Dopo aver smanettato con compressori e bombole mi è sorta spontanea una domanda: come mai le bombole sono fatte così? Insomma, non si potevano fare a sezione quadrata? Sarebbe stato più facile lo stoccaggio, per lo meno... E perchè le bombole da GPL pesano tutto sommato poco e quelle da azoto pesano uno sfacelo? Perchè le bombole ad uso medicale sono colorate?
Di base una bombola è costruita per resistere alla pressione interna che è maggiore di quella esterna.
Questa condizione mette in tensione il materiale di costruzione e la forma migliore per minimizzare la tensione è quella sferica. Siccome, per fortuna, è stato ritenuto poco pratico avere bombole sferiche, si è adottata la forma cilindrica con le due estremità semisferiche che si chiamano ogive.
Questa forma è quella che ottimizza la tensione dei materiali, ma ora parliamo di come si progetta una bombola!
Le informazioni necessarie alla progettazione di un recipiente sotto pressione (che io per comodità chiamo bombola) sono le seguenti :
- dimensioni finali di ingombro
- numero, posizione e filettatura delle bocchette
- materiale e processo costruttivo
- spessore delle pareti
- tipologia del prodotto che andrà stoccato
- pressione di stoccaggio
Per quel che riguarda i primi due punti, nulla da dire perchè mi paiono abbastanza chiari.
Parliamo invece degli altri parametri :
Materiale e processo costruttivo
I materiali ovviamente variano a seconda del gas che andrò ospitato, come anche il processo di costruzione. Per i gas medicali tipo ossigeno e per l'aria compressa da uso subacqueo si usano contenitori realizzati in pressofusione (ovvero un unico blocco di materiale scaldato e lavorato fino ad ottenere un cilindro). Le bombole più comuni, quelli di GPL ad uso domestico, sono fatte di lamiera di acciaio saldate. La saldatura però modifica le caratteristiche del metallo sulla quale è fatta ed anche questo deve essere tenuto in conto. Bisogna poi vedere che gas andrà contenuto per evitare la corrosione del contenitore.
Spessore delle pareti
All'aumentare della pressione, generalmente, aumenta lo spessore delle pareti. Questo non è del tutto vero, ma in buona parte sì. Altri fattori che incidono sullo spessore sono la temperatura di stoccaggio, quella di esercizio ed eventuali requisiti particolari di sicurezza (tipo le bombole di GPL per uso automotive).
Tipologia di prodotto
Ecco, questo è uno dei fattori critici. Una bombola da gas alimentari è ben diversa da una per gpl, ad esempio. Il GPL per esempio non è corrosivo, ma altri gas liquefatti si, questo è un elemento che guida decisamente la scelta. Se poi parliamo dei gas disciolti o di gas ossidanti, è pure peggio!
Pressione di stoccaggio
Questa va (quasi) di pari passo con lo spessore delle pareti, ma è un'altro fattore determinante. Alcuni gas tipo il GPL sono stoccati a 4 o massimo 8 bar, l'ossigeno invece a 200 o 220bar.
Dicevo prima che ci sono bombole diverse per i gas liquefatti ed i gas disciolti, ma non ho spiegato di preciso cosa sono...
Bisogna prima però familiarizzarsi con il concetto di "temperatura critica" e di "pressione critica".
Questa temperatura è la temperatura espressa in gradi Centigradi al di sopra della quale un gas NON può essere liquefatto , mentre al di sotto si , a patto che ci sia un'adeguata pressione. Appunto questa pressione è chiamata "pressione critica". Ora si che possiamo andare avanti.
Gas disciolti
Sono gas molto instabili che vengono stoccati appunto disciolti in una massa liquida(solvente) e poi viene riempita la bombola. Anzi, a dirla correttamente, la bombola viene impregnata di liquido ma sono sottigliezze... Solitamente il liquido è
Gas compressi
Sono gas con temperatura critica inferiore a -10°C come ossigeno, idrogeno, elio, metano.
