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MOTORI SULLA NEVE/VIABILITA' INVERNALE MEETING INTERNAZIONALE AGRISTRADE Gli impianti per lo stoccaggio dei fondenti salini si dividono in due macro categorie: l silos per lo stoccaggio di solidi granulari; l e serbatoi per lo stoccaggio delle stesse sostanze disciolte in soluzione acquosa. Va da sé che siano necessari metodi diversi per operare le suddette misurazioni. Per le soluzioni, la sensoristica industriale offre dispositivi a ultrasuoni che, sfruttando la naturale propensione dei liquidi ad assumere la forma del recipiente che li contiene, permettono una precisa rilevazione del livello, da cui poi si risalirà al volume, dipendentemente dalla forma del serbatoio. Altro discorso invece è quello riguardante la misurazione delle giacenze dei cloruri allo stato solido granulare con formazione di polveri. Questi materiali sono di trattamento molto complesso, a causa delle loro proprietà corrosive e igroscopiche. E’ impossibile stimare una corretta giacenza a partire da misurazioni di livello tramite sensori a ultrasuoni o laser. La disposizione che questi assumono all’interno del recipiente che li contiene dipende dallo stato di funzionamento e da eventuali “impaccamenti” del materiale su sé stesso, che ne rendono difficile lo scorrimento, fino addirittura alla creazione di veri e propri ponti di materiale autosostenuti, che porterebbero il sistema a ritenere pieno un silo che risulta invece prevalentemente vuoto. Tutto ciò ha portato con il tempo ad identificare nella pesatura il miglior metodo possibile per la stima delle giacenze dei cloruri solidi granulari. Celle di carico ed estensimetri Agristrade ha cominciato a utilizzare le celle di carico nei primi anni ‘90 e a studiare i sistemi estensimetrici nei primi anni 2000. Cerchiamo di fare un po’ d’ordine. A percorso del conduttore B aspetto di un vero estensimetro Le celle di carico sono strumenti molto precisi per misurare il peso, ma il cuore stesso delle celle di carico è rappresentato dagli estensimetri. Questi ultimi non sono però gli estensimetri fin qui intesi. Sarebbe infatti più corretto nominare questi ultimi “estensometri”, perché gli estensimetri veri sono, in realtà, componenti elettronici (delle vere e proprie resistenze), in grado di variare il loro valore al variare della loro forma. Inoltre, anche gli estensometri sono realizzati a partire dagli estensimetri. Senza scomodare Hooke, Poisson e Young, vedremo brevemente cos’è quindi un estensimetro, analizzando solo ciò di cui abbiamo bisogno. La formula per il calcolo della resistenza di un conduttore è la seguente: R=p(t)l/S dove: ρ è la resistività elettrica che è propria del materiale e dipende dalla temperatura l è la lunghezza del conduttore S è la sezione del conduttore. Si può notare che esiste una dipendenza lineare della resistenza nei confronti della lunghezza del conduttore. Questa è la proprietà che viene utilizzata per la realizzazione degli estensimetri. In pratica, incollando opportunamente un estensimetro a un corpo, è possibile misurarne le deformazioni lungo la direzione di applicazione. Ma allora perché non scegliere di effettuare la pesatura degli impianti mediante l’applicazione diretta di estensimetri? Il motivo giace proprio nelle proprietà fin qui evidenziate. La prima è che, leggendo l’estensimetro le deformazioni lungo il suo asse, tutte le deformazioni con direzione diversa comporteranno un errore nella valutazione della grandezza misurata. Inoltre -ed è la seconda proprietà-, la dipendenza della resistività dalla temperatura rende questo componente molto suscettibile alle variazioni climatiche. Questo spiega perché siano utilizzate le celle di carico piuttosto del componente “estensimetro”. La cella è progettata e realizzata in modo da poter sfruttare le deformazioni che più interessano, minimizzando gli effetti legati a