Materiali Refrattari

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Messaggioda Aldebaran » 05/04/2011, 8:54

Il mattone e' l'elemento base dell'edilizia da migliaia di anni: usato da tempo immemore e praticamente in tutte le civiltà, il suo dominio in campo edilizio non conosce rivali; esistono molti tipi di mattoni per colore,forme, tipologie e caratteristiche; in questo articolo conosciamoli un po' meglio...
Particolare curioso, le dimensioni dei mattoni sono simili in tutto il mondo, per un motivo prettamente pratico, perché sono legate alla dimensione della mano dell'uomo!
I mattoni si presentano con dimensioni proporzionali, anche qui per un motivo prettamente pratico, ovvero la necessità di concatenare i mattoni per muri nello spessore di due o più teste; il mattone unificato italiano si presenta con i lati nel rapporto 1:2:4, tipicamente nelle dimensioni 25 x 12 x 5,5 cm, assicurando così una modularità completa nelle tre direzioni. Permangono comunque misure diverse che derivano dalle tradizioni locali.
Grande varietà si ha invece nelle tonalità di colore e nel tipo di finitura delle superfici.
Da un punto di vista estetico i mattoni realizzati a mano sono i migliori, per contro sono anche quelli più costosi. Proprio per la grande richiesta, esistono anche mattoni di produzione industriale che simulano le irregolarità tipiche dei mattoni fatti a mano, a prezzi decisamente inferiori. I refrattari
L'attributo "refrattari" è riferito a quei materiali in grado di resistere a temperature particolarmente elevate (almeno 1000 °C) senza subire fratture o deformazioni. In effetti possiamo affermare che praticamente qualunque prodotto ceramico
possiede almeno un certo grado di refrattarietà, se non altro per essere stato realizzato tramite un processo di cottura a temperatura elevata. D'altra parte è altrettanto chiaro che i materiali necessari alla realizzazione di forni, barbecue, stufe o camini siano sottoposti a sollecitazioni termiche e meccaniche molto più elevate dei comuni laterizi dell'edilizia.
Richiedono pertanto tecniche di lavorazione e produzione specifiche, con particolare cura nella composizione dell'impasto e nella fase di cottura. Le caratteristiche imprescindibili di un materiale refrattario sono:
1) l'invariabilità di volume con un basso coefficiente di dilatazione/temperatura, per assicurare la stabilità dei manufatti
realizzati;
2) una buona capacità di resistere alle sollecitazioni meccaniche, specie alle alte temperature, condizione nella quale, invece, molti laterizi comuni divengono più deboli
3) una porosità minima, per resistere alle azioni chimiche e corrosive delle sostanze con cui vengano a contatto, ossia i prodotti della combustione.
Un materiale refrattario di alta qualità si ottiene controllando la natura chimica dei componenti, eliminando le eventuali impurità presenti nella maggior parte delle argille, sottoponendo il materiale a una lavorazione meccanica e a una cottura sapientemente eseguita.
