Lavoro d'Anno 2010 - Materiali per il Design Politecnico Milano

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RS Corso Integrato di Materiali per il Design Lavoro d'Anno 2009-10 Alessandro

Carpentiero

746010

Anna

De Mezzo

746774

Claudia

Legnani

746861

N.B. 1) le parti in rosso sono istruzioni, e pertanto non le troverete nella scheda da compilare 2) Le parti in nero sono esempi di compilazione e pertanto NON DEVONO essere mantenute tal quali ma TUTTE adattate al tipo di oggetto e di funzioni che state analizzando (comprese le proprietĂ obiettivo, i modelli, i valori etc.)

PARTE PRIMA. Analisi dell’oggetto “originale”

1.1. Materiale utilizzato: Classe (famiglia) Polimeri Tipo PVC Proprietà del materiale Proprietà del materiale

Densità,  (g/cm3)

Valore proprietà

1.4 g/cm3

Modulo elastico, E (GPa)

2.7 GPa

Limite elastico, y (MPa)

43 MPa

Costo unitario Disponibilità delle risorse

1 €/kg C

Costo energetico

80 MJ/kg

Valorizzazione in dismissione

C

Massima temperatura di utilizzo

60 °C

Minima temperatura di utilizzo

-100 °C

Conducibilità termica

C

Conducibilità elettrica

D

Resistenza in acqua aerata

B

Resistenza in acqua salata

B

Resistenza ai raggi ultravioletti

B

Resistenza ai solventi organici

C

Resistenza ad acidi e basi

B

1.2. Dimensioni effettive del componente Dimensioni del componente: L = 420 mm w = 412 mm h = 15 mm Per semplicitĂ di calcolo e per una maggiore coerenza di risultati, assimiliamo la seduta trapezoidale ad un rettangolo. Calcolo del volume:

đ??•=đ??‹âˆ™đ??°âˆ™đ??Ą đ??• = đ?&#x;’đ?&#x;?đ?&#x;Žđ??Śđ??Ś ∙ đ?&#x;’đ?&#x;?đ?&#x;?đ??Śđ??Ś ∙ đ?&#x;?đ?&#x;“đ??Śđ??Ś đ??• = đ?&#x;?đ?&#x;“đ?&#x;—đ?&#x;“đ?&#x;”đ?&#x;Žđ?&#x;Žđ??Śđ??Śđ?&#x;‘ Calcolo della massa:

đ??Ś=đ??•âˆ™ đ?›’ đ??

đ??Ś = đ?&#x;?đ?&#x;“đ?&#x;—đ?&#x;“, đ?&#x;”đ??œđ??Śđ?&#x;‘ ∙ đ?&#x;?, đ?&#x;’ đ??œđ??Śđ?&#x;‘ đ??Ś = đ?&#x;‘đ?&#x;”đ?&#x;‘đ?&#x;‘, đ?&#x;–đ??

1.3 Requisiti Meccanici 1.3.1. Ipotesi sulle forze agenti

Modalità di utilizzo: L’utilizzatore si siede sulla sedia, appoggiando il proprio peso sulla seduta. Descrizione del tipo di sollecitazione: _direzione della forza: verticale _verso della forza: verso il basso Punto di azione: centro della seduta

1.3.2 Formalizzazione del modello

Trave su due appoggi

1.3.3. Calcolo dei parametri geometrici della sezione Area della sezione resistente:

đ??€=đ??° ∙đ??Ą đ??€ = đ?&#x;’đ?&#x;?đ?&#x;?đ??Śđ??Ś ∙ đ?&#x;?đ?&#x;“đ??Śđ??Ś đ??€ = đ?&#x;”đ?&#x;?đ?&#x;–đ?&#x;Žđ??Śđ??Śđ?&#x;? Momento di inerzia della sezione resistente:

đ??ˆ= đ??ˆ=

đ??° ∙ đ??Ąđ?&#x;‘ đ?&#x;?đ?&#x;? đ?&#x;’đ?&#x;?đ?&#x;?đ??Śđ??Śâˆ™ (đ?&#x;?đ?&#x;“đ??Śđ??Ś)đ?&#x;‘ đ?&#x;?đ?&#x;?

