come «rubare» energia al sole

APPLICAZIONE DELL'ACCIAIO INOSSIDABILE
COME «RUBARE»
ENERGIA AL SOLE
Prima parte
Una delle fonti energetiche alternative è oggi quella
solare. Per lo sfruttamento di quest'ultima sono utilizzati
pannelli solari piani, per la realizzazione dei quali viene
utilizzato acciaio inox a struttura austenitica e ferritica.
Analizziamo i criteri costruttivi delle piastre captanti.
di Fausto Capelli
Nello sfruttamento dell'energia solare si è soliti considerare tre grosse fasce di utilizzo: la prima che comprende tutti quei settori in cui si.richiedono
temperature basse di impiego (inferiori ai 100°C), relativa ai sistemi di
captazione piani; la seconda ove si
richiedono temperature molto più
elevate, relativa ai sistemi a concentrazione ed infine la fascia di utilizzo
delle celle fotovoltaiche che conver-
tono direttamente l'energia dei raggi
solari in energia elettrica.
In questo articolo viene presa in considerazione solamente la prima fascia, dei pannelli solari piani.
Al momento attuale il pannello solare
piano, può trovare una convenienza
economica soddisfacente in diversi
settori: in quello civile per la produzione di acquacaldaigienico-sanitaria, e in certi casi, anche per il riscal-
damento ambientale; in quello industriale, sempre per la produzione di
acqua calda uso igienico-sanitario o
per acque di processo; in quello agricolo per il riscaldamento di acque
(per esempio di impianti zootecnici);
per essiccatoi, ecc.
È assolutamente necessario, comunque, per definire la convenienza di un
impianto a pannelli solari piani, valutare analiticamente volta per volta le singole circostanze.
Nel caso, ad esempio, degli edifici ad
uso civile, è necessario distinguere se
si tratta di costruzioni preesistenti,
nelle quali il pannello si presenta come «accessorio» o di costruzioni nuove, nelle quali è possibile vedere il collettore come elemento facente parte
«integrante» della struttura stessa, per
il quale viene predisposto un apposito
«spazio» come per un serramento, per
un camino, per un aereatore, ecc.
In questo secondo caso l'edificio è
-1 -
Tabella 1 - Tipi di acciai inossidabili più frequentemente impiegati nella costruzione della piastra captante di collettori solari
piani. Designazione ed analisi chimica indicativa.
Designazione
X8CM7
X8CrMo17
X6CrTi17
Mn
max
Si
max
Cr
Ni
Mo
Altri elementi
Struttura
1
8-10,5
8-12
10,5-13,5
—
—
—
—
2-2,5
—
<
2
1
18-20
18H-20
16-18,5
1
1
1
1
0,040
0,040
0,040
0,040
1
1
1
1
—
16-18
16-18
16-18
0,5 max
17,5-19,5 1 max
2
316
430
434
430 Ti"
444"
0,12
0,12
0,08
0,025
304L
S
max
0,045 0,030
0,045 0,030
0,045 0,030
0,08
0,03
0,06
304
P
max
2
0,030
0,030
0,030
0,030
1
e
53
—
0,75-1,25
1,75-2,5
CO
TN=5xC min; 0,8 max
N=0,025 max/Nb
+ TM),2 + 4
(C+N) min; 0,8 max
Ferritic
X5CrNi1810
X2CrNi1811
X5CrNiMo1712
C
AlSI
( U S A ) max
con
UNI
(Italia)
Analisi Indicativa %
(*) Designazione non contemplata nella classificazione AlSI, ma commercialmente entrata in uso.
già concepitoquale «costruzione solare» in cui, eventualmente, possono anche inserirsi criteri costruttivi
ispirantisi a sistemi passivi (pareti
ben coibentate, forme ed orientamenti delle superfici esposte tali da
ottimizzare la risorsa energetica del
sole.ecc).
Risulta evidente che soprattutto in
un'ottica atta ad identificare il collettore solare quale elemento integrato
nella struttura, rivestono sempre più
importanza oltre le doti di rendimento
termico, quelle di durabilità ed affidabilità nel tempo. Di fondamentale importanza sono quindi i materiali costituenti il pannello, sia per la parte captante, sia per la struttura di contenimento che rimane costantemente
esposta agli agenti atmosferici.
