo numero di giri e aprirli sopra tale regime. Un dispositivo tecnicamente più che inutile ma realizzato per vendere una vettura a chi può permettersela, e chi può permettersela vuole questo. Logico che la Ferrari si adatti altrimenti non venderebbe.
  • Deve sembrare la F1 di schumacher ma deve avere gli interni in pelle, l’aria condizionata, finiture in legno, l’impianto stereo di alto livello, i sedili riscaldati che all’occorrenza praticano sfiziosi massaggi…
  • Deve avere l’aspetto di una vettura del campionato FIA-GT ma non deve farmi sentire le buche e le sconnessioni dell’asfalto, deve essere bassa ma non toccare sotto se vado in città…
  • Deve dare l’idea che sono un grande intenditore di auto da corsa ma con le stesse gomme deve tenere la strada in condizioni di forte caldo, clima temperato, pioggia, freddo invernale.
  • Deve avere oltre 100 cavalli litro, un motore esasperato e generoso ma non deve mancare lo scaldavivande integrato nel cruscotto… un pò come realizzare la vettura più leggera e potente da schierare in pista e poi metterle la zavorra.

L’attuale stadio di rovina delle supercar sta nel ricercare potenze sempre più elevate ed elettroniche sempre più sofisticate per poterle gestire. Le attuali supercar sono molto guidabili anche da persone che tutto sono fuorchè abili piloti.

  • Devono avere ormai potenze prossime ai 600-700 Cavalli e un’elettronica in grado di bypassare un guidatore che in effetti non è un pilota e che, per di più, sta guidando su una normale strada con tutti gli imprevisti annessi.
  • Devono avere un sistema frenante da vera F1 e tanti controlli che operino sulle scelte di chi guida perchè con tali sistemi frenanti diventa davvero difficile decelerare mantenendo il mezzo stabile anche se si prendono imperfezioni dell’asfalto o si fa l’errore di sterzare.
  • Devono essere “troppo in tutto” e avere un valido rimedio ad ogni eccesso.

Tecnicamente, progettualmente e dinamicamente una delle vetture migliori sotto ogni punto di vista rimane ancora oggi la Ferrari F40, una vettura dal motore di dimensioni contenute, dalle prestazioni brillanti, dall’aspetto cattivo e spartano e, a detta di tanti tester, una delle vetture più guidabili tra quelle in grado di superare egregiamente i 300km/h. Ebbene se la Ferrari F40 fosse in vendita oggi, sarebbe un totale fallimento sotto il punto di vista economico. Le persone che economicamente potrebbero permettersela non la sceglierebbero perchè sarebbe ritenuta scomoda, poco rifinita, scarsamente accessoriata, con un abitacolo che non sembra un cockpit di un aereo, interni per nulla fashion e, cosa da non sottovalutare, avrebbe “numeri” troppo piccoli o comunque non sufficienti per poterli sfoggiare durante una chiacchierata: solo 3.000 centimetri cubici, solo 478 cavalli, solo 8 cilindri… Infondo solo una vettura che fa capire se chi la guida è un vero pilota o un normale guidatore. E’ strana la vita, ci sono appassionati purosangue che farebbero ballare certe vetture ma, ironia della sorte, simili vetture sono destinate ad altri.

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Splendido esemplare di Ferrari F40 LM
Image’s copyright: joesackey.com
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Non lasciate il mondo agli stupidi: Pannelli solari Thin Film

Rubrica: Impianti fotovoltaici; Ci sono un italiano uno svizzero e un tedesco -3-

Titolo o argomento: Pannelli fotovoltaici di nuova generazione “Thin Film”

Non lasciate il mondo agli stupidi, un titolo forte, ma non è venuto in mente a me. Si tratta dello slogan pubblicitario di un’imponente azienda tedesca che produce i pannelli solari di nuova generazione: “Thin film”. Sono pannelli ultrasottili con rendimenti ancora più elevati dei tradizionali in commercio di questi tempi. Costano oltre tre volte meno, si installano con una facilità estrema  e non necessitano nemmeno di una vite per essere montati.