đ??ˆ = đ?&#x;?đ?&#x;?đ?&#x;“đ?&#x;–đ?&#x;•đ?&#x;“đ??Śđ??Śđ?&#x;’

1.3.4 Calcolo dei valori massimi ammissibili di progetto per forza e deformazione Coefficiente di sicurezza scelto: K = 0,5 Forza corrispondente a kď ły (ď ły = limite elastico):

đ??Šđ?›”đ??˛ =

đ??…∙đ??‹âˆ™đ??˛ đ?&#x;’∙đ??ˆ

đ?&#x;Ž, đ?&#x;“ ∙ đ?&#x;’đ?&#x;‘đ??Œđ???đ??š =

đ??… ∙ đ?&#x;’đ?&#x;?đ?&#x;?đ??Śđ??Ś ∙ đ?&#x;•,đ?&#x;“đ??Śđ??Ś đ?&#x;’ ∙ đ?&#x;?đ?&#x;?đ?&#x;“đ?&#x;–đ?&#x;•đ?&#x;“đ??Śđ??Śđ?&#x;’

đ??…đ??Śđ??šđ??ą = đ?&#x;‘đ?&#x;?đ?&#x;?đ?&#x;“đ??? Deflessione o deformazione corrispondente al limite elastico moltiplicato per il coefficiente di sicurezza k scelto: đ??… ∙ đ??‹đ?&#x;‘

đ?›…đ??Śđ??šđ??ą đ??¨đ??Ťđ??˘đ?? = đ?&#x;’đ?&#x;– ∙ đ??„ ∙ đ??ˆ đ?›…đ??Śđ??šđ??ą đ??¨đ??Ťđ??˘đ?? =

đ?&#x;‘đ?&#x;?đ?&#x;?đ?&#x;“đ??? ∙ (đ?&#x;’đ?&#x;?đ?&#x;?đ??Śđ??Ś)đ?&#x;‘ đ?&#x;’đ?&#x;– ∙ đ?&#x;?đ?&#x;•đ?&#x;Žđ?&#x;Žđ??Œđ???đ??š ∙ đ?&#x;?đ?&#x;?đ?&#x;“đ?&#x;–đ?&#x;•đ?&#x;“đ??Śđ??Śđ?&#x;’

đ?›…đ??Śđ??šđ??ą đ??¨đ??Ťđ??˘đ?? = đ?&#x;?đ?&#x;“đ??Śđ??Ś

1.3.5 Vincoli strutturali ricavati

Deflessione o deformazione massima ammissibile di progetto:

max = 15 mm Forza massima ammissibile di progetto:

Fmax = 3225 N

1.3.6 Analisi delle caratteristiche del componente realizzato con il materiale originale in relazione ad alcuni requisiti funzionali

Requisito per il componente

Proprietà del materiale

Valore proprietà del materiale

Leggero

Densità

1,4 g/cm3

economico

Costo unitario

1€/kg

Ambientale

Costo energetico

80 MJ/kg

caratteristiche del componente

Valori delle caratteristiche del componente

Massa

3633,8 g

Costo componente

3,63 €

Costo energetico del componente

290,7 MJ

PARTE SECONDA. Fare leggero.

2.1. Vincoli funzionali

Requisito del componente

Requisito significativo?

Proprietà del materiale

Valore limite richiesto per la proprietà del materiale

Capacità di resistere alle alte temperature

-

Massima temperatura di utilizzo

-

Capacità di resistere alle basse temperature

-

Minima temperatura di utilizzo

-

Capacità di condurre il calore

-

Conducibilità termica

-

Capacità di condurre l’elettricità

-

Conducibilità elettrica

-

Capacità di resistere al degrado in ambiente umido

X

Resistenza in acqua aerata

B

Capacità di resistere al degrado in ambiente salino

-

Resistenza in acqua salata

-

Capacità di resistere ai raggi ultravioletti

-

Resistenza ai raggi ultravioletti

-

Capacità di resistere agli agenti chimici organici (alcol, acetone, trielina …)

X

Resistenza ai solventi organici

B/C

Capacità di resistere agli agenti chimici inorganici (candeggina, ammoniaca, acidi …)

X Resistenza ad acidi e basi

B/C

Costo economico

Disponibilità delle risorse

Basso costo energetico

Valorizzazione in dismissione

X

X

X

X

C

C

B

B

2.2. FARE

LEGGERO riducendo la densità

2.2.1. Materiali candidati per fare leggero con minore densità MATERIALE 1: Legno di Faggio MATERIALE 2: Polipropilene (PP) VALORE Requisito

Proprietà

Unità di misura

Legno di Faggio

Polipropilene

Leggerezza

Densità

g/cm3

0,7

Costo economico

Costo del MATERIALE

€/kg

2,5

1

Ambientale

Disponibilità delle risorse

B

C

Ambientale

Costo energetico del MATERIALE

4

90

Ambientale

Valorizzazione in dismissione

B

?

