Gli escavatori idraulici sono le macchine movimento terra più utilizzate, il cuore produttivo delle aziende e quelle che operano in modo continuo in tutti i cantieri. Di fatto l'energia idraulica è quella che, all'interno di un escavatore, è prodotta in grande quantità, ma non viene sfruttata al 100%.

Partendo da questo principio la francese Manu Lorraine Group ha sviluppato e brevettato un sistema applicabile a qualsiasi escavatore idraulico che sfrutta l'energia gravitazionale a cui è soggetto il braccio. Negli escavatori il 70% dell'energia idraulica è utilizzata solo per sollevare il braccio, mentre il rimanente 30% serve effettivamente per movimentare la benna, l'avambraccio e la torretta. Se il braccio fosse in equilibrio costante si avrebbe una maggiore efficienza complessiva con la possibilità, per l'impianto idraulico, di ottimizzare i flussi d'olio.

Il Sistema ECO'nergy di Manu Lorraine Group

Il principio è di fatto molto semplice e sfrutta la forza di gravità. Agendo su uno dei due cilindri di sollevamento, il sistema ECO'nergy di Manu Lorraine Group equilibra il braccio grazie a degli accumulatori ad azoto. Il sistema può essere azionato o disattivato con un pulsante da parte dell'operatore. Gli accumulatori sono collegati direttamente con l'impianto idraulico dell'escavatore attraverso l'alimentazione del cilindro di sollevamento. L'energia derivante dalla discesa del braccio è assorbita dall'accumulatore e restituita a un ricevitore idraulico per rifornire altri movimenti.

Da non sottovalutare, inoltre, la possibilità per l'ECO'nergy di essere attivato o disattivato a piacimento consentendo, in determinate condizioni operative, di utilizzare l'escavatore in modalità convenzionale. Occorre infatti tenere conto che le temperature di funzionamento ottimali spaziano da -10 °C a +80 °C.

Componenti e Funzionamento degli Accumulatori

L'utilizzo in coppia di olio e azoto sulle macchine movimento terra è cominciato in grande serie negli anni '80. L'accumulatore è composto da un corpo in acciaio forgiato omologato per le pressioni di lavoro dell'impianto dell'escavatore su cui è installato. All'interno del corpo metallico trovno spazio una camera d'aria, una valvola di gonfiaggio e una bocca di collegamento. L'azoto pressurizzato è contenuto nella camera d’aria. Il fluido pressurizzato viene introdotto nell'accumulatore, comprimeno il gas nella camera d’aria che, a sua volta, restituisce la contropressione all'impianto idraulico secondo le necessità del caso.

La valvola di collegamento fra l'ECO'nergy e l'impianto idraulico avviene in modo molto semplice. Entrando nel dettaglio si è installato un sistema in cui il contenuto di azoto V0 è di 17,8 litri. In questo caso sono stati necessari tre elementi da 20 litri ciascuno per un totale di 60 litri. Il sistema, una volta attivato, entra in equilibrio dopo il primo ciclo di sollevamento.

Durante un movimento di scavo quando il braccio è sollevato, una parte del flusso idraulico che la pompa della macchina non manda verso i cilindri del braccio (poiché questi flussi sono forniti dal sistema di accumulo) è disponibile per gli altri movimenti. Il diagramma di flusso del sistema ECO'nergy è chiaro e semplice.

Nel caso dell'Atlas 160 LC Blue Hybrid sono utilizzati soprattutto da benna, avambraccio, triplice articolazione e benna falciante. Le macchina risultano di fatto più agili e veloci. Tutti i movimenti risultano più rapidi e, grazie al lavoro congiunto di olio e azoto nell'accumulatore, sono anche più morbidi. Nel caso in cui invece si lavori regolando il règime in modo diretto, occorre abbassare il numero di giri operando nell'intervallo di massima coppia. La potenza aggiuntiva della pompa rispetto all'energia accumulata è infatti correlata al règime motore. Le potenza in eccesso in modalità standard non viene infatti utilizzata e serve solo a generare perdite di pressione nell'impianto idraulico.