La composizione chimica dei refrattari varia notevolmente a seconda del campo di utilizzo, ma di solito la percentuale di allumina (ossido di alluminio Al2O3) e di silice (ossido di silicio SiO2) è alta, essendo questi gli elementi capaci di conferire refrattarietà. Al contrario la percentuale di impurità organiche e di altri ossidi (potassio, sodio, magnesio, ossidi di calcio, ferro ecc., tutti presenti nelle argille) è mantenuta bassa. Le impurità e gli ossidi possono essere sottoposti a
modificazioni chimiche a causa delle alte temperature, o reagire chimicamente con i prodotti della combustione, originando un rapido deterioramento del refrattario. Anche la lavorazione meccanica ha la sua importanza nella realizzazione di prodotti refrattari. Una grana fine e omogenea (e una compressione notevole durante la realizzazione) conferiscono resistenza alla compressione e durabilità. D'altra parte fondamentali risultano anche l'impasto e il processo
di cottura. I laterizi comuni vengono cotti a temperature che difficilmente completano il processo di vetrificazione degli idrosilicati d'alluminio. Ne consegue che l'esposizione a forti temperature può avviare un processo di ulteriore vetrificazione incontrollata, con modifiche nel volume, ulteriori ritiri dell'impasto legante, o rigonfiamenti causati da reazioni chimiche in presenza di eventuali impurità, che compromettono le qualità meccaniche e la stabilità dell'intera struttura. Per ovviare a tutto ciò, l'impasto del materiale refrattario da sottoporre a formatura è realizzato a secco, miscelando piccole quantità di paste leganti con la chamotte, un materiale refrattario già sottoposto a cottura, sino al punto di non poter più subire ulteriori contrazioni di volume, e quindi sbriciolato e utilizzato come inerte. L'impasto è poi leggermente umidificato, sottoposto a formatura a forte compressione e ulteriore cottura.In base alla qualità di chamotte e
di pasta legante utilizzate, alla grana dell'impasto prescelta, alla forza di compressione impiegata e alla temperatura di cottura finale utilizzata, si otterrano prodotti refrattari di caratteristiche anche molto diverse. L'utilizzabilità di un refrattario per uno specifico uso dipende dalle sue caratteristiche meccaniche e dal suo grado di refrattarietà. Per fare un esempio, un refrattario utilizzato per il rivestimento di forni in cui si raggiungono alte temperature per lungo tempo (o in cui vi può
essere contatto con metalli fusi) dovrebbe avere una grana finissima, alta densità e consistenza plastica. Nel caso in cui si richieda soprattutto resistenza a forti sbalzi di temperatura, sono da ricercarsi una grana più grossolana e una plasticità inferiore. Mattoni refrattari la cui specifica finalità debba essere la capacità isolante, in condizioni in cui la temperatura sia variabile, ma mai troppo alta, vengono realizzati mescolando l'impasto argilloso con segatura di legno, la quale
bruciando durante la cottura, restituisce una tessitura estremamente porosa e dotata di bassissima conducibilità termica.
Differenti materiali refrattari sono impiegati nella realizzazione di stufe, camini e forni. I mattoni ad alto contenuto di allumina risultano molto resistenti al calore e all'abrasione, e perciò sono adatti a realizzare stufe. Possono essere controindicati invece se impiegati per costruire piani base di forni riservati alla cottura del pane: l'alto contenuto di allumina rende il mattone estremamente conduttivo, cosa che comporta una cessione eccessiva di calore al fondo delle pagnotte, che si possono bruciare prima che l'interno sia cotto. Oltre a ciò, i refrattari ad altissimo contenuto di allumina risultano meno resistenti nel tempo ai cicli di raffreddamento e riscaldamento. In generale, il contenuto di allumina nei materiali per la realizzazione delle basi dei forni non dovrebbe eccedere il 30%.
I mattoni refrattari sono prodotti in forme e dimensioni diverse (mattoni, cunei, tavelle, listelli ecc., anche antichizzati).
Notevoli pure le differenze che concernono composizione e cottura. I due tipi principali impiegati per la realizzazione di caminetti, forni e barbecue sono:
1. mattoni di qualità rossa (il loro colore rosso è dovuto alla presenza di piccole quantità di ossidi di ferro), impiegati per il
rivestimento di focolari di caminetti e barbecue, per i davanzali e i piani fuoco dei forni a legna, per muretti di caminetti
(resistenza termica 1050°C, resistenza alla compressione 540 kg/cm2, peso circa 2 kg/dm3, conducibilità termica 11,63);
2. mattoni di qualità bianca, utilizzati per focolari di caminetti e barbecue, per le pareti di forni a legna, per muretti e spallette di caminetti, forni e barbecue (resistenza termica 1300°C, resistenza alla compressione 580 kg/cm2, peso circa 2 kg/dm3, conduttività termica 11,70).


MATERIALI REFRATTARI
DEFINIZIONI E CLASSIFICAZIONE
Definizione generale dei materiali refrattari
I refrattari sono, in genere, dei materiali costituiti da una miscela di corpi a carattere cristallino e di corpi a carattere vetroso aventi una fusione pastosa ; pertanto, al crescere della temperatura essi subiscono un rammollimento a causa della fusione progressiva della fase vetrosa seguita dalla
fusione dei componenti cristallini.
