Dr. Zapfe GmbH
Studio di ingegneria per
ingegneria strutturale e
progettazione solare
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Gennaio 2011
Parere tecnico: Pericolo di corrosione di telai di montaggio per impianti fotovoltaici
Telai di montaggio vengono prodotti nella maggior parte dei casi da materiali inossidabili. Profili
estrusi in alluminio, mezzi di collegamento ed elementi di fissaggio prodotti da acciai inossidabili si sono stabiliti nella prassi. Sporadicamente vengono anche utilizzati componenti in acciaio
zincati a caldo o zincati a caldo in continuo; qui però non si può partire costrittivamente dal presupposto di una soluzione senza manutenzione per la durata di funzionamento progettata di almeno 20 anni. In questi casi si parte dal presupposto di spese di manutenzione per riparazioni
relative alla protezione anti-corrosione nel corso del ciclo di funzionamento.
Anche in caso di utilizzo di materiali inossidabili che non sono esposti ad una restrizione della
durata a causa di corrosione naturale, ci sono due fattori di rischio che, in certe condizioni, possono causare corrosione. Da un lato, bisogna controllare nello sviluppo di sistemi di fissaggio
che sono composti di diversi materiali di metallo, se la combinazione di materiale scelta e le proporzioni geometriche dei componenti uno all'altro offrono una sicurezza sufficiente contro la
corrosione elettrochimica. Nella combinazione di metalli diversamente nobili, normalmente il
metallo meno nobile serve da protezione anti-corrosione catodica per il metallo più nobile. Questo effetto ad es. è ben conosciuto dall'artigianato degli stagnini quando grondaie di acciaio zincato vengono congiunte con grondaie di rame. Già dopo un periodo molto breve si possono osservare segni di corrosione marcati sulla grondaia in acciaio zincato. Quest’effetto è particolarmente da osservare con fissaggi a morsetto su coperture del tetto costituite da lamiere in metallo.
Eventualmente bisogna prevedere una separazione tra l'abbinamento disuguale dei materiali con
l'aiuto di membrane di separazione o rivestimento.
Il secondo rischio di corrosione latente si manifesta nella corrosione indotta da cloruri che si può
presentare nelle località in diretta vicinanza al mare o nelle aree esposte a nebbia salina dalle
strade. Per quanto riguarda questa domanda, esiste un'incertezza nel settore, che può essere risposta con le normative ed i risultati di ricerca degli ultimi anni.
Corrosione naturale
Corros. el. chimica
Corrosione superfic.
Corrosione a conca
Corrosione puntifor.
Corrosione in fessura
Corrosione intercrist.
Immagine 1
Tipi di corrosione e cause per la corrosione
Corros. indotta cloruri
Atmosfera marittima
Atmosfera di piscina
Aree esposte a nebbia
salina dalle strade (sale
antigelo)
L'esperienza ottenuta dall'utilizzo di acciai inossidabili nell'area di piscine ed edifici nella diretta
area marittima dimostra che anche materiali inossidabili corrodono sotto l'azione di cloruri. In
questo contesto si pone spesso la domande fino a che distanza dalla costa bisogna osservare l'influenza aggressiva dovuta all'atmosfera marina. Per quanto riguarda questa domanda, le norme
ed i regolamenti tecnici contengono piuttosto indicazioni indefinite ed insicure cosicché il rischio
reale non può essere stimato esattamente per il progettista di impianti solari. In immagine 2 è
riportato il contenuto di cloruro nell'aria in dipendenza dalla distanza dalla costa. Si può riconoscere una netta riduzione della concentrazione già dopo poche centinaia di metri. Il diagramma
logaritmico dell'ordinata (asse verticale) dimostra uno sminuire ottico della riduzione del contenuto di cloruro. Già dopo 400 m il contenuto di cloruro è calato ad un valore sotto un percento in
confronto alla zona dei frangenti. Anche se condizioni di vento locali possono provocare un ulteriore trasporto di aerosoli all'interno del paese, si può constatare che con una distanza dalla costa
di circa 2 km non bisogna più osservare un rischio elevato per una corrosione indotta da cloruri.