deformazioni in direzioni diverse, e sono inoltre compensate in temperatura. Riguardo agli estensometri, anch’essi sono progettati alla stregua delle celle di carico. La differenza tra i due “sensori” è quindi legata al metodo d’applicazione degli stessi. E’ noto che, per ottenere dei buoni risultati di pesatura, soprattutto in impianti con portate dell’ordine delle centinaia di tonnellate, è necessario progettare adeguatamente la struttura portante dell’impianto, in modo che questa non possa inficiare la misurazione. L’inserimento delle celle di carico resta perciò svincolato da considerazioni di natura strutturale, spostando i vincoli statici su altri componenti. Questo comporta che i costi di produzione di questi impianti siano sensibilmente maggiori rispetto a quelli “normali”, a causa delle maggiori spese di progettazione e al maggior impiego di materiali. Per questi motivi, unitamente all’impegno di dare “nuova vita” agli impianti più datati, si è intrapresa la strada dell’applicazione degli estensometri, che sono invece vincolati alla struttura preesistente, subendone quindi anche le deformazioni legate alle variazioni di peso e temperatura. Tutti gli studi sono stati eseguiti su impianti già dotati di celle di carico, in modo da poter analizzare i dati ricavati dai nuovi sensori, in parallelo a quelli forniti dalle pese, avendo quindi l’opportunità di confrontarli. Come vedremo, i primi risultati non hanno lasciato ben sperare… I primi anni La prima fase della ricerca ha previsto l’installazione di quattro estensometri sulle quattro gambe del silo in gestione al servizio strade del comune di Bolzano. Si tratta di un silo cilindrico della capacità di 60 t, con struttura portante a quattro colonne cilindriche non inclinate. Il monitoraggio è durato sei mesi per ogni applicazione, di cui Estensometro buona parte estivi, ed ha previsto due distinte applicazioni. Vedremo poi che proprio questi mesi hanno le caratteristiche peggiori per i sistemi di misurazione estensimetrici, a causa delle maggiori variazioni termiche durante l’arco della giornata. Prima applicazione: 4 estensometri in aria libera con collegamento a 4 fili Andamento temporale delle misurazioni sulle quattro gambe Questa prova ha previsto l’utilizzo di quattro estensometri con collegamento a 4 fili. Le prove hanno avuto durata di sei mesi, senza movimentazioni del materiale nel silo. Nel grafico seguente è possibile vedere l’andamento delle rilevazioni sui quattro dispositivi nell’arco delle ventiquattro ore di una giornata tipo. Come si può vedere, l’andamento è tutt’altro che stabile e, in particolare, si può notare una forte variabilità tra le ore 9.00 e le 20.00. Tutto questo ha portato a ritenere l’irraggiamento solare come il principale problema da affrontare in questo tipo d’installazioni. Un’attenta osservazione degli andamenti temporali normalizzati delle singole gambe conferma quanto esposto in quanto, partendo dalla conoscenza della disposizione del silo e della sua orientazione geografica, è possibile notare come cominci a variare sensibilmente la gamba più ad Est, all’inizio dell’irraggiamento, per proseguire poi nel pomeriggio con le gambe successive maggiormente esposte ad Ovest. Le considerazioni finora esposte hanno quindi portato alle modifiche che si riferiscono alle prove successive. Seconda applicazione: 4 estensometri con protezione dall’irraggiamento, collegamento a 4 fili e sensore di temperatura integrato Come naturale conseguenza rispetto alle osservazioni rilevate durante la prima prova, si è deciso di procedere con l’integrazione degli estensometri con sensori di temperatura posti nelle medesime posizioni dei primi. Questo, come si vedrà, ha permesso di rilevare una stretta correlazione tra la variabilità del dato e le variazioni termiche giornaliere. Si è deciso inoltre di ricoprire i sensori con schermi metallici, per evitare