Il criterio utilizzato internazionalmente per la definizione dei materiali refrattari si basa sulla resistenza piroscopica che permette di ordinarli in riferimento alla temperatura di rammollimento e non di fusione, dato che questi prodotti non hanno un vero punto di fusione, non essendo corpi
cristallini puri.
.
Per quanto riguarda la normativa, si trovano le seguenti definizioni :
• UNI 4450 - 60 riporta:
“per materiali refrattari si intendono quelle sostanze non metalliche le quali, indipendentemente
dalla composizione chimica, hanno una refrattarietà, determinata secondo UNI 4453, non
minore di quella di un piroscopo equivalente a 1500 °C”.
• ISO / R 836 - 68 identifica i materiali refrattari come:
“materiali e prodotti non metallici (senza escludere però quelli contenenti un costituente
metallico) aventi una resistenza piroscopica almeno uguale a 1500°C” .
• DIN S1060 - 59 (vecchia norma) indica come refrattario :
un materiale avente una resistenza piroscopica > CS 26 (1580 °C).
• DIN S1060 (1975) definisce un materiale:
♦ “refrattario” quando il suo indice di refrattarietà risulta > CS17 (1500°C);
♦ “ad alta refrattarietà” quando il suo indice di refrattarietà risulta > CS36 (1800°C).
• ASTM C 71-84 definisce i refrattari come :
“materiali non metallici aventi quelle proprietà chimico-fisiche che li rendono adatti a strutture o a componenti di sistemi che sono esposti a condizioni di esercizio al di sopra di 538°C”.
Queste definizioni tuttavia non sono sufficienti, poiché trascurano il fatto che i prodotti refrattari formati e non formati devono resistere durante l'utilizzo, oltre che alla temperatura, anche a:
• sollecitazioni meccaniche a caldo;
• sbalzi di temperatura;
• attacchi chimici a temperature varie.
Definizione particolareggiata e classificazione
Una prima classificazione dei materiali refrattari in base alla densità è la seguente :
a - Refrattari densi formati
sono prodotti ceramici per lo più cotti che si differenziano fra loro per la costituzione
chimico-mineralogica e per le proprietà tecnologiche.
Si tratta di prodotti realizzati in molteplici forme ed in genere utilizzati per le varie parti dei rivestimenti dei forni industriali e comprendono refrattari “tradizionali” e “non tradizionali”; questi ultimi rappresentano una serie di nuovi materiali sintetici fabbricati con tecnologie d'avanguardia.
b - Materiali isolanti termici formati
Sono materiali da costruzione i quali, oltre alla resistenza termica, devono possedere:
• bassa densità
• alto potere isolante.
Hanno delle limitazioni d'impiego a causa della loro particolare struttura; ad esempio in presenza di sostanze corrosive e di notevoli sollecitazioni meccaniche.
Possono essere ulteriormente distinti in
b.1. - Refrattari isolanti
Secondo la normativa ISO 2245 i refrattari isolanti formati sono definiti come:
materiali aventi porosità totale maggiore o uguale al 45%.
A partire da tale caratteristica, è facile prevedere che essi avranno una bassa conduttività termica ed una bassa capacità termica. Per quanto riguarda i criteri di classificazione tecnologica ci si riferisce alla densità apparente (PV = peso volumetrico) in quanto espressione della porosità, ma di più facile determinazione, in
quanto è sufficiente rapportare la massa al volume apparente.
In merito alla resistenza piroscopica, la normativa ISO 2245 - 72 indica che i refrattari isolanti, pur non rispondendo alla definizione generale dei prodotti refrattari
(i refrattari isolanti non hanno una resistenza piroscopica >1500 °C, come è invece richiesto dalla definizione), corrispondono ai criteri di questa classificazione
(riguardante PV e VL = variazione lineare permanente) e possono quindi essere classificati in base ad essa.