log contenuto di cloruro µg/m³
Contenuto di cloruro da funzione della distanza
frangente
nebbia salina
Distanza dal mare (km)
Immagine 2
Contenuto di cloruro nell'atmosfera in vicinanza al mare
In immagine 3 ed immagine 4 sono rappresentate le tipiche caratteristiche ottiche di telai di montaggio nella diretta vicinanza al mare. Sulle superfici in alluminio si possono formare depositi
bianchi da acqua di condensazione evaporata. Questi depositi si possono osservare normalmente
solo nelle aree al riparo dalla pioggia poiché per il resto la pioggia ha un effetto lavante. Questi
depositi bianchi sono puramente effetti ottici senza un aumento significativo del rischio di corrosione. Inoltre, in immagine 3 si possono riconoscere tracce di corrosione sulla filettatura di una
vite a doppia filettatura. Anche in caso di una corretta scelta di materiali possono sorgere tali
effetti se la filettatura è stata tagliata con utensili di acciaio tradizionali. In questo caso si tratta di
un procedimento finito.
Immagine 3Segni di corrosione nella vicinanza alla costa Immagine 4 Depositi su superfici al riparo dalla pioggia
In base alle spiegazioni precedenti si può fissare che solo in diretta vicinanza alla costa bisogna
prendere misure particolari riguardo alla protezione anti-corrosione. Nell'ambito dei componenti
in acciaio inox utilizzati, già una corretta scelta di materiali può ridurre il rischio di corrosione.
L'immagine 5 contiene un estratto dall'autorizzazione generale dell'ispettorato all'edilizia Z-30.36 "Prodotti, mezzi di collegamento e componenti di acciai inossidabili". Nel settore fotovoltaico
tipicamente viene utilizzato il materiale 1.4301 che è da classificare come inossidabile sotto condizioni atmosferiche normali. Nell'uso odierno, questo materiale viene denominato anche V2A.
In atmosfera clorosa, la resistenza di acciai inossidabili può nettamente essere aumentata mediante l'aggiunta dell'elemento di lega molibdeno. Gli acciai inossidabili di questo gruppo spesso
vengono anche denominati V4A. Il materiale più comune di questo gruppo ha il numero di materiale 1.4571.
Tipo di acciaio
N.
Denominazione
1
2
Classe di resistenza e forma del prodotto
Corrosione
N.
mat.
S 235
S 275
S 355
S 460
S 690
Classe di
resistenza
esposizione e applicazione tipica
X2CrNi12
1.4003
B,Ba, H, P
D,H,S,W
D, S
D,S
-
I/basso
X6Cr17
1.4016
D, S, W
-
-
-
-
costruzioni in ambienti chiusi ad
eccezione di camere umide
3
X5CrNi18-10
1.4301
B,Ba,D,H,P,S, W
B,Ba,D,H,P, S
Ba, D, H, S
S
II/moderato
4
X2CrNi18-9
1.4307
S
V2A
X3CrNiCu 18-9-4
1.4567
B, Ba, D, H, P,
S
D,S
Ba, D, S
5
B, Ba, D, H, P, S,
W
D,S,W
B, Ba, D, H,
S
Ba, D, H, S
D,S
D,S
-
6
X6CrNiTi18-10
1.4541
B, Ba,D,H,P,S,W
B,Ba,D,H,P,S
Ba, D,H,S
Ba, D, H, S
-
7
X2CrNiN18-7
1.4318
-
-
B,Ba,H
-
8
X5CrNiMo17-12-2
1.4401
B,Ba,D,H,P,S,W
B,Ba,D,H,P,S
B,BA,D,H,P
,S
Ba,D,H,S
Ba,D,S
S
9
X2CrNiMo17-12-2
1.4404
B,Ba,D,H,P,S,W
B,Ba,D,H,P,S
Ba,D,H,S
Ba,D,H,S
D,S
10
X3CrNiCuMo17-11-3-2
1.4578
D,S,W
D,S
D,S
D;S
-
11
X6CrNiMo Ti17-12-2
1.4571
B,Ba,D,H,P,S,W
B,Ba,D,H,P,S
Ba,D,H,S
Ba,D,H,S
D,S
12
X2CrniMoN17-13-5
1.4439
-
B,Ba,D,H,S,W
-
-
-
13
X2CrNiMoN22-5-3
1.4462
-
-
-
B,Ba,D,P,S,W
D;S
14
X1NiCrMoCu25-20-5
1.4539
B,Ba,D,H,P,S,W
B,Ba,D,P,S
D,P,S
D,S
D,S
15
1.4565
-
-
B,Ba,D,S
-
16
X2CrNiMnMoNbN25-185-4
X1NiCrMoCuN25-20-7
1.4529
-
B,D,S,W
B,D,H,P,S
D,P,S
D,S
17
X1CrNiMoCuN20-18-7
1.4547