In Germania continuano a darsi da fare verso la direzione delle energie rinnovabili. Si danno da fare e ottengono grandi risultati. Nel giro dei prossimi 4 o 5 anni non dipenderanno più da altri paesi per il fabbisogno energetico. I governi e gli schieramenti  tedeschi dell’uno e l’altro lato si sono incontrati in pieno accordo per favorire questo sviluppo. In Germania una legge chiarissima di sole 10 pagine illustra tutte le regole e le modalità da rispettare, in Italia oltre 17 leggi non riescono a comunicare nient’altro che confusione.

Ad un importante convegno internazionale per la presentazione dei nuovi pannelli solari “Thin film” indovinate quale paese mancava? L’Italia. Nessuno si è presentato per rappresentare la nostra nazione. Ci sarei andato volentieri io 😀

Giappone, Germania, Francia, Olanda, Stati Uniti, Austria… e chi più ne ha più ne metta, tutti interessati ai nuovi pannelli solari “Thin film”. La principale azienda tedesca che li produce è passata in breve da pochi milioni di euro l’anno di fatturato a ben diverse centinaia di milioni di euro. E tutto questo nonostante la crisi. Il settore delle energie rinnovabili è in crescita ovunque… tranne che in Italia.

E le famiglie italiane interessate al solare che cosa hanno incontrato? Ovviamente BUROCRAZIA, BUROCRAZIA, BUROCRAZIA… Decine di carte, permessi, bollettini, marche da bollo e DIA per cosa? Per cercare di dare un mondo migliore e più pulito alle prossime generazioni. In Germania non occorre alcun permesso e nessuna spesa oltre ai pannelli stessi. Che bellezza.

Possiamo vincere tutti i mondiali di calcio che vogliamo ma altri paesi del mondo sono in grado di vincere partite che faranno vivere il pianeta e i nostri figli. Non credo sia proprio la stessa cosa.

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In Germania il mercato del fotovoltaico da posti di lavoro a centinaia di persone in più al mese, offre risparmi allo stato quantificabili in miliardi di euro l’anno di energia non più acquistata all’estero, riduce in modo massiccio l’immissione di anidride carbonica nell’aria.
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Ridurre l’inquinamento con la pipì. Cose da pazzi?

Nemmeno tanto

Non è una novità ma molti ancora non la conoscono

Vi è mai capitato quando eravate neopatentati e alle prese con la vostra prima auto di non avere il denaro a disposizione per la benzina e vostro padre o vostro nonno almeno  una volta simpaticamente vi ha detto:”Non hai la benzina? Facci la pipì dentro!”

 Ebbene la Mercedes ci è andata vicino. Solo che in questo caso l’urea (sostanza presente nell’urina) non viene introdotta nel serbatoio del carburante ma viene immessa all’interno dello scarico per abbattere le sostanze inquinanti. Vediamo come.

 L’urea riscaldata genera ammoniaca (NH3 , ovvero 1 atono di Azoto e 3 di idrogeno). I gas di scarico invece sono ricchi di Ossidi di Azoto (NO e NO2). Quando ammoniaca e ossidi di azoto si incontrano su un metallo catalizzatore (fatto generalmente di platino, palladio o rodio) si verifica il distacco degli atomi di ossigeno dagli NOx che si legano con l’idrogeno rubato all’ammoniaca. In tal modo, alla fine, otteniamo semplicemente: acqua pura “H2O” e azoto “N2“). Un’idea a dir poco geniale. In termini chimici ecco la reazione in dettaglio:

NO+NO2+2NH3 = 2N2+3H2O

Una molecola di ossido di azoto + una di biossido di azoto + due molecole di ammoniaca formano (con un opportuno catalizzatore) due molecole di azoto e 3 molecole di acqua.

