Soluzione costruttiva e principio di funzionamento

Quanto sino ad ora osservato e specificato, unito allo studio analitico condotto nel Cap.(3) e Cap.(4) dettano in modo chiaro le linee guida nella progettazione di un cella di flusso innovativa.

Il primo grande cambiamento riguardante la fluidodinamica della cella, con flusso di tipo

RIJ [c.f.r. Cap.(4)], ortogonale e centrato sulla zona di massima sensibilità del quarzo; a

quest’ultime si unisce una grande efficienza di lavaggio con cariche fresche e linee di flusso che, non lasciando sacche di ristagno, risultano ottimali nello smaltimento di eventuali bolle.

La seconda scelta riguarda l’utilizzo dell’acciaio INOX in luogo del Plexiglass per la realizzazione dei moduli della cella; questo per garantire accoppiamenti e riferimenti estremamente precisi in fase di assemblaggio, la spiccata conducibilità termica per una termostatazione in ambiente controllato rapida e stabile e una forte inerzia chimica nei confronti di soluzioni saline a contatto.

Il terzo cambiamento tocca la fase di assemblaggio della cella, la quale pensata suddivisa in parti assialsimmetriche, viene serrata in modo univoco e ripetibile con un unico elemento filettato e centrato sull’asse dei moduli attigui; è prevista inoltre una sede che accolga agevolmente l’elemento sensibile e allo stesso tempo lo posizioni rispetto al canale di in-let con tolleranze strette.

Infine la tenuta sul canale di ingresso e di uscita si pensa di garantirla tramite ferule a schiacciamento spinto, spesso utilizzate in sistemi ad alta pressione; le tenute interne, ad esempio tra l’elemento sensibile e parti attigue, verranno invece realizzate con O-ring in silicone: a questo proposito il contatto tra elemento siliceo e corpi contigui viene ristretta il più possibile alla zona perimetrale dello stesso. E’ importante notare che la il supporto dell’elemento sensibile può essere realizzato in acciaio in quanto non sono presenti componenti elettriche che necessiterebbero di un opportuno isolamento.

Il volume di flusso verrà ottimizzato riducendo al massimo i volumi di out-let: in luogo di un condotto unico di scarico lungo l’intera periferia della cella, saranno previsti quattro condotti disposti simmetricamente e sfalsati 90° uno dall’altro.

Viste le basse caratteristiche di resistenza richieste al corpo cella, le sue dimensioni di ingombro sarranno ridotte ai minimi termini.

In Fig.(5.7.a-b) è mostrato il disegno illustrato del complessivo di studio riportato in

Fig.(5.7.a): disegno illustrato del complessivo di studio in All.(?).

All.(?): la cella di flusso nel suo complesso è un corpo assial simmetrico, di forma cilindrica con le seguenti misure di ingombro:

• diametro di base 40 mm • altezza 22 mm

Il prototipo di Fig.(5.7) è suddiviso in quattro moduli assial-simmetrici aventi il medesimo asse di simmetria e realizzati in acciaio Inox UNI??; partendo dall’alto si trova:

• La flangia di tenuta, Fig.(5.9.a-b), che ha il compito di serrare e mettere a tenuta sul corpo cella la ferula centrale di in-let e le quattro ferule periferiche di out-let.

Fig.(5.9.a): disegno illustrato della flangia superiore di tenuta [ All.(?)] vista lateralmente in sezione.

Fig.(5.9.b): disegno illustrato della flangia superiore di tenuta [ All.(?)] vista dall’alto.

Il serraggio avviene tramite quattro viti a brugola disposte simmetricamente, a 90° l’una dall’altra, come visibile in Fig.(5.9b). In Fig.(5.10) è riportato lo schema dei componenti appena citati, assemblati assieme. La successione delle operazioni di montaggio è la seguente:

1. Inserimento dalla base della flangia dei cinque tubi in Teflon con le relative ferule innestate ai loro capi (Fig.5.9.a) sino a portarne a battuta la parte calibrata in acciaio.

2. Posizionamento e della flangia sul corpo cella facendo combaciare il corpo morbido delle ferule con le rispettive sedi di accoglienza; la flangia, le ferule e il corpo cella risulteranno a questo punto automaticamente centrate le une rispetto all’altra.

Fig.(5.10): disegno illustrato della flangia superiore assemblata con i componenti di tenuta e fissaggio [ All.(?)].

3. Inserire , avvitare e stringere le quattro viti di serraggio nelle rispettive sedi di alloggiamento; il serraggio va eseguito sulle diagonali, gradualmente e uniformemente come previsto nelle norme UNI-ISO.

• Il corpo cella, Fig.(5.11), che nella sua parte superiore accoglie in opportune sedi calibrate la parte deformabile delle ferule di in-let e out-let e possiede le filettature per le viti di serraggio della flangia di tenuta; sempre nella parte alta sono presenti i canali calibrati di in-let e out-let della camera di flusso. Nella parte bassa del corpo si trova invece la via di accesso per l’inserimento del supporto elemento sensibile e la sede filettata per il tappo di serraggio.

Fig.(5.11): disegno illustrato del corpo cella in vista latrale e in sezione. [ All.(?)]