A tale proposito, la Raccomandazione PRE / R39 - 78 indica due famiglie di materiali isolanti:
• materiali refrattari con resistenza piroscopica > 1500 °C;
• materiali semi-refrattari con resistenza piroscopica < 1500 °C,
la cui VL deve risultare < 2% alla temperatura di ogni singolo gruppo di
appartenenza. Tuttavia, la normativa ISO 2245 pubblicata nel 1990 semplifica le precedenti
definizioni di refrattarietà e propone una classificazione dei prodotti refrattari isolanti formati basata sulla VL, senza riferimento alcuno alla refrattarietà.
b.2. - Materiali isolanti
Questi prodotti sono indicati anche con il nome di “coibenti termici” e devono
avere una porosità totale > 45%.
Il loro maggiore impiego è in qualità di rivestimento di 2° strato dei forni industriali, dal momento che sono in grado di resistere fino alla temperatura massima
di 900°C circa.
c - Refrattari non formati preparati
Sono costituiti da una parte granulare (aggregato) e da uno o più leganti. A seconda dei tipi, possono essere usati direttamente (cioè nello stato in cui sono forniti), oppure bisogna prima aggiungere uno o più liquidi adatti.
In merito alla resistenza piroscopica, la norma ISO 1927 - 84 riporta le stesse considerazioni indicate dalla già citata ISO 2245 - 72 per i refrattari isolanti formati
I refrattari non formati preparati possono essere densi ed isolanti e dopo cottura devono avere valori della porosità totale corrispondenti a quelli dei prodotti formati, cioè:
• porosità totale < 45% per i prodotti densi
• porosità totale > 45% per quelli isolanti.
Nella categoria dei refrattari non formati preparati rientrano i seguenti prodotti:
• Pigiate: materiali refrattari senza coesione prima dell'uso. Sono costituiti da aggregati refrattari e legante ceramico, chimico od organico.
• Plastici: materiali refrattari allo stato plastico, pronti per l'uso. Sono costituiti da aggregati refrattari e legante ceramico, chimico od organico.
• Calcestruzzi: miscela di inerti refrattari granulati (aggregati) e legante idraulico oppure legante chimico; prima dell'uso sono incoerenti ed allo stato
secco.
• Materiali da spruzzo: miscele di aggregati refrattari e leganti. Si applicano a spruzzo e possono appartenere ad uno dei prodotti sopra menzionati.
• Cementi e intonaci refrattari
- Sono costituiti da miscele di aggregato refrattario fine e di un legante di
diversa natura. Vengono impiegati per legare le murature dei mattoni e per
riempire i giunti.
d - Refrattari fibrosi
Sono dei refrattari isolanti non tradizionali caratterizzati da una struttura fibrosa per lo più omogenea.
Hanno un elevato potere isolante ed alta resistenza termica. Possono essere:
• materiali esclusivamente fibrosi (fiocco, materassini, feltri, ecc.);
• materiali in cui la fibra fa parte di un composto unitamente ad altri componenti solidi (ad esempio miscele per calcestruzzi , intonaci, pezzi formati sottovuoto, lastre rigide, ecc.).
Un’altra classificazione molto usata è quella basata sulla natura chimica del refrattario :
a - Refrattari acidi
Sono materiali refrattari in cui è contenuta silice in quantità rilevante; essa ad alta temperatura può dare reazioni chimiche con refrattari basici, con fondenti basici o con scorie basiche.
b - Refrattari basici
In questi materiali refrattari i costituenti principali sono la calce o la magnesia od una combinazione di entrambi; ad alta temperatura possono reagire chimicamente con refrattari acidi, fondenti acidi o scorie acide.
c - Refrattari neutri
Sono materiali refrattari resistenti all’attacco chimico ad alta temperatura da parte di refrattari o di fondenti o di scorie acide e basiche
PROPRIETÀ
Per la scelta dei refrattari più opportuni da utilizzare nelle diverse zone del forno, è bene conoscere le loro proprietà e la dipendenza di queste ultime dalle variabili del processo .
