Storia

La prima fibra di carbonio ad alte prestazioni fu creata dal Dr. Roger Bacon, fisico e scienziato dei materiali presso il Parma Technical Center, Ohio, nel 1958. Il materiale creato da Bacon consisteva principalmente in sottili filamenti di grafite disposti in fogli o in rotoli; i fogli si estendevano in modo continuo sull’intera lunghezza del filamento di grafite. Dopo avere sviluppato la fibra di carbonio, Bacon stimò il costo della produzione di fibre ad alta prestazione a “10 milioni di dollari per libbra”. Il materiale creato da Bacon rappresentò una scoperta di notevole rilievo a quell’epoca, e gli scienziati e gli industriali furono determinati nel trovare una metodica produttiva efficiente e meno costosa.

Il 14 gennaio 1969 la Carr Reinforcements produsse il primo tessuto in fibra di carbonio esistente al mondo.

Sintesi

Un metodo comune per ottenere i filamenti di carbonio consiste nell’ossidazione e pirolisi termica del poliacrilonitrile (PAN), un polimero a base di acrilonitrile utilizzato anche per la produzione di materie plastiche. Il PAN viene riscaldato approssimativamente alla temperatura di 300 °C in presenza di aria, con il risultato di ottenere l’ossidazione e la rottura di molti legami idrogeno instauratisi tra le lunghe catene polimeriche. Il prodotto dell’ossidazione viene quindi posto in una fornace e riscaldato a circa 2000 °C in atmosfera di gas inerte, come quella di argon, ottenendosi in tal modo un cambiamento radicale della struttura molecolare con formazione di grafite. Effettuando il processo di riscaldamento nelle corrette condizioni richieste, si ha la condensazione delle catene polimeriche con produzione di ristretti fogli di grafene che eventualmente possono fondersi generando un singolo filamento. Il risultato finale consiste solitamente nell’ottenimento di un materiale con contenuto in carbonio variabile tra il 93-95%. Fibre di qualità inferiore possono essere prodotte utilizzando pece o rayon quali precursori in sostituzione del PAN. Le proprietà meccaniche della fibra di carbonio possono essere ulteriormente migliorate sfruttando opportuni trattamenti termici. Riscaldando nell’intervallo di 1500-2000 °C (carbonizzazione) si ottiene un materiale con il più alto carico di rottura (5650 MPa), mentre la fibra di carbonio riscaldata a 2500-3000 °C (grafitizzazione) mostra un modulo di elasticità superiore (531 GPa).

Struttura e proprietà

Un filamento di carbonio del diametro di 6 μm (che si estende da sinistra in basso a destra in alto) a confronto con un capello umano.

Le fibre di carbonio hanno proprietà molto simili all’asbesto. Ogni intreccio di filamenti di carbonio costituisce un insieme formato dall’unione di molte migliaia di filamenti. Un singolo tale filamento ha sottile forma cilindrica del diametro di 5-8 μm e consiste quasi esclusivamente di carbonio.

La struttura atomica della fibra di carbonio è simile a quella della grafite, consistendo in aggregati di atomi di carbonio a struttura planare (fogli di grafene) disposti secondo simmetria esagonale regolare. La differenza consiste nel modo in cui questi fogli sono interconnessi. La grafite è un materiale cristallino in cui i fogli sono disposti parallelamente l’uno rispetto all’altro formando una struttura regolare. I legami chimici che si instaurano tra i fogli sono relativamente deboli, conferendo alla grafite la sua caratteristica delicatezza e fragilità. In funzione della materia prima utilizzata per produrre la fibra, la fibra di carbonio può essere turbostratica o grafitica, ovvero possedere una struttura ibrida in cui sono presenti sia parti turbostratiche che grafitiche. Nella fibra di carbonio turbostratica, ovvero con struttura cristallina formata da piani ciascuno deviato lateralmente rispetto all’altro, i fogli di atomi di carbonio sono uniti in modo casuale o ripiegati insieme. Le fibre di carbonio ottenute dal PAN sono turbostratiche, mentre le fibre di carbonio derivate dalla mesofase pece sono grafitiche dopo riscaldamento a temperature superiori a 2200 °C. Le fibre di carbonio turbostratiche tendono ad avere maggior carico di rottura, mentre le fibre derivate dalla mesofase pece sottoposte a trattamento termico possiedono elevato modulo di Young ed elevata conducibilità termica.