In questa sede viene preso in considerazione il ruolo che la lamiera di acciaio inossidabile può avere in tale
campo con le proprie caratteristiche
meccaniche e di resistenza alla corrosione.
Acciai inossidabili impiegati per
le piastre captanti
Gli acciai inox che più diffusamente
vengono impiegati nel settore solare, per la costruzione dell'organo di
captazione sono quelli a struttura austenitica ed a struttura ferritica; vale
a dire quelli al cromo-nichel, al cromo-nichel-molibdeno ed al solo cromo.
Essi sono elencati nella tabella 1 con
la relativa composizione chimica e le
corrispondenze tra le principali sigle
unificate.
Nella tabella 2 sono illustrate le principali caratteristiche fisiche, delle
quali è necessario considerare i singoli valori per una corretta progettazione, soprattutto dal punto di vista
- 2 -
del rendimento termico.
Infine in tabella 3 sono radunate le
proprietà meccaniche più significative, necessarie per condurre le lavorazioni meccaniche e per contribuire
al calcolo delle pressioni massime
ammissibili dalla piastra in esercizio.
Criteri di scelta
Ci si domanderà, evidentemente, in
base a quali principi è opportuno
operare la scelta tra i materiali sopra
citati, in modo da poter garantire un
risultato tecnicamente valido e, nel
tempo, economicamente vantaggioso.
Gli acciai inox elencati in tabella 1,
hanno caratteristiche fisico-meccaniche e di resistenza alla corrosione
diverse tra di loro; sarà pertanto necessario, per un'adeguata scelta, te-
nere presente non solamente il
«mezzo» col quale il materiale è in
contatto, ma anche ii disegno ed il
processo tecnologico realizzativo
seguiti.
A tale scopo, vediamo quali sono le
peculiarità dei diversi materiali considerati: l'AISI 304 e l'AISI 304 L presentano ottime caratteristiche di lavorabilità a freddo, in particolare
stampaggio su spessori anche molto
diversi; garantiscono saldature di
buona tenacità, sia per quelle che
prevedono apporto di materiale, sia
per quelle a resistenza.
Dal punto di vista tenuta nei confronti
di fenomeni corrosivi, questi due acciai danno buoni risultati con le normali acque di acquedotto, anche se
addizionate a glicoli e ciò sia nei
confronti della corrosione «generalizzata» che dì quella «localizzata»
Tabella 2 - Principali caratteristiche fisiche degli acciai inossidabili considerati.
Designazione
UNI
(Italia)
Caratteristiche fisiche
AlSI Peso spec. Resistività
(U.S.A.)
g/cm3
spec.a20°C
[iQ-cm
X5CrNi1810
X2CrNi1811
X5CrNi
MO1712
X8Cr17
X8CrMo17
X6CrTi17
Coefficiente
didilataz.
termica
medio
termica
a100°C
cal/cm-sec. °C
0,039
0,039
0,039
0,062
0,062
0,062
0,064
8,06
8,06
72
72
17,3
17,3
74
16
430 Ti
8,06
7,78
7,78
7,78
444
7,8
304
304L
316
430
434
60
10,4
60
10
60
62
10,4
10
Conducibilità
Come «rubare»
energia al sole
di tale caratteristica del materiale.
Per l'AISI 316 valgono all'incirca le
stesse considerazioni riportate per
l'AISI 304 relativamente alla lavorabilità a freddo e alla sanabilità, mentre per la resistenza alla corrosione,
grazie essenzialmente all'aggiunta
del molibdeno, si hanno garanzie
certamente superiori sia per la corrosione «generalizzata» che per quella «localizzata».
Anche per tale materiale vale comunque il rischio di «corrosione sot-
Tabella 3 - Principali caratteristiche meccaniche degli acciai inossidabili considerati.
l'aggiunta di titanio nella versione
stabilizzata, consente saldature più
tenaci; tale elemento, infatti, contrasta l'ingrossamento del grano della
matrice ferritica nella zona sajdata
ed evita inoltre fenomeni di precipitazione di carburi di cromo. L'ingrossamento del grano in zona saldata e l'eventuale precipitazione di carburi di
cromo, possono portare, come conseguenza, una fragilizzazione del
punto saldato e creare anche le premesse per zone di corrosione preferenziali. La stabilizzazione anziché
con il titanio, può essere effettuata
con il niobio, perottenere così la versione 430 Nb.
La resistenza alla corrosione «generalizzata» e «localizzata» dei tipi sopra menzionati, è inferiore, in geneUNI
Allungarci. A min.
AISI Carico di rottura R
Carico di
rale, agli austenitici, mentre nell'am2
snervam.
Rp(o,2imin.
(Italia)
(USA)
%
Kgf/mm
2
bito dei ferritici l'AISI 434, avendo
Kgf/mm
un'aggiunta di molibdeno, si comporta
nel complesso meglio dei tipi della
X5CrNi1810 304
20
45
55+70
stessa famiglia. Grazie alla struttura
X2CrNi1811 304L
18
45
53+68
ferritica, infine, tali acciai resistono
bene a fenomeni «tenso-corrosivi». Il
X5CrNi
444, chiamato anche 18-2 (18% di
Mo1712
316
21
40
55-70
cromo e 2% di molibdeno), è un acX8CM7
430
26
22
45T€0
ciaio ferritico a bassi contenuti interX8CrMo17
434
22
50-70
28
stiziali (ELI); presenta una buona deformabilità
a freddo ed una discreta
X6CrTi17
430 Ti
52
31
30
sanabilità,
senz'altro superiore a
444
35
30
55
quella dei ferritici tradizionali. La sua
resistenza alla corrosione, proprio per
il fatto di possedere una matrice molto
(pitting, crevice, ecc), a patto che il to tensione», naturalmente però nei «pulita» e per l'aggiunta di elementi in
contenuto di ioni eloro liberi si man- confronti di liquidi ancorapiù aggres- lega quali il molibdeno ed il titanio, è
simile a quella degli austenitici, sotenga limitato alle normali tempera- sivi.
ture d'esercizio.
Anche per l'AISI 316, esiste la versio- prattutto nei confronti dell'acido gli—
L'AISI 304L si differenzia dall'AISI ne a basso carbonio l'AISI 316L colico.
304 per il minore contenuto in carbo- (C^0,03%), che dal punto di vista Ottima è la sua resistenza alla corronio (0,03% max), esso pertanto ha la corrosione generalizzata e localizzate
per «crevice» e avendo struttupossibilità di evitare fenomeni di pre- si comporta come l'AISI 316, ma evi- sione
ra ferritica è esente da fenomeni di
cipitazione di carburi di cromo al con- ta fenomeni di precipitazione di car- «stress-corrosion».
torno del grano della matrice auste- buri, per esempio in fase di saldatu- Come già evidenziato, i fenomeni
nitica, in tutti quei fenomeni che pre- ra e di conseguenza eventuali corrosoprattutto localizzati, suvedono una alterazione termica (per sioni intergranulari. Quest'ultimo corrosivi,
gli
acciai
inossidabili, sono dovuti
materiale e comunque scarsamente
es. durante la saldatura).
ai cloruri presenti
Tale peculiarità evita fenomeni di utilizzato in questo settore, anche essenzialmente
nell'acqua
che
costituisce
il fluido
corrosione intergranulare, anche se per il motivo evidenziato prima per termovettore.
la possibilità di precipitazione di car- l'AISI 304L; vale a dire l'improbabile
buri nelle zone termicamente alterate massiccia precipitazione di carburi Infatti l'azione degli ioni eloro, somadiacenti alle saldature, è abbastanza di cromo in fase di saldatura, grazie mata eventualmente a quella di altri
remota sugli spessori esigui adottati agli spessori molto modesti utilizzati. agenti, si può manifestare tanto più
per la costruzione delle piastre cap- L'AISI 430; l'AISI 434; il 430 Ti, hanno facilmente quanto maggiore è la loro
tanti. Questi infatti possono variare una attitudine alla deformazione pla- percentuale e tanto maggiore è la
stica a freddo inferiore ai tipi auste- temperatura di esercizio.
da 0,3 a 0,8 mm.
