Tutte le scelte progettuali sono state arricchite di molteplici analisi di diversi aspetti, primo fra tutti il significativo problema legato alla corrosione in ambiente marino. Nella corrosione marina il metallo tende a tornare al suo stato naturale, termodinamicamente il più stabile, attraverso un processo spontaneo ed irreversibile, di natura elettrochimica. Il fenomeno della corrosione consiste in una reazione di ossido-riduzione denominata anche
117 reazione redox dove si assiste ad uno scambio, o migrazione, di elettroni dalla specie che si ossida (anodo) verso quella che si riduce (catodo). Nello specifico l’anodo è rappresentato dal metallo del dispositivo mentre il catodo è rappresentato dall’ambiente marino, la reazione ha inizio in quanto il metallo come assume le caratteristiche di una cella elettrolitica. Vi sono diversi tipi differenti di corrosione:
• Corrosione galvanica, si verifica quando due o più metalli differenti o anche uguali, ma con differente struttura interna, sono a contatto tra di loro in una soluzione corrosiva o conduttiva;
• Corrosione interstiziale, un tipo di corrosione localizzata dovuta ad un ristagno di sostanze corrosive in un punto ben definito; questo fenomeno è associato a piccoli volumi di soluzione stagnante spesso provocati dalla presenza di incavi o, fessure oppure da depositi superficiali che raccolgono solidi in sospensione presenti in acqua;
• Corrosione da erosione, è un tipo di corrosione che viene causato da un fluido corrosivo nel momento in cui al suo interno sono presenti particelle solide capaci di creare un’usura meccanica; il metallo viene asportato dalla superficie sotto forma di ioni o come prodotti della reazione di corrosione;
• Pitting corrosion, conosciuta come vaiolatura, è un tipo di attacco molto aggressivo e localizzato che si manifesta attraverso fori di ridotte dimensioni (pits), sulla superficie del metallo.
Diversi studi hanno investigato l’azione corrosiva dell’ambiente marino sui più svariati tipi di leghe. In uno degli studi più completi a [55] , più di 1150 campioni di 189 tipi differenti di leghe sono stati immersi in acqua di mare di superficie per 12 e 18 mesi. Per ogni lega è stato determinato: il tipo di corrosione, i tassi di corrosione, la profondità dei fori causati da un tipo particolare di corrosione, la “pit corrosion”, le conclusioni dello studio sono le seguenti:
• Le leghe di alluminio, a causa del tipo e dei tassi di corrosione devono subire trattamenti specifici per ottenere un ragionevole tempo di vita;
• Le leghe a base di rame, grazie alla loro corrosione uniforme sono consigliate, sono escluse le leghe a base di rame suscettibili alla dezincificazione e dealluminazione; • Le leghe a base di nickel non sono raccomandate;
• Acciaio e ghisa, grazie alla corrosione uniforme, sono raccomandate e la loro affidabilità può essere migliora con l’uso di adeguate misure di protezione; • Gli acciai inossidabili a causa della loro suscettibilità alla “crevice”, “pitting” e
“tunnell” corrosion, non sono raccomandati. Al contrario, gli acciai 309, 316L, 317, 329, 633, 29Cb-3 possono essere usati;
• Leghe a base di titanio sono raccomandate;
• Leghe a base di stagno, zinco e piombo non sono raccomandate.
Fra questi l’acciaio è sicuramente il materiale strutturale più usato in industria. L’acciaio è un materiale “general purpose” molto versatile grazie alla sua resistenza meccanica, la semplice produzione, la saldabilità, l’abbondanza e il basso prezzo. Di fatto lo standard in ambiente marino è l’acciaio 316L, le cui buone performance tuttavia possono essere influenzate da alcuni parametri ambientali quali pH, velocità dell’acqua, salinità e temperatura: ad esempio non è raccomandato l’uso di acciaio 316L in acqua stagnante.
118 Altra problematica di rilevante criticità è senza dubbio il fouling marino. Questo fenomeno consiste nell’accumulo di materiale sulla superficie di un substrato. Il materiale può essere inorganico od organico, nel primo caso allora si parla di fouling, mentre nel secondo caso di bio-fouling.
Il bio-fouling consiste quindi nella formazione di una colonia di organismi viventi su un determinato substrato e nella sua aggressione biologica, tale fenomeno è conosciuto anche bio-degradazione o biocorrosione.
In base alle dimensioni degli organismi si possono classificare diverse tipologie di fouling: • Molecular fouling: formazione di uno strato di proteine, lipidi e polisaccaridi
disciolti in acqua;
• Micro-fouling: adesione di batteri, microalghe e funghi al substrato e che costituisce la fase di colonizzazione biologica del substrato ed è conosciuto anche come bio-film;
• Macro-fouling: colonizzazione di macro-organismi bentonici che si sostituiscono gli uni agli altri fino al raggiungimento di un equilibrio chimico.
Figura 83 - Effetti del bio-fouling sulla chiglia di un imbarcazione
La quantità di bio-fouling che si forma su una struttura è principalmente connessa alle condizioni ambientali relative al sito di installazione della struttura. Il bio-fouling può portare ad incrostazione biologica e bio-deterioramento, tali fenomeni l’incremento di peso e volume della struttura, incremento della scabrezza superficiale del materiale, le variazioni di velocità di corrosione e fatica da corrosione, ostacolo per gli interventi di manutenzione.
119 Gli organismi marini possono anche modificare le condizioni chimico-fisiche dell’ambiente attraverso la produzione o il consumo di ossigeno, anidride carbonica e altri prodotti del loro metabolismo, tali variazioni possono promuovere alcuni processi corrosivi.
Il materiale infine scelto per gran parte della realizzazione del prototipo WEC SeaSpoon è stato l’acciaio austentico 316L. Diversamente per la realizzazione dell’albero motore è stato utilizzato invece un acciaio AISI 431 bonificato in quanto presenta caratteristiche meccaniche superiori rispetto all’316L: la condizione di bonifica permette di ottenere un alto snervamento, un’ottima resistenza agli urti e una buona resistenza a fatica. Presenta, inoltre, un’ottima deformabilità allo stato di laminato a caldo ricotto e un’ottima resistenza alla corrosione in acqua di mare e nelle atmosfere saline. Normalmente non viene impiegato per applicazioni che richiedano la saldatura e le sue applicazioni tipiche riguardano attrezzature subacquee, steli stantuffo, parti esposte ad acqua acida di miniera, costruzioni navali, bulloneria per le industrie dell’amido, della carta, parti di valvole e alberi portaelica.
Tutte le operazioni di carpenteria sono state effettuate in officina mentre le operazioni di precisione, come la tornitura, e la costruzione di pezzi complessi sono state svolte da aziende esterne. I pezzi impiegati, soprattutto tubi e lastre, sono stati tagliati con le relative dimensioni e forme previste da progetto mediante tagliatrice al laser e piegati; infine si è completato l’assemblaggio del sistema saldando il tutto. Al termine della saldatura è stato effettuato un controllo delle misure e un raddrizzamento di alcuni pezzi, come le cerniere, che si sono deformati a causa dell’elevato calore in gioco; tale operazione è stata realizzata con l’ausilio di pistoni idraulici o con raddrizzatura a cannello. L’ultima operazione è stata la produzione delle pale, realizzate da lamiera di acciaio, in seguito sagomate attraverso la tagliatrice al laser ed irrobustite con nervature interne mediante l’utilizzo della piegatrice.