Energia e CFRI

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Energia cinetica e Carbon Fiber Readiness Index (CFRI)

L’utilizzo di materiali leggeri con elevate prestazioni meccaniche offre indubbi vantaggi in linee ad alta velocità. Vediamone il motivo concentrandoci sull’energia necessaria a mettere in movimento la linea: l’energia cinetica per definizione è l’energia che possiede un corpo per il movimento che ha o che acquista: equivale al lavoro necessario per portare un corpo da una velocità nulla a una velocità nota.

La formula dell’energia cinetica è per ciascun punto materiale:

Dove K è l’energia cinetica espressa in Joule, m massa del sistema di trasporto espressa in kg, v velocità della linea espressa in m / s.

Avendo a disposizione tutti i dati (masse, geometrie, attriti, perdite, velocità lungo le tre dimensioni cartesiane x, y, z, ecc.) si può calcolare l’energia cinetica complessiva di ogni specifica linea industriale. Prendiamo in considerazione una generica linea di trasferimento orizzontale per alimenti in acciaio AISI 316L.

Per semplicità limitiamoci all’energia cinetica traslazionale del sistema di trasporto senza considerare al momento attriti o perdite.

Immaginiamo ora di sostituire una parte del sistema di trasporto con componenti o assiemi in materiali leggeri, ad esempio in fibra di carbonio Carbit®: l’energia cinetica cambierà e la differenza può essere espressa in questo modo:

Dove: K1 è l’energia cinetica della linea con sistema di trasporto in acciaio K2 è l’energia cinetica della linea con sistema di trasporto con componenti / assiemi in carbonio.

Definiamo ora m1 = m1v + mf come la massa complessiva in kg del sistema di trasporto in acciaio, in cui m1v è la massa in kg dei componenti in acciaio sostituibili con la fibra di carbonio (la v sta per “variabile”) e mf è la massa di tutto il resto del sistema di trasporto (nastro, pulegge, carico utile, ecc.) che non cambia (la f sta per “fissa”).

Dalla (1) e dalla (2), considerando che il peso della fibra di carbonio è pari ad 1/5 dell’acciaio si possono facilmente ricavare le equazioni (3) e (4).

L’equazione (3) mostra come l’energia cinetica vari in funzione della massa dei componenti in acciaio sostituibili e del quadrato della velocità della linea.

L’equazione (4) mostra invece come la variazione percentuale dell’energia cinetica vari in funzione del rapporto tra la massa dei componenti/assiemi in acciaio sostituibili e la massa complessiva del sistema di trasporto comprensiva di carico utile, a prescindere dalla velocità della linea. Su questo principio si basa il calcolo del CFRI.