Posizionamento dei sensor

La collocazione, fisica, delle termocoppie nei punti della motta loro assegnati presenta alcune fasi critiche, in particolare:

1) realizzazione delle sedi in cui alloggiare le termocoppie;

2) assicurazione che le termocoppie mantengano la posizione loro assegnata: in particolare è assolutamente necessario che la punta, ossia la parte sensibile, delle termocoppie situate nella sabbia o nei raffreddatori, mantenga intimo contatto con il punto di cui si vuole misurare la temperatura, e non si instaurino gap d’aria. Le sedi delle termocoppie (e il relativo canale di collegamento con l’esterno, in modo che il segnale possa essere portato fuori dalla motta, verso i condizionatori) devono essere le più piccole possibili, per non perturbare, se non in minima parte, il fenomeno

oggetto di studio. Come linea orientativa, non devono essere più larghe di 3 mm. Si sa, però, che realizzare un foro di diametro così ridotto, ma lunghezza notevole (una semimotta è alta circa 150 mm), è impossibile con i normali utensili da foratura. Necessariamente, quindi, i fori dovranno essere incorporati nella motta in fase di formatura. La strada più semplice ed intuitiva, e quindi economica, è quella di incorporare nella placca modello superiore delle anime metalliche estraibili delle dimensioni desiderate (spilloni) sufficientemente lunghe da lasciare, una volta rimosse, fori comunicanti con l’esterno della semimotta superiore delle dimensioni desiderate. Tali spilloni, di diametro 3 mm, sono stati effettivamente reperiti fra l’attrezzatura in dotazione alla Fonderia Scacchetti. Il problema era quindi trovare il modo di alloggiarli nelle posizioni dovute e far sì che vi permanessero durante la fase di formatura. La soluzione di tale problema ha portato ad una modifica della placca modello superiore: in corrispondenza dei punti in cui la normale al piano di base dovrebbe coincidere con l’asse delle termocoppie, questa è stata dotata di fori di 3mm di diametro, e profondi 10mm Inoltre, constatato il fatto che l’attrezzatura poteva essere utilizzata, magari in un secondo momento, una volta disponibili software più versatili, per eseguire rilevazioni di HTC anche all’interfaccia getto centrale-raffreddatori (ed eventuali confronti con il caso a geometria più semplice) si è deciso di dotare anche tale getto, e relativi raffreddatori di sedi per termocoppie. Di conseguenza è stato creato un foro per spillone anche in corrispondenza del profilato ad I (a 6 mm dalla base) e altri due in corrispondenza del raffreddatore, in modo che gli assi di tali fori distassero rispettivamente 6 e 12 mm dall’interfaccia.

Fig. 3.25: Placca modello superiore con i fori (diametro 3mm) in cui infilare gli spilloni.

Anche i raffreddatori sono stati dotati di fori, sedi di termocoppie, eseguiti alle macchine utensili. Poiché la punta della termocoppia deve misurare la temperatura in corrispondenza della mezzeria del raffreddatore, la profondità dei fori risulta: 10mm per i fori nei raffreddatori dei parallelepipedi (si ricorderà che lo spessore dei suddetti era 20mm);

30mm per i fori nei raffreddatori del getto a forma di profilato a I (le dimensioni di ingombro della sezione di tale profilato erano 119*50, per cui si sono adottati raffreddatori di sezione 125*60).

Fig. 3.26: Particolare della semimotta inferiore dotata di raffreddatori spessi 90mm: si possono notare i fori per l’alloggiamento delle termocoppie;

Due ulteriori fori (sempre profondi 10mm e di diametro 3mm) vanno eseguiti sulla semimotta inferiore per creare gli alloggiamenti delle termocoppie destinate a rilevare la temperatura nella sabbia. Realizzare i fori nei raffreddatori richiede un accorgimento: si ricorderà che i raffreddatori sono dotati di angoli di sformo, di circa 3°. Assumere come riferimento, nell’esecuzione dei fori, lo spigolo della faccia su cui i fori vengono realizzati porta dunque ad un errore: la distanza dei fori dall’interfaccia non è più quella voluta (6 o 12 mm) ma risulterà leggermente inferiore:

Fig. 3.27: Errore di posizionamento della termocoppia nel raffreddatore facendo riferimento allo spigolo superiore.

L’entità dell’errore è pari a metà dell’altezza del raffreddatore moltiplicata per la tangente dell’angolo di sformo (3°): raffreddatore alto 20mm (parallelepipedo): err.= 1.0 mm, raffreddatore alto 60mm (getto centale): err.= 3.1 mm. E’ facile vedere che tali errori sono intollerabili. Naturalmente lo stesso discorso vale per i fori nella sabbia e anche per quelli nelle placche, se si vuole che risultino coassiali con le sedi delle termocoppie realizzate. Nella seguente fotografia il risultato finale: una volta tolti gli spilloni restano, nella semimotta superiore i fori per le termocoppie:

Fig. 3.28: Vista dall’alto di una semimotta superiore: sono visibili l’imbocco dello sprue ed i fori per inserire le termocoppie.

Una volta infilate le termocoppie nelle loro sedi, bisogna assicurarsi che mantengano la posizione. Il problema è facilmente risolvibile per quelle nei raffreddatori e nella sabbia, in quanto è sufficiente spingerle in basso finché non arrivano a battuta sul fondo dei fori, dopo di che il peso proprio delle stesse

(comprese di terminale) è sufficiente a mantenerle a contatto con il fondo dell’alloggiamento. Più delicata è la questione legata alle termocoppie affogate nel metallo: in tal caso, la posizione da mantenere non è a contatto con il fondo della cavità, bensì nel suo piano di mezzeria. La risoluzione consiste nel procedere con questa sequenza di azioni:

1) Note le dimensioni della cavità, si spinge la termocoppia fino a mandarla a battuta contro il fondo della cavità stessa.

2) Utilizzando una scala di misura graduata si tira su la termocoppia di una quantità pari a metà dello spessore della cavità (nel caso del parallelepipedo, 10mm).

3) Individuata la posizione, si esegue una doppia piega alla termocoppia, che è deformabile quasi senza limitazione.

4) Si assicura la posizione della termocoppia con una resina speciale, disponibile in fonderia.

Il posizionamento effettivo della termocoppia immersa nel getto all’atto della solidificazione è soggetto ad una notevole indeterminazione: si tratta infatti di un sensore avente un diametro di solo 0.5mm, fissato ad una estremità, sospeso nella forma che al momento della colata viene investito dal flusso di metallo e dai successivi riflussi. Solo sezionando il getto ottenuto e misurando l’effettiva posizione della termocoppia sarebbe possibile superare questa indeterminazione. Si precisano infine i valori dei tempi di risposta delle termocoppie utilizzate:

- 0.5mm insulated: 0.15s - 1mm insulated: 0.3s

Tali valori, pur non inficiando al validità dell’analisi sperimentale, contribuisco all’errore totale di cui sono affette misurazioni di questo tipo.

3.5 EFFETTO DEL BATTENTE METALLOSTATICO E