STEP #23 "Ri-scaldare": una promozione di prodotto

Poster promozionale per la fibra ElastiCool!

STEP #22 "Ri-scaldare" un'invenzione futura

"ElastiCool" : la fibra adatta ad ogni stagione.

In questa nostra lunga indagine abbiamo avuto modo di vedere in quanti modi il verbo/azione "Ri-scaldare" è stato declinato e secondo quali aspetti è diventato oggetto di studio di grandi personaggi quali Benjamin Franklin, James Watt, James P. Joule,  Percy Spencer, e molti altri che hanno di fatto contribuito allo sviluppo e al progresso concedendoci oggi di avere le comodità di cui disponiamo; grazie a loro, senza voler sminuire l'immenso lavoro che sussiste, nel quotidiano abbiamo la possibilità di riscaldare le nostre case grazie all'energia elettrica o ancora riusciamo a riscaldare o persino cucinare i nostri cibi in pochi secondi. Così sulla stessa scia, con la volontà di trarre ispirazione dallo spiccato ingegno di questi uomini, fantasticando su ciò che ancora si può migliorare e ottenere ,declinando nuovamente il verbo "Ri-scaldare", è nata l''idea di " ElastiCool: la fibra adatta a ogni stagione ".

Di cosa si tratta ?

Partendo dal principio per cui quasi tutti i materiali se riscaldati aumentano di volume mentre se raffreddati tendono a contrarsi mantenendo però in entrambi le due circostanze invariata la massa si suppone la possibilità di realizzare una fibra costituita da un materiale altamente sensibile alle variazioni di temperatura esterna. Questa sua caratteristica intrinseca renderebbe tale fibra adatta alla realizzazione di capi d'abbigliamento in grado di adattarsi a condizioni di caldo e di freddo semplicemente aumentando o diminuendo di volume e conseguentemente essere in grado di apportare più o meno calore a chi li indossa a seconda delle condizioni meteorologiche.

Quali sono i requisiti da soddisfare?

Perchè ciò sia possibile è necessario dunque che il materiale in questione abbia un coefficiente di dilatazione termica molto alto, in modo tale da potersi espandere o contrarre in modo considerevole, ma allo stesso tempo è indispensabile che sia molto resistente agli stress termici, di modo che pur subendo variazioni volumetriche importanti non si deformi plasticamente ne giunga a rottura.

Perchè un giorno potrebbe parlarsene in quanto innovazione?

Pensando alla vita di tutti giorni il principale vantaggio di indumenti fatti in fibra "ElastiCool" sarebbe quello di poter indossare indipendentemente dalle stagioni i capi che più si preferiscono, risolvendo il problemi delle mezze stagioni, durante le quali frequenti sono le repentine variazioni di temperatura.Allo stesso modo, senza rinunciare al giusto apporto di calore, nei freddi mesi invernali si annullerebbe il problema associato all'escursione termiche cui siamo sempre soggetti passando da un ambiente chiuso e riscaldato ad un ambiente esterno. 

E poi chissà un giorno infinite potrebbero essere le applicazioni di questa nuova fibra!

STEP #20 "Ri-scaldare" e un materiale associato

La Ghisa

Nello STEP #14 "Ri-scaldare" nel Ottocento nel riportare le tappe più importanti circa l'invenzione del Calorifero, sistema di riscaldamento ad oggi largamente adottato, si è considerato degno di nota il contributo apportato da Nelson H.Bundy che nel 1872 sviluppò il Bundy Loop: primo radiatore completamente in ghisa. Il perché che questo rappresenti un punto focale nella storia dei radiatori è da ricercarsi nelle proprietà intrinseche della ghisa stessa. Questo nuovo capitolo della nostra indagine sul verbo/azione "Ri-scaldare" ha come obiettivo proprio quello di studiare tali caratteristiche dimostrando come questo materiale sia in un certo qual modo associabile al verbo.

La ghisa, detta ferraccio fino alla fine dell'Ottocento per via della sua minor qualità rispetto all'acciaio dolce, è una lega ferrosa costituita principalmente da ferro e carbonio e in varie ma più ridotte percentuali da silicio, manganese, zolfo, fosforo. Il tenore di carbonio è compreso tra 2,06% < C < 6,67%, (limite di saturazione) e valori pari a <4,3%, =4,3% >4,3% classificano le ghise rispettivamente come ipoeutettiche, eutettiche o ipereutettiche (per sapere di più sulla classificazione delle ghise clicca qui). [1]

Mucchio di oggetti in ghisa.

La produzione della ghisa avviene generalmente per riduzione degli ossidi di ferro mediante combustione di carbon coke in apparecchiature chiamate altiforni. Il minerale viene disposto a strati alternati con carbon coke a basso tenore di zolfo, nella parte superiore dell'altoforno; il ferro liquido (ghisa) contenuto nel minerale, quando raggiunge lo stato fuso, cola verso il basso per poi essere raccolto o nel crogiolo e convogliato in canalette refrattarie o nelle siviere per essere poi trasformato in lingotti. [2]

Schematizzazione del processo produttivo della ghisa.

Sebbene rispetto all'acciaio dolce, che a sua volta ha un apporto di carbonio pari al 1,5%, la ghisa sia più fragile essa ha però una maggior durezza e soprattutto ha un coefficiente di dilatazione termica pari a 10 ppm ovvero il 20% in meno rispetto a quello dell'acciaio. Questo rende quindi il materiale molto adatto nei in casi in cui via siano accoppiamenti caratterizzati da variazioni di temperatura.
Inoltre per via della sua fluidità alla temperatura di fusione, può essere impiegata nella produzione di getti di fusione quindi realizzando la forma negativa di ciò che si vuole ottenere che funge da stampo entro il quale viene fatta colare la ghisa liquida e che a sua volta assume la forma desiderata. Al di là dunque della sua economicità di produzione ,resistenza all'usura, buona lavorabilità sia con macchine sia con utensili, essa fornisce la possibilità di realizzare forme molto complesse.[3]

Dettaglio decorazioni di un termosifone in ghisa.

[1]https://it.wikipedia.org/wiki/Ghisa

[2]https://slideplayer.it/slide/550714/

[3]http://comefare.fixool.com/ghisa-segreti-lavorare-pulire-lega/

STEP #14 "Ri-scaldare" nel Ottocento

L'invenzione del Calorifero

Definendo un evento come un fatto che si è verificato e che ha agito in modo determinante su una situazione e quindi un fatto che per tale ragione risulta essere degno di nota, nell'indagine che vede sempre come protagonista il verbo/azione "Ri-scaldare" è lecito, nella volontà di identificare gli eventi della storia tecnologica che lo coinvolgono, parlare dell'invenzione del Calorifero.

Anche conosciuto sotto il nome di radiatore o termosifone l'invenzione di questo sistema di riscaldamento può essere considerato a tutti gli effetti un evento di enorme rilevanza perchè primo esemplare dei più moderni sistemi di riscaldamento.

La storia de radiatori in ghisa può essere fatta risalire già intorno al XVIII secolo ma fu durante il XIX che si può apprezzare grazie al contributo di diverse importanti figure un evoluzione sostanziale di questo prodotto [1]

Andando per gradi il primo grande passo fu compiuto da Angier Marsh Perkins, inventore e ingegnerie, che riconoscendo gli enormi svantaggi degli allora attuali sistemi di riscaldamento, nel 1831 progettò un sistema di riscaldamento che prevedeva l'uso di acqua calda ad alta pressione.

Il principio di funzionamento del "Apparatus for heating air in Buildings", questo il nome del brevetto ottenuto in Gran Bretagna, era semplice:  attraverso un tubo di ferro battuto di piccolo diametro ma con pareti spesse per il 15% della sua lunghezza totale arrotolato all'interno di una fornace di mattoni,  veniva fatta passare l'acqua che una colta riscaldata nelle serpentine del tubo era poi fatta circolare verso le serpentine dei riscaldatori di tubi o battiscopa, collocati nelle stanze da riscaldare. 

Sistema di Riscaldamento Perkins.

Per poter sfruttare la gravità come mezzo di circolazione dell'acqua ogni circuito doveva essere dotato di un tubo di espansione che veniva montato nel punto più alto del sistema. Questi vasi di espansione infatti permettevano all'acqua riscaldata di espandersi dal basso nel recipiente e di comprimere l'aria all'interno dello stesso, esercitando così una pressione artificiale sull'acqua [2].

Sistema di riscaldamento Perkins (HPHW) .

Il vero problema legato a questo prima sistema stava nel fatto che il funzionamento era garantito ad elevate pressioni dell'acqua e questo rappresentava un vero limite per l'inserimento negli ambienti domestici per tale ragione nel 1841 sempre Perkins sviluppò un secondo sistema a bassa pressione conosciuto come  Perkins Hot Water Apparatus importato negli Stati Uniti intorno al 1842 grazie alla collaborazione con Joseph Nason e Robert Briggs [3].

Patent Apparatus for Warming  and Ventilating Buildings, AM Perkins, London 1840

Così nel 1862 si vide il primo radiatore a vapore brevettato in America dalla riuscita collaborazione di Nason, Perkins e Briggs. Predecessore dei moderni radiatori esso era dotato di un design del tutto nuovo che prevedeva l'uso tubi di ferro battuto verticali avvitati su una base di ghisa [4]

Tuttavia fu dieci anni più tardi, 1872,  che Nelson H.Bundy sviluppo il primo radiatore completamente in ghisa pensato per funzionare con un sistema di riscaldamento a vapore.

Sezione traversale e longitudinale del radiatore Bundy Loop.

Il vapore salendo da un lato, passando sopra l'estremità della piastra, e riscendendo nel lato opposto del tubo faceva di ogni ogni anello un singolo circuito [5].

La progettazione complessiva di questi radiatori significava che nella maggior parte dei casi sarebbe stato possibile fornire radiatori in grado di produrre un ampio apporto di calore in qualsiasi situazione, e allo stesso tempo essere esteticamente gradevoli in termini di proporzioni.







[1] https://www.ukaa.com/guides/the-history-of-cast-iron-radiators-91
[2]http://www.hevac-heritage.org/victorian_engineers/perkins/perkins.htm#perkins1
[3]http://www.reclaimedradiators.co.uk/hx.html
[4]https://www.qssupplies.co.uk/history-of-heating-timeline.html
[5]https://chestofbooks.com/architecture/Building-Construction-V4/Radiators-Construction-Of-Radiators.html

STEP #12b "Ri-scaldare" nella Storia della Tecnologia Moderna

l'Evoluzione del Camino

Continuando questo excursus sui sistemi di riscaldamento e evidenziando le innovazioni tecnologiche che hanno a mano a mano garantito lo sviluppo di soluzioni sempre più performanti, giungiamo all'età Moderna considerato il periodo sicuramente più interessante sotto questo punto di vista.

A partire dal XVII risolti i problemi legati ad aspetti costruttivi e architettonici, viene riconsiderata la meccanica di funzionamento; un esempio è il lavoro condotto dall'architetto francese Savot che realizza , nel 1624, per la biblioteca del Louvre il primo caminetto a convenzione naturale, il principio di funzionamento è molto semplice: l’aria fresca entra attraverso una presa d’aria dall'esterno, che per 'convezione naturale' viene risucchiata nel vano della cappa del camino, e attraverso un sistema di canalizzazione realizzato attorno alla cappa del camino, si riscalda, per poi infine risalire verso l’alto ed uscire riscaldata nell'ambiente della stanza [1]. 

Ancora altrettanto interessante è il lavoro eseguito da Gaucher, che nel 1715 realizza un caminetto con presa d'aria esterna che evitava il raffreddamento degli ambienti a causa del risucchio legato agli infissi e che al tempo stesso garantiva una rigenerazione dell'aria [2].

Illustrazione di caminetto "Gaucher".

Altrettanto degni di nota sono i primi caminetti costruiti interamente in lamiera di ferro e denominati 'Cheminée économiques' o 'Cheminée portatives' (letteralmente cammini portatili) che fanno la loro comparsa intorno al 1745: l'idea alla base era quella di sfruttare il fattore di conduttività del metallo per incrementare il grado di irraggiamento del calore [3].

Illustrazione di "Cheminée économiques".

Infine per ultimo, non per importanza, non ci si può esimere dal menzionare uno dei prodotti forse più importanti nella storia dei sistemi di riscaldamento domestico, stiamo parlando della Franklin Stove realizzata nel 1741 dalla poliedrica figura Benjamin Franklin .

Fotografia di una stufa Franklin.

Disegni originali di B. Franklin per il design della Franklin Stove.

La stufa di circa 76 cm altezza era realizzata interamente in piastre di metallo. Tranne che per un pannello decorativo nella parte superiore della struttura essa si caratterizzava per una facciata completamente aperta mentre il  retro era stato progettato per essere collocato a pochi pollici di distanza dalla canna fumaria (camino).

Sezione laterale della Franklin Stove.

Come si vede meglio in una vista laterale della stufa sezionata, le due caratteristiche principali, in aggiunta a quanto già detto, erano la presenza di un condotto metallico atto a dirigere il flusso dei fumi dovuti al fuoco fungendo da deflettore e un condotto di scarico che fungeva a tutti gli effetti da sifone capovolto. 

Il principio di funzionamento pertanto prevedeva l'ingresso di aria fredda attraverso il condotto posto sotto il pavimento la quale,una volta riscaldata sia dal fuoco che dai fumi circolanti per i condotti e accumulatasi, veniva emessa fuori dai due fori posti ai lati della parte superiore del deflettore. Invece il condotto a forma di U nel pavimento posto dietro la stufa, fungendo appunto da sifone capovolto, faceva in modo che i fumi potessero fuoriuscire dalla stufa nel canna fumaria [4].

Infine l'uso della ghisa nelle pareti del dispositivo consentiva di mantenere il calore anche quando il fuoco si affievoliva, riscaldando così una stanza con meno combustibile [5].

[1]https://it.qwe.wiki/wiki/Franklin_stove

[2]http://blog.apros.it/2017/12/27/levoluzione-del-caminetto-nella-storia/

[3]https://www.alfredoneri.com/breve_storia_del_caminetto.htm

[4]https://it.qwe.wiki/wiki/Franklin_stove
[5] http://inspirationx.com/the-inspiring-life-of-benjamin-franklin-part-2/