Riduzione dei consumi e delle emissioni: il contributo di CIFA in una rivoluzione sostenibile per l’approvvigionamento del calcestruzzo nei cantieri

Sostenibilità nei cantieri: si lavora per autocarri sempre meno inquinanti

Nella spinta verso l’industrializzazione dei metodi realizzativi, il settore delle costruzioni punta sempre maggiormente alla meccanizzazione dei processi e alla prefabbricazione dei materiali.
Questo sviluppo coinvolge anche le case costruttrici di macchinari da cantiere, dal momento in cui lo sforzo per aumentare l'efficienza generale nella realizzazione delle opere può essere supportato dall’evoluzione tecnica dei macchinari, basata su strumenti quali l'analisi dei dati e i sistemi di monitoraggio. Di conseguenza ai dipartimenti R&D dei costruttori è richiesto un impegno sempre maggior in questa direzione, sviluppando:

• le possibilità generate dall'uso dell’elettronica e dei software per dare strumenti e soluzioni (basati sull'analisi di basi dati sempre più ampie) su come completare i cicli di lavoro in modo più rapido ed economico;
• i sistemi di connettività delle macchine per accedere ai dati da utilizzare nella progettazione, sviluppo e convalida dei prodotti;
• le tecnologie di automazione;
•  le soluzioni per il progresso tecnico dei motori;
• le soluzioni per incrementare l’efficienza globale delle macchine.

Se guardiamo all’ambito Underground – che sarà un ambito di analisi privilegiato in questo articolo per l’enfatizzazione di alcune problematiche e il conseguente impegno ingegneristico

• il riferimento è il mercato delle frese a piena sezione (Tunnel Boring Machines TBM), che è risultato il terminale di un sistema produttivo industrializzato: i suoi principali obiettivi sono l’ottimizzazione delle risorse, la velocità e la continuità realizzativa.

Contemporaneamente, in tema di sostenibilità, il mercato ha come punto di riferimento il trend degli autocarri con gli obiettivi di riduzione dei consumi, delle emissioni, ed in generale dei costi operativi e di manutenzione.
CIFA, come fornitore globale di machine per il calcestruzzo, è da sempre attivamente impegnato su questi fronti.
Il dipartimento R&D di CIFA lavora in due direzioni:

• Lo sviluppo dei prodotti standard con frequenti aggiornamenti nell’ottica dell’ottimizzazione e dell’efficienza;
• Lo sviluppo di prodotti e macchine legate ad applicazioni speciali e sistemi di attrezzature completi, supportando le richieste dei clienti e degli operatori nell’ottica di ottimizzare le risorse, la velocità e la continuità realizzativa.

Linee di sviluppo per le macchine CIFA

Le machine per il calcestruzzo combinano una Fase di trasporto (intesa come lo spostamento di una macchina fino al punto di utilizzo) e una o più Fasi di lavoro (intese come la posa del calcestruzzo/Shotcrete).
Senza trascurare la fase di trasporto, sviluppata in sinergia con i fornitori di truck o dei motori, la ricerca interna di CIFA è concentrata ad ottimizzare le fasi di lavoro e a migliorare l’efficienza operativa delle macchine.
Prendendo in considerazione tutti gli aspetti sopra descritti e leggendoli sulla base delle proprie strategie di mercato, la Società ha fatto il passo verso l'innovazione elettrica a partire già dal 2013.

Il concetto di ibrido elettrico (inteso non come propulsione ma operatività ibrida) è stato introdotto nel mondo delle costruzioni e dei cantieri sotterranei, con soluzioni dedicate che offrono molteplici vantaggi (meno consumi, meno emissioni, maggiore rispetto per l'ambiente) e concept design differenti a seconda sulle condizioni di lavoro, sfruttando al massimo due sistemi (elettrico e Diesel) per restituirli con un'etica eco-sostenibile.
Accanto allo sviluppo dell'ibrido, nella gamma underground, CIFA offre soluzioni di funzionamento bimodale che combinano apparecchiature elettriche a cavo e veicoli Diesel.

Inoltre, CIFA attribuisce la massima importanza all'efficienza delle proprie macchine nella fase specifica del lavoro, analogamente alla motorizzazione: la logica è quella di progredire con le prestazioni riducendo allo stesso tempo emissioni, consumi e tempi d’esecuzione.
I paragrafi seguenti mostrano il recente sviluppo delle soluzioni tecniche nei tre principali campi in cui il costruttore è coinvolto: il trasporto, il pompaggio del calcestruzzo, l’esecuzione di Shotcrete (calcestruzzo proiettato).

Trasporto di calcestruzzo

Il sistema di consegna del calcestruzzo prevede il conferimento a qualsiasi attrezzatura (sistema di pompaggio, distributori e bracci di getti, casseforme, robot Shotcrete, TBM) a partire da un impianto di betonaggio: è una fase di lavoro essenziale, in particolare negli spazi sotterranei. Esistono molti modi per portare il calcestruzzo, a seconda dell'accesso, del sistema di movimentazione dei materiali, dell'ubicazione dei luoghi di lavoro e della domanda per turno: di seguito prenderemo in esame i recenti sviluppi sulle Autobetoniere Ibride e i Mixer Ferroviari.