Usi

La fibra di carbonio è prevalentemente utilizzata per rinforzare i materiali compositi, in particolar modo i polimeri plastici. Un altro utilizzo sfrutta il conferimento di un certo valore estetico a vari prodotti di consumo.

Sfruttandone le caratteristiche di resistenza e leggerezza del peso, la fibra di carbonio viene utilizzata per la produzione delle casse degli orologi e del quadrante. Nella fabbricazione degli orologi, il materiale è spesso combinato con un polimero per aumentarne la resistenza.

Materiali non polimerici possono essere utilizzati anche in funzione di matrice per le fibre di carbonio. A causa della formazione di carburi (per esempio il carburo di alluminio, idrosolubile) e a problematiche legate a fenomeni di corrosione, l’utilizzo del carbonio in compositi a matrice metallica è poco sviluppato. Il carbonio-carbonio (RCC, Reinforced Carbon-Carbon) consiste in un rinforzo di fibra di carbonio in una matrice di grafite e viene utilizzato in applicazioni che richiedono l’esposizione a temperature elevate, come nel caso degli scudi termici dei veicoli spaziali o dei freni delle auto di Formula 1. Questo materiale è utilizzato anche per la filtrazione di gas ad alta temperatura, come elettrodo a elevata area superficiale e resistente alla corrosione, e come componente antistatico.

La fibra di carbonio è utilizzata anche nei recipienti per gas compressi, inclusi quelli per l’aria compressa.

Molto raramente si usano lastre piane di composito piemandole a caldo, viene infatti preferita al tecnica di plimerizzazione delle resine direttamente su uno stampo,impregnando ogni strato di tela di fibra alla volta, spesso comprimendo il tutto pe migliorare l’uniformità dello spessore

Industria tessile

In relazione al loro modulo di elasticità, esistono differenti categorie di fibre di carbonio: con modulo basso (fino a 200 GPa), modulo standard (200-250 GPa), modulo intermedio (250-325 GPa) e modulo elevato (>325 GPa). La resistenza meccanica dei differenti tipi di filato varia tra 2-7 GPa. La densità tipica della fibra di carbonio è 1750 kg/m3.

Gli intrecci di filamenti di fibra di carbonio sono utilizzati in diversi processi, tra i quali spiccano il rinforzo di materiale plastico, la tessitura dei filamenti e la pultrusione. Il filato di fibra di carbonio viene classificato in base alla sua densità lineare (peso per unità di lunghezza, con 1 g / 1000 m = 1 tex) o in base al numero di filamenti per filato. Per esempio 200 tex per 3000 filamenti di fibra di carbonio sono tre volte resistenti rispetto a 1000 fibre di carbonio, ma anche tre volte più pesanti. Questo filato può essere utilizzato per creare vari tessuti, il cui aspetto dipende generalmente dalla densità lineare del filato e dal tipo di tessitura eseguita. Alcuni tipi di tessuti comunemente utilizzati sono la saia, il raso e la tela.

Quando si usa
Lo scambiatore di calore viene usato per diverse funzioni come ad esempio quando si deve integrare, in un impianto esistente, un termocamino, una termostufa o una termocucina.

Per poter meglio comprendere le caratteristiche di questo elemento dell’impianto di riscaldamento dobbiamo fare una premessa, nelle applicazioni classiche il termocamino, la termostufa e la termocucina funzionano con il cosiddetto “vaso aperto”. Il vaso aperto è un contenitore dove possa confluire l’acqua quando a causa di un surriscaldamento il volume della stessa aumenta considerevolmente.