l’irraggiamento diretto del sole. Gruppo di misurazione Confronto tra andamento delle teperature e misurazioni sulle gambe del silo Tutti questi accorgimenti si possono notare nella fotografia accanto. I nuovi sensori di temperatura hanno così permesso di approfondire le precedenti intuizioni, in modo da poter cercare le soluzioni più adatte. Si è così provveduto a ripetere le prove svolte in precedenza con le medesime tempistiche, ottenendo grafici analoghi per quanto riguarda i pesi misurati dagli estensometri, ma con in aggiunta gli andamenti termici sulle gambe che -è giusto rilevarlo- non coincidono con la temperatura ambientale. Nei grafici che seguono, è possibile apprezzare come l’andamento della temperatura incida ALPITEC 2012 18 - 20 aprile 2012 | Bolzano Fiera internazionale per la tecnologia alpina ed invernale mer-gio: 10,00-18,00 ven: 10,00-17,00 sulle rilevazioni del carico in una giornata tipo di questa seconda fase. E’ necessario porre in evidenza le difficoltà legate al non mantenimento di condizioni di fondo stazionarie, che comportano un ulteriore grado di libertà al sistema di misura. Il calcolo della correlazione lineare tra dati di peso e di temperatura nell’arco delle singole giornate ha sottolineato che esiste una correlazione inversa piuttosto stretta fra le due grandezze anche se, ampliando l’intervallo delle serie di dati su più giorni, questo rapporto viene a cadere, probabilmente per la variabilità della temperatura nell’arco di più giorni (tendenza alla diminuzione o all’innalzamento legata ai cicli stagionali). Il passo successivo è stato, come logica conseguenza, quello di cercare se esistessero dei coefficienti che minimizzassero le variazioni di lettura a peso costante. Il metodo utilizzato è stato quello dei minimi quadrati, che ha portato a ottimi risultati, come si evince dal seguente grafico. Si può vedere che il peso misurato - in questo caso si parla di peso totale del silo- presenta www.alpitec.it MOTORI SULLA NEVE/VIABILITA' INVERNALE MEETING INTERNAZIONALE AGRISTRADE una variabilità di circa 26.000 kg su un totale di 55.000 kg: un errore maggiore del 50% (nel peggiore dei casi) sulla misurazione. A seguito della correzione dipendente dalla temperatura, abbiamo invece una variazione di 8.000 kg, corrispondenti a un errore percentuale del 15% circa. Si nota un residuo di errore evidentemente non legato alla temperatura, o forse dovuto all’approssimazione dei dati utilizzati per la correzione. Il sensore di temperatura è infatti posto in prossimità dell’estensometro e non vi è quindi una compensazione puntuale delle variazioni di resistenza dei cavi. Riguardo alle altre possibili cause, si pensi, ad esempio, che l’irraggiamento diretto di una sola gamba del silo ne provoca l’allungamento a “discapito” delle gambe restanti. Ne consegue uno squilibrio che, anche se in minima parte, porta a variazioni di disposizione del peso complessivo sull’intera struttura, con conseguenti variazioni di tensioni non direttamente collegate al peso. Vi è poi l’inevitabile flessione delle gambe. Successive analisi, eseguite e non riportate per brevità e per i non rilevanti risultati ottenuti, riguardano l’applicazione di modelli di scambio, tipicamente usati in medicina, per verificare se le variazioni potessero essere in qualche modo legate alle ripartizioni del peso dovute ai differenti allungamenti delle singole gambe. Questi, a loro volta causati dal non omogeneo irraggiamento solare durante la giornata, come appena evidenziato. plus 54 professioneMontagna n° 115/2012 professioneMontagna n° 115/2012 55 S P O N S O R + PA R T N E R Confronto fra misurazioni grezze e filtrare O F F I C I A L PA R T N E R INSIEME A PROWINTER 2012 FIERA INTERNAZIONALE DEL NOLEGGIO E DEI SERVIZI PER GLI SPORT INVERNALI Skiareatest internazionale CON ASSEGNAZIONE DEGLI AWARD INVERNALI 19 APRILE 2012 Unico punto d’incontro in Italia PER GLI OPERATORI DEL SETTORE DELLE TECNOLOGIE INVERNALI 9.300 visitatori DA 24 PAESI ALP12-1251126-210x145-it.indd 1 27/09/11 14:40