Autobetoniere ibride

Nell’ambito del trasporto di calcestruzzo mediante autobetoniere, che rappresenta la soluzione più diffusa, lo sviluppo principale è legato alla motorizzazione: nell’ottica di un passaggio all'elettrico, attualmente esistono le seguenti opzioni:

• Frenata rigenerativa;
• Batterie ricaricabili (batteria sostituibile, ricarica a turno/fine turno);
• Ricarica induttiva;
• Opzioni con alimentazione ibrida;

L’alimentazione ibrida scelta da CIFA, è particolarmente adatta al ciclo di lavoro della macchina, infatti sia durante le operazioni di carico che in fase di scarico, può essere spento il motore Diesel del camion e azionato un motore elettrico collegato al pacco batterie. Durante la fase di trasporto il motore Diesel ricarica le batterie elettriche (Figure 1).

Dal 2014 la gamma CIFA comprende le betoniere ibride della serie “Energya” che uniscono i vantaggi della tecnologia tradizionale con la tecnologia elettrica. Il modello “E9”, con capacità tamburo di 9 m³, ha a bordo un nuovo sistema di alimentazione: un Pacco batterie al Litio-ferro- fosfato “SpO₄” agente su un motore elettrico ad induzione montato direttamente sul tamburo rotante (evitando il tradizionale dispositivo idraulico che muove i tamburi).

Uno speciale sistema denominato KERS (Kinetic Energy Recovery System), permette di recuperare energia durante la decelerazione del camion, da riutilizzata come "green stock" durante le fasi operative con zero emissioni e rumori, laddove in un veicolo Diesel, la frenata ad attrito disperde l'energia cinetica in calore.

In condizioni operative tipiche, il risparmio della betoniera E9 può raggiungere il 30% rispetto alla macchina tradizionale il che significa (nell'ipotesi di 50Km/giorno di media):

• Risparmio Carburante: fino a 6000 L./anno;
• Risparmio Emissioni: fino a 15.000 kgCO₂/anno;

Essendo una tecnologia studiata in particolare per gli ambienti metropolitani e sotterranei, la prima applicazione della betoniera “Energya” è stata eseguita in un traforo a due tubi single track in Svizzera (2015).

Gestione elettronica e controlli

Le moderne autobetoniere CIFA dispongono di un sistema di controllo elettronico CSD (Constant Speed Drive) che permette di regolare la velocità di rotazione del tamburo ad un valore prestabilito indipendentemente dai giri del motore del camion.
L’evoluzione di questo sistema (CSD “Advanced”) permette di controllare le funzioni della betoniera a distanza tramite un telecomando dotato di un display abilitato a ricevere informazioni operative come il numero di giri del tamburo, le ore di lavoro, la pressione di miscelazione, i messaggi diagnostici.

Lo stesso telecomando è utilizzato per azionare il tamburo dalla cabina durante la guida. I vantaggi che ne derivano sono numerosi, tra cui il maggiore comfort per gli operatori, l'efficienza della macchina, la produttività e la facilità d'uso. La gestione elettronica intervenendo direttamente sulla cilindrata della pompa permette di evitare sprechi e ottiene una riduzione consumi ed una maggiore efficienza (Figura 2).

Mixer ferroviari per spazi sotterranei

In caso di elevata richiesta di volume di calcestruzzo in spazi ristretti, sono disponibili soluzioni come Train Mixers o agitatori. Queste sono spesso associate a scavi meccanici e TBM.
La caratteristica principale di queste macchine – che vengono utilizzate in galleria per il trasporto di calcestruzzo da un impianto di betonaggio posto all'esterno - è il trasferimento continuo del carico da un agitatore all'altro, che permette di scaricare in cascata tutte le betoniere senza la necessità di manovre di cambio treno.
I mixers hanno un'elevata capacità di carico calcestruzzo, e possono essere accoppiate in due o più unità, azionate da un locomotore e unite con una pompa fissa al punto di scarico.

La rotazione del tamburo è generata tramite un motore elettrico che aziona una pompa a portata variabile. A seconda del senso di rotazione si determina un’azione di carico e mescolazione (dovuta all’effetto di spinta verso il fondo) o un’azione di scarico.

I veicoli sono tutti collegati pneumaticamente tra loro mediante un sistema di frenatura a doppia condotta tenuto carico a circa 5 bar, valore che porta allo sblocco tutti i veicoli. La caduta di pressione raggiunge ogni apparecchiatura frenante (dei diversi carrelli) provocando la frenatura.

Nei prossimi paragrafi si parlerà di;

• Gruppi pompanti, attrezzature e accessori;
• Macchine per shotcrete;
• Conclusioni della trattazione.

L'ARTICOLO PROSEGUE NEL PDF IN ALLEGATO...

La presente memoria è tratta da Italian Concrete Conference - Napoli, 12-15 ottobre 2022
Evento organizzato da aicap e CTE