 Naturalmente questa notizia potrebbe generare ilarità nella clientela e non solo, ragione per cui all’urea è stato assegnato il soprannome “AdBlue” e all’intero sistema comprensivo di apposito catalizzatore (installato nell’impianto di scarico assieme a ben altri 3 dispositivi quali: catalizzatore ossidante, filtro antiparticolato e catalizzatore ceramico selettivo SCR) è stato dato il nome “BlueTec”. Ah il Marketing 😀

Note. Ma i vecchi catalizzatori, quando terminano la loro vita utile, nel raro caso in cui vengano sostituiti, dove vanno a finire? Quattro dispositivi su un sistema di scarico cercano di ridurre l’inquinamento atmosferico ma, vista la fondamentale legge chimica che afferma:“Nulla si crea, nulla si distrugge, ma tutto si trasforma”, bisogna considerare quanto siano in parte inquinanti e in parte riciclabili dopo…

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Batterie: energia pura inscatolata

Impiego e tipologia delle batterie più usate per l’autotrazione (batterie di avviamento)

Esistono oggi diverse tipologie di batterie destinate a mezzi motorizzati (auto, moto, scooter, veicoli commerciali, imbarcazioni, macchine movimento terra, mezzi pesanti…), di seguito riportiamo un semplice schema per individare ogni tipo di batteria ed il suo impiego:

Batterie GEL

Le batterie al gel sono batterie al Piombo-Calcio in cui le piastre positive e negative sono immerse in una soluzione gelatinosa. Sono batterie ermetiche sigillate e non hanno bisogno di manutenzione. Vengono solitamente utilizzate in situazioni di uso intenso della batteria. La loro robustezza le rende particolarmente adatte per l’utilizzo in moto, fuori-strada, macchine operatrici ed imbarcazioni.

Batterie DRY

Le batterie dry sono batterie al Piombo-Calcio, la soluzione elettrolitica in questo caso è trattenuta da separatori in microfibribra posti tra le piastre. Come le batterie al gel sono ermetiche e ad alte prestazioni.

Batterie WET

Sono batterie al Piombo in cui le piastre positive e negative sono immerse in una soluzione acquosa di acido solforico. Possono essere ermetiche o dotate di tappi per la manutenzione. Questo tipo di batteria è più usata nel settore automobilistico.

Batterie AGM

Le batterie a ricombinazione di gas (AGM) sono batterie a banda continua in Piombo-Stagno in cui la stessa piastra, la soluzione elettrolitica ed i separatori in fibre polimeriche e silicio sono avvolti a spirale. Sono batterie senza manutenzione, ad elevato spunto all’avviamento studiate appositamente per l’utilizzo in situazioni estreme e gravose. Resistono a cicli di carica e scarica intensi.

Note

Vi ricordo che quando ricaricate una qualunque batteria per auto, moto, camper, barca, ecc. è importante utilizzare cicli di ricarica che operano ad 1/10 dell’amperaggio della batteria stessa (per una batteria per moto con un amperaggio di 6 Ampere, l’ideale è una ricarica con un’intensità di corrente di circa 0,6-1A); soprattutto se questa risulta particolarmente scarica e con una tensione sotto i 3 Volt. Situazione che si verifica ad esempio quando lasciate la moto ferma nei mesi invernali. Sebbene scolleghiate i cavetti o meglio solo il fusibile indicato dal vostro manuale di uso e manutenzione, a primavera notate che spesso la moto stenta ad avviarsi. I moderni caricabatterie dispongono di processori in grado di informarsi sullo stato della batteria e di operare opportune ricariche atte a non rovinare le prestazioni della batteria.

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Risparmio energetico – Efficienza dei LED

Una nota casa produttrice di lampadine ha condotto uno studio interamente basato sull’analisi del ciclo di vita (LCA) dei led e lo ha messo a confronto con quello delle normali lampadine. I calcoli includevano anche l’energia utilizzata durante il processo produttivo. E’ inevitabilmente emerso che i LED godono di una netta maggiore efficienza anche tenendo conto dell’energia assorbita per produrli.

Il responso ha messo in evidenza che nel corso del proprio ciclo di vita, dalla produzione all’utilizzo, le lampadine a incandescenza (ovvero le tradizionali lampadine di sempre) assorbono ben 5 volte l’energia utilizzata dalle lampade fluorescenti compatte CFL (ovvero le lampade più conosciute come “a risparmio energetico”) e dai LED.