Esempi di Applicazione

Si tratta nel primo caso di un escavatore cingolato Atlas 160 LC Blue Hybrid impiegato dal Consorzio di Bonifica Renana che opera a cavallo fra Bologna e Ferrara. Una macchina che opera con un braccio a triplice articolazione in configurazione lunga e con una benna falciante, attrezzatura impegnativa per l'impianto idraulico. Il suo lavoro consiste nel lavoro di manutenzione spondale in cui il sollevamento è una funzione particolarmente energivora. Applicazione completamente diversa, senza attrezzature “golose d'olio”, ma con un braccio in cui lunghezza e carichi impegnano l'idraulica in modo stressante per tutto il giorno. Due macchine differenti ma con problematiche del tutto comuni: un impiego intenso dell'idraulica a disposizione.

Entrambe commercializzate, come anche il sistema ECO'nergy di Mannu Lorraine Group, dalla ADV di Bagnacavallo di Romagna, di cui Valerio Venturini è il responsabile commerciale.

L'Importanza dell'Olio e della Tribologia

Nelle foto d’epoca di vecchie officine, in bianco e nero o seppiate, il manutentore, con in mano l’immancabile straccio ed un bell’oliatore, è intento ad accudire il proprio macchinario lubrificando i vari meccanismi. Poi la tecnica ci ha dato materiali migliori, elettronica ed informatica, l’olio però è rimasto sempre al centro della meccanica, attore insostituibile: possiamo senza dubbi affermare che l’intera industria moderna poggia su un film di olio, non più spesso di 10 micron. L’olio, oltre che lubrificare, viene utilizzare per trasferire energia e quindi muovere cilindri, motori, ruote, interagendo con tutte le parti di un circuito.

La tribologia è la disciplina che studia l’attrito, la lubrificazione e l’usura di superfici a contatto e in moto relativo. Essa è inerente quindi a tutti quei processi produttivi che utilizzano la trasmissione dell’energia: le forme più comunemente usate sono la meccanica, la pneumatica, l’idraulica e quella elettrica.

Una caratteristica peculiare di un impianto oleoidraulico è quella di ottenere molto facilmente movimenti in grado di vincere forze resistenti di centinaia di tonnellate, unitamente ad una precisione di posizionamento elevato. Un classico attuatore lineare oleodinamico è il cilindro idraulico, costituito da una camicia in cui scorre un pistone, il quale spinge uno stelo che esplica il moto.

Il fluido che permette la trasmissione dell’energia, possiede, seppur in minima quantità, una certa elasticità, che, se da un lato diminuisce la prontezza di intervento e la precisione, dall’altro permette di eliminare i giunti elastici meccanici sulle trasmissioni. L’olio, sia minerale che sintetico, è il liquido comunemente utilizzato per la trasmissione di energia. Le sue caratteristiche sono la viscosità, che influisce direttamente sull’attrito che incontra nel passaggio attraverso tubazioni ed apparecchiature, il potere lubrificante e la protezione contro la corrosione dei vari componenti.

Il movimento dei fluidi entro condotti a sezione chiusa o canali aperti può essere a regime laminare e turbolento. Il moto laminare avviene quando il fluido in movimento segue traiettorie che costituiscono dei filetti rettilinei e paralleli. Il moto turbolento si ha quando il moto dei filetti segue traiettorie irregolari e tortuose, continuamente variabili con creazione di moto vorticosi, in modo che tutta la massa liquida subisce un incessante rimescolamento. Poiché il tipo di moto influenza in modo determinante le perdite di carico nelle tubazioni, è evidente la notevole importanza di poter disporre di un criterio per individuare a priori il tipo di moto.

Principio di Pascal: la pressione esercitata su un qualunque elemento di superficie di una stessa massa liquida, contenuta in un recipiente, è trasmessa con pari intensità in tutte le direzioni.

