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Cos'è e come funziona una camera climatica?

Informazioni di base sullo scopo e sui principi di funzionamento delle camere per prove ambientali simulate.

L'importanza e il principio di funzionamento.

Vi è mai capitato di aver acquistato un prodotto che si è rivelato difettoso dopo poche settimane di vita, se non addirittura al primo utilizzo?

Questo potrebbe essere accaduto perché tali prodotti hanno subito l’effetto di fattori esterni come temperatura, umidità, vibrazioni che non erano stati previsti o comunque presi in considerazione durante la progettazione.

In un mercato ormai globale dove ogni prodotto può essere commercializzato negli angoli più remoti del nostro pianeta, in fase di sviluppo e progettazione è fondamentale considerare le diverse condizioni ambientali a cui il prodotto sarà sottoposto, dai climi più caldi a quelli più freddi, dall'effetto della corrosione salina e da molti altri fattori.

Oltre alle condizioni di impiego, è bene prendere in considerazione le varie sollecitazioni che il prodotto può ricevere durante le fasi di confezionamento, trasporto e operazioni di stoccaggio, che potrebbero generalmente determinare dei guasti o comunque una riduzione della vita utile del prodotto.

Il tuo prodotto resiste a tutte le condizioni atmosferiche?

E’ molto probabile che già fin dai primi giorni “di vita” il vostro prodotto sia sottoposto a fattori di stress, a volte congiunti, come ad esempio:

  • Sbalzi climatici
  • Vibrazioni
  • Radiazione solare
  • Alti tassi di umidità

Quindi cosa fare per risolvere questi possibili inconvenienti e garantire una maggiore affidabilità del prodotto? E quale garanzia dare ai clienti?

La risposta apparentemente semplice, sarebbe quella di testare il prodotto in tutte le sue condizioni di utilizzo... ma come si può fare?

In realtà, durante la fase di Ricerca e Sviluppo, molte aziende svolgono delle prove su dei prototipi per verificarne l’affidabilità, testando le caratteristiche, la resistenza a stress o semplicemente il comportamento nel loro contesto di utilizzo. Qualora questi test non vengano superati verrà ricercata la causa o il componente difettoso che ha causato il problema e lo si corregge.

Per far chiarezza sulle principali funzionalità di una camera climatica, ACS ha redatto un articolo per supportare il cliente nella scelta del prodotto. Troverai tutte le informazioni cliccando sul seguente link: Guida pratica alla selezione di una camera climatica.

L’utilizzo di una camera climatica per prove ambientali aiuta quindi a scoprire potenziali difetti in modo da correggerli prima della fase di produzione, assicurando così:

  • Minori costi di manutenzione
  • Clienti più soddisfatti

Ci sono diverse tipologie di test che possono essere realizzati, una prima categorizzazione divide queste prove in:

  1. Test che sottopongono i provini a sollecitazioni ambientali come:
    temperatura e umidità
  2. Test che sottopongono i provini a sollecitazioni meccaniche come:
    vibrazioni e accelerazione

In una camera climatica è possibile ricreare condizioni speciali all'interno di un vano di prova nel quale viene posizionato il prototipo da FFtestare e nel quale vengono riprodotte le particolari condizioni ambientali alle quali lo si vuole sottoporre.

Per realizzare i test che appartengono alla prima categoria è necessaria una Camera Climatica per prove di Simulazione Ambientale.

Come funziona una camera climatica?

Il principio di funzionamento può essere spiegato partendo dalle due grandezze che la camera climatica è in grado di controllare, ovvero temperatura e umidità.

IL CONTROLLO DELLA TEMPERATURA

Per controllare la temperatura è necessario che la camera sia in grado di espletare due funzioni: il riscaldamento e il raffreddamento e sia inoltre in grado di distribuire omogeneamente la temperatura all'interno del vano di test.

Particolari accorgimenti tecnici sulla distribuzione dell’aria all'interno della camera permetteranno di avere un alto livello di uniformità nel tempo e di omogeneità nello spazio dei valori di temperatura, garantendo a tutte le parti e superfici del provino di essere sottoposte allo stesso valore di temperatura.

Il sistema meccanico di raffreddamento di una camera climatica è costituito da un sistema a circuito chiuso i cui componenti principali sono:

Ciclo Frigorifero:

  • Compressore
  • Condensatore
  • Valvola di espansione
  • Evaporatore

Attraverso la compressione e la successiva espansione di un gas refrigerante, il processo raffredderà uniformemente il vano prova.

Comunemente esistono due valori minimi di temperature con i quali si classificano le camere climatiche: monostadio quelle con temperatura minima di -40°C e camere climatiche doppio stadio (o con impianto in cascata) che hanno temperatura minima di almeno -70°C.

Il sistema meccanico di riscaldamento è costituito delle resistenze elettriche posizionate in prossimità del sistema di ventilazione: l’aria riscaldata viene convogliata attraverso la ventilazione all’interno del vano prova.

L’azione delle due funzioni Raffreddamento e Riscaldamento viene regolata dal PLC in funzione dei parametri del ciclo impostato dall’operatore per garantire le prestazioni richieste.

IL CONTROLLO DELL’UMIDITÀ

Per controllare l’umidità è necessario che la camera sia in grado di espletare due funzioni: l’umidificazione e la deumidificazione e sia inoltre in grado di distribuire omogeneamente l’umidità all'interno del vano di test.

L’umidificazione diretta è realizzata tramite un umidificatore elettrico il cui vapore viene immesso attraverso un foro nel flusso d'aria dopo il ventilatore di ricircolo dell'aria. In questo modo viene assicurata una umidificazione priva di aerosol. L’umidificatore è controllato da un algoritmo dedicato per una migliore affidabilità.

La camera viene deumidificata da un sistema meccanico basato sul cosiddetto principio del dito freddo, sfruttando lo stesso sistema meccanico utilizzato per il raffreddamento. In accordo a questo principio, quando un oggetto con una temperatura più bassa viene esposto ad una temperatura ambiente più elevata, l'umidità presente nell'aria si condensa sulla superficie dell'oggetto più freddo. All'interno della camera climatica, l'evaporatore è l'elemento con la temperatura più bassa e una sezione dedicata viene quindi utilizzata per abbassare i livelli di umidità nel vano di prova quando richiesto.

ALTRE CAMERE CLIMATICHE PER TEST AMBIENTALE

Va detto che non esiste una camera universale in grado di simulare qualsiasi tipo di condizione, ma esistono molti tipi di camere più o meno versatili progettate per eseguire specifici tipi di test.

Quali test svolgere dipende in primis dal prodotto, dalle norme con le quali deve essere conforme e dalle condizioni nelle quali si troverà ad operare.