-
B,Ba
B,Ba
-
-
Immagine 5
III/medio
costruzioni accessibili senza
contenuti significativi di cloruri e
anidridi solforose, nessun’ atmosfera industriale
costruzioni con esposizione
moderata a cloruri e anidridi
solforose e costruzioni inaccessibili
V4A
IV/forte
alta esposizione a corrosione tramite
cloro e/o cloruri e/o anidridi
solforose e alta umidità atmosferica
nonché alta concentrazione di
sostanze nocive
Scelta di materiali per acciai inossidabili in dipendenza dal rischio di corrosione
I regolamenti tecnici relativi alla resistenza alla corrosione di materiali in alluminio sono meno
chiari. La norma DIN EN 1991 (Eurocodice 9) contiene spiegazioni e regolamenti tecnici che
concedono un grande margine di decisione al progettista. In tabella 1 sono indicate le tipiche
leghe di alluminio per lavorazione plastica con l'inquadramento in classi di resistenza (CR) nonché una valutazione della crescita verticale della corrosione perforante e della corrosione a conca
per anno. I gruppi EN-AW-30xx e EN AW-50xx normalmente vengono utilizzati per la produzione di lamiere, nastri e piastre e dispongono delle migliori resistenze alla corrosione. Profili di
estrusione vengono prodotti tipicamente da una lega per lavorazione plastica del gruppo EN
AW-60xx con l'elemento principale di lega silicio. Materiali di questa classe dispongono di una
resistenza meccanica maggiore, ma rientrano nella resistenza alla corrosione della classe B. Leghe alluminio zinco (EN AW-70xx) sono certo più resistenti, ma sotto l'aspetto tecnico della
corrosione sono da classificare più sfavorevoli. Secondo la norma DIN 81249-1, la maggioranza
delle leghe per lavorazione plastica di questi gruppi è adatta per l'impiego marittimo. Preferitamente si dovrebbe utilizzare leghe del tipo EN AW-6005A che in circoli competenti vengono
anche denominati alluminio navale. Secondo la norma EN 13195-1, le tipiche leghe per lavorazione plastica sono adatte per profili di estrusione (EN AW 60xx) per la costruzione navale, la
tecnologia marittima e la tecnologia offshore.
Tabella 1 Leghe di alluminio per lavorazione plastica
EN AW-30xx
EN AW-50xx
EN AW-60xx
EN AW-70xx
AlMn x
AlMg x
AlSi x
AlZn x
CR
A
A
B
C
Crescita verticale [mm/a]
0,03-1,0
0,03-1,0
0,05-0,1
0,02-1,2
L'Eurocodice 9 contiene uno schema di valutazione in dipendenza dalle condizioni ambientali e
della classe di resistenza della lega per lavorazione plastica considerata in base al quale bisogna
decidere se ulteriori misure per la protezione anti-corrosione sono necessarie. In tabella 2 sono
rappresentate le condizioni in dipendenza dalla classe di resistenza secondo tabella 1. Profili di
estrusione normalmente rientrano nella classe di resistenza B. L'appunto 0 significa che non sono
necessarie ulteriori misure per la protezione anti-corrosione. Gli appunti (P) e P lasciano la decisione nelle mani del progettista competente. NR significa che non si può consigliarne l'utilizzo.
Solamente in atmosfera industriale rigida o vicinanza al mare rigida, si lascia la valutazione nelle
mani del progettista. Per vicinanza al mare rigida si intende qui la zona dei frangenti. Come misure di protezione vengono proposte l'anodizzazione delle superfici o il rivestimento del profilo.
Tabella 2 Schema di valutazione relativo all'esigenza di misure anti-protezione secondo Eurocodice 9
Classe di
resist.