E’ emerso che sia le lampagine a risparmio energetico che quelle a LED utilizzano nel corso della loro vita utile meno di 670 KWh (chilowatt ora) mentre le normali lampadine ad incandescenza si spingono ben oltre i 3.000 KWh (circa 3.300 KWh) con un risparmio che raggiunge lo spaventoso valore dell’80%.

Le case produttrici di questa ormai nota tecnologia dichiarano di poter migliorare ancora i rendimenti dei sistemi di illuminazione a LED e non hanno incertezze nell’affermare la possibilità di raggiungere un rendimento 6 volte superiore a quello delle lampadine ad incandescenza.

Ricordiamo che oltre il conteggio energetico che va dalla produzione all’uso di lampade a led si è tenuto conto anche delle varie emissioni prodotte dai gas serra, il potenziale di pioggia acida, l’eutrofizzazione ed il rilascio di componenti chimici pericolosi. I LED rientrano efficientemente nei requisiti degli standard internazionali ISO.

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Simili sistemi di illuminazione sono consigliati soprattuto in negozi e locali pubblici dove i faretti alogeni portano i consumi letteralmente alle stelle.
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La cottura dei primi telai in carbonio della Ferrari

Rubrica: Che cos’è un’autoclave?

Titolo o argomento: La cottura dei primi telai in carbonio della Ferrari

Le scocche delle Ferrari 126 C3 e 126 C4 utilizzavano pannelli composti da due strati di fibre (carbonio e kevlar) con all’interno una struttura a nido d’api. All’interno dell’autoclave veniva posto lo stampo del pezzo da cuocere; al suo interno veniva stesa la prima pelle di fibra, il materiale a nido d’api ed infine la seconda pelle. Lo stampo veniva sigillato con una sorta di sacco di plastica a tenuta stagna. Tramite una presa d’aria veniva ottenuto il vuoto all’interno del sacco. Il ciclo termico durava dalle due ore e mezzo alle sei ore a seconda della sua complessità. Opportune sonde venivano posizionate lungo l’intero pezzo da cuocere per poter verificare la temperatura nei vari punti. Il buon bilanciamento delle variabili vuoto pressione temperatura permetteva (e permette tutt’ora) di ottenere precisioni dimensionali notevoli. In breve ecco le tre fasi del processo di cottura adottato per le Ferrari 126 C3 e 126 C4:

1. Si parte con una pressione di meno un’atmosfera (-1 kg/cm2) che agisce sul pezzo mentre la temperatura è quella ambientale. Per alcuni minuti viene aumentata la pressione e si controlla se ci sono perdite. Successivamente si inizia a scaldare l’autoclave. La temperatura sale, la resina si scioglie e bagna il pezzo in tutti i punti. Si stabilizza la temperatura intorno ai 120/180°C che rappresentano il punto di polimerizzazione.

2. Si lasciano costanti i valori di pressione e temperatura in modo tale da spingere la resina in modo uniforme. Questo evita che ci siano dei punti vuoti e dei punti con sovrabbondanza di resina. Anche la pressione elevata aiuta la polimerizzazione.

3. Il pezzo è pronto , la resina è cotta, tuttavia è ancora debole. Si procede quindi ad un leggero raffreddamento totale e ad estrarre il pezzo dall’autoclave. La durata del ciclo, oltre che dalla complessità del pezzo, dipende dal materiale adottato per realizzare lo stampo.

La tecnica descritta risale ad oltre 20 anni fa. Sebbene la fisica e la chimica non siano cambiate in questo intervallo di tempo, molti dettagli di questo processo si sono affinati ed evoluti. Alcune aziende descrivono tranquillamente i loro procedimenti attuali, altre preferiscono tenere per sé un metodo corretto in base alle loro conoscenze.

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Autoclave e tecnica

Rubrica: Che cos’è un’autoclave?