Lo scambiatore di calore per riscaldamento
La caratteristica generale dello scambiatore è quella di fare in modo che il calore prodotto da un generatore venga trasferito al destinatario o ad un accumulo senza che le acque di un circuito si mischino con le acque dell’altro. Pertanto per realizzare un impianto con queste caratteristiche è indispensabile che i due circuiti, acqua calda prodotta dal generatore e, acqua fredda dell’accumulo o impianto di riscaldamento non siano in comunicazione.
In commercio esistono vari tipi di scambiatori, nello specifico andremo ad analizzare lo scambiatore a piastre.

Lo scambiatore a piastre è uno scambiatore di calore in cui le acque a temperatura diversa scambiano il loro contenuto termico attraverso delle superfici lavorate a rilievo e disposte l’una accanto all’altra, dove i fluidi si avvicendano con flusso in controcorrente senza mai toccarsi.

Lo scambiatore a piastre ha il vantaggio, rispetto ad altri tipi di scambiatori, di avere dimensioni ridotte quindi semplicità nell’installazione e, qualora si presentasse la necessità è facilmente ampliabile. Infatti aggiungendo altre piastre si può ottenere un maggiore scambio termico tra i fluidi. Il calcolo del numero di piastre necessarie al migliore scambio termico deve essere fatto da personale specializzato al fine di non incorrere nella dispersione di energia.
Un corretto dimensionamento dell’impianto in funzione del generatore di energia e dell’accumulo consente di ottenere risultati ottimali arrivando ad ottenere uno scambio di energia vicino al rapporto 1:1 cioè tanta energia prodotta = tanta energia scambiata.

La larghezza standard è di 50cm, mentre le lunghezze sono diverse.
I singoli elementi sono tutti dotati di appositi connettori (altamente isolati IP 68), che semplificano la posa, rendendola di facile e veloce esecuzione anche da parte di persone non specializzate.
Il sistema a rete è la soluzione ideale per i problemi dovuti all’accumulo di neve e formazione di ghiaccio su percorsi pedonali, rampe di accesso alle autorimesse, ecc…
Possono essere installati annegati in cemento, sotto asfalto, sotto i masselli di cemento o di porfido, ecc…
Grazie all’apposita sonda per il rilievo della temperatura superficiale,l’impianto funziona automaticamente e solo quando è necessario.

COMPOSIZIONE DEL SISTEMA:

I moduli sono facilmente adattabili alle dimensioni di rampe e percorsi in genere, grazie agli speciali connettori dotati di un tratto di cavo libero, che permettono una semplice stesura anche su percorsi con andamento curvo.

Sono inoltre disponibili apposite prolunghe per collegare tra loro ad esempio:
le due fasce dei passi ruota per le rampe dei garage;
tratti la cui struttura sottostante è divisa da giunti strutturali;
tratti interrotti da pozzetti o altri tipi di ostacoli.

Codice:PVMRR50150
Dimensione:50X150cm 0,75m2
Potenza:101W

Codice:PVMRR50190
Dimensione:50X190cm 0,95m2
Potenza:128W

Codice:PVMRR50360
Dimensione:50X360cm 1,80m2
Potenza:243W

Codice:PVMRR50530
Dimensione:50X530cm 2,65m2
Potenza:357W

Codice:PVMRR50700
Dimensione:50X700cm 3,50m2
Potenza:472W

CONFORMITA’

Questo prodotto è conforme alle misure di sicurezza elettrica secondo la direttiva bassa tensione 73/23/CE e le norme CEI EN 60335-1: 1998 (CEI 61-150) e CEI EN 60204-1: 1998.
L’Istituto Giordano il prodotto è conforme alle norme CEI EN 50366: 2004 relative alle emissioni elettromagnetiche.
Istituto Giordano certificato di resistenza al fuoco UNI EN: 13501-1: 2007 classe: B

INSTALLAZIONE:

La posa dei vari elementi e l’allacciamento tra loro è di facile esecuzione. Il collegamento all’impianto elettrico deve essere eseguito da personale qualificato.