Capacità di resistere alle alte temperature

Massima temperatura di utilizzo

°C

140

145

Capacità di resistere alle basse temperature

Minima temperatura di utilizzo

°C

-40

-10

Capacità di condurre il calore

Conducibilità termica

-

-

Capacità di condurre l’elettricità

Conducibilità elettrica

-

-

Capacità di resistere al degrado in ambiente umido

Resistenza in acqua aerata

B/C

A

Capacità di resistere al degrado in ambiente salino

Resistenza in acqua salata

-

-

Capacità di resistere ai raggi ultravioletti

Resistenza ai raggi ultravioletti

-

-

Capacità di resistere agli agenti chimici organici (alcol, acetone, trielina …)

Resistenza ai solventi organici

B

B

Resistenza ad acidi e basi

C

A/B

Capacità di resistere agli agenti chimici inorganici (candeggina, ammoniaca, acidi …)

MJ/kg

0,9

2.2.2 Calcolo dello spessore della sezione resistente, h 2.2.2.1 Materiale 1 Spessore materiale 1: Legno di Faggio Ricavato da: 𝟑 ∙ 𝐅𝐦𝐚𝐱 𝐨𝐫𝐢𝐠 ∙ 𝐋 𝟐 ∙ 𝐰 ∙ 𝐡𝟐𝐟𝐚𝐠𝐠𝐢𝐨

𝐡𝟐𝐟𝐚𝐠𝐠𝐢𝐨 >

𝐡𝐟𝐚𝐠𝐠𝐢𝐨 >

< 𝛔𝐦𝐚𝐱 𝐟𝐚𝐠𝐠𝐢𝐨 = 𝐊 ∙ 𝛔𝐲 𝐟𝐚𝐠𝐠𝐢𝐨 𝟑 ∙ 𝟑𝟐𝟐𝟓𝐍 ∙ 𝟒𝟏𝟐𝐦𝐦

𝟎,𝟓 ∙ 𝟓𝟓𝐌𝐏𝐚 ∙ 𝟐 ∙ 𝟒𝟐𝟎𝐦𝐦

𝟑𝟗𝟖𝟔𝟏𝟎𝟎𝐍 ∙ 𝐦𝐦 𝟐𝟑𝟏𝟎𝟎𝐌𝐏𝐚 ∙ 𝐦𝐦

𝐡𝐦𝐢𝐧𝐢𝐦𝐚 𝐟𝐚𝐠𝐠𝐢𝐨 𝐝𝐚 𝐬𝐟𝐨𝐫𝐳𝐨 = 𝟏𝟑,𝟏𝐦𝐦 e da:

