La condensa dei proiettori

La condensa dei proiettori. Soluzioni di sfiato per una visibilità perfetta. Come proteggere efficacemente i proiettori dalla condensa e dalla penetrazione di sporcizia e acqua.

Un proiettore deve resistere agli influssi ambientali soggetti a costante mutamento. Per garantire al conducente una visibilità perfetta e al contempo un funzionamento affidabile, il proiettore deve essere protetto da polvere, sporcizia, incrostazioni e condensa. Le case automobilistiche e i loro fornitori hanno diverse possibilità per far fuoriuscire l’umidità dal faro. Le soluzioni di equalizzazione della pressione tramite membrana di sfiato offrono una barriera contro lo sporco e l’acqua, abbinata a una reazione ottimale alla condensa.

Tre cause di umidità nei proiettori di automobili
Tre cause di umidità nei proiettori di automobili

TRE FONTI DI UMIDITÀ: L’umidità all’interno dei proiettori proviene da tre fonti principali (figura 1): la causa più frequente è il desorbimento, dovuto a differenze di temperatura. Allo spegnimento della fonte di luce la temperatura si abbassa e la plastica di cui è costituito il proiettore assorbe l’umidità come una spugna. All’accensione della fonte luminosa la temperatura aumenta, facendo fuoriuscire l’umidità immagazzinata dal materiale (figura 2). Contemporaneamente cresce il punto di rugiada, e di conseguenza può formarsi della condensa nel punto più freddo del proiettore.

Allo spegnimento della fonte di luce la temperatura si abbassa e la plastica assorbe umidità. È così che si forma circa l’80% dell’umidità nel proiettore. La seconda fonte di umidità è la permeazione, un processo in cui il vapore acqueo si diffonde continuamente attraverso la plastica dall’esterno verso l’interno dell’involucro. La terza causa dell’umidità è il sistema di sfiato, attraverso il quale l’umidità può entrare e uscire.

MISURAZIONE DELL’UMIDITÀ: Spesso l’umidità nel proiettore viene descritta in termini di umidità atmosferica relativa. È molto più preciso invece indicare il punto di rugiada, poiché questo non dipende dalla temperatura prevalente. Ciò diventa chiaro nel seguente esempio che mostra la correlazione tra punto di rugiada e temperatura: l’umidità viene misurata in condizioni di laboratorio.

A una temperatura di 22 °C e con il 50% di umidità relativa il punto di rugiada corrisponde a 11 °C (figura 3). Se la temperatura scende a 15 °C, l’umidità atmosferica relativa raggiunge il 77%. Il punto di rugiada rimane costante. A 11 °C l’umidità relativa ammonta al 100 %, ovvero l’aria è satura e non è più in grado di assorbire umidità. Se la temperatura scende al di sotto del punto di rugiada, si crea la condensa.

FAR FUORIUSCIRE L’UMIDITÀ TRAMITE CONVEZIONE O DIFFUSIONE: Per rimuovere l’umidità e aerare il proiettore esistono sostanzialmente due possibilità: la convezione e la diffusione. La convezione, un’aerazione aperta trasversale, funziona tramite almeno due tubi di aerazione che fanno circolare l’aria espellendo l’umidità. Il sistema si basa su differenze di pressione che si formano all’aumentare della temperatura (ad esempio quando si accendono i proiettori) o con il movimento durante la marcia del veicolo.

Queste differenze di pressione generano una corrente d’aria che trasporta l’aria umida verso l’esterno, figura 4. L’apertura inferiore aspira l’aria dell’ambiente circostante, quella superiore la espelle. Lo svantaggio di una soluzione di questo tipo tuttavia è che insieme all’aria aspirata penetrano nel proiettore anche polveri, particelle di sporcizia, insetti, etc. Inoltre la convezione funziona soltanto quando il veicolo è in movimento o i fari sono accesi. Spesso poi si ha il problema che la presenza di numerosi componenti nel vano motore non consente un flusso sufficiente intorno al proiettore. Un sistema più efficace per espellere l’umidità dai proiettori è la diffusione.