nitici sopra presentati ma, se scelti
Gli AISI 304 e 304L, essendo a strut- opportunamente i raggi di raccordo, Non è possibile, in pratica, con una
tura austenitica sono suscettibili di le velocità e le pressioni di deforma- certa precisione, stabilire dei valori
fenomeni di «tenso-corrosione», va- zione, non creano problemi nelle «soglia» di concentrazione e di temperatura, al di sotto dei quali la corrole a dire corrosioni che si sviluppano operazioni di stampaggio.
tutte le volte che esiste uno stato di Anche la sanabilità, specie con ap- sione non si innesca: in questo caso
tensione interna del materiale (nel porto di materiale, è inferiore ai tipi infatti il fenomeno di aggressione è
senso della trazione), unitamente al- austenitici, mentre hanno una buona estremamente aleatoriaed oltre a dil'azione di un agente aggressivo, attitudine alla saldatura per resisten- pendere dai due parametri sopra ciquale ad esempio l'acqua clorata.
za (v. nella tabella 2 il valore della re- tati, dipende anche da altri fattori,
quali la velocità del fluido a contatto
Sarà opportuno, quindi, nella scelta sistività specifica).
del disegno della piastra e della tec- A tale proposito è da sottolineare che con le pareti, la presenza di zone di
ristagno o di interstizi, l'alterazione
nica realizzati va, tenere conto anche
Designazione
Caratteristiche fisiche
- 3 -
Tabella 4 - Resistenza alla corrosione per pitting e interstiziale («crevice») di
alcuni acciai inossidabili impiegati nel settore solare.
(Soluzioni di Na CI sature in ossigeno, a 90°C - Tempo di esposizione: 30 giorni),
quasi sempre, inevitabilmente, durante la costruzione della piastra
captante, soprattutto in corrispondenzadei giunti saldati.
Resistenza al PITTING (perdita in peso - mg/dm2/giorno)
Soluzione
AISI434
AISI304
AISI 316
v444
1200 ppm Cl400ppmCu++
400
187
—
183
180 ppm Ch
60ppmCu ++
14
5
—
0,9
600 ppm CI"
1ppmCu ++
5ppmZn ++
4,7
6,1
—
0,4
600 ppm CI"
5ppmCu ++
24,3
14
1,4
3,3
600 ppm Cl"
20ppmCu++
82,5
84,4
9,0
6,0
Resistenza al CREVICE (perdita in peso - mg/dmVgìorno)
Soluzione
AISI 434
AISI304
AISI316
444
200 ppm Cl"
1 ppmCu++
41,0
15,0
2,6
0,2
600 ppm Cl"
1 ppmCu++
241,1
11,8
3,5
0,8
termica fatta subire al materiale, lo
stato superficiale del metallo ecc.
Gli acciai inossidabili presentati hanno comunque dimostrato un ottimo
comportamento alla corrosione in
circostanze ambientali anche molto
severe.
In generale, si è verificato che è preferibile far lavorare le piastre costruite con i ferritici AISI 430; AISI 434 e
430 Ti in circuito «chiuso», con acqua
di composizione nota, mentre per gli
altri, se rispettate le singole «esigenze» costruttive dei materiali, non si
hanno assolutamente problemi anche in circuito «aperto».
A scopo orientativo, comunque, sono
stati riportati, nella tabella 4, dei valori
sperimentali di resistenza alla corrosione per «pitting» e per «crevice»
Criteri costruttivi
delle piastre captanti
Dalle novazioni e dai dati sin qui
esposti, si evidenziache, per ottenere un prodotto affidabile, ha grossa
importanza la scelta opportuna del
tipo di acciaio inox in funzione del
fluido termovettore {soprattutto se
rimpianto è in ciclo aperto), ma anche in funzione del sistema costruttivo adottato per la realizzazione della
parte captante.