Le celle a lamina Incoraggiati dalle considerazioni appena esposte, dopo alcuni anni d’inattività, è stato deciso di riprendere il progetto. In via preliminare, e con l’intento di sviluppare un nuovo prodotto che minimizzasse tutti i problemi fin qui esposti, si è passati a considerare quanto segue: * 1. l’estensometro deve essere il più possibile solidale alla struttura cui è applicato; * 2. è necessario prevedere una configurazione che minimizzi gli effetti della flessione; * 3. devono essere adottati alcuni accorgimenti per ridurre al minimo i problemi legati alle variazioni termiche. Grazie alla collaborazione con il nostro fornitore, si è arrivati quindi a sviluppare una cella a lamina che garantisce tutte le caratteristiche sopra esposte. Inoltre, per verificarne immediatamente le proprietà, è stata allestita una gamba di silo differente da quello sfruttato nelle prove precedenti sito presso il centro manutenzione stradale provinciale di Ora (Bz). Questo silo differisce dal precedente in primo luogo per la capacità di stoccaggio (150 tonnellate contro 60), e perché la struttura è composta sempre da quattro gambe cilindriche ma inclinate (come la maggior parte degli impianti) e d’altezza approssimativamente doppia. Si può ben comprendere, quindi, la maggior difficoltà di quest’applicazione. I risultati di quest’ulteriore passo sono riportati nel grafico seguente. Nei primi giorni, non sono state adottate misure contro le variazioni termiche. Si può notare, infatti, come i dati fino alla riga arancione, che demarca il momento d’installazione delle coibentazioni, siano molto frastagliati, pur mantenendo delle variazioni a peso costante entro 4.955 kg, corrispondenti a un errore del 16%: e quindi già molto ridotte rispetto alle prove precedenti (26.000 kg - 50%). A seguire, le variazioni comprese fra i pallini gialli indicano dei veri e propri movimenti di scarico e carico. Questi dati saranno utilizzati nel seguito per un confronto diretto tra quanto misurato dalle celle di carico e quanto misurato dalle nuove celle a lamina estensimetriche. Le forti variazioni seguenti sono anch’esse dovute a movimenti, ma non sono evidenziate perché non comprese nel confronto menzionato. Si può anche notare come i dati a peso costante presenti tra un movimento e l’altro siano molto più stabili, con errori di misura che non superano, in questo caso, i 2.377 kg, corrispondenti al 6%. Il grafico che segue è un “ingrandimento” del precedente, nel periodo che comprende tutti gli scarichi indicati con i pallini gialli. Le date sono le medesime, e i pesi indicati dalle celle a lamina sono stati invece ottenuti moltiplicando il dato grezzo per una costante che minimizzasse le differenze fra le due serie. Poiché quest’operazione corrisponde effettivamente a un’operazione di taratura del sistema, si può affermare che ciò non inficia le ottime conclusioni cui si è giunti. MOTORI SULLA NEVE/VIABILITA' INVERNALE MEETING INTERNAZIONALE AGRISTRADE Si può notare infatti come, dopo un periodo “di assestamento” di alcuni movimenti, i dati forniti dalle celle a lamina estensimetriche combacino quasi perfettamente con quelli delle celle di carico. Inoltre, è doveroso osservare che questi risultati sono stati ottenuti mediante l’allestimento di una singola gamba. E’ probabile che l’allestimento di tutte le colonne della struttura portante sia profondamente migliorativo, giacché i “movimenti” della struttura si compensano ampiamente su se stessa e, come confermato parzialmente dalla successiva analisi (con allestimento completo), che comprende però solo periodi stazionari, perché l’impianto non ha subito in seguito alcuna movimentazione. La taratura Parallelamente allo sviluppo dei sensori per la rilevazione del peso, è stato necessario progettare un nuovo sistema elettronico per la lettura di tali sensori e per l’invio dei dati al server di raccolta Agriworld. L’elettronica fino ad oggi sviluppata ha infatti avuto la limitazione di dover essere tarata in loco e di essere ingombrante nonché priva di dispositivi per l’invio dei dati se non mediante collegamenti a costosi e inutili (in questo caso!) controllori di processo. E’ stata quindi creata un’apposita scheda interfacciata con un dispositivo di comunicazione, tarabile da remoto mediante linea ethernet o gprs. Le procedure di taratura in un sistema di pesatura prevedono l’identificazione di due punti (livelli) certi, il più possibile distanti fra loro (possibilmente: silo vuoto e silo pieno). Poiché si sa che prevedere lo svuotamento completo di un impianto può essere operazione complicata, costosa e rischiosa, soprattutto nel periodo invernale, è stata prevista la possibilità di effettuare più volte le impostazioni dei punti di taratura in modo da avvicinarsi sempre di più alla condizione ottimale, senza la necessità di eseguire alcuno svuotamento. CONCLUSIONI Quanto fin qui esposto porta ad affermare che il sistema sviluppato è pronto per l’utilizzo e per la commercializzazione, come dimostra la recente installazione su tre impianti in gestione ad Autovie Venete: Portogruaro, Villesse e Porcia. Purtroppo, al momento non sono ancora disponibili dati, poiché tutto il sistema si trova ancora in fase di taratura. Questo sistema è quindi maturo per una rilevazione delle giacenze a distanza. Tra le possibili evoluzioni, sarebbe sicuramente interessante verificarne l’applicabilità in modo dinamico, per controllare quindi i movimenti durante le fasi di carico e scarico, come avviene oggi per le celle di carico, rendendo quindi self-service anche impianti obsoleti. SPEED BRINE Preparazione rapida di soluzioni anti ghiaccio Una vasca ad hoc per il sistema Firestorm, che ottimizza anche la preparazione di soluzioni saline con tutti i fondenti stradali attualmente in uso. I sistemi per la preparazione delle soluzioni saline attualmente sul mercato, hanno i seguenti limiti: l prestazioni ridotte, ovvero capacità di confezionamento di soluzioni che si attestano in media sui 2500/3000 litri/h di soluzione prodotta; l previsti per solubilizzare solo alcuni prodotti, ad esempio cloruro di sodio ma non cloruro di calcio o di magnesio o viceversa; l difficoltà a preparare soluzioni saline con sali impuri, quindi contenenti residui insolubili (difficili da separare e smaltire), presenti anche in quantità considerevoli in molti prodotti disponibili sul mercato. Agristrade, come da politica aziendale ormai consolidata e grazie all’ultra quarantennale esperienza in questo specifico settore, ha sviluppato un prodotto capace di superare brillantemente i limiti sopra evidenziati. L’esperienza maturata con lo sviluppo del Firestorm, sistema a molti già noto per la preparazione rapidissima e successiva distribuzione su strada di soluzione di cloruro di calcio ad alta temperatura e pressione, è stata riversata nello sviluppo di questa nuova tecnologia brevettata. Speed Brine consiste in una vasca per la preparazione di soluzioni saline, disponibile nella versione da 5 e 10 mc, realizzata in vetroresina (a doppia camera laddove richiesto), così corredata: l gruppo elettropompa in materiale adatto alla preparazione di tutti i fondenti salini ad uso stradale; Dissoluzione rapida di tutti i fondenti antighiaccio * sistema di miscelazione e di ricircolo interno alla vasca; * speciale filtro separatore dei residui insolubili; * scarico di fondo, per il convogliamento e la rimozione dei residui insolubili dalla vasca. MOTORI SULLA NEVE/ BATTIPISTA 56 professioneMontagna n° 115/2012 professioneMontagna n° 115/2012 57 Andrea Marin PRESTAZIONI l Confezionamento di 10.000 litri di soluzione di cloruro di sodio in