Titolo o argomento: Autoclave e tecnica

Detto in parole povere, un’autoclave non è altro che un contenitore in pressione scaldato. Un grosso forno sottovuoto dove vengono cotti pannelli compositi, fibre e resine. Lo scopo dell’autoclave è la polimerizzazione e cottura di fibre e resine mediante processi termici. Non vengono cotte solo le scocche, bensì anche alettoni, carrozzerie, deflettori, elementi aerodinamici aggiuntivi, pannelli vari…

Gli ingegneri della Formula1 (anche se oggi questa tecnica è estesa a molte più categorie: DTM, rally, superturismo, campionati GT, campionati prototipi…) progettano e forniscono alle ditte specializzate tutti i disegni ed i calcoli inerenti la disposizone e gli intrecci delle fibre di carbonio e kevlar. Questo, oltre ad accrescere la specializzazione dei fornitori del servizio, permette ai team di ottenere telai e componentistica realizzata ad hoc per le proprie esigenze progettuali.

Alcune squadre non affidano a terzi questo compito e decidono di produrre in casa tali componenti e testando metodi che poi resteranno segreti. Un’autoclave che riesce ad adempire a tali compiti, oggi, può costare cifre che si aggirano intorno ad alcune centinaia di migliaia d’euro. Una spesa tuttosommato sostenibile da grandi costruttori. Per chi, come me, non può acquistare una propria autoclave per la realizzazione di una determinata componentistica (di cui parlerò meglio in seguito) esistono particolari ditte che offrono esclusivamente il servizio di “cottura”. Su grandi volumi di produzione risulta senz’altro un metodo poco conveniente, ma per chi “sperimenta” o produce una “serie limitata” può essere una soluzione interessante.

Un’autoclave è composta da un recipiente in acciaio che può avere un diametro utile fino a 3 metri (nel caso di realizzazioni di tipo automobilistico) ed una lunghezza utile fino a 4,5 metri. Si possono raggiungere valori di temperatura e pressione simili a quelli di un pianeta inospitale come Marte. La pressione può raggiungere gli 8 bar e la temperatura può superare i 200°C. Esistono inoltre aziende in grado di produrre particolari autoclavi sulle specifiche richieste del cliente ma si tratta di un’opzione assai rara.

Stranamente la temperatura non viene innalzata sfruttando la corrente elettrica (e ne ignoro il motivo) bensì con l’ausilio di una particolare batteria posta all’interno dell’autoclave ed alimentata da olio diametrico. Una ventola di dimensioni assai generose provvede a distribuire il calore in maniera omogenea. Nella fase che prevede il raffreddamento del contenuto un’altra particolare batteria provvede ad alimentare questo processo.

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Schema autoclave

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Icebox – Struttura in legno per realizzare un negozio

Rubrica: Esisteranno materiali alternativi al cemento?

Titolo o argomento: Icebox – Struttura in legno per il negozio

Icebox e’ un particolare progetto di una struttura interamente realizzata in “legno” destinata ad uso laboratorio per la produzione del gelato con area vendita. I vantaggi indiscussi del progetto sono:

Un’elevata velocità di esecuzione del progetto.
Alta resa energetica.
Ecosostenibilità.
Utilizzo di un materiale caldo, accogliente, bello.
Elevata sicurezza in caso di sismi.

La struttura è posata su plinti ed è sollevata di 50 cm dalla strada; il piano di calpestio è costituito da un solaio con struttura in legno. La soletta rialzata diventa parete e poi, senza discontinuità, forma la copertura della struttura che sarà realizzata con pannelli in legno con isolante e impermeabilizzante. Il legno non è in vista ma, una volta isolato termicamente, viene rivestito con intonaco, elemento tradizionale dell’architettura padano-veneta. La parte piu’ chiusa, quella della produzione, dialoga con le ampie vetrate del lato vendita che guardano verso la campagna circostante e la vegetazione preservata sul retro.

La lunga rampa raccorda gli elementi divenendone essa stessa componente eccezionale. In un luogo di distratto e rapido attraversamento il colore gioca un ruolo essenziale: l’arancione della parete in contrasto con il grigio della pavimentazione e il crema della “C” pavimento-parete-tetto, attrae senza bisogno di ulteriori inutili richiami percettivi.

Progettisti: Navarrini Architetti e Associati.

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