ITFE20120007A1

ITFE20120007A1 - Procedimento per il raffreddamento del calcestruzzo in mescolatore agitatore durante la fase di preparazione, mescolazione dei diversi componenti (sabbia, ghiaia, acqua, cemento, eventuali additivi

Info

Publication number: ITFE20120007A1
Application number: IT000007A
Authority: IT
Inventors: Vittorio Magni; Leone Teodori
Original assignee: Ione Srl
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2013-09-17

Description

TITOLO: "Nuovo procedimento per il raffreddamento del calcestruzzo in mescolatore-agitatore durante la fase di preparazione, mescolazione dei diversi componenti (sabbia, ghiaia, acqua, cemento, eventuali additivi)". Figura 1.

PREMESSA: Procedimento di raffreddamento di calcestruzzo in fase di mescolazione mediante l'uso di azoto liquido.

Quanto sopra viene realizzato usando iniettori automatici, immersi nel calcestruzzo, che fanno vaporizzare l'azoto liquido a contatto con la massa di calcestruzzo in movimento. Il fluido viene iniettato ad una pressione media di 5 bar alla temperatura di -195 °C. il calore latente di vaporizzazione liberato dall'azoto liquido nel passaggio di stato da liquido a gas è di 198 kJ/kg. A questa energia va aggiunto il calore sensibile dell'azoto allo stato gassoso, per avere una valutazione del potere di raffreddamento teorico e che porta ad un valore di circa 360 kJ/kg. Per raffreddare di 1 °C la temperatura di 1 m<3>di calcestruzzo (pari a 2400 kg) occorrono 2210 kJ. Ne consegue che per abbassare di 1 °C la temperatura di 1 m3 di calcestruzzo occorrono in linea teorica poco più di 6 kg di azoto liquido.

Da quanto sopra descritto appare chiaramente che variando il tempo di iniezione, la pressione del fluido criogenico (azoto liquido), il numero di iniettori, il sistema presenta grande flessibilità, con possibilità di abbassamento della temperatura del calcestruzzo entro valori molto ampi (10-15 °C e oltre).

DECRIZIONE DESCRITTIVA E NON LIMITATIVA

Il procedimento di raffreddamento rapido di materiali vari usando gas criogenici è noto ed usato comunemente in diverse tecnologie:

- Enologia

- Surgelazione di alimenti

- Tecnologia di accoppiamento di pezzi meccanici - Medicina

Anche il raffreddamento del calcestruzzo viene eseguito usando gas criogenici, ma la pratica realizzazione del sistema impiega tecnologia che non permette di iniettare azoto liquido nel calcestruzzo, ma di soffiare il gas freddo sulla superficie del calcestruzzo .

Con questa tecnologia il rendimento del processo è molto basso poiché risulta penalizzato dal mancato sfruttamento del calore latente di vaporizzazione, dal momento che il passaggio di stato da liquido a solido non avviene in seno alla massa di calcestruzzo, bensì all'aria sovrastante.

Il procedimento di raffreddamento del calcestruzzo del presente ritrovato permette di trasferire la quasi totalità dell'energia criogenica dal fluido al calcestruzzo, esprimendo valori di rendimento elevatissimi (Figura 1, Figura 2).

Gli iniettori vengono posizionati sulla corazza esterna del mescolatore, opportunamente forata, con la parte di iniezione a contatto con il calcestruzzo.

Durante la fase di iniezione del fluido criogenico nella massa di calcestruzzo in agitazione oltre al risultato di avere l'abbassamento della temperatura si manifestano due problemi:

1) si può notare la presenza di grumi di calcestruzzo ghiacciato in zona limitrofa al foro di uscita del fluido dagli iniettori

2) si può avere fessurazione della lama di acciaio della pala raschiante in corrispondenza del livello degli iniettori.

Il problema N° 1 si può presentare se la necessità di lavorabilità del calcestruzzo richiede una miscela dei componenti con una quantità di acqua tale da avere caratteristiche di slump elevato (tale valore viene misurato in termini di rilevazione della riduzione dell'altezza del cono di Abram).

Poiché la parte qeliva del calcestruzzo è l'acqua, se l'iniezione di azoto è prolungata si possono fomare grumi di calcestruzzo ghiacciato fino ad interferire con il moto della pala raschiante.