minimo 20 fino a max. 45 minuti, in funzione della granulometria/purezza del sale e delle temperature di esercizio. Ciò corrisponde in media a 10.000 litri in 30 minuti pari a 20.000 litri/h e pertanto a prestazioni da 6 a 8 volte più rapide rispetto a quanto attualmente disponibile. l Confezionamento di 10.000 litri di soluzione di cloruro di calcio in 5 minuti, come già avviene con il nostro Sistema Firestorm. l Possibilità di preparare soluzioni saline con tutti i fondenti stradali attualmente in uso. l Possibilità di produrre soluzioni “pulite”, anche con sali ricchi di sostanze insolubili (ad esempio sali di cava o sale marino), grazie allo speciale sistema di separazione e rimozione di gran parte delle stesse. VANTAGGI l Grande velocità nella preparazione delle soluzioni saline, che comporta n estrema velocità d’intervento su strada e di ripristino delle scorte strategiche in caso di eventi meteorologici avversi; n costi del personale ridotti, per il minor impiego dello stesso per tali operazioni; n capacità e ingombri ridotti dei sistemi di preparazione e di stoccaggio, e pertanto aree minime da destinare a tali impianti. l Polifunzionalità: Speed Brine è in grado di solubilizzare tutti i sali ad uso stradale comunemente usati in viabilità invernale. Un unico sistema che permette la preparazione di diversi tipi di soluzione per i più svariati interventi su strada: dalla distribuzione con liquoerogatrici di soluzioni direttamente sul manto stradale, distribuzione di sale umidificato, ecc. l Produzione di soluzioni “pulite”: lo speciale sistema per la separazione e rimozione di gran parte dei residui insolubili presenti in quasi tutti i sali in commercio (fatte salve alcune eccezioni – sale fino ricristallizzato) permette la preparazione di soluzioni “pulite”. Ciò comporta la drastica riduzione del rischio d’intasameto dei sistemi di distribuzione su strada, sia nelle cisterne liquoerogatrici, come pure negli spargitori dotati di sistema di umidificazione del sale. Separazione e smaltimento dei residui insolubili PRINOTH Il Leitwolf “ecosostenibile” tra i “monti di corallo” Esordio mondiale nelle Dolomiti di Sesto per il nuovo Leitwolf, top di gamma di casa Prinoth e “primo battipista ecosostenibile”. Sul calendario, il 21 decembre 2011: una splendida giornata di sole nell’incantevole scenario delle Dolomiti di Sesto ha accompagnato la “prima“ del nuovo Leitwolf, dotato di una serie di esclusive innovazioni tecniche. Stiamo infatti parlando del primo veicolo di serie ad ottemperare alle norme sulle emissioni Euromot III B. Prinoth si avvicina così a passi da gigante al suo obiettivo della “clean motion”: ossia, alla preparazione ecosostenibile delle piste. Questa novità mondiale è stata dunque festeggiata con la consegna del primo modello alla società Sextner Dolomiten Spa. “Il nuovo Leitwolf con 455 cavalli e una coppia pari a 2.200 Nm, assicura una riduzione delle emissioni di anidride carbonica pari al 50% e un abbattimento delle polveri sottili del 90%”- ha affermato Helmut Messner, responsabile Prinoth del mercato sudtirolese. Dopo la conferenza stampa indetta per l’occasione, la consegna delle chiavi del nuovo battipista a Mark Winkler, amministratore della società “Sextner Dolomiten spa. “Siamo orgogliosi di essere la prima stazio- ne sciistica in Alto Adige che potrà vedere all’opera il nuovo Leitwolf –ha dichiarato Winkler. “Una soddisfazione che trova ancor più risalto se si considera che ci troviamo all’interno di quell’ambiente naturale decretato patrimonio Unesco, che sono le Dolomiti. “La nostra filosofia aziendale si muove proprio in questa direzione, e per questo siamo convinti che con questo nuovo battipista, che rappresenta una novità tecnologica mondiale, potremo assicurare un ulteriore contributo alla salvaguardia dell’ambiente”. www.prinoth.com
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