• Il supporto della slide silicea, ha il compito di accogliere in una opportuna sede calibrata l’elemento sensibile di forma circolare e riferirlo in modo univoco rispetto al proprio asse; la coassialità tra asse del supporto e asse di in-let è garantita tramite un accoppiamento laterale con gioco stretto sul corpo cella. La battuta del supporto con la parete superiore della via di accesso, garantisce in modo tollerato l’ortogonalità tra l’elemento sensibile e l’asse di in-let.

Fig.(5.12): disegno in sezione del supporto e dell’ elemento sensibile con i rispettivi O-ring di tenuta [ All.(?)]

La cella di misura dovendo lavorare immersa in bagno termostatato, il supporto è dotato di un O-ring laterale che garantisce la tenuta dall’esterno verso l’interno. L’elemento sensibile a sua volta viene messo a tenuta con la camera di flusso tramite un sottile O-ring in gomma siliconica montato sul perimetro dello stesso. Il supporto è dotato di un foro centrale filettato per eseguirne l’estrazione

post prova, tipo “cava tappi”,. In Fig.(5.13.a-b) è riportato lo schema dei componenti assemblati visti sino ad ora.

Fig.(5.13.a): disegno illustrato dei componenti assemblati [ All.(?)]

Fig.(5.13.b): ingrandimento del sistema di tenuta sulla camera di flusso, tra i vari componenti che la delimitano [ All.(?)]

• L’elemento filettato di serraggio: è un componente assial simmetrico e filettato sul codolo di base per accoppiarsi con la sede filettata del corpo cella e serrare assieme i moduli; è dotato di un O-ring frontale che garantisca la tenuta

Fig.(5.15): disegno illustrato del meccanismo di serraggio [ All.(?)]

dall’esterno verso l’interno. Sulla base è dotato di un intaglio per essere avvitato e svitato con una semplice moneta. Il serraggio dei moduli avviene con una successione di operazioni ben precisa, che se non rispettata può portare alla rottura dell’elemento sensibile o a pregiudicare la tenuta idraulica della cella. In Fig.(5.7) è riportato lo schema dei componenti assemblati. La successione delle operazioni di montaggio è la seguente [Fig.5.13)]:

1. Posizionamento nella sede calibrata ricavata nel corpo cella, dell’O- ring di tenuta tra elemento sensibile e camera di flusso

2. Posizionamento dell’elemento sensibile nella sede calibrata del proprio supporto, su cui è stato preventivamente montato l’O-ring di tenuta periferica.

3. Inserimento del supporto, unito all’elemento sensibile, nella sede calibrata sino a battuta sul corpo cella [(Fig.5.13.b)].

4. Assemblaggio del sistema tramite l’elemento filettato di serraggio, già provvisto di O-ring frontale di tenuta. Per garantire la tenuta idrica, visti gli accoppiamenti estremamente precisi è sufficiente una bassa pressione di compattamento; esuberare con la forza di serraggio porta a deformazioni eccessive dei moduli e potenziali rotture dell’elemento sensibile.

Fig.(5.16): disegno in sezione dei moduli in fase di assemblaggio [ All.(?)]

Quello che appare come un sistema modulare, semplice ed essenziale, in realtà nasconde in sé alcune lavorazioni particolarmente delicate: la prima in assoluto sono i quattro fori di out-let da 0.5 mm eseguti nell’acciaio per una profondità di passata di 2 mm circa, con tolleranze geometriche molto strette [All.(?)]; la seconda lavorazione riguarda la sbavatura e successiva svasatura con uno smusso di 0.25 mm dei fori di flusso dopo la fase di foratura. In generale per garantire tolleranze ed accoppiamenti stretti tutte le fasi di lavorazioni interne, in particolare quelle che hanno riguardato la camera di flusso, sono state complesse e delicate. Le restanti fasi non hanno comportato problemi di rilevanza.

La componetistica standardizzata presente nella cella è la seguente:

• N°5 ferule UPCHURCH SCIENTIFIC P-259X

• N° 4 viti a UNI 6107 M5 x 8 – 4.8

• N° 3 O-ring: OR 3056; OR 2050; OR 3056

Le dimensioni della camera di flusso sono state definite in base ai dati riportati in specifica tecnica al punto 1-2 e 7. Il diametro dell’elemento sensibile è di 18 mm e il diametro del canale di in-let (1 mm).

Il principio di funzionamento della cella è estremamente semplice: una volta assemblati i componenti, la camera di flusso viene messa in pressione tramite un circuito idraulico esterno preventivamente attrezzato. Lo schema di riempimento è quello di Fig.(5.17.a-b), in cui si nota la carica fresca (verde più acceso) fluire nella camera di flusso attraverso il capillare

Fig.(5.17.a): disegno illustrato della fase di riempimento e scarico della camera di flusso vista in sezione [ All.(?)]

Fig.(5.17.b): simulazione fluidodinamica con il codice Fluent®

della fase di riempimento e scarico della camera di flusso vista in sezione.

centrale per poi diffondersi con simmetria radiale e raggiungere i quattro i capillari di scarico. La fluidodinamica del sistema riportata in Fig.(5.17.b) è dettagliatamente spiegata nel Cap.(4).