Indicazioni per un corretto posizionamento:

Riscaldamento di pavimenti in getto di cemento:

• stendere i vari moduli lungo il percorso nelle posizioni previste e collegarli tra loro;
• fissare la rete sopra l’armatura metallica (rete elettro-saldata o spezzoni di ferro per c.a.);
• posizionare la sonda alla quota del pavimento finito;
• alimentare l’impianto posato e verificarne il funzionamento;
• eseguire il getto del massetto/pavimento;
• completare i collegamenti elettrici ed installare la centralina.

Riscaldamento eseguito sopra un sottofondo (masselli, porfidi, ecc.):

• stendere i vari moduli sopra il sottofondo esistente nelle posizioni previste e collegarli tra di loro;
• posizionare la sonda alla quota del pavimento finito;
• alimentare l’impianto posato e verificarne il funzionamento;
• eseguire la posa della pavimentazione;
• completare i collegamenti elettrici ed installare la centralina.

DATI TECNICI

• supporto in rete fibra vetro rinforzata g/m2 340 dimensione maglie (interno) 28 x 28 con caratteristiche comprese nelle normative UNI 9311/4 – UNI 9311/1 – UNI 9311/2 – UNI 9311/5 e UNI 8532;
• resistori in fibra carbonio ricoperto in poliolefina posta sopra una banda termoisolante / riflettente larga 2 cm con protezione sopra il cavo con banda nylon per un totale di resistenza meccanica di 15 N/mm2;
• alimentazione 230 V 50 Hz tramite prolunga FG7 2 x 1,5mm2 con connettore femmina IP68;
• collegamento dei moduli tramite connessione a connettore maschio / femmina IP68 snodato;
• potenza di assorbimento 135 W/m2;
• potenza max per ogni alimentazione 2500 W;
• protezione sistema completo IP68.

In questi ultimi anni si sta rendendo sempre più chiara la necessità di una rivoluzione energetica. La consapevolezza dell’uomo sta aumentando, sempre più persone intuiscono l’urgenza di un cambiamento. Lo sfruttamento delle risorse naturali ha ritmi insostenibili, i fragili equilibri del nostro ecosistema stanno inesorabilmente collassando. È da questa esigenza di cambiamento che nascono le caldaie a pellet.

Ertech crede nello ”Sviluppo Sostenibile”. Non è più possibile trascurare il danno causato dalla combustione dei residui fossili, composti sepolti nel sottosuolo per migliaia di anni ma bruciati senza criterio in pochi decenni. L’abuso di questi idrocarburi ha innalzato la composizione di CO2 nella nostra atmosfera, causando notevoli danni ambientali ed alla salute dell’uomo. Lo sviluppo sostenibile promuove l’utilizzo dell’energia nel rispetto della natura. I combustibili fossili derivano da un ciclo di vita di milioni di anni, il legno ha invece un tempo di rigenerazione che lo rende un’importante alternativa senza alterare il fragile equilibrio tra la CO2 liberata in atmosfera e la CO2 che viene fissata dalle piante.

Ertech s.r.l. è impegnata da anni nello ricerca di produttori di caldaie sempre più efficienti ed a basso impatto ambientale, il cui costante sforzo per studiare e ottenere una combustione sempre più pulita e l’esperienza in sistemi di combustione hanno permesso la realizzazione di un prodotto di nuova concezione:

• bruciatori
• sistemi di stoccaggio ed estrazione biomasse
• apparecchiature elettriche ed elettroniche dedicate
• sistemi di regolazione automatica del rapporto di combustione
• sistemi di abbattimento polveri

Ad oggi è disponibile una serie di bruciatori funzionanti con pellets di legno ed altre biomasse che possono coprire il fabbisogno termico della singola abitazione, dell’edificio con impianto centralizzato ed anche cicli produttivi. Ertech opera attualmente in collaborazione con le migliori aziende del settore.