Il presente ritrovato prevede e applica elementi riscaldanti alla superficie metallica dell'agitatore/mescolatore in modo da ostacolare la formazione di ghiaccio (Figura 3)

Il problema N° 2 relativo alla possibilità di fessurazione della lama raschiante della superficie interna dell'agitatore/mescolatore (fessurazione causata da continui e prolungati shock termici

sullo stesso tracciato da ogni iniettori) è stato risolto dal presente ritrovato applicando gli iniettori ad altezze diverse rispetto al livello del calcestruzzo nell'agitatore/mescolatore. In questo modo il getto di azoto liquido non agisce solo su un tracciato ma su un numero di tracciati pari al numero di iniettori di azoto .

Per evitare che i problemi 1 e 2 si possano verificare vengono montati svariati iniettori di azoto liquido e fatti funzionare in sequenza in modo che il tempo totale di iniezione venga diviso per il numero di iniettori e quindi il raffreddamento della superficie limitrofa all'iniettore di azoto sia pertinente non al tempo ma la tempo totale diviso il numero di iniettori. Lo stesso ragionamento viene applicato per il problema della eventuale fessurazione della pala raschiante dell'agitatore/mescolatore. Il tempo in cui uno stesso tracciato di un iniettore viene investito dal getto di azoto è diviso per il numero di iniettori.

Il ritrovato oggetto della presente domanda di brevetto viene realizzato con tutta la componentistica necessaria per un funzionamento automatico. Il procedimento riceve una informazione da un lettore di temperatura del calcestruzzo. Questo dato permette di calcolare quanta energia termica occorre sottrarre al calcestruzzo per ottenere una temperatura di circa 25 °C. conoscendo la quantità di calcestruzzo nell'agitatore/mescolatore, la portata di azoto per ugello a pressione costante, si giunge al tempo di erogazione di azoto liquido nel calcestruzzo. Ovviamente occorre considerare un quantitativo di azoto liquido maggiore di quello teorico per il rendimento del processo.

Qualora le apparecchiature prevedano il riscaldamento delle zone limitrofe agli iniettori per evitare la formazione di grumi di calcestruzzo e ghiaccio, il rendimento del processo avrà un valore minore poiché occorrerà anche compensare l'energia apportata dalle unità riscaldanti. Pur considerando quanto sopra citato il rendimento totale del processo rimane molto elevato in quanto l'azoto liquido viene vaporizzato con iniettori nel calcestruzzo e di conseguenza il gas che fuoriesce dalla superficie della massa di calcestruzzo in agitazione ha ceduto tutta l'energia criogenica causando il raffreddamento della massa.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Procedimento di raffreddamento di calcestruzzo in movimento, contenuto in vasche di agitazione e mescolazione mediante l'uso di azoto liquido o altro liquido criogenico. Il liquido criogenico viene iniettato nella massa di calcestruzzo mediante speciali iniettori, ottenendo per espansione del gas a contatto con il calcestruzzo il raffreddamento del calcestruzzo stesso.
2) Procedimento di raffreddamento di calcestruzzo in movimento contenuto in vasche di agitazione e mescolazione come descritto alla rivendicazione N° 1 caratterizzato dal fatto di usare iniettori del fluido criogenico posizionati in maniera che il flusso di liquido criogenico sia realizzato in seno alla massa di calcestruzzo .
3) Procedimento di raffreddamento di calcestruzzo in movimento contenuto in vasche di agitazione e muscolazione come descritto alla rivendicazione N° 1 e N° 2 caratterizzato dall'uso di speciali iniettori autopulenti ed antigelivi.
4) Procedimento di raffreddamento di calcestruzzo in movimento contenuto in vasche di agitazione e mescolazione come descritto alla rivendicazione N° 1 N° 2 e N° 3 caratterizzato dal fatto di usare piastre di riscaldamento in zona limitrofa agli iniettori di fluido criogenico per evitare la formazione di grumi di calcestruzzo e ghiaccio.
5) Procedimento di raffreddamento di calcestruzzo in movimento contenuto in vasche di agitazione e mescolazione come descritto alla rivendicazione N° 1, N° 2, N° 3 e N° 4 caratterizzato dal fatto di usare iniettori di fluido criogenico in ordine sequenziale di utilizzo, in modo da sottoporre i materiali costituenti gli iniettori a brevissimi tempi di funzionamento con conseguenti tempi molto limitati di stress termici.
6) Procedimento di raffreddamento di calcestruzzo in movimento contenuto in vasche di agitazione e mescolazione come descritto alla rivendicazione N° 1, N° 2, N° 3, N° 4 e N° 5 caratterizzato dal fatto di usare iniettori di fluido criogenico montati in modo a iniettare il fluido con traiettorie orizzontali a diverse altezze, per evitare di investire la lama raschiante interna al mescolatore sempre su tracciati diversi. Questo per evitare che l'acciaio della lama subisca continui stress per rapida variazione di temperatura .