A
B
C
Spessore
materiale
in mm
tutti
<3
≥3
tutti
rurale
0
0
0
0
Protezione anti-corrosione in dipendenza dalle condizioni ambientali
atmosferico
sotto acqua
industriale/urbano
vicinanza al mare
acqua
acqua
dolce
salata
moderato
rigido
rurale
moderato
rigido
0
P
0
0
P
0
(P)
(P)
P
(P)
(P)
P
P
P
0
P
0
(P)
P
(P)
P
(P)
P
(P)
(P)
P
(P)
NR
Riassuntivamente si può constatare che, in atmosfera rurale e atmosfera industriale e marittima
moderata, con tipici profili di estrusione di leghe Al-Si , si può rinunciare a misure per la protezione anti-corrosione per profili in alluminio. In caso di distanze dalla costa ≤ 2 km o atmosfera
industriale rigida, ha senso l'utilizzo di leghe speciali, di rivestimenti o l'anodizzazione delle superfici.
La verifica della resistenza contro corrosione elettrochimica in caso di abbinamenti a materiali
con diversi metalli per mezzo di calcolo è solamente possibile in modo molto limitato. Di solito
la valutazione viene effettuata in modo sperimentale. La corrosione essendo un processo lungo,
l'analisi con test in nebbia salina viene effettuata attendenosi alla norma DIN EN ISO 9227 in
abbinamento a DIN EN ISO 12994-6. A causa dell'atmosfera estremamente salina, i processi di
corrosione vengono considerevolmente accelerati. Periodi di azione di più di 1000 ore consentono di trasferire i risultati alla durata di impianti solari sotto condizioni atmosferiche normali. Simultaneamente si può anche testare il rischio sotto condizioni in vicinanza al mare. L'immagine
6 dimostra un provino con un abbinamento di materiali di acciaio zincato, alluminio e viti di acciaio inox prima e dopo la sequenza sperimentale. Nel presente caso non risultavano danni da
corrosione.
Provino
Immagine 6
Dettaglio viti
Stato fondazione di zinco
Scelta di materiali per acciai inossidabili in dipendenza dal rischio di corrosione
Test in nebbia salina vengono eseguiti e valutati da istituti competenti, come la Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV (Istituto per la formazione e per i test sulla tecnica di saldatura SLV) oppure le divisioni specializzate della Landesgewerbeanstalt LGA (Istituto tecnico di
servizio per la certificazione LGA). La relazione contiene simultaneamente una valutazione peritale del rischio di corrosione. L'immagine 7 dimostra una serie di provini con un risultato positivo dopo il completamento dei test in nebbia salina. Sulle superfici dei provini si possono risconoscere depositi di sale e strisce di sale. In questi esempi non risulta nessun attacco corrosivo
significativo che permette di supporre un pericolo per la stabilità durante la durata di funzionamento progettata.
Immagine 7
Provini di diversi dettagli di fissaggio dopo il test in nebbia salina eseguito con successo
In immagine 8 è rappresentato un provino costituito da un morsetto in acciaio inox per lamiera
aggraffata su un tetto aggraffato con profilo di alluminio, nel quale il test in nebbia salina ha dimostrato un risultato negativo. Dovute alle differenze di elettronegatività, nelle posizioni di contatto, il profilo di alluminio è stato caricato dalla corrosione talmente forte che il materiale di
base è stato consumato puntualmente. Di conseguenza, i collegamenti relativi non dovrebbero
essere eseguiti senza strato di separazione. Come esempio per costellazioni problematiche possiamo citare tetti ad aggraffatura verticale di lamiere di rame o lamiere di zinco-titanio. Nell'ultimo caso normalmente la copertura del tetto viene consumata localmente dalla corrosione.
Immagine 8
Provino di un morsetto di fissaggio con risultato negativo
Le esposizioni precedenti servono in primo luogo ad una spiegazione dei rischi di corrosione
principali e da appiglio sotto quali condizioni esiste un rischio di corrosione e quali misure sono
favorevoli per minimizzare il rischio di corrosione.
Dr.-Ing. C. Zapfe
Letteratura:
Nürnberger Ulf: Korrosion und Korrosionsschutz im Bauwesen (Corrosione e protezione anticorrosione nell'edilizia): 2 volumi, casa editrice: Bauverlag BV GmbH, settembre 1999, ISBN13: 978-3762531999