Un sistema adottato spesso (fig. 1)
con l'acciaio inossidabile per la costruzione dei pannelli solari, è quello
di utilizzare due fogli di lamiera, di
solito di dimensioni 2000 x 1000 mm;
di 0,4-0,6 mm di spessore, con finitura 2B, ricavare i fori per l'ingresso
e l'uscita, procedere ad una saldatura per punti sull'intera superficie
captante nonché ad una «rullatura»
(cioè ad una saldatura elettrica in
continuo) lungo la periferia della
piastra stessa. A questo punto, si
procede, di solito a «gonfiare», attraverso i fori, con aria compressa le
Fig.1 - Sezione schematica di una piastra captante di acciaio inossidabile ottenuta
mediante saldatura per punti, rullatura e successivo «gonfiaggio».
di 4 tipi di inox: l'AISI 434, l'AISI 304; due lamiere, in modo tale da creare
l'AISI 316 ed il 444.
una specie di «trapunta» all'interno
Sono stati riportati anche i valori di della quale trova spazio il fluido tercorrosione percreyiceointerstiziale, movettore per la circolazione.
in quanto, ritenuti significativi, soprattutto nel settore dei pannelli pia- Con tale sistema (a tutta piastra) si
ni, ove interstizi o meati si verificano ha un ottimo risultato dal punto di vista del rendimento termodinamico, è
necessario però verificare che :
Tabella 5 - Valori di assorbimento e di emissione per tre tipi di acciai inossidabili - in corrispondenza dei punti di saltrattati selettivamente mediante colorazione per interferenza.
datura non si verifichino interstizi
troppo severi, per non innescare fenomeni corrosivi localizzati.
a
e.
Tipo di inox
— l'operazione di «gonfiaggio» sia
condotta in modo tale da non creare,
0,92±0,02
AISI 304
0,10±0,02
soprattutto per gli inox della serie
0,94±0,02
430 Ti
0,11 ±0,02
300, delle tensioni interne (per
0,93±0,02
444
0,14±0,02
esempio in corrispondenza dei punti
saldati), che potrebbero creare le
premesse per un fenomeno di
a : fattore di assorbimento
stress-corrosion.
e : fattore di emissione a 100°C
- 4 -
Come «rubare»
energia al sole
Fig. 4 - Incollaggio di due lamiere (una
imbutita), costituenti la parte captante di
un collettore solare piano, realizzato con
AISI 304; su una lamiera viene cosparso
l'attivatore sull'altra l'adesivo.
Fig. 2 - Piastra captante ottenuta per
mezzo di saldatura per resistenza a punti,
rullatura e successivo «gonfiaggio» di
due lamiere di acciaio inossidabile dello
spessore di 0,4 mm. L'aspetto
caratteristico della piastra è quello a
«trapunta» (Foto Icoss).
— i parametri di saldatura siano
scelti opportunamente in modo tale
da garantire la necessaria resistenza meccanica, senza creare eccessive alterazioni termiche (alonature
bluastre o marrone).
In figura2 è riportata unapiastracaptante ottenuta col metodo realizzativo sopra descritto.
Un secondo criterio costruttivo (fig.
3) è quello di prestampare uno o entrambe le lamiere, secondo un determinato schema di circuito e di saldare, sempre senza apporto di materiale, le due piastre, in modo tale da consentire al fluido di seguire il circuito
predeterminato.
Di solito, con questo sistema, vengono anche previsti degli stampaggi atti
a costituire un collettore di ingresso
ed uno di uscita del fuido stesso.
Esistono anche esempi ove la giunzione delle due piastre (una stampata a freddo e una no) è stata eseguita
mediante l'adozione di adesivi epossidici bicomponenti o con adesivi
cianoacrilici (fig. 4). Tale soluzione
presenta indubbi vantaggi dato che
il materiale non viene alterato termicamente nella zona centrale della piastra, per l'assenza di saldature ed
inoltre si evitano, se l'adesivo è depositato opportunamente, meati e
zone di ristagno.
Il rovescio della medaglia di questa
tecnica sta nella limitata resistenza
sia nei confronti delle pressioni che
di sollecitazioni termiche elevate.
Con il sistema della preimbutitura si
ha una superficie scambiante un po'
inferiore rispetto al sistema prima
descritto, ma sempre comunque tecnicamente valida.
Sarà necessario anche qui tenere
presente quanto segue:
— non creare interstizi severi tra le
parti stampate e quelle non stampate, scegliendo pertanto ampi raggi di
raccordo.
— scegliere gli acciai inox che presentano buone attitudini allo stampaggioafreddo.
Oltre alle due tecniche sopra descritte, ne esistono altre, certamente
meno in uso, ma che in qualche caso
possono consentire buone rese termodinamiche.
Ne citiamo di seguito alcune.
Esiste per esempio la possibilità di
saldare su di una lamiera di acciaio
inox, estremamente sottile (0,5 mm)
una serpentina, sempre di inox, oppure in rame, che trasporta il fluido
termovettore, in tal caso sono impiegabili acciai sia della serie austenitica che ferritica (l'utilizzo del «444» si
rende però in questo caso inutile).
Esistono anche esempi costruttivi
con elementi tubolari inox saldati
uno accanto all'altro in modo da formare una sorta di canalizzazione obbligata per il fluido termovettore, con
un collettore in entrata ed uno in uscita.
Con questa tecnologia costruttiva è
preferibile orientarsi verso gli acciai
austenitici.
Fig. 3 - Sezione schematica di una piastra captante di acciaio inossidabile ottenuta
mediante stampaggio a freddo di una (a) o di entrambe le lamiere (b).
- 5 -
UN'APPLICAZIONE DELL'ACCIAIO INOSSIDABILE
COME «RUBARE»
ENERGIA AL SOLE
seconda parte
Oggi la scienza è alla continua ricerca di fonti energetiche
alternative. Quella solare è una tra le più studiate e
considerate. Per il suo sfruttamento sono utilizzati i
pannelli solari piani, per la realizzazione dei quali viene
utilizzato acciaio inox a struttura ferritica ed austenitica.
Analizziamo i criteri costruttivi delle piastre captanti.
di Fausto Capelli
L'energia solare è una delle fonti
energetiche alternative alla quale si
guarda con estremo interesse per il
futuro.
Continuiamo il discorso iniziato nel
numero precedentesull'utilizzodelle
lamiere in acciaio inossidabile per la
costruzione dei pannelli solari.
O.20
Trattamenti superficiali
Come noto per ottimizzare il rendimento termico di una macchina come
il collettore solare, è necessario fare
in modo di aumentare al massimo
l'assorbimento dei raggi solari e diminuire l'emissione. I valori fondamen-
Verniciatura nera
-
-—
0.18
0.16
• ,
0.14
•
0.10
-fi
/
/
aot
0.0*
!
C80
0.02
i 1
•J»
k
ft
to
l
1
1
IS
IO
*S
0.75
ì
Fig. 5 - Grafico rappresentante l'andamento di a ed E ottenibili su lamiera di acciaio
inossidabile 444, in funzione del tempo di immersione in un bagno di dicromato sodico
portato a 425°C.
-6-
tali sono pertanto:
a = fattore di assorbimento
£ = fattore di emissione.
È la differenza tra i due fattori $. ed
£ che da il valore dell'energia utilizzabile dall'assorbitore e per rendere
tale parametro più elevato possibile
è necessario, innalzare il valore di a
e minimizzare quello di E.
Lo scopo lo si cerca di raggiungere
avvicinandosi perquanto possibile al
comportamento del corpo nero.
I trattamenti che vengono pertanto
effettuati normalmente sulle lamiere
costituenti le piastre captanti sono
quelli di verniciatura nera, oppure di
trattamento selettivo; quest'ultimo
può a sua volta essere condotto o
tramite deposizione superficiale oppure mediante colorazione per interferenza.
Per gli acciai inossidabili è il metodo
meno indicato, in quanto se non si
prevede un'adeguata preparazione
superficiale, la tenuta nel tempo dello strato riportato, non da risultati
soddisfacenti.
Si possono utilizzare diversi tipi di
vernici nere, quelle normali utilizzate
per impieghi in temperatura oppure
resine acriliche termoindurenti chedi
solito danno maggiore affidabilità nel
tempo. Con quest'ultimo sistema,
dopo la deposizione sulla piastra, si
effettua una stabilizzazione ad una
temperatura compresa tra i 180° e i
250° C per un tempo minimo i 25-r30
minuti primi.
Lo spessore dello strato depositato
var|atrai20ei25nm.Conunabuona
resina acrilicatermoindurenteilfattore di assorbimento a può arrivare a
0,90, e quello di emissione £ , a 0,88.
Sia con le normali vernici nere che
con le resine acriliche è necessario
far precedere la deposizione da un
adeguato sgrassaggio e, se possibile, da una depassivazione superfi-
ciale della parte della piastra captante esposta ai raggi solari. È consigliàbile effettuare una depassivazione
meccanica (smerigliatura) con graniglia inerte e curare di non far passare
troppo tempo tra l'azione abrasiva
superficiale e la deposizione dello
strato, in mododaevitare che l'inoxsi
ripassivi in presenza dell'ossigeno
contenuto nell'aria.
Trattamento selettivo
La «faccia» di un pannello solare trattata selettivamente consente dei rendimenti certamente superiori rispetto al sistema succitato. Il termine
«selettivo» deriva dalla possibilità di
limitare al massimo il valore dell'irraggiamentoequindiilvaloredi £•
Questo tipo di risultato si può realizzare essenzialmente in due modi: o
per deposizione di uno strato di rivestimento oppure mediante colorazione per interferenza.
a) Deposizione di strato di rivestimento.
Questo procedimento può essere
condotto pervia elettrochimica o chimica.
Nel primo caso si ha il cosiddetto rivestimento di «cromo nero» mediante
un processo elettrolitico che prevede
un'opportuna preparazione superficiale dell'acciaio inox; nel secondosi
ha una semplice immersione delle
piastre captanti in unasoluzionedi dicromato di sodio, portata in temperatura.
I due processi, dal punto di vista chimico, sono abbastanza simili, morfologicamente infatti gli ossidi depositati sono circa dello stesso genere;
un'indagine con il microscopio a
scansione dimostra solamente che
la granulometria media dei noduli di
ossido depositati col sistema elettrolitico è di circaO,15[xm,mentrequella
delsistemachirnicoèdicircaO,5^m.
Per ciò che concerne il trattamento
chimico, risultati sperimentali hanno
dimostrato che l'ottimizzazione di a
e di £ può avvenire con un'immersione in dicromato sodico allatemperatura di 425°C per una durata di circa 5 minuti (v. grafico di fig. 5); si può
arrivare infatti a circa 0,90 per a ed
a circa 0,12 per £.
b) Colorazione per interferenza.
Contrariamente ai sistemi descritti al
punto (a), in questo caso non si tratta
di deposizione di strati sulla superficie della lamiera di acciaio inossidabile, bensì di «conversione superficiale» nel senso che mediante un opportuno bagno elettrolitico di acidi
cromico e solforico, portato in temperatura, è possibile far depositare sulla naturale pellicola passiva degli
inox, ulteriori film di ossidi che co-
Fig. 6 - Schema rappresentante le riflessioni e le rifrazioni subite da un fascio di luce
incidente, di lunghezza d'onda X, che colpisce più strati di ossido.
munque possono arrivare al massimo a spessori variabili tra gli 800 ed i
5000 Angstrom.
L'acciaio inox, in tal modo, ha la possibilità di continuare ad esplicare
quella sua caratteristica particolare
di autopassivazione, vale a dire di
continuo scambio con l'ossigeno presente nell'ambiente in cui esso è immerso, non avendo nessuno strato
estraneo riportato.
Gli strati di ossidi superficiali consentono al generico fascio di luce bianca
incidente, di essere successivamente riflesso e rifratto, in modo da generare unaserie di fasci (fig. 6) lacui differenza di lunghezza d'ondaconsente di ottenere colorazioni diverse.
Giocando sui parametri tempo di immersione—temperatura—concentrazione, è possibile ottenere svariate tonalità. Si è verificato che la colorazione blu da i migliori risultati dal
punto di vista dell'ottimizzazione dei
valori di a e di £ . Nella_ tabella 5
sono riportati dei valori di assorbimento e di emissione per tre tipi di acciai inossidabili ottenuti con questo
metodo.
Questo trattamento superficiale ha
dimostrato di aumentare la resistenza alla corrosione generalizzata e localizzata sulle superfici di acciaio
inox, garantendo una perfetta tenuta
e stabilità nel tempo.
plice, si parte infatti da lamiera di finitura 2B con spessori variabili da
0,5 a 2 mm. Si taglia lo sviluppo e si
procede alla piegatura ed all'unione
mediante saldatura oppure a mezzo
rivetti, sempre inox. Vengono a volte
impiegati anche adesivi-sigillanti a
base siliconica o poiisolfurica.
té!