𝛅𝐦𝐚𝐱 𝐟𝐚𝐠𝐠𝐢𝐨 =

𝐅𝐦𝐚𝐱 𝐨𝐫𝐢𝐠 ∙ 𝐋𝟑 𝟒 ∙𝐄 ∙ 𝐰 ∙ 𝐡𝟑𝐟𝐚𝐠𝐠𝐢𝐨

𝐡𝟑𝐟𝐚𝐠𝐠𝐢𝐨 𝐝𝐚 𝐝𝐞𝐟𝐥𝐞𝐬𝐬𝐢𝐨𝐧𝐞 > 𝐡𝐟𝐚𝐠𝐠𝐢𝐨 𝐝𝐚 𝐝𝐞𝐟𝐥𝐞𝐬𝐬𝐢𝐨𝐧𝐞 >

< 𝛅𝐦𝐚𝐱 𝐨𝐫𝐢𝐠 hfaggio = 13,1mm 𝟑𝟐𝟐𝟓𝐍 ∙ (𝟒𝟏𝟐𝐦𝐦)𝟑

𝟒 ∙𝟏𝟐𝟎𝟎𝟎𝐌𝐏𝐚 ∙ 𝟒𝟐𝟎𝐦𝐦 ∙ 𝟏𝟓𝐦𝐦 𝟑

𝟕𝟒𝟓, 𝟖𝟐𝐦𝐦𝟑

𝐡𝐦𝐢𝐧𝐢𝐦𝐚 𝐟𝐚𝐠𝐠𝐢𝐨 𝐝𝐚 𝐝𝐞𝐟𝐥𝐞𝐬𝐬𝐢𝐨𝐧𝐞 = 𝟗, 𝟎𝟔𝐦𝐦

Nuove dimensioni del componente: L = 420 mm w = 412 mm h = 13,1 mm Calcolo del volume:

𝐕=𝐋∙𝐰∙𝐡 𝐕𝐟𝐚𝐠𝐠𝐢𝐨 = 𝟒𝟐𝟎𝐦𝐦 ∙ 𝟒𝟏𝟐𝐦𝐦 ∙ 𝟏𝟑, 𝟏𝐦𝐦 𝐕𝐟𝐚𝐠𝐠𝐢𝐨 = 𝟐𝟐𝟔𝟔𝟖𝟐𝟒𝐦𝐦𝟑 Calcolo della massa:

𝐦=𝐕 ∙ 𝛒 𝐠

𝐦𝐟𝐚𝐠𝐠𝐢𝐨 = 𝟐𝟐𝟔𝟔, 𝟖𝟐𝐜𝐦𝟑 ∙ 𝟎, 𝟕 𝐜𝐦𝟑 𝐦𝐟𝐚𝐠𝐠𝐢𝐨 = 𝟏𝟓𝟖𝟔, 𝟖𝐠

2.2.2.2 Materiale 2 Spessore materiale 2: Polipropilene (PP) Ricavato da: 𝟑 ∙ 𝐅𝐦𝐚𝐱 𝐨𝐫𝐢𝐠 ∙ 𝐋 𝟐 ∙ 𝐰 ∙ 𝐡𝟐𝐏𝐏

𝐡𝟐𝐏𝐏 >

𝐡𝐏𝐏 >

< 𝛔𝐦𝐚𝐱 𝐏𝐏 = 𝐊 ∙ 𝛔𝐲 𝐏𝐏

𝟑 ∙ 𝟑𝟐𝟐𝟓𝐍 ∙ 𝟒𝟏𝟐𝐦𝐦 𝟎,𝟓 ∙ 𝟑𝟓𝐌𝐏𝐚 ∙ 𝟐 ∙ 𝟒𝟐𝟎𝐦𝐦

𝟑𝟗𝟖𝟔𝟏𝟎𝟎𝐍∙𝐦𝐦 𝟏𝟒𝟕𝟎𝟎𝐌𝐏𝐚 ∙𝐦𝐦

𝐡𝐦𝐢𝐧𝐢𝐦𝐚 𝐏𝐏 𝐝𝐚 𝐬𝐟𝐨𝐫𝐳𝐨 = 𝟏𝟔,𝟒𝟔𝐦𝐦 e da:

𝛅𝐦𝐚𝐱 𝐏𝐏 =

𝐅𝐦𝐚𝐱 𝐨𝐫𝐢𝐠 ∙ 𝐋𝟑 𝟒 ∙𝐄 ∙ 𝐰 ∙ 𝐡𝟑𝐏𝐏

𝐡𝟑𝐏𝐏 𝐝𝐚 𝐝𝐞𝐟𝐥𝐞𝐬𝐬𝐢𝐨𝐧𝐞 > 𝐡𝐏𝐏 𝐝𝐚 𝐝𝐞𝐟𝐥𝐞𝐬𝐬𝐢𝐨𝐧𝐞 >

< 𝛅𝐦𝐚𝐱 𝐨𝐫𝐢𝐠 𝟑𝟐𝟐𝟓𝐍 ∙ (𝟒𝟏𝟐𝐦𝐦)𝟑

𝟒 ∙ 𝟐𝟎𝟎𝟎𝐌𝐏𝐚 ∙ 𝟒𝟐𝟎𝐦𝐦 ∙ 𝟏𝟓𝐦𝐦 𝟑

𝟒𝟒𝟕𝟓𝐦𝐦𝟑

𝐡𝐦𝐢𝐧𝐢𝐦𝐚 𝐏𝐏 𝐝𝐚 𝐝𝐞𝐟𝐥𝐞𝐬𝐬𝐢𝐨𝐧𝐞 = 𝟏𝟔, 𝟒𝟕𝐦𝐦

hPP = 16,47mm

Nuove dimensioni del componente: L = 420 mm w = 412 mm h = 16,47 mm Calcolo del volume:

đ??•=đ??‹âˆ™đ??°âˆ™đ??Ą đ??•đ???đ??„ = đ?&#x;’đ?&#x;?đ?&#x;Žđ??Śđ??Ś ∙ đ?&#x;’đ?&#x;?đ?&#x;?đ??Śđ??Ś ∙ đ?&#x;?đ?&#x;”, đ?&#x;’đ?&#x;•đ??Śđ??Ś đ??•đ???đ??„ = đ?&#x;?đ?&#x;–đ?&#x;’đ?&#x;—đ?&#x;—đ?&#x;”đ?&#x;–, đ?&#x;–đ??Śđ??Śđ?&#x;‘ Calcolo della massa:

đ??Ś=đ??• ∙ đ?›’ đ??Śđ???đ??„ = đ?&#x;?đ?&#x;–đ?&#x;’đ?&#x;—, đ?&#x;—đ?&#x;”đ??œđ??Śđ?&#x;‘ ∙ đ?&#x;Ž, đ?&#x;—

đ?? đ??œđ??Śđ?&#x;‘

đ??Śđ???đ??„ = đ?&#x;?đ?&#x;“đ?&#x;”đ?&#x;’, đ?&#x;—đ?? 2.2.3 Confronto della massa del componente per i diversi materiali

Massa componente

Variazione di peso: (m - m0)/ m0

originale: PVC

mPVC = 3633,8g

-

nuovo 1: Legno di Faggio

mfaggio = 1586,8g

MATERIALE

đ?šŤđ??Ś =

đ?&#x;?đ?&#x;“đ?&#x;–đ?&#x;”,đ?&#x;–đ?? − đ?&#x;‘đ?&#x;”đ?&#x;‘đ?&#x;‘,đ?&#x;–đ?? đ?&#x;‘đ?&#x;”đ?&#x;‘đ?&#x;‘,đ?&#x;–đ??

đ?šŤđ??Ś = −đ?&#x;“đ?&#x;”, đ?&#x;‘% nuovo 2: Polietilene (PE)

MPE = 2564,9g

đ?šŤđ??Ś =

đ?&#x;?đ?&#x;“đ?&#x;”đ?&#x;’,đ?&#x;—đ?? − đ?&#x;‘đ?&#x;”đ?&#x;‘đ?&#x;‘,đ?&#x;–đ?? đ?&#x;‘đ?&#x;”đ?&#x;‘đ?&#x;‘,đ?&#x;–đ??

đ?šŤđ??Ś = −đ?&#x;?đ?&#x;—, đ?&#x;’%

2.2.4 Selezione del materiale e commenti

Il nostro obiettivo primario era quello di rendere la seduta più leggera, senza però trascurare i vincoli funzionali dettati dal punto 2.1. Per fare ciò, abbiamo preso in analisi due materiali con densità minore rispetto a quella del materiale originale (PVC): il Legno di Faggio e il Polipropilene. In entrambi i casi siamo riusciti a diminuire il peso della seduta: Il faggio ci permette di ridurre il peso del 56,3%, il polipropilene del 29,4%. Tra i due materiali, quello più interessante è sicuramente il legno di faggio. Oltre che ridurre il peso della seduta (che è il nostro obiettivo primario), ci consente anche di abbassare notevolmente (-95%) il costo energetico, creando quindi un prodotto che rispetta l’ambiente. Condizioni ambientali relativamente “difficili”, come ad esempio l’ambiente umido di una taverna, possono intaccare le proprietà del legno; per questo motivo bisognerà trattare il materiale, in modo da aumentarne la resistenza in ambiente umido e, in generale, la durabilità.

2.3. Obiettivo “Fare

leggero”. Come: ”modificando la sezione”

2.3.1. Geometria e dimensioni della nuova sezione Forma: Decidiamo di adottare una sezione rettangolare cava

h1

w1 = 412 mm w2 = 402 mm

h2

h1 = 25 mm h2 = 15 mm

w2 w1 Area della sezione resistente:

𝐀 = 𝐰𝟏 ∙ 𝐡𝟏 − 𝐰𝟐 ∙ 𝐡𝟐 𝐀 = 𝟒𝟏𝟐𝐦𝐦 ∙ 𝟐𝟓𝐦𝐦 − (𝟒𝟎𝟐𝐦𝐦 ∙ 𝟏𝟓𝐦𝐦) 𝐀 = 𝟒𝟐𝟕𝟎𝐦𝐦𝟐 Momento di inerzia:

𝐈= 𝐈=

𝐰𝟏 ∙ 𝐡𝟑𝟏

−

𝐰𝟐 ∙ 𝐡𝟑𝟐

𝟏𝟐 𝟏𝟐 𝟒𝟏𝟐𝐦𝐦∙ 𝟐𝟓𝐦𝐦

𝟑

𝟏𝟐

𝟒𝟎𝟐𝐦𝐦∙ 𝟏𝟓𝐦𝐦

−

𝟑

𝟏𝟐

𝟒

𝐈 = 𝟒𝟐𝟑𝟑𝟗𝟓, 𝟖 𝐦𝐦

2.3.2 Calcolo dello sforzo massimo e del modulo elastico minimo 2.3.3 Vincoli strutturali ricavati

𝐊 ∙ 𝛔𝐲 𝐧𝐮𝐨𝐯𝐨 𝐦𝐚𝐭𝐞𝐫𝐢𝐚𝐥𝐞 ≥ 𝛔𝐦𝐚𝐱 𝐊 ∙ 𝛔𝐲 𝐧𝐮𝐨𝐯𝐨 𝐦𝐚𝐭𝐞𝐫𝐢𝐚𝐥𝐞 ≥

𝐅𝐦𝐚𝐱 ∙ 𝐋 ∙ 𝐲

𝟎, 𝟓 ∙ 𝛔𝐲 𝐧𝐮𝐨𝐯𝐨 𝐦𝐚𝐭𝐞𝐫𝐢𝐚𝐥𝐞 ≥

𝟒∙𝐈 𝟑𝟐𝟐𝟓𝐍 ∙ 𝟒𝟏𝟐𝐦𝐦 ∙ 𝟏𝟐,𝟓𝐦𝐦 𝟒 ∙ 𝟒𝟐𝟑𝟑𝟗𝟓,𝟖𝐦𝐦𝟒

𝛔𝐲 𝐧𝐮𝐨𝐯𝐨 𝐦𝐚𝐭𝐞𝐫𝐢𝐚𝐥𝐞 ≥ 𝟏𝟗, 𝟔𝐌𝐏𝐚 𝐄𝐧𝐮𝐨𝐯𝐨 𝐦𝐚𝐭𝐞𝐫𝐢𝐚𝐥𝐞 ≥ 𝐄𝐦𝐢𝐧 𝐅

∙ 𝐋𝟑

𝐄𝐧𝐮𝐨𝐯𝐨 𝐦𝐚𝐭𝐞𝐫𝐢𝐚𝐥𝐞 ≥ 𝟒𝟖𝐦𝐚𝐱 ∙𝐈∙𝛅

𝐦𝐚𝐱

𝐄𝐧𝐮𝐨𝐯𝐨 𝐦𝐚𝐭𝐞𝐫𝐢𝐚𝐥𝐞 ≥

𝟑𝟐𝟐𝟓𝐍 ∙ 𝟒𝟏𝟐𝐦𝐦

𝟑

𝟒𝟖 ∙ 𝟒𝟐𝟑𝟑𝟗𝟓,𝟖 𝐦𝐦𝟒 ∙ 𝟏𝟓𝐦𝐦

𝐄𝐧𝐮𝐨𝐯𝐨 𝐦𝐚𝐭𝐞𝐫𝐢𝐚𝐥𝐞 ≥ 𝟎, 𝟕𝟒𝐆𝐏𝐚

2.3.4. Materiali candidati per fare leggero con nuova sezione: 2.3.4.3 Materiali candidati MATERIALE 1: Legno di Frassino MATERIALE 2: Polietilene (PE)

Requisito significativo

Proprietà

Legno di Frassino

Polietilene

Leggerezza

Densità

0.6 g/cm3

0.93 g/cm3

Costo economico

Costo del MATERIALE

3 €/kg

1 €/kg

Ambientale

Disponibilità delle risorse

B

C

Ambientale

Costo energetico del MATERIALE

3 MJ/kg

80 MJ/kg

Ambientale

Valorizzazione in dismissione

B

??

Capacità di resistere alle alte temperature

Massima temperatura di utilizzo

140°C

100° C

Capacità di resistere alle basse temperature

Minima temperatura di utilizzo

- 40°C

- 80° C

Capacità di condurre il calore

Conducibilità termica

-

-

Capacità di condurre l’elettricità

Conducibilità elettrica

-

-

Capacità di resistere al degrado in ambiente umido

Resistenza in acqua aerata

B/C

A

Capacità di resistere al degrado in ambiente salino

Resistenza in acqua salata

-

-

Capacità di resistere ai raggi ultravioletti

Resistenza ai raggi ultravioletti

-

-

Capacità di resistere agli agenti chimici organici (alcol, acetone, trielina …)

Resistenza ai solventi organici

B

B

Resistenza ad acidi e basi

C

A

Capacità di resistere agli agenti chimici inorganici (candeggina, ammoniaca, acidi …)

2.3.4.2 Calcolo della massa Nuova sezione del componente: đ??€đ??§đ??Žđ??¨đ??Żđ??¨ = đ?&#x;’đ?&#x;?đ?&#x;•đ?&#x;Žđ??Śđ??Śđ?&#x;?

Calcolo del volume:

đ??•đ??§đ??Žđ??¨đ??Żđ??¨ = đ??€đ??§đ??Žđ??¨đ??Żđ??¨ ∙ đ??‹ đ??•đ??§đ??Žđ??¨đ??Żđ??¨ = đ?&#x;’đ?&#x;?đ?&#x;•đ?&#x;Žđ??Śđ??Śđ?&#x;? ∙ đ?&#x;’đ?&#x;?đ?&#x;Žđ??Śđ??Ś đ??•đ??§đ??Žđ??¨đ??Żđ??¨ = đ?&#x;?đ?&#x;•đ?&#x;—đ?&#x;‘đ?&#x;’đ?&#x;Žđ?&#x;Žđ??Śđ??Śđ?&#x;‘ Calcolo della massa: Materiale 1: Legno di Frassino

đ??Ś=đ??•âˆ™ đ?›’ đ??Śđ??&#x;đ??Ťđ??šđ??Źđ??Źđ??˘đ??§đ??¨ = đ?&#x;?đ?&#x;•đ?&#x;—đ?&#x;‘, đ?&#x;’đ??œđ??Śđ?&#x;‘ ∙ đ?&#x;Ž, đ?&#x;”

đ?? đ??œđ??Śđ?&#x;‘

đ??Śđ??&#x;đ??Ťđ??šđ??Źđ??Źđ??˘đ??§đ??¨ = đ?&#x;?đ?&#x;Žđ?&#x;•đ?&#x;”đ?? Materiale 2: Polietilene

đ??Ś=đ??•âˆ™ đ?›’ đ??

đ??Śđ??Šđ??¨đ??Ľđ??˘đ??žđ??­đ??˘đ??Ľđ??žđ??§đ??ž = đ?&#x;?đ?&#x;•đ?&#x;—đ?&#x;‘, đ?&#x;’đ??œđ??Śđ?&#x;‘ ∙ đ?&#x;Ž, đ?&#x;—đ?&#x;‘ đ??œđ??Śđ?&#x;‘ đ??Śđ??Šđ??¨đ??Ľđ??˘đ??žđ??­đ??˘đ??Ľđ??žđ??§đ??ž = đ?&#x;?đ?&#x;”đ?&#x;”đ?&#x;•, đ?&#x;–đ??

2.3.4.3 Confronto del peso del componente per i diversi materiali

Massa componente

Variazione di peso: (m - m0 =)/ m0

originale: PVC

mPVC = 3633,8g

-

nuovo 1: Legno di Frassino

mfrassino = 1076g

MATERIALE

đ?šŤđ??Ś =

đ?&#x;?đ?&#x;Žđ?&#x;•đ?&#x;”đ?? − đ?&#x;‘đ?&#x;”đ?&#x;‘đ?&#x;‘,đ?&#x;–đ?? đ?&#x;‘đ?&#x;”đ?&#x;‘đ?&#x;‘,đ?&#x;–đ??

đ?šŤđ??Ś = −đ?&#x;•đ?&#x;Ž, đ?&#x;’% nuovo 2: Polietilene

mpolietilene = 1667,8g

đ?šŤđ??Ś =

đ?&#x;?đ?&#x;”đ?&#x;”đ?&#x;•,đ?&#x;–đ?? − đ?&#x;‘đ?&#x;”đ?&#x;‘đ?&#x;‘,đ?&#x;–đ?? đ?&#x;‘đ?&#x;”đ?&#x;‘đ?&#x;‘,đ?&#x;–đ??

đ?šŤđ??Ś = −đ?&#x;“đ?&#x;’, đ?&#x;?%

1.3.6 Selezione del materiale e commenti

Cambiando la sezione della seduta in una rettangolare cava,abbiamo ottenuto un elevato momento d’inerzia; grazie a questo abbiamo potuto scegliere i nuovi materiali senza particolari problemi; la E e Ďƒ minimi richiesti erano infatti bassi. I due nuovi materiali che abbiamo preso in esame sono il Legno di Frassino e il Polietilene. In entrambi i casi siamo riusciti a ridurre notevolmente il peso originale della seduta (-70,4% con il frassino, -54,1% con il polietilene). Anche se il polietilene presentava ottime caratteristiche di durabilitĂ , abbiamo preferito utilizzare il frassino: oltre che ridurre maggiormente il peso della seduta, ci permette di abbassare di molto il costo energetico del materiale.

PARTE TERZA. Commenti e riflessioni sul percorso progettuale

Durante questo percorso progettuale, abbiamo analizzato la seduta della famosa sedia di Charles Rennie Mackintosh, la “Hill House Chair”. Il nostro obiettivo era quello di ridurre il peso della seduta, rispettando vari vincoli progettuali (funzionali e meccanici). Per semplicità di calcolo abbiamo assimilato la seduta originaria di forma trapezoidale ad un rettangolo. Per migliorare la coerenza dei calcoli invece, abbiamo dovuto ridurre lo spessore iniziale. Per ridurre il peso della seduta, abbiamo proceduto in due direzioni: 1. Selezionare due materiali meno densi dell’originale e ridimensionare di conseguenza l’altezza della seduta. 2. Modificare la sezione resistente e, in base ai vincoli da essa imposti, selezionare due nuovi materiali. In entrambi i casi abbiamo voluto analizzare un polimero ed un legno. Sono infatti due materiali che rispecchiano le nostre intenzioni progettuali, anche se ognuno presenta vantaggi e svantaggi. A favore dei polimeri da noi analizzati (PP e PE), abbiamo un basso costo (circa 1 €/kg) e un’ottima durabilità. Il punto che va maggiormente a sfavore è invece l’elevato costo energetico. Per quanto riguarda i legni presi in considerazione (frassino e faggio), i vantaggi sono una bassa densità, un costo energetico molto inferiore rispetto a quello dei polimeri (95%) e una sensazione di caldo propria del materiale. Gli svantaggi sono invece legati soprattutto alla durabilità del materiale; come è noto infatti, il legno non resiste bene in un ambiente umido. Per sopperire a questa mancanza, è possibile rivestire il legno, migliorandone così la durabilità. Sia per la densità maggiore rispetto ai legni, che per il maggiore impatto ambientale, abbiamo deciso di scartare entrambe le ipotesi che prendevano in considerazione i polimeri. Tra tutte le varie opzioni, quella che riteniamo migliore è la seduta con sezione rettangolare cava in legno di Frassino. Il motivo di questa scelta è senza dubbio legato alla drastica diminuzione del peso della seduta (-70,4% rispetto all’originale), ma anche ad un basso impatto ambientale e ad un gusto estetico. Utilizzando questo materiale riusciamo infatti a trasmettere un senso di morbidezza e calore. Anche la seduta in frassino aveva caratteristiche interessanti, ma abbiamo deciso di scartare questa ipotesi per un fattore estetico: la seduta sarebbe stata molto sottile, non risultando a nostro avviso in armonia con il corpo della sedia. Scegliendo l’opzione della sezione cava invece, abbiamo potuto aumentare lo spessore della seduta e ridurne il peso allo stesso tempo.

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