Test su elastomeri: temperatura e diametro

Premessa

Vorrei innanzitutto precisare che le osservazioni ed i dati che leggerete in questo scritto, sebbene siano il risultato di test fatti nel modo più preciso possibile, non vogliono avere nulla di scientifico. L’unico scopo che mi sono posto è quello di verificare “sul campo” concetti che avevo avuto modo di attenzionare solo per via teorica e senza un preciso corrispettivo pratico.

In particolare ho voluto cercare di dare un’interpretazione pratica a qualche questione che spesso viene affrontata nella gestione degli elastomeri di arbaleti, roller e roller-derivati.

La prima riflessione che ho tratto è relativa al diametro degli elastici inteso come equivalenza di resa energetica degli stessi.

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In genere si tende a credere ( almeno per me fino a qualche tempo fa era così) che un elastico di maggiore diametro si traduce necessariamente in maggiore resa energetica, indipendentemente dalla mescola usata.

Questo concetto è risultato molto relativo, se non in alcuni tratti addirittura contraddittorio.

Ci sono elastici dal diametro diachairato di 14 mm che rendono come elastici da 16 mm o viceversa 19 che rendono come 16.

Dipende molto dalla caratteristiche della mescola usata.

Ma questo, penso, è un concetto ormai noto ai più.

Ciò che invece ho potuto iniziare a verificare sul campo è l’influenza della temperatura sulla resa energetica degli elastici.

La temperatura svolge un ruolo di primo piano. E’ un parametro fondamentale!

Temperature estive ed invernali, sullo stesso elastico, possono determinare differenze notevoli ( ad una prima analisi tra il 10 ed il 20% della resa energetica a pari sforzo di caricamento).

Le differenze aumentano in fattore dell’allungamento dell’elastico. I cicli di carico/scarico per uno stesso elastomero a differenti temperature presentano una divergenza che si rende sempre più manifesta specie per fattori di allungamento superiori al 200%.

Certo, gli scarni risultati che presenterò non vogliono avere nessuna pretesa di generalizzazione se non una in assoluto: testare un elastomero, senza fare riferimento alla temperatura a cui è stato testato, equivale ad incorrere in un grosso errore di valutazione.

E’ come correre i 100 metri con un forte vento a favore o sfavore. Sono sempre 100 metri, ma le condizioni (ed i risultati ) possono essere notevolemente diversi.

Mi ero reso conto da tempo di questo aspetto, ma grazie a queste prove ( seppur rapide e sommarie ) ne ho avuto una prima iniziale conferma che necessita comunque di prove scientificamente più significative.

 

Materiali e metodi.

Avevo a disposizione 4 elastici di tre mescole diverse e 4 diametri diversi.

I test sono stati condotti sia in inverno che in estate in differenti condizioni di temperatura, ma in condizioni sperimentali e con tecnica sovrapponibile.

Mi sono avvalso di pesi preventivamente misurati con bilancia di precione con uno scarto di 5 gr ogni 1000 (errore inferiore allo 0,5%).

I cicli di carico sono stati eseguiti ancorando un’estremità dell’elastico ad un supporto fisso ed sottoponendo l’altra estremità ai pesi progressivi. Per completare un ciclo di carico sono stati necessari circa 120 secondi.

Dopo di chè ho proceduto al ciclo di scarico immediato ( sempre in circa 120 secondi ).

Per il calcolo dei cicli di isteresi dopo 60 o 90 minuti ho prima proceduto al ciclo di carico con la metodologia sopra descritta.

Dopo di chè, al completamento del ciclo di carico, ho bloccato l’elastico nella posizione raggiunta tramite un supporto fisso posto sotto i pesi. Ho fatto quindi partire un timer ed al tempo stabilito ho proceduto a ricavare il ciclo di scarico.

Tale metodica rispecchia esattamente quanto avviene in un arbalete o roller sottocarico in cui il colpo viene fatto partire dopo un certo lasso di tempo.

E’ importante infatti sottolineare che l’elastico, dopo il ciclo di carico, non ha subito altre deformazioni o alterazioni fino all’inizio del ciclo di scarico. Proprio come avviene in un sistema in equilibrio come un arbalete carico.

Lo scarto di temperatura dei test è stato tra i 10 ° C ed i 30°C. Gli spezzoni di elastico usati per i test sono stati sempre gli stessi ed usati esclusivamente per i test in oggetto. Ritengo quindi che la variazione dovuta ad eventuale “invecchiamento” della mescola sia del tutto relativa, anche perchè ho registrato le migliori “performances” degli elastici in estate ( dopo un processo di invecchiamento di mesi rispetto ai mesi invernali in cui avevo eseguito i primi testi e che avrebbe invece dovuto determinare un calo delle prestazioni).

Per di più il comportamento degli elastici in funzione della temperatura ha seguito un andamento in linea con quanto previsto dalla teoria. Ossia a temperature più alte, l’elastico (per raggiungere un determinato fattore di allungamento), necessità di un maggiore sforzo rispetto alle temperature invernali. Ciò si traduce in una maggiore energia immagazzinata a temperature più alte e quindi in una maggiore resa energetica.

 

Logicamente non dirò il nome commerciale degli elastici testati, sia perchè i miei test non possono avere valenza scientifica (quindi sarebbero facilmente “aggredibili”), sia perchè non ritengo opportuno presentare dei dati la cui diffusione spetterebbe invece alle ditte produttrici.

 

Diciamo che ho elaborato i miei grafici a mio uso e consumo con l’intenzione di capire come usare gli elastomeri nel modo più opportuno.

Gli elastici pertanto saranno indicati solo come elastici ti Tipo A, Tipo B e Tipo C con il relativo diametro.

 

Veniamo ora ai dati grezzi che riassumo in questi grafici.

 

 

 

 

Conclusioni.

Usare un elastomero significa conoscere le sue caratteristiche. I cicli di carico/scarico ad una specifica temperatura o meglio a temperature diverse, nonchè i ciclo di isteresi dopo un certo intervallo di tempo ci possono fornire importanti indicazioni teoriche su cui andremo a basare la nostra scelta nell’uso di uno specifico elastomero ad uno specifico fattore di allungamento.

Personalmente ritengo che non esiste l’elastico ideale. Esiste l’elastico ideale per una specfica condizione. Personalmente tendo a cercarere l’elastico che ha una bassa isteresi a 60-90 minuti, associata a minori escursioni di resa energetica legate alla temperatura.