Generalmente è il produttore di refrattari che fornisce le specifiche del materiale, compilando schede in cui, dopo la classificazione secondo la ISO 2245, sono riportati i valori di :
• Temperatura di classificazione (ASTM C134-84)
• Peso volumetrico o densità apparente (ASTM C134-84)
• Resistenza a compressione e flessione a freddo (ASTM C93-84)
• Resistenza alla compressione a caldo (ASTM C16-81)
• Conducibilità termica (ASTM C182-83) a diverse temperature medie
• Calore specifico (DIN 51046)
• Dilatazione termica reversibile (DIN 51045)
Infine è fornita una breve analisi chimica che riporta la percentuale di peso degli ossidi componenti il refrattario. In genere per refrattari silico-alluminosi si valuta la presenza di Al2O3,
SiO2, Fe2O3, TiO2, CaO, MgO, Na2O, K2O.
Composizione chimica
Spesso usata come criterio per valutare la bontà di un refrattario in base al contenuto percentuale di Al2O3+TiO2, la composizione chimica influenza fortemente le caratteristiche dei materiali refrattari. Avere un’elevata percentuale di allumina, ad esempio, comporta un aumento nella resistenza piroscopica e nella resistenza meccanica a caldo; la presenza di fondenti come Na2O o K2O invece favoriscono la formazione di una fase vetrosa nel refrattario già a temperature inferiori
ai 1000° C, con la conseguente caduta nelle proprietà meccaniche, soprattutto a caldo. Impurezze come CaO o Fe2O3 possono reagire con SiO2 o addirittura favorire reazioni con il materiale con cui il refrattario entra in contatto.
Massa volumetrica
Risente del tipo di materie prime utilizzate per il refrattario, del sistema di formatura scelto, della cottura e della porosità. Per i refrattari di silice è anche indicativa del grado di trasformazione del quarzo.
Prodotti pressati presentano un valore di peso volumetrico più elevato di quelli ottenuti per colo, comunque entrambi di un ordine di grandezza più grande dei refrattari isolanti ottenuti da fibre ceramiche.
Bassi valori di peso volumetrico, e quindi elevata porosità, hanno ripercussioni positive sul potere isolante e sulla resistenza agli sbalzi termici, mentre generalmente comportano un decadimento della resistenza meccanica e della resistenza all’attacco chimico
Resistenza a flessione e compressione
I refrattari, come la maggior parte dei materiali ceramici, resistono meglio a sforzi compressivi di quanto non resistano a sforzi trattivi (ad esempio dovuti a flessione).
La resistenza a flessione, oltre che della composizione chimica, risente grandemente della temperatura del materiale.
Conducibilità termica
Rappresenta il flusso di calore che attraversa un materiale creando un gradiente termico ed è un dato fondamentale per eseguire i calcoli termotecnici necessari alla progettazione delle murature dei forni.
Essa è fortemente dipendente dalla temperatura, dal tipo di materiale, dal tipo di porosità e dal rapporto fasi cristalline/fasi vetrose. La presenza di fase amorfa infatti implica un andamento crescente della conducibilità in funzione della temperatura, mentre le fasi cristalline inducono un
andamento decrescente.
Una formula empirica proposta da Kingery, che tenga conto delle caratteristiche del materiale (indice di rifrazione n ed emissività ε) e della sua struttura (diametro dei pori d, supposti sferici), oltre che delle condizioni di impiego (Temperatura T), è la seguente, in cui σ è la costante di
Stefan-Boltzmann:
Keffettiva= 4dn2σεT3
Dipendenza della conducibilità termica effettiva da T e d
La conducibilità termica risulta minima per prodotti poco densi quali i materiali ceramici fibrosi, fatto che, da un punto di vista puramente termotecnico, li candida come componenti ottimali per l’isolamento.
Dilatazione termica reversibile
Questo dato è di importanza fondamentale per la progettazione dell’isolamento di un forno, dal momento che consente di calcolare i giunti di dilatazione necessari affinchè la muratura non presenti discontinuità (aperture) né sia eccessivamente in compressione a causa delle tensioni che
potrebbero insorgere qualora le dilatazioni termiche non fossero libere di manifestarsi. Questa grandezza risente della composizione chimica e mineralogica del materiale; dipende inoltre dal ciclo di cottura cui è stato sottoposto e dalla presenza di silice libera.