Fig. 7 - Installazione presso un rifugio
alpino.
Se l'ambiente nel quale vaimmerso il
collettore è particolarmente aggresAcciai inossidabili utilizzati sivo
(per esempio ambiente marino o
per le cornici
in vicinanza di scarichi con condense acide), è opportuno impiegare
Oltre alla piastra di captazione, l'inox l'AISI 304, se si prevedono periodipuò validamente essere impiegato che manutenzioni con acqua dolce o
anche per altri organi accessori.
se la piovosità della zona è elevata,
Esempi classici sono la scatola di altrimenti è necessario passare alcontenimento con i relativi profili fer- I'AISI316.
mavetro, i bocchettoni di entrata e di
uscita, ecc. La scatola che contiene
la piastra può essere realizzata partendo da lamiera di diversi tipi di ac- Esempi applicativi
ciai inox; quelli più impiegati sono comunque gli austenitici AISI304, AISI L'impiego di lamiera di acciaio inossi316 oppure il ferritico AIS! 430. Il ciclo dabile utilizzata per la costruzione
tecnologico realizzati vo è molto sem-
Come «rubare»
energia al sole
delle piastre captanti e delle cornici
di contenimento haconsentito la realizzazione di numerosi impianti solari
a pannelli piani, installati ormai da
parecchi anni.
Nella globalità i risultati sono stati a
tutt'oggi ottimi, sia come rendimento
dell'intera macchina termica, che
come tenuta ai fenomeni corrosivi.
A testimonianza di ciò c'è la presenza sul mercato del settore, di diverse
società, sia italiane che straniere,
Fig. 10 - Esempio di struttura civile
solarizzata con spazio previsto per la
collocazione dei collettori solari. Si tratta
di un complesso di villette a schiera. Ogni
appartamento è dotato di un impianto
solare autonomo per la produzione di
acqua calda igenico-sanitaria, costituito
da 3 pannelli di circa 2 mq. di superficie
utile.
Fig. 8 - Pannelli solari piani collocati sul tetto di un seminario vescovile, per la
produzione di acqua calda igenico-sanitaria e per il riscaldamento ambientale. I
collettori installati sono 53, ognuno di superficie utile captante di circa 2 mq. Il materiale
impiegato è il ferritico 444.
che hanno adottato da tempo questi
tipi di materiali.
A scopo esemplificativo (si riportano
di seguito degli esempi tipici di applicazionedi collettori solari piani realizzati con lamiere di acciaio inossidabile.
Fig. 7: Collettori solari con piastra
captante costituita di due lamiere in
AISI 304 di 0,4 mm di spessore. Installazione presso un rifugio alpino a
quota 3000 metri, per il riscaldamento dell'acqua uso igienico-sanitario
nel periodo estivo e per la produzione di acqua da ghiaccio e neve nelle
stagioni invernali e intermedie.
(Realizzazione ICOSS - Via Monferrato - S. Giuliano Milanese - MI). •
Bibliografia
Fig. 9 - Tetto solare costituito da 36 collettori piani con piastra captante di acciaio inox
ferritico AISI430 stabilizzato. Le cornici sono realizzate in AIS1304.
(Realizzazione tdeant Repetti).
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— G. Di Caprio - «Gli acciai inossidabili» ed.
Hoepli 1981.
— «Stainless steel solar collectorpanels» Climax Molybdenum Company - Giugno 1981.
— «Molybdenum Mosaio Voi. 3 numero 3,
1978.
— «The application of stainless steel to solar
collectors» Climax Molybdenum Company Giugno 1977
— «Inossidabile 62» - Dicembre 1980.
— «Inossidabile 69» - Settembre 1982.
— «Inossidabile 71 » - Marzo 1983.
— «Progetto» 1/2-1981 -ERIS.
— F Capelli - «Sistema di colorazione di lamiere di acciaio inossidabile» - «Lamiera» Gennaio 1982.
ESTRATTO DA: TECNOLOGIE MECCANICHE N. 4 - APRILE /N. 5 - MAGGIO 1986