Caratterizzazione sperimentale e ottimizzazione di un regolatore di pressione per impianti di spegnimento a gas inerte

Il presente lavoro nasce dalla collaborazione con Bettati Antincendio S.r.l. di Reggio Emilia per la caratterizzazione sperimentale e la modellazione di un nuovo regolatore di pressione per impianti di spegnimento a gas inerte a base di azoto IG100. Il dispositivo riduce la pressione di stoccaggio delle bombole, compresa tra 200 e 300 bar, a un valore di regolazione nominale al di sotto dell'intervallo 70-80 bar. La sua corretta caratterizzazione è necessaria per la qualifica del componente secondo la normativa VdS 382 EN:2019. La campagna sperimentale, articolata in 309 prove distribuite tra test di scarica, test a tubo chiuso, test di temperatura, test di pressurizzazione interna e cicli di attivazione, è stata condotta su cinque banchi di prova distinti. Le grandezze acquisite comprendono pressione, temperatura e massa scaricata in funzione del tempo; in una fase dedicata alla modellazione numerica, la posizione dell'asta è stata rilevata tramite un comparatore centesimale con ricostruzione video fotogramma per fotogramma. La fase preliminare ha esplorato l'influenza delle variabili di configurazione sulle prestazioni del dispositivo: la tipologia di molla ISO 10243, il precarico tramite spessori calibrati, la capacità della bombola e la tipologia di valvola di scarica utilizzata. I risultati hanno evidenziato una criticità di tenuta e una scarsa ripetibilità tra prove nominalmente identiche. L'analisi delle cause ha portato all'identificazione della criticità nella scelta del materiale della guarnizione dell’asta, sostituendo l’NBR con il PTFE. Al termine di un processo di selezione iterativa tra configurazioni molla-precarico, la combinazione definitiva adottata è la molla 25×64 abbinata a un cappellotto da 54 mm e a uno spessore da 2 mm. La molla a rigidezza più bassa tra quelle investigate produce la variazione più contenuta della forza elastica al variare della corsa dell'asta, con una maggiore stabilità della pressione di regolazione. La configurazione supera le prove basate sul protocollo VdS, come le prove di scarica, a tubo chiuso, termiche (-20 °C e +50 °C), di resistenza strutturale a 555 bar e 100 cicli di attivazione, con una pressione massima a tubo chiuso di 84-85 bar, al di sotto del limite aziendale di 140 bar, e una pressione massima a tubo aperto entro gli 83 bar stabiliti come riferimento. La validazione si è conclusa anche su un banco multi-regolatore a tre linee in parallelo, a replica di un impianto antincendio reale. Nella parte conclusiva del lavoro è stato sviluppato un modello che descrive il flusso attraverso la sezione di passaggio del regolatore, distinguendo il regime strozzato da quello non strozzato, e lo accoppia a un bilancio quasi-statico delle forze sull'asta. Il confronto tra il modello e i dati sperimentali ha rivelato un residuo sistematico compreso tra 100 N e 400 N durante la fase di scarica, non spiegato dai soli termini di pressione statica. L'esclusione dei contributi inerziali e dissipativi ha orientato l'interpretazione verso un termine di natura fluidodinamica: la pressione dinamica esercitata dalla quantità di moto del gas attraverso la sezione di passaggio. L'introduzione di un termine correttivo fondato su questa forza ha ridotto il residuo da valori compresi tra 100 e 400 N a meno di 50 N nella fase di regolazione. Il modello è concepito per una futura integrazione nel software AGNES, sviluppato dall'Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia per la simulazione di impianti antincendio a gas inerte.