L'importanza dei gradienti | Officina

Diversi gradienti

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Quando in uno stesso componente esiste una notevole differenza di temperatura in due punti poco distanti il gradiente è elevato. Questo può accadere tipicamente nelle zone tra le sedi delle valvole, o tra il foro per la candela e le sedi di scarico nelle teste dei motori di alte prestazioni (la situazione è ovviamente più seria se essi sono raffreddati ad aria). In questi casi una parte tende a dilatarsi maggiormente perché a temperatura maggiore, mentre l’altra, a temperatura minore, ostacola tale espansione. Ciò può creare nel materiale delle tensioni che, se troppo elevate, possono dare luogo a distorsioni o addirittura alla formazione di cricche. Nei motori di Formula 1 degli anni Ottanta, mostruosamente sollecitati anche sotto l’aspetto termico, per aumentare la sottrazione di calore in tale zona critica, almeno un costruttore realizzò attorno alle sedi di scarico una canalizzazione anulare nella quale veniva fatto circolare olio. Pure nel campo dei fluidi si ha a che fare con i gradienti. Della massima importanza è quello noto anche come rateo di scorrimento, costituito dal rapporto tra la velocità del fluido e il suo spessore, inteso come distanza tra la superficie fissa e quella mobile (cioè quella inferiore e quella superiore) separate dal fluido stesso. Quest’ultimo si può immaginare costituito da più strati sovrapposti, dei quali i due estremi aderiscono alle superfici con le quali sono a contatto e quindi sono solidali con esse.

La velocità degli strati passa da zero al valore massimo partendo da quello inferiore e procedendo verso quello superiore (che si sposta assieme alla superficie mobile). I vari strati sono uno a stretto contatto con l’altro, ciascuno di essi frena il movimento di quello immediatamente sopra (più veloce) e al tempo stesso viene rallentato da quello subito sotto di esso.

La viscosità, ovvero la resistenza al moto, è il rapporto tra la sollecitazione di scorrimento (forza tangenziale divisa per la superficie) e il gradiente di velocità (cioè il rateo di scorrimento descritto poco fa). Si tratta quindi di un vero e proprio attrito interno del fluido. Nei trattamenti termici, quelli in gioco sono gradienti che mostrano la variazione di temperatura in funzione del tempo e che, quindi, si esprimono in gradi/ora oppure in gradi/secondo. In fonderia l’avanzamento del fronte di solidificazione del metallo viene governato dal gradiente termico. Si potrebbero menzionare altri esempi ma lo spazio disponibile non lo consente.

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