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AUTOCISTERNA PER DISGELO STRADALE A CALDO

DALL’ITALIA, PAESE DEL SOLE, UN’IDEA INNOVATIVA PER SCIOGLIERE RAPIDAMENTE NEVE E GHIACCIO.

A. Zavitteri AIPCR, Rom, Italy

zavitteri@iol.it ABSTRACT Dissolutore rapido del ghiaccio tramite spargimento di soluzioni calde di CaCl2 (brevettato). Vengono sfruttate le proprietà intrinseche del cloruro di calcio che sciogliendosi in acqua sviluppa una reazione esotermica, quindi produce calore che, combinato al già consistente effetto chimico di disgelo di quel prodotto, ne aumenta considerevolmente l’efficacia dei trattamenti. Per ottenere questi risultati, viene utilizzata una autocisterna spargitrice su strada di soluzioni calde di CaCl2 (circa 50°) che si autoproduce il prodotto disgelante in circa 5 minuti, anche durante il tragitto verso il luogo degli interventi. Tutto ciò si è reso possibile mediante l’adozione di speciali ugelli agitatori che sfruttando il “principio Venturi” e posizionati nei punti più idonei della autocisterna, hanno la capacità di muovere per autoaspirazione una quantità di liquido da 5 a 8 volte superiore a quello erogato dall’ugello stesso. I vantaggi di questa importante innovazione sono evidenti ed intuibili a prima vista e si traducono in benefici operativi, economici ed ecologici. 1. Obiettivi Attualmente per la prevenzione della formazione del ghiaccio su strade ed autostrade come pure per la rimozione della neve e del ghiaccio già formatosi sulle stesse, vengono comunemente impiegate soluzioni saline liquide a temperatura “ambiente” sfruttando pertanto solamente le proprietà chimiche di tali fondenti. Gli obiettivi tecnici raggiunti con la realizzazione in questione, sono di sfruttare le proprietà intrinseche del cloruro di calcio che sciogliendosi in acqua sviluppa una reazione esotermica (entrando in soluzione nell’acqua sviluppa calore) e poter pertanto distribuire sul piano viabile una soluzione calda, aumentando di conseguenza in maniera considerevole l’efficacia dei trattamenti. Per raggiungere tali obiettivi è stato brevettato un sistema costituito da una cisterna carrabile che ha la doppia funzione di autoprodursi in maniera rapidissima la soluzione di cloruro di calcio e di distribuirla ancora calda sulla strada innevata o ghiacciata. 2. Livello tecnico Lo stato della tecnica attualmente adottato è il seguente: i Centri di Manutenzione stradali ed autostradali italiani sono normalmente dotati di impianti per lo stoccaggio delle soluzioni saline o di impianti per la preparazione autonoma delle stesse. Nel primo caso gli impianti di stoccaggio vengono riempiti prima dell’inizio della stagione invernale con soluzione di cloruro di calcio, che essendo prodotta in stabilimento (il principale produttore è la Società Solvay che ha il proprio stabilimento a Rosignano Solvay – Livorno) e trasportata in tutta Italia presso i punti di stoccaggio, perde durante il lungo

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tragitto tutto il suo “potere termico”. Essa è pertanto disponibile in caso di necessità a temperatura ambiente. Nel secondo caso la soluzione di cloruro di calcio viene autonomamente prodotta in loco in impianti allo scopo adibiti. Il procedimento di produzione è però lento (è necessaria circa 1 ora per la produzione di 10.000. litri di soluzione) ed è pertanto indispensabile provvedere preventivamente alla produzione e successivo stoccaggio in serbatoi della soluzione di maggiore capienza, perdendo anche in questo caso totalmente l’effetto termico della stessa. Pertanto in entrambi i casi, in situazione di necessità, la soluzione di cloruro di calcio viene caricata tramite impianti di pompaggio sulle cisterne innaffiatici e distribuita a “temperatura ambiente” e quindi fredda sul piano stradale. La novità del progetto, risiede nel mettere a disposizione dei manutentori della rete stradale ed autostradale di una cisterna innaffiatrice carrabile che ha la doppia funzione di autoprodursi in maniera veloce la soluzione di cloruro di calcio alla concentrazione del 26-27% ed alla temperatura di circa 50 °C (= 122 °F) e di distribuirla pertanto calda sul piano viabile.

Figura 1 - confronto in campo fra cisterne con soluzioni di CaCl2 calda e fredda. È evidente la

notevole differenza di potere sgelante della soluzione calda (a sinistra).

Quanto sopra è stato studiato per dare una concreta risposta a situazioni critiche di emergenza che negli ultimi anni si sono verificate sulla rete stradale ed autostradale italiana, ma anche in altri paesi europei, con blocchi della circolazione in caso di nevicata. Le cause che portano a tali problematiche sono spesso da ricondurre a: - I livelli di traffico cresciuti esponenzialmente, per i quali spesso non è corrisposto un

adeguato potenziamento della rete stradale. - L’impiego diffuso di asfalti drenanti, specie in Italia, ottimi in caso di pioggia ma di cui si

conoscono i limiti in caso di nevicata, specialmente su ponti e viadotti dove le condizioni invernali sono ancora più incisive e la formazione di ghiaccio più repentina ed incontrollabile che altrove.

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- La impreparazione ed imperizia di alcuni autisti di mezzi pesanti che spesso non sono adeguatamente attrezzati per percorrere tratte stradali in situazioni meteorologiche avverse. Il classico caso che si può verificare è pertanto il blocco della rete stradale causato appunto da uno di questi mezzi che anche in caso di leggera nevicata e leggera pendenza del profilo stradale si posiziona di traverso, creando lunghe code e l’impossibilita ai mezzi operativi spargisale e sgombraneve, di svolgere la loro funzione. E’ indubbio che in tali casi anche l’organizzazione più attenta ed efficace venga resa vana e la conseguente formazione di ghiaccio e/o neve pressata diventi un problema di difficile soluzione.

Ciò che si è pertanto ottenuto con tale brevetto internazionale, è la possibilità di distribuire nei succitati punti critici con presenza di ghiaccio, la soluzione calda ottenendo un immediato innesco della reazione disgelante chimica del cloruro di calcio esponenzialmente amplificata dall’effetto termico combinato. Evidentemente la soluzione termica può essere distribuita molto vantaggiosamente (ridotto consumo e maggiore efficacia) anche nelle tratte meno critiche.

Principali vantaggi che si possono evidenziare sono i seguenti: - ottenere la massima efficacia e rapidità di scioglimento del ghiaccio o dei talloni di neve

compressa sulla strada; - poter effettuare entrambe le operazioni (confezionamento e distribuzione della

soluzione disgelante su strada), con un’unica autocisterna dotata di un'unica motopompa;

- usufruire di una motopompa di potenza notevolmente limitata, rispetto alle esigenze fino

ad ora conosciute per le dissoluzioni con i sistemi attualmente in uso; - ciò perché le nuove tecnologie adottate, permettono tramite speciali agitatori “Venturi” di

smuovere all’interno della cisterna da 5 a 8 volte il volume di liquido rispetto ai sistemi finora conosciuti;

- con tali prestazioni sarà possibile scogliere circa 4000 kg di cloruro di calcio in pagliette

in circa 5 – 8 minuti ottenendo una soluzione al 26-27% alla temperatura di circa 50 ° C (= 122 °F);

- quanto sopra oltre a facilitare in modo rilevante le operazioni di disgelo, risulta

determinante in situazioni di emergenza quali: - l’intervento su ponti e viadotti ove per la rapida formazione del ghiaccio, dovuta alla

ridotta inerzia termica di questi manufatti, ne rende indispensabile il suo scioglimento immediato;

- la eliminazione nel più breve tempo possibile dei talloni di neve ghiacciata provocati

dallo schiacciamento dei mezzi in transito. Sono conosciuti i gravi inconvenienti provocati da questa situazione quali ad esempio l’uscita di strada degli automezzi o cosa più grave, riferita all’efficienza degli interventi di disgelo, trovarsi impediti ad operare a causa di colonne di automezzi, bloccati ad esempio da un autotreno messo di traverso sulla strada. A monte del suddetto incidente si verificherà di

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conseguenza un lungo tratto di strada o autostrada abbondantemente innevato con le drammatiche conseguenze immaginabili;

- il sistema brevettato consente la ripartenza degli automezzi bloccati (specie dei

mezzi pesanti) tramite l’erogazione sotto le ruote motrici della “soluzione calda” mediante speciali lance di cui è munita l’autocisterna;

- detto sistema può sostituire i costosissimi impianti fissi automatici di spruzzatura

delle soluzioni saline impiegati nei punti critici quali ponti e viadotti. Ovviamente per ottenere l’efficacia e la sicurezza del trattamento, è necessario prevedere nei “punti critici” del viadotto interessato, la sola installazione degli speciali sensori di rilevazione della temperatura della pavimentazione stradale interfacciati a stazione meteorologica contenente più sensori fra i quali la temperatura e l’umidità dell’aria, che trasmettono tramite apposito software gli avvisi di pericolo “ghiaccio”, “neve”, “pioggia”, “gelo” ecc... Considerato che il carico del cloruro di calcio nella cisterna tramite speciali silo automatici dotati di impianto di pesatura di precisione si aggira attorno al minuto e che il tempo di dissoluzione nell’autocisterna non supera i 5 minuti e questa può essere completata durante il tragitto verso il “sito da trattare”, così come avviene con le autobetoniere per il cemento, è indubitabile l’alto grado di affidabilità di questo tipo di intervento. Qui sotto, schema di progetto di silo automatico di pesatura e scarico su autocisterna studiato per la più grande società autostradale europea “Autostrade per l’Italia S.p.A.” già dotata da circa 10 anni di analoghi sistemi “Self Service” per Sali da disgelo.

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Altro sistema, peraltro con lo svantaggio del caricamento manuale (tempi più lunghi) anziché automatizzato, consiste nella dotazione in quei Centri di Manutenzione che per la loro ubicazione possono considerarsi “strategici” di stoccaggi di cloruro di calcio confezionati in Big Bags (sacconi della capacita di 1000 kg cadauno, facilmente reperibili sul mercato e prodotti dallo stesso fornitore delle soluzioni liquide) e di piccolo mezzo di sollevamento per il carico dello stesso nelle camere di dissoluzione dell’autocisterna. L’insieme dei vantaggi operativi e prestazionali sopra elencati si ripercuote anche su altri non meno significativi benefici economici ed ecologici, quali ad esempio: - la riduzione del costo del lavoro per gli evidenti minori interventi su strada; - la riduzione del costo dei chilometraggi dei mezzi operativi; - la consistente riduzione del costo del sale; - la riduzione dei costi di manutenzione dei manufatti stradali ed autostradali; - la riduzione dei danni per corrosione ai mezzi operativi e agli automezzi in transito; - la riduzione dei veicoli rimossi; - la non indifferente riduzione di emissioni nocive dei gas di scarico dei mezzi

operativi; - l’altrettanto non indifferente ridotto inquinamento causato dal sale erogato. 3. Proposte e soluzioni tecniche Gli elementi qualificanti del progetto sono i seguenti. La cisterna innaffiatrice, come già detto, deve avere la possibilità ad esempio di autoprodurre 10.000 litri di soluzione di cloruro di calcio nel più breve tempo possibile alla concentrazione del 26- 27%, per poterla distribuire ancora calda (50 °C circa) su strada.

Figura 2 - Effetto termico (vapore) con cisterna semi piena dopo circa 1 ora di lavoro

Per fare ciò è stato utilizzato un serbatoio in vetroresina della capacita di circa 11.000 litri dotato di due oblò di carico situati nella parte superiore. Due distributori provvedono alla uniforme distribuzione del cloruro caricato, all’interno della cisterna. Riempita preventivamente la cisterna con 8.000 litri di acqua si provvederà pertanto al caricamento attraverso big bags (sacconi da 1.000 kg cadauno), o molto meglio tramite silos automatizzati dotati di pesa, di 4.000 kg di cloruro di calcio. Il cloruro non ancora disciolto si andrà a deporre su una griglia forata ove avverrà il primo processo di dissoluzione attraverso gli ugelli agitatori. La parte già disciolta totalmente o parzialmente cadrà per

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gravità sul fondo della cisterna e attraverso le bocchette di aspirazione e la motopompa rimesse in circolo per una dissoluzione rapida e totale. Trascorso un tempo determinato, si provvederà a chiudere il circuito degli ugelli agitatori e ad aprire quello degli ugelli sotto la griglia per garantire la dissoluzione di eventuale materiale depositato sul fondo della cisterna. Il tempo di caricamento e dissoluzione è rapidissimo ed è stato verificato di circa 5 – 8 minuti max., sfruttando anche i tempi di trasferimento della cisterna innaffiatrice verso la zona critica da trattare, per distribuire la soluzione di cloruro di calcio sulla strada alla massima temperatura disponibile.

Figura 3 - Schema, tratto dal brevetto internazionale, relativo all’autocisterna per produzione e distribuzione automatica di

soluzioni saline calde. La soluzione salina calda così prodotta può essere distribuita automaticamente sulla strada grazie ad una serie di barre irroratrici posteriori dotata di appositi ugelli, o manualmente tramite una lancia laterale nelle situazioni di emergenza più critiche. Il sistema di irrorazione posteriore automatico, anch’esso brevettato, è composto da 3 o più barre irroratrici (vedi Figura 4) che possono intervenire separatamente o contemporaneamente in funzione delle necessità. Due di queste barre irroratrici sono dotate di ugelli con getto a ventaglio e lance laterali sia a destra che a sinistra, per una uniforme distribuzione della soluzione di cloruro di calcio sulla strada, in funzione della velocità di avanzamento del mezzo e della quantità preimpostata (gr/mq) dall’operatore. Questo sistema di distribuzione può essere pertanto adottato anche in situazioni non critiche, come ad esempio in caso di trattamenti preventivi, con una larghezza di spargimento fino ad 11 m equivalenti ad una autostrada con 3 carreggiate di marcia.

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Figura 4 - Schema, tratto da brevetto internazionale, relativo al sistema di irrorazione

posteriore automatico

La terza barra è dotata invece di speciali ugelli a getto rettilineo ed il suo azionamento è previsto particolarmente nelle situazioni di emergenza (piano viabile coperto da ghiaccio e/o neve compressa). Posizionata anteriormente alle altre due barre standard, ha il compito di esercitare sulla neve o ghiaccio un vero e proprio effetto aratro, grazie alla triplice azione disgelante combinata (chimica, termica e meccanica). La speciale conformazione di tali ugelli (rettilinei con una sezione di 1,4 mm) e l’elevata pressione con la quale viene erogata da essi la soluzione (da 5 a 15 bar), garantiscono un effetto taglio – aratura della neve compressa. Questo fattore permette la veloce penetrazione fino al manto stradale, anche del disgelante erogato dalle altre due barre con getto a ventaglio, scindendo la coesione creatasi fra l’asfalto e la neve e/o il ghiaccio. Questi potranno così facilmente essere asportati dai mezzi sgombraneve, ripristinando velocemente le ottimali condizioni di viabilità e sicurezza per l’utenza.

Figura 5 - Schema, tratto da brevetto internazionale, relativo alla 3a. barra irroratrice con ugelli a getto rettilineo evidenziante l’effetto

taglio aratura del manto nevoso. 4. Problemi tecnici Le difficoltà di ordine tecnico da risolvere erano legate a: - alla estrema velocità di scioglimento necessaria per la tempestività e di conseguenza

l’efficacia degli interventi a caldo, senza dover ricorrere ad un gruppo motopompa di potenza troppo elevata;

- alla scelta di speciali materiali resistenti alla forte aggressione chimica del cloruro di

calcio; - agli shock termici prodotti dalla potente reazione esotermica generata durante la

dissoluzione in acqua del cloruro di calcio; - al mantenimento della temperatura elevata della soluzione salina prodotta. Per raggiungere il primo obiettivo sono stai adottati speciali ugelli agitatori che sfruttando il principio Venturi, hanno la capacità di muovere per autoaspirazione una quantità di liquido da cinque a otto volte superiore a quello erogato dall’ugello stesso.

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Tabella 1 - portate dell’ugello in entrata ed uscita alle varie pressioni

Figura 6 - Ugello agitatore ad effetto Venturi

Nella immagine sopra riportata è raffigurato l’ugello agitatore (Figura 6) con l’evidente effetto Venturi. La tabella 1 riporta invece le prestazioni dello stesso mettendo in evidenza come per un ugello da 5 mm. (linea azzurra) da noi considerato adeguato, con una pressione di 5 bar a fronte di una quantità di liquido in entrata (QN) di circa 38 litri/min, si ottenga grazie all’effetto Venturi una quantità di liquido in uscita (QOUT) di circa 320 litri/min. Ciò consente di avere delle grandi quantità di liquido in movimento (agitazione e dissoluzione rapidissima del cloruro di calcio) con il conseguente vantaggio di poter impiegare una motopompa di prestazioni ed ingombri ridotti. Il secondo obiettivo è stato risolto con l’adozione di tutti i componenti che vengono a contatto con la soluzione salina calda (serbatoio, tubazioni, valvole, ugelli, ecc.) in speciali materiali resistenti alla corrosione e a shock termici, con variazione rapidissime di temperatura in un range da – 20 ° C (aria) a + 50 ° C (soluzione salina). Il terzo obiettivo è stato raggiunto con l’adozione di una cisterna realizzata in vetroresina con barriera chimica in resina vinilestere, struttura meccanica in resina isoftalica e top coat esterno resina paraffinata con additivazione anti UV. Tale struttura ha un potere coibente 10 volte superiore dell’acciaio e garantisce il mantenimento delle temperatura di 50° circa della soluzione di cloruro di calcio, dalla sua produzione fino al momento della distribuzione su strada. E’ comunque sempre possibile, in caso di impiego in zone con situazioni climatiche particolarmente gravose, ricorrere ad un serbatoio realizzato in vetroresina coibentata (formata da due strati di vetroresina esterni che contengono “a sandwich” uno strato di isolante interno) avente un potere coibente 100 volte superiore a quello dell’acciaio.