Gas liquefatti
Sono gas con temperatura critica superiore a -10°C cme propano ed anidride carbonica
Gas inerti
Si usano in molti processi produttivi sia in campo alimentare che metallurgico, sono classificati tali azoto, argon, anidride carbonica. Sono pericolosi perchè in alta concentrazione riducono la percentuale di ossigeno.
Gas infiammabili
Il nome dice tutto, sono il butano, propano, acetilene.
Gas comburenti
Aumentano o accellerano la combustione, dal classico protossido di azoto (come anni di Fast&Furious ci hanno insegnato) , l'ossigeno, l'aria compressa.
Gas tossici, corrosivi, cancerogeni
Ammoniaca, cloro, acido solforico.
Gas Speciali
Ad altissima purezza, per applicazioni specifiche (tipo verniciatura, dove sono richieste percentuali di umidità prossime allo 0).
Gas tecnici
Purezza media, per usi generici di lavorazioni industriali
Gas criogenici
Sia per applicazioni medicali che veterinarie o industriali.
Ovviamente, i gas possono avere più caratteristiche, per esempio l'azoto è un gas inerte, criogenico, può essere anche considerato tecnico.
Ora che si sa come è fatta una bombola, mancano però i criteri per sapere cosa ci sia dentro e come tirarlo fuori...
Per il contenuto della bombola, si usa colorare l'ogiva con una codifica pari alla normativa europea (ne parlerò in un'altro post più avanti), ci deve essere il nome commerciale del contenuto o su etichetta o punzonato sulla bombola stessa e ci devono al minimo dei cartellini al collo. Se non si usano i cartellini, sono ammesse scritte indelebili o etichette adesive.
Per "tirare fuori" il gas, invece, tutte le bombole sono commercializzate con un raccordo di uscita completo di rubinetto.
I raccordi di uscita
Questo per evitare che vengano accidentalmente mischiati. Possono essere raccordi maschi o femmina, a passo destrorso o sinistrorso, in diametro che va da 20 a 30mm. Ovviamente tutte le raccorderie e le filettature sono contenute in una norma UNI (dalla 4405 alla 4412). Se volete approfondire, la San-O-Sub mette a disposizione una tabella esplicativa molto ben fatta.
I riduttori di pressione
A valle dei raccordi di uscita vanno applicati dei riduttori di pressione per non avere 200 bar sull'uscita. Ogni riduttore è specificatamente studiato per il gas che andrà a lavorare, dall'argon all'elio o anidride carbonica, le tecnologie costruttive sono ben diverse.
Pressioni indicative
Volevo raggruppare qui la pressione delle bombole che si trovano più di frequente per noi poveri hobbisti, giusto per avere un'idea di quanto possano resistere alla pressione.
Indicativamente l'aria compressa per uso subacqueo viene stoccata a 230 bar, mentre nel collaudo la bombola deve sopportare tra i 300 ed i 430 bar.
Le bombole da GPL domestico operano tra i 4 e gli 8 bar e solitamente vengono testate a 30 bar.
Le bombole per gas refrigeranti (che sono di taglie tutto sommato piccole, tipo 12 litri) vengono testate tra i 29 ed i 48 bar
Perchè le bombole "scadono"?
Si diceva all'inizio della tensione dei materiali. Ripetuti cicli di riempimento e svuotamento mettono sotto stress il materiale, per questo ogni N anni le bombole vanno revisionate. Viene controllato l'interno del contenitore, viene messa in pressione e testata e se supera tutti i controlli viene rimessa in circolo. Tutti questi test sono contenuti nella normativa PED (Pressure Equipment Directive), per maggiori informazioni vi lascio il link al sito del TUV Italia ed alla normativa stessa sul sito dell'Unione Europea
Ci sono anche almeno un paio di ditte in Italia specializzata nell'automatizzare questo processo, AIME e Vanzetti Equipment .
Direi che alcune curiosità me le sono levate :-)
Se interessa l'argomento bombole, ne ho usate 4 da GPL domestico per ampliare la capacità di stoccaggio del mio compressore, ne parlo qui.
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