La Protezione delle Invenzioni: Brevetti

La garanzia legale che riguarda i “brevetti” e regola i diritti sulle invenzioni industriali è di importanza fondamentale nel mondo produttivo perché “mette ordine” in un ambito di estrema vitalità e ampiezza, quello delle invenzioni appunto, consentendo quindi giusti profitti a chi contribuisce al progresso tecnologico. Tale tutela viene definita come “brevetto” (o più propriamente “brevetto per invenzione”); esso rappresenta un titolo giuridico in forza del quale al titolare viene conferito un diritto esclusivo di sfruttamento dell’invenzione, in un territorio e per un periodo ben determinati, e che consente di impedire ad altri di produrre, vendere o utilizzare l’invenzione senza autorizzazione.

Può accadere che un’opera risulti assai simile ad altra precedentemente realizzata e brevettata, e abbia le stesse finalità, ma mostri qualche elemento di differenziazione tale che possa essere nuova, unica oltre che di rilevante “altezza inventiva”. Poiché le questioni in ambito brevettuale sono quasi sempre di natura squisitamente tecnica, occorrerà l’intervento di un consulente d’ufficio (CTU) il quale vaglierà i diversi prodotti e valuterà se le rivendicazioni siano o meno da considerare originali (nuove) e hanno “altezza inventiva”, cioè non siano già di uso comune o addirittura già superati dallo “stato dell’arte”, anche a livello internazionale.

Misurazione della Temperatura e Termometri

La temperatura è la proprietà fisica che regola il trasferimento di energia termica da un sistema a un altro. Il termometro consente di definire il concetto di equilibrio termico: dei corpi, A e B, si dicono in equilibrio termico quando hanno la medesima temperatura, misurata con l’aiuto di un terzo corpo, il termometro C.

Uno degli strumenti di misura più comunemente utilizzati per la misurazione della temperatura è il termometro a liquido. Esso consiste di un tubicino capillare di vetro riempito con mercurio o altro liquido. L’incremento di temperatura fa espandere il liquido e la temperatura può essere determinata misurando il volume del fluido all’equilibrio.

In senso stretto, la temperatura non costituisce una vera e propria grandezza fisica. La proprietà fisica che il concetto di temperatura intende quantificare può essere ricondotta essenzialmente a una relazione d’ordine fra i sistemi termodinamici, rispetto al verso in cui fluirebbe il calore se fossero messi a contatto. L’unità di misura base della temperatura nel Sistema Internazionale è il kelvin (simbolo K). Nelle applicazioni di tutti i giorni è spesso conveniente usare la scala Celsius, nella quale si assume il valore di 0 °C corrisponde al punto di fusione del ghiaccio e il valore di 100 °C corrisponde al punto di ebollizione dell’acqua a livello del mare.

Esistono vari tipi di termometri, utilizzanti diversi principi fisici per la realizzazione della misura: gas, liquido, solido. La termocoppia è un sensore di temperatura largamente diffuso. Sono ampiamente utilizzate perché economiche, facilmente sostituibili, standardizzate e possono misurare un ampio intervallo di temperature. Una termocoppia è costituita da una coppia di conduttori elettrici di diverso materiale uniti tra loro in un punto.

Si chiamano pirometri quei termometri che sono particolarmente adatti per la misura delle temperature elevate. Sono di particolare interesse e praticità per le misure industriali i cosiddetti termometri (pirometri) laser o ad infrarossi, che utilizzano la radiazione infrarossa. La radiazione infrarossa è una parte della luce solare e può scomporsi riflettendosi attraverso un prisma.

Termometri a Infrarossi

Perché utilizzare un termometro a infrarossi? La temperatura è spesso il primo e più evidente segnale di un problema in atto e può essere utilizzata rapidamente per identificare situazioni che necessitano di ulteriori analisi con altri strumenti di misura, quali, ad esempio, il multimetro digitale o la pinza amperometrica. Un pirometro consente di rimanere a distanza di sicurezza dall’oggetto e di ottenere le letture più precise in un vasto range di temperature. Ecco perché il termometro a infrarossi è definito “senza contatto”.