Questo processo fisico fa sì che il vapore acqueo si sposti da zone ad alta concentrazione a zone a bassa concentrazione. Il processo avviene in base alla legge di diffusione vD = -DxAx(dc/dx), dove vD è la velocità di diffusione e D la costante di diffusione. Per aumentare la velocità di diffusione quindi si deve aumentare o la superficie di scambio A e/o il gradiente di concentrazione (dc/dx). In questo caso, dc rappresenta la differenza di concentrazione (dc = c1 – c2) e dx la distanza tra le concentrazioni. La figura 5 descrive come la superficie di scambio A influisce sulla velocità di diffusione.

Inoltre la velocità di diffusione aumenta quando il gradiente di concentrazione (dc/dx) è il più alto possibile, figura 6. Questo accade quando tra l’interno del proiettore e l’ambiente circostante: • la differenza di concentrazione dc è la maggiore possibile, •la distanza dx è la minore possibile.

CAPPUCCIO DI SFIATO E MEMBRANE DI SFIATO A CONFRONTO: Per permettere la diffusione ci sono due soluzioni costruttive: i cappucci di sfiato e le membrane di sfiato. Come mostra la figura 7, una membrana di sfiato, che può semplicemente essere incollata sull’involucro del proiettore (Adhesive Vent), permette una più efficace riduzione della condensa. La superficie di scambio A di uno sfiato adesivo è più grande di quella di un cappuccio di sfiato, con effetti positivi sulla velocità di diffusione. Inoltre l’Adhesive Vent ha in media uno spessore di soli 0,3 mm, mentre il cappuccio di sfiato arriva spesso a 20 mm di lunghezza. La distanza (dx), che l’aria umida deve percorrere, è nettamente superiore in un cappuccio di sfiato e conduce quindi a una gestione della condensa meno efficace. A peggiorare le cose, polvere, sporcizia e particelle possono intasare l’apertura di sfiato nel cappuccio, ostacolando ulteriormente l’aerazione.

MAGGIORE LA SUPERFICIE DI AERAZIONE, MIGLIORE LA CAPACITÀ DI DIFFUSIONE: Il modo più semplice per illustrare l’efficacia degli elementi di sfiato in termini di trasmissione dell’umidità è il test Moisture Vapor Transfer Rate (MVTR), figura 8. A questo scopo si riempie un contenitore con 100 ml di acqua, lo si chiude ermeticamente e lo si dota di una soluzione di sfiato. Il contenitore viene tenuto a condizioni di laboratorio (22 °C, 50% di umidità atmosferica) e pesato ogni giorno per due settimane, misurando così la quantità d’acqua diffusa quotidianamente.

La misurazione dimostra che il dispositivo di sfiato GORE® Automotive Vent AVS 9 è in grado di diffondere circa 550 mg di liquido in un giorno. Il dispositivo di sfiato GORE® Automotive Vent AVS 5 GORE® costituito dello stesso materiale dell’AVS 9, trasporta soli 125 mg circa di liquido al giorno. Questo dimostra l’importanza della superficie di scambio A. Il nesso tra superficie di scambio (AVS 9: 285 mm2/ AVS 5: 65 mm2) e umidità trasportata al giorno è lineare. Sebbene più piccolo, anche lo sfiato AVS 5 offre un tasso di trasmissione del vapore acqueo più che doppio rispetto ai tubi di aerazione o ai cappucci. Quindi sono ideali proprio per involucri piccoli, come quelli dei fanali posteriori o dei fendinebbia. I dispositivi di sfiato GORE® Automotive Vents si distinguono dalle altre soluzioni sia per capacità di diffusione che di protezione.

I tubi di aerazione sfruttano la convezione, che garantisce una gestione della condensa efficiente durante la marcia, ma non protegge il proiettore da polvere, sporcizia, incrostazioni e acