Dimensionamento del vetro temprato di protezione

Il vetro piano posto nella parte superiore del collettore in fig. [4.25] rappresenta, insieme ai tappi laterali ed al supporto (situato invece alla base del collettore), l’indispensabile strumento per la protezione del delicato tubo sottovuoto e del collettore; infatti il tubo ricevitore rappresenta l’elemento più fragile del sistema ed una suo eventuale danneggiamento, che comportasse la perdita del vuoto, porterebbe ad un notevole aumento delle perdite termiche e di conseguenza una notevole diminuzione del rendimento per l’intero impianto. A sua volta anche la particolare geometria del collettore parabolico (convesso ed esposto verso il cielo), in mancanza della protezione del vetro, causerebbe la stagnazione dell’acqua piovana e di tutti gli eventuali agenti atmosferici, che andrebbero a deteriorare rapidamente ed in maniera permanente la pellicola riflettente posta sul collettore, che ha l’importante scopo di riflettere e concentrare i raggi solari sul ricevitore; in aggiunta, in assenza di tale protezione, tutti i carichi dinamici dovuti al vento o alla pioggia potrebbero danneggiare, mandando in risonanza, sia il tubo che il concentratore parabolico.

Per questi motivi si rende necessario verificare il vetro di protezione, le cui dimensioni, al fine di coprire interamente la superficie di ingresso del collettore troncato Ac,tr, dovranno essere di 1.8 m sul lato lungo (sviluppo in lunghezza del collettore) e di 500

mm sul lato corto (valore ottenuto sommando alla lunghezza di apertura del collettore

152 che quantificare lo spessore minimo del vetro, affinché possa resistere ai vari carichi ambientali a cui sarà soggetto durante la vita utile dell’impianto.

La valutazione dei carichi ambientali di seguito esposta è stata effettuata seguendo le direttive del “testo unico per le costruzioni”, che prevede la valutazione dei carichi di vento, neve e pioggia partendo da dati statistici forniti dalla norma stessa. Di seguito vengono riportati i passaggi principali ed i risultati ottenuti mentre per consultare tutto il procedimento di calcolo si rimanda all’allegato n.17.

La pressione dovuta al vento ed alla pioggia vale:

dove:

 qb è la pressione cinetica di riferimento;

 cf il coefficiente di forma;

 cd il coefficiente di amplificazione dinamica.

I precedenti fattori vengono ricavati a loro volta da valori statistici e coefficienti correttivi, definiti mediante svariati grafici e formule nella norma stessa, che a favore della sintesi non sono qui riportati integralmente; basti sapere che la pressione cinetica di riferimento è ricavata dal prodotto:

dove ρ = 1.25 Kg/m3 è la densità media dell’aria e vp = 32 m/s è la velocità di picco del

vento, ottenuta correggendo il valore medio di riferimento della velocità del vento nella regione toscana vr = 27 m/s, mediante vari coefficienti che dipendono dal tempo di ritorno

di grandi temporali, dalla quota dell’impianto, dalla zona di esposizione del sito in questione, da coefficienti di esposizione e topografici. I coefficienti di forma e di amplificazione dinamica sono anch’essi forniti dalla normativa: il primo in base alla tipologia, alla geometria della costruzione e del suo orientamento rispetto alla direzione del vento, il secondo riassume gli effetti dinamici dovuti alle azioni meteorologiche; un’analisi dinamica approfondita delle frequenze proprie e dei modi propri del sistema è richiesta solo per strutture con un elevato sviluppo aereo, che possano essere soggette a fenomeni di natura aeroelastica o con elementi in movimento che possano entrare in risonanza e rappresentare un rischio per le persone (si veda la fig.[4.43]).

153 Figura − 4.43 Frequenze proprie caratteristiche di varie strutture

In ogni caso l’analisi dinamica è sempre consigliata quando il fattore dinamico per la struttura in esame risulti, in base alle tabelle della normativa stessa, superiore ad ; tuttavia poiché il collettore studiato è una struttura compatta, senza parti in movimento, situato sul tetto di un edificio dove non comporta rischi per le persone ed ha un’altezza massima inferiore a , rientra nella normativa che regola anche i pannelli fotovoltaici piani e statici, per cui non è richiesta un analisi modale approfondita e gli effetti dinamici sono tutti riassunti nel coefficiente di amplificazione appena descritto.

Per il caso in esame i coefficienti analizzati assumono i valori di cf = 0.5, minore

dell’unità perché il vetro è posto inclinato rispetto alla direzione principale del vento, deviando semplicemente il flusso di aria senza arrestarlo, e cd = 1.15; quest’ultimo valore

risulta difatti inferiore al valore consigliato oltre il quale effettuare una completa analisi dinamica ed esso è già stato cautelativamente approssimato per eccesso. Mentre sia le azioni tangenziali del vento, legati alla rugosità delle superfici e di nuovo alla loro esposizione, che i fenomeni legati al distacco dei vortici sulla struttura, risultano in questa applicazione trascurabili; quindi il valore della pressione del vento sulla struttura risulta essere .

In maniera del tutto analoga è possibile stimare le azioni causate dalla neve che potrebbe collocarsi sulla superficie del vetro:

ove:

 è il carico della neve sulla copertura;  è il coefficiente di forma della copertura;

 è il valore caratteristico del carico della neve al suolo;  è il coefficiente di esposizione;

154 Nuovamente la norma fornisce i dati e le tabelle per ottenere il valore di tali coefficienti, che nel caso particolare valgono: tiene conto del fatto che la superficie del vetro è inclinata e tende a far scivolare la neve a terra (per questo è minore dell’unità), è il valore fornito per il luogo geografico in esame (la Toscana), ipotizzando una tempesta di neve con tempo di ritorno di 200 anni, è il valore che deve essere utilizzato per modificare il valore del carico neve in copertura in funzione delle caratteristiche specifiche dell’area in cui sorge l’opera, e è utilizzato per tener conto della riduzione del carico neve a causa dello scioglimento della stessa, che è causata dalla perdita di calore della costruzione. Si ipotizza che il carico agisca in direzione verticale e lo si riferisce alla proiezione orizzontale della copertura; il valore della pressione causata dalla neve è quindi .

Per completare la verifica della copertura in vetro e dimensionare il suo spessore è necessario sommare i contributi del vento pv e della neve qs a quelli del peso proprio che

valgono:

in cui:

 è la densità della copertura in vetro temprato;  è l’accelerazione gravitazionale;

 è lo spessore del vetro da definire.

Sommando tutti i contributi delle pressioni agenti sulla superficie , è possibile valutare le tensioni e gli spostamenti del vetro in funzione dello spessore e, attraverso una serie di verifiche effettuate mediante un modello agli elementi finiti, visibile in figura [4.44] a sinistra, ci è consentito scegliere uno spessore minimo s = 5 mm, affinché sia la tensione che lo spostamento massimi, che si generano nel punto critico situato nel centro del vetro (figura [4.44] a destra), siano inferiori ai valori limite del

materiale, la cui tensione ammissibile e freccia massima , con un coefficiente di sicurezza .

155 Figura 4.44 − Modello agli elementi finiti (sinistra) e risultati (destra) per la piastra di copertura in

vetro