I termometri ad infrarossi sono semplici da usare: si dirigono verso la superficie da misurare e si preme un pulsante, quindi si legge la misura sul display.

  1. Distanza dall’oggetto da misurare. La distanza corretta dipende dal coefficiente ottico del termometro che è il rapporto fra la distanza del sensore ed il diametro della superficie di cui il termometro misura la temperatura media. Se ad esempio questo rapporto è di 3:1, significa che se ci si pone con il termometro a 15 cm dal punto da misurare, la temperatura che si legge sul display è quella media di una circonferenza centrata nel punto mirato e con un diametro pari ad 1/3 della distanza, cioè di 5 cm. Per inquadrare una superficie più piccola è quindi necessario avvicinarsi.
  2. Tipo di materiale su cui si effettua la misura. Il termometro ad infrarossi che si utilizza deve avere un coefficiente di emissività idoneo al materiale su cui si esegue la misura. Questo coefficiente dipende dal colore e dalla opacità della superficie del materiale. Ad esempio, i termometri ad infrarossi con un coefficiente di emissività pari a 0.95 sono idonei per la maggior parte di sostanze organiche (prodotti alimentari, carta), per muratura ed in generale per le superfici opache.

Pompe Volumetriche

La famiglia delle pompe volumetriche sono impiegate in vari campi dell’industria. Quelle che in genere troviamo nella maggioranza dei circuiti oleodinamici sono divise in due grandi tipologie: pompe rotative e pompe a pistoni alternativi. Le pompe rotative basano il loro funzionamento grazie al passaggio di un fluido attraverso un meato o gioco, cioè una millimetrica o micrometrica intercapedine, che separa le superfici di due corpi in movimento relativo, riempita di lubrificante che ne evita lo sfregamento.

In questo articolo prenderemo in considerazione le più comuni pompe rotative ad ingranaggi esterni. La ruota dentata primaria ruota trascinando la ruota dentata secondaria, in senso di rotazione contrario. A seguito della rotazione, si rendono liberi i vani di dentatura: la conseguente depressione che viene generata e l’azione della pressione atmosferica, fanno in modo che il fluido affluisca nella camera di aspirazione. Il fluido riempie i vani dei denti e, percorrendo la parte esterna, viene spinto verso l’uscita, la cosiddetta mandata.

Sistemi Ibridi

I sistemi ibridi, combinando pompa di calore e caldaia a condensazione, offrono una soluzione efficiente, flessibile e adattabile agli edifici esistenti. In un contesto energetico in continua evoluzione, la domanda di soluzioni che garantiscano efficienza, affidabilità e sostenibilità è sempre più centrale, soprattutto nel settore residenziale. Per “sistema ibrido” si intende un dispositivo o un impianto in cui sono presenti generatori di calore alimentati da diverse fonti di energia, solitamente un combustibile fossile e una fonte rinnovabile.

Il cuore dei sistemi ibridi è dunque rappresentato da un sistema di gestione automatica e intelligente che decide quale generatore attivare - o se attivarli entrambi - per garantire la miglior efficienza istantanea.

In presenza di temperature esterne miti, la pompa di calore lavora in modo efficiente sfruttando l’energia aerotermica:

  • temperature invernali miti: agisce solo la pompa di calore, che in questa condizione è particolarmente efficiente
  • temperature rigide: in questa condizione la pompa di calore riceve dal generatore supplementare (es. caldaia a condensazione) parte del calore necessario a riscaldare l’impianto
  • temperature molto rigide: agisce solo il generatore supplementare (es. caldaia a condensazione).

Uno dei grandi vantaggi dei sistemi ibridi è la loro versatilità progettuale. La copertura del fabbisogno da pompa di calore è intorno all’80% del fabbisogno complessivo invernale.

Temperatura Esterna Generatore Attivo Efficienza
Mite Pompa di Calore Alta
Rigida Pompa di Calore + Generatore Supplementare Media
Molto Rigida Generatore Supplementare Bassa

TAG: #Idraulico

Potrebbe interessarti anche: