Ciao a tutti,
è la prima volta che scrivo, non sono un professionista del settore, ma sono un Ing. Elettronico che per diletto sta costruendo un inseguitore solare a due assi per puro spirito didattico, quindi chiedo venia se nel corso della richiesta sarò poco rigoroso o corretto nell'esporre le problematiche da me incontrate.

L'inseguitore solare in breve è un sistema che consente di orientare verso Sole un gruppo di moduli fotovoltaici massimizzandone quindi la resa in termini di energia prodotta.

Il telaio porta moduli ha un peso calcolato di circa 111 kg e viene agganciato a due cerniere tramite 8 bulloni M12 classe 8.8 (la taglia del bullone è vincolata dal foro della staffa come descritto dopo).
Le cerniere sono quelle utilizzate nei cilindri dei pistoni oleodinamici con giunto a squadra di cui allego disegno meccanico quotato (ho pensato di usare questa soluzione per non complicarmi troppo la vita con gruppi a cuscinetti a sfere o bronzine), i quattro fori della cerniera sono diametro 14 mm ed il costruttore (a cui ho richiesto maggiori dettagli) per il materiale mi dice semplicemente che è alluminio, ma che si sarebbe informato dal suo fornitore dato che non è lui a produrre il particolare.
La piastra della cerniera è a contatto con una piastra di Fe360 spessa 10 mm saldata a sua volta al resto del telaio per sostenere i moduli fotovoltaici.

Prima di iniziare ad addentrarmi nei calcoli ho letto un po' di materiale reperito in giro per la rete ed in particolare nelle varie università (corsi di meccanica, TdC, ecc...) ed ho visto che i calcoli si fanno in base a delle linee guida definite da normative che. se non erro, adesso dovrebbero essere quelle dell'Eurocodice 3, nel mio caso dovrebbe essere la parte 1-8 relativa all'acciaio. Purtroppo non ho questa norma, ma ho comprato la CNR 10100/97 dato il costo contenuto (47 Euro) che mi arriverà a giorni.

La struttura da analizzare potendo ruotare sull'asse delle cerniere, quando posta verticale rispetto al terreno sollecita a taglio tutti i bulloni pertanto ho preso questa come condizione peggiore da verificare, leggendo il materiale reperito come sopra mi sembra di avere capito che dovrò fare una verifica per la sollecitazione a taglio dato che la forza prevalente è associata alla forza peso che è verticale mentre i bulloni sono ortogonali all'azione della forza stessa inotre dovrò anche fare una verifica a rifollamento per controllare la deformazione del foro, ho dimenticato qualcosa?

Se quanto sopra è corretto arrivano i primi problemi legati al fatto che la staffa è di alluminio spessa 16 mm mentre la piastra di ancoraggio al telaio è in acciaio ed è spessa 10 mm, quindi si hanno a contatto due materiali differenti uno dei quali è alluminio pertanto:

1. posso applicare le regole espresse dalla normativa per il calcolo delle unioni bullonate con strutture in acciaio?
2. ipotizzo che dovrò tenere in conto che l'alluminio ha delle sigma differenti da quelle dell'acciaio, in questo caso come ci si comporta? Si usa il sigma minore fra quelli che concorrono nella realizzazione del giunto?

Sperando di essere riuscito a rendere un idea del problema ringrazio in anticipo chiunque volesse darmi una mano in tal senso, magari molte cose sono scontate, ma per me che approccio per la prima volta questa disciplina è molto importante capire bene prima cosa fare e solo dopo avere acquisito una certa padronanza passare alla sperimentazione pratica. Poichè inoltre la struttura avrà dimensioni non trascurabili (il telaio ha dimensioni di 3.6 m x 1.6 m) vorrei fare le cose in sicurezza imparando qualcosa di nuovo.

Immagine vista di assieme 3D lato moduli fotovoltaici


Immagine vista di assieme 3D lato cerniere


Staffa di alluminio quotata


Dettaglio unione bullonata in esame


Saluti
Pow

Leggendo la UNI ENV 1993-1-1 nel prospetto 6.5.2 per la categoria C la prima relazione mi dice:

Fv,Sd <= Fvs,Rd

non trovo nessun riferimento a Fvs,Rd nella simbologia in calce alla tabella e neppure nel corpo della norma per le pagine che ho letto, quale è la denominazione/significato corretto di questa forza e come la si può calcolare? In modo intuitivo sembra che sia una forza di taglio calcolata allo stato limite ultimo è giusto?

Confrontando questo con quanto riportato nell'EC9 per l'alluminio nella tabella 6.3 trovo una disuguaglianza leggermente differente in particolare se si assume Fv,Ed (EC9) coincidente con Fv,Sd (EC3) a secondo membro nel caso EC3 trovo Fvs,Rd mentre nel caso della EC9 Fs,Rd. Da questo posso desumere che Fvs,Rd coincide con Fs,Rd? Nel caso in cui questa assunzione fosse vera a cosa corrisponde questo benedetto parametro?

Grazie in anticipo per eventuali suggerimenti.

Saluti
Pow

mi pare che ti complichi un po´ la vita.
si vede ad occhio nudo che il punto debole non sono di sicuro i 4 M12 d'acciaio ma la sezione piu´sottile della cerniera d'alluminio. verifica quella piuttosto e butta pure un po´di vento sui tuoi pannelli

Ciao,
grazie per la risposta. In effetti da qualche calcolo preliminare sapevo che i bulloni sarebbero stati al sicuro, ma volevo comunque fare le cose per bene in modo da avere ben chiaro il procedimento di calcolo.

Per il vento ho fatto i conti in base alla normativa (pressione del vento calcolata secondo quanto specificato nel paragrafo 7.2 del supplemento ordinario alla GU del 5-2-1996) ottenendo una forza complessiva sui pannelli di 380 kg. Questo valore, nota l'altezza del palo di sostegno (circa 900 mm) ed il fatto che volevo usare un tubo circolare mi ha permesso di valutare i parametri del palo di sostegno ovvero un tubo in S235 (ex. Fe360) con D=127 mm, s=8 mm; lo spessore minimo mi veniva 4 mm, ma per esigenze di montabilità della ralla ho dovuto utilizzare lo spessore da 8 mm.

Per il discorso della sezione più sottile della cerniera intendi la parte inclinata della squadretta che raccorda la staffa dei bulloni con la parte del gruppo che contiene il perno diametro 20 mm? In questo caso non avevo fatto delle verifiche preliminari, ma mi sono limitato a scegliere l'articolazione in base al carico teorico massimo che sarebbe stata chiamata a sostenere nel caso in cui fosse stata utilizzata con un cilindro avente alesaggio 100 mm alla pressione di esercizio massima di 10 bar ovvero circa 785 kg, avendo poi in realtà due cerniere mi sono sentito ragionevolmente sicuro sulla tenuta dei gruppi.

So che in certa misura, almeno per i bulloni in esame, i conti in merito possono sembrare calcoli inutili, ma come ho scritto mi sono imbattuto in questa esperienza molto border-line per la mia specializzazione essenzialmente per imparare concetti nuovi ed in tal senso non mi dispiace fare dei conti/verifiche che, anche solo usando un minimo di senso critico, si capisce che sono inutili, dato che questi mi consentono comunque di entrare meglio nella materia.

Lo scopo comunque è di fare tutte le possibili verifiche del caso dato che ho come traguardo la realizzazione pratica del sistema entro la fine di Settembre (la ralla dorebbe arrivarmi alla fine dei Agosto).

Grazie ancora per l'assistenza ed i consigli che vorrai/vorrete darmi

Saluti
Pow

cosi´a occhio 385 kg di vento mi sembran pochini. se vuoi far le cose per bene pero´scaricati le NTC2008 che sono le norme in vigore da un anno a sta parte e li trovi sia i carichi che le norme per il calcolo dell'acciaio. la buona notizia e´che sono a gratis, basta cercare su google e trovi i pdf.

quel che meno mi piace della tua struttura e´che usi l'acciaio dove ti servirebbe d'esser leggero e l'alluminio dove hai le concentrazioni di forza. sarebbe piu´logico il contrario. capisco che tu voglia usare dei componenti standard ma valuta bene tutti i problemi che possono nascere accoppiando materiali diversi.

Grazie per l'info , le ho scaricate.

Per il discorso della struttura hai centrato il punto, non volendo complicarmi troppo la vita ho cercato particolari commerciali che potessero adattarsi alla mia applicazione e le articolazioni dei cilindri mi sembravano proprio l'ideale, li ho già comprati, due pezzi a 70 Euro l'uno, sono dei bei blocchi di alluminio stampato (spero che mi dicano il materiale, ho fatto la richiesta al fornitore già qualche giorno fa).

Per il telaio i due longheroni e le traverse sono tutte in acciaio inox da profilato quadrato lato 40 spessore 1.5, peso per metro lineare 1.84 kg che farò saldare da un mio amico che fa carpenteria metallica. La H centrale è di S235 essenzialmente per la saldabilità ai longheroni e perchè essendo profilati piatti standard non ho difficoltà a reperirli ed a farli lavorare a prezzi abbastanza contenuti.

Tutto il telaio comprensivo dei quattro moduli fotovoltaici alla fine viene a pesare 111 kg (tieni presente che i quattro moduli fotovoltaici da soli contribuiscono per 60 kg).

Ammetto anche di avere pensato ad una soluzione differente costituita da una trave IPE140 a cui avrei agganciato le due cerniere alle cui estremità avrei messo un profilato metallico di tipo UPN, ma sarebbe venuta una struttura molto più pesante ed ingombrante, sicuramente in grado di sostenere carichi di entità molto maggiore di quelli che potrei gestire con la struttura attuale.
Hai qualche altro suggerimento in proposito?

Sempre per il discorso della verifica dell'unione bullonata mi potresti dare qualche indicazione sul significato preciso di Fvs,Rd?

Grazie ancora per la disponibilità ed il tempo dedicato.

Ciao
Pow

In generale Sd sta per sollecitante e Rd per resistente.
Con tutti quei materiali diversi non vorrei che da qualche parte ti saltasse fuori una pila. Quando saprai di preciso di cosa son fatte le cerniere studiati bene anche i problemi di corrosione.

Si ho letto anche in merito al fenomeno corrosione in presenza di materiali a contatto aventi potenziali di estrazione differenti.

Tornando sempre al problema Fvs,Rd lo stesso parametro lo ritrovo in EC3 prospetto 6.5.2, anche in questo caso non trovo la spiegazione di cosa rappresenti e relativa denominazione intuisco che sia legato alle sollecitazioni a taglio, ma in quale condizione, forse allo stato limite ultimo?.
Potrebbe essere legato alla massima forza di taglio applicabile prima che si abbia lo scorrimento fra i piani dell'unione nel caso di bulloni precaricati?
Chissà perchè non riportano come per tutti gli altri parametri utilizzati nella tabella simbolo e relativa descrizione.



Ciao
Pow

La legenda in effetti e´imprecisa (Non sarebbe una cattiva idea aprire un topic con una collezione di refusi e ambiguita' normative). D'altra parte non mi pare ci siano altri modi di interpretare quel che sta scritto nella tabella che secondo me interpreti correttamente.

STRAQUOTO, le preoccupazioni per effetto pila, aggiungo solo che oltre le verifiche a taglio dei bulloni, rifollamento piastre, occorre verificare anche la resistenza delle piastre a punzonamento,taglio.