La dilatazione termica influenza anche la resistenza allo shock termico, nel senso che se le dilatazioni termiche sono minime, la variazione dimensionale tra due facce di un solido poste a due temperature diverse sarà tale da non indurre nel materiale sforzi di trazione superiori alla sua tensione di rottura.
Altre proprietà
Sebbene non siano spesso indicate dai produttori, i quali si riservano di fornire personalmente notizie ai possibili acquirenti, altre proprietà rivestono un ruolo importante nella scelta del materiale per l’isolamento. Ad esempio, come detto in precedenza, gli isolanti fibrosi permetterebbero di progettare pareti di ingombro minimo in grado di resistere a temperature superiori ai 1500°.Tuttavia proprio la caratteristica delle fibre di avere un’elevata area superficiale ed un’altissima permeabilità ai gas conferisce loro una scarsa resistenza alla corrosione (anche le scarse proprietà meccaniche ne
limitano l’uso in prossimità di bruciatori veloci, che creano un flusso turbolento di gas caldi). Un altro aspetto talvolta trascurato è la resistenza al creep dei materiali refrattari : la presenza di fasi vetrose e di porosità provoca infatti uno scorrimento a caldo del materiale, con conseguente
deformazione plastica, anche di elevata entità qualora si operi in atmosfera riducente e con refrattari silico-alluminosi.
Nel caso di forni elettrici, poi, può interessare la resistività elettrica, grandezza fortemente influenzata da porosità e temperatura. Aumenti di temperatura possono far passare un refrattario da uno stato non conduttivo ad uno conduttivo.
TRASFORMAZIONI DEI REFRATTARI DURANTE L’IMPIEGO
L’esposizione ad elevate temperature, ad atmosfere riducenti o ossidanti, il contatto con impurezze o fondenti sono tutti fattori che contribuiscono all’alterazione delle proprietà dei refrattari durante l’impiego. Non tutte le trasformazioni hanno però carattere distruttivo : ad esempio la formazione di un sottile strato sinterizzato sulla superficie del refrattario altera minimamente le caratteristiche del refrattario, oppure una dilatazione termica entro i limiti di
reversibilità (ovvero che non comporti deformazioni permanenti dovute al rammollimento della fase
vetrosa) non compromettono la funzionalità del prodotto.
Ai fini di un’accurata progettazione bisogna invece evitare, quando possibile, che i materiali impiegati subiscano trasformazioni distruttive, generalmente causate da sollecitazioni termomeccaniche (abrasione, urti, creep, shock termico) o da reazioni di corrosione. Per quanto riguarda quest’ultimo fenomeno, il contatto con fondenti e vapori corrosivi è causa dell’insorgere di nuove fasi aventi minore resistenza alle alte temperature o scarsa resistenza meccanica. Il danno ,
partendo dalla superficie esterna, si estende al corpo del refrattario con una velocità che segue un andamento esponenziale con la temperatura, da qui la necessità di non superare mai, neppure per tempi brevi, la temperatura di classificazione del refrattario.
Per quanto concerne fenomeni di corrosione, per refrattari silico-alluminosi bisogna prestare attenzione ad evitare contatti con ossidi alcalini (formazione di eutettici), di calcio e di piombo. Non sempre questo è possibile nei forni adibiti alla cottura di prodotti smaltati, in cui ad esempio il
piombo ossido può essere anche il 70% in peso della fritta.
In tal caso, l’impiego di un refrattario poco poroso, e quindi meno permeabile e con una minore superficie disponibile per le reazioni distruttive, sebbene meno isolante, può allungare notevolmente la vita di una muratura. Come già accennato, in questo caso l’utilizzo di fibre ceramiche direttamente esposte all’ambiente corrosivo è una scelta da sconsigliare, mentre nulla impedisce di impiegarle in secondo strato, protette da un primo strato di materiale denso scarsamente permeabile. Anche la supporteria (rulli, piastre,...) refrattaria esposta ad ambienti corrosivi è soggetta ad alterazioni; ad esempio, le sostanze alcaline fanno si che la zona reagita abbia un coefficiente di dilatazione lineare maggiore della zona non intaccata, con conseguente minore resistenza agli shock
termici, sfogliatura della superficie e rottura. In un prodotto come i rulli, poi, la formazione di nuove fasi sulla superficie, qualora si accompagnata da variazioni di volume, è causa di scabrosità che compromettono la rettilineità del rullo e quindi la sua capacità di fare avanzare il prodotto senza
sobbalzi.
Fenomeni di corrosione in due rulli a base di allumina
SCELTA DEL REFRATTARIO
La scelta del refrattario non può prescindere dall’esame delle condizioni di esercizio, dalla valutazione dei costi e da considerazioni relative alla sicurezza per gli operatori.
Le condizioni di esercizio sono identificate da:
• Temperatura
• Atmosfera del forno
• Tipo di combustibile
• Sollecitazioni meccaniche
• Sbalzi termici
• Necessità di isolamento termico o permeabilità ai gas
• Funzionamento continuo o intermittente


-Influenza di alcune caratteristiche del refrattario sulle proprietà di resistenza -
Come si può notare, raramente un solo tipo di refrattario è in grado di soddisfare le esigenze del progettista, dal momento che il rispetto di certi requisiti va a scapito di altre proprietà, magari imprescindibili per l’applicazione.
Nasce così l’esigenza di mediare tra le differenti proprietà e di rinunciare all’utilizzo di un unico prodotto per realizzare le murature. Si parla quindi di pareti composite, nel senso che sono formate da materiali aventi proprietà differenti. Così per avere uno strato che resista alla corrosione ma che contemporaneamente abbia buone proprietà isolanti, può essere utile accoppiare un materiale denso, che resiste a corrosione ma non ha ottime caratteristiche isolanti, con un materiale fibroso che ha proprietà complementari.
Per quanto riguarda i costi, bisogna considerare che un isolamento leggero, e magari più costoso della tradizionale muratura, si traduce in una riduzione delle perdite di energia attraverso le pareti, ed in definitiva in un risparmio di combustibile. Per stimare la convenienza o meno di un
isolamento, bisognerà quindi confrontare i costi del combustibile con quelli dei materiali da utilizzare, stimando una vita prevista per l’impianto o basandosi sul tempo di ammortamento.
Nella consueta pratica industriale, si ha a che fare con pareti composite, formate da tre o più strati. In questo caso i calcoli risultano relativamente complessi a causa del fatto che le variabili in gioco non sono indipendenti. Ad esempio, una variazione di spessore in uno strato si ripercuote
come variazione delle temperature medie di tutti gli strati componenti la parete, con la conseguenza che anche i rispettivi valori di conducibilità termica vengono modificati, a loro volta influenzando la temperatura dei singoli strati. La risoluzione del problema dell’ottimizzazione dello spessore, dal
punto di vista dei costi, si presta quindi ad un procedimento di calcolo iterativo, una volta che sisiano fissati i valori di alcune variabili.
Un ulteriore vincolo da porre è lo spessore massimo ammissibile per le pareti, dal momento che un aumento della loro dimensione, a parità di ingombro totale del forno, si manifesta come diminuzione della larghezza utile della macchina, abbassandone drasticamente la produttività.
D’altra parte uno spessore esiguo di isolante può essere causa di malfunzionamenti (profili trasversali di temperatura non omogenei) oltre che di pericolo per gli operatori ( elevata temperatura sulla parete esterna, cedimenti qualora le resistenze meccaniche non fossero sufficienti). Alla luce
di questi fattori, in prima approssimazione si può concentrare l'attenzione sulle caratteristiche tecnologiche dell’isolamento, usando i dati relativi ai costi di installazione e di esercizio comeparametri per la valutazione delle soluzioni proposte piuttosto che come vincoli di progetto.
Non bisogna infine dimenticare che le fibre ceramiche sono ritenute potenziali agenti cancerogeni, quindi si deve evitare la loro presenza libera negli ambienti di lavoro. Spesso queste tipologie di prodotti sono accompagnati da una scheda che descrive le misure di sicurezza da adottare per il loro impiego e smaltimento.
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