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FILI ELEMENTARI ANODIZZATI: valutazione dei coefficienti di assorbimento ed emissività e prove di invecchiamento accelerato

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FILI ELEMENTARI ANODIZZATI: valutazione dei coefficienti di assorbimento ed emissività e prove di invecchiamento accelerato

Il presente rapporto è parte integrante della documentazione di Ricerca di Sistema previste dal “Piano Annuale di Realizzazione 2007”rev.1 del 3/12/2007 nell’ambito del progetto “Evoluzioni tecnologiche ed alternative delle linee aeree”(Area “Trasmissione e Distribuzione”) e costituisce Rapporto aggiuntivo per il Deliverable 1.1 Nel Rapporto è descritta l’attività, svolta nel 2007, volta a individuare il trattamento di anodizzazione da applicare a fili elementari di un conduttore di linea, in grado di massimizzarne il coefficiente di emissività ε e minimizzarne quello di assorbimento α. L’innalzamento di questi coefficienti permette di spostare il bilancio termico a favore delle potenze uscenti e consentire quindi un incremento della portata di una linea aerea. La capacità di trasporto di una linea è infatti limitata dalla temperatura ammissibile del conduttore e dal suo allungamento, dovuto al riscaldamento per effetto Joule, che causa un aumento di freccia di campata, con riduzione dei franchi verso terra. Nel 2006 si era individuato il processo di anodizzazione dell’alluminio come trattamento in grado di annerire stabilmente la superficie del conduttore per aumentarne l’emissività e di renderla speculare per riflettere una maggior quantità di energia solare. Spezzoni di filo elementare in alluminio 1350 erano stati anodizzati, con diverse tecniche realizzative ottenendo 3 campioni (indicati con N1, N2, N3) con superficie nero lucida ed un quarto campione (nominato M) marrone lucida. Obiettivi dell’attività 2007 sono stati: • la valutazione dei coefficienti di emissività e di assorbimento dei fili anodizzati • la verifica del comportamento dello strato anodico durante un ciclo di invecchiamento climatico accelerato • l’individuazione e la sperimentazione di un trattamento per l’asportazione dello strato anodico da usarsi nei punti di attacco della morsetteria al conduttore. I risultati, ottenuti attraverso un’attività sperimentale condotta presso il laboratorio di Brugherio ed il laboratorio Materiali di CESI RICERCA, sono di seguito riportati: Valutazione dei coefficienti di emissività e di assorbimento Con un apposito set-up sperimentale i provini sono stati riscaldati sia per irraggiamento artificiale che attraverso l’alimentazione a corrente costante, rilevandone i salti termici ∆T. Da questi, utilizzando curve teoriche ∆T = f(ε) e ∆T = f(α), sono stati ottenuti i valori dei coefficienti di assorbimento α e di emissività ε dei fili. Il valore di emissività dei fili neri N1, N2, N3 è risultato 0.93 ÷ 0.95, quello del filo M ∼0.85, mentre il valore medio di ε del filo S risultava 0.38. Questi valori di ε sono stati confermati anche da misure, effettuate sui fili alimentati in serie, con una videocamera veloce ad infrarossi. Il coefficiente di assorbimento α di ciascun filo è risultato pari a 1 per i fili N3 e M, 0.7÷0.8 per i fili N1 ed N2 e 0.4 per il filo S. Questi risultati sono stati discussi a novembre 2007 con l’anodizzatore, per valutare come modificare i trattamenti di anodizzazione al fine di abbassare il valore del coefficiente di assorbimento. La proposta è stata quella di un provino (Luc) ottenuto con un’ossidazione anodica incolore su una lucidatura a specchio della superficie tramite brillantatura e, per valutare la differenza di comportamento, un filo (Opa) con ossidazione anodica incolore su una superficie semplicemente sgrassata e decapata. Il coefficiente ε è risultato 0.99 ÷ 1 per entrambi i campioni, mentre α è risultato ∼ 0.27 per il campione(Luc) e ∼ 0.36 per il filo (Opa). Il trattamento più idoneo per l’innalzamento del coefficiente di emissività ε del conduttore e la riduzione del suo coefficiente di assorbimento α, si è rivelato quindi quello di ossidazione anodica incolore su una lucidatura a specchio della superficie, tramite brillantatura.

Prima comunque di applicare l’intero processo di anodizzazione ai conci di alluminio, che dovrebbero servire a realizzare il conduttore da sperimentare sulla campata del laboratorio di Brugherio si è concordato con l’anodizzatore di eseguire su altri campioni di filo (Luc) e (Opa) le prove di riscaldamento, in corrente e per irraggiamento artificiale, allo scopo di verificare la ripetibilità dei risultati. Verifica del comportamento dello strato anodico durante un ciclo di invecchiamento climatico accelerato Il ciclo, utilizzato per stimare il degrado nel tempo di un conduttore realizzato con fili anodizzati, è consistito in una sequenza di cicli termici, irraggiamento UV in presenza di pioggia ed umidità ed immersione in bagno acido per simulare le condizioni atmosferiche più severe. A fine ciclo l’esame visivo dei campioni anodizzati ha rivelato, lungo l’intera superficie, una ragnatela di cricche trasversali, e longitudinali, molto evidente per il filo M, ma presente anche sui fili neri esaminati al microscopio. Dal colloquio con esperti di AITAL, l’associazione italiana che riunisce le aziende del settore trattamenti per l’alluminio e si occupa della normativa di prova, è emerso come il ciclo non sia idoneo per l’alluminio anodizzato. L’acidità del bagno, molto maggiore di quella presente negli ambienti più aggressivi (aree marino-industriali), accentua infatti le cricche formatesi sull’ossido durante il ciclo termico, con il risultato di portare alla luce il metallo sottostante e di ridurre i vantaggi del trattamento di anodizzazione. E’ ancora in corso con AITAL la messa a punto del tipo e delle modalità di invecchiamento climatico più adatto per i fili da usare per un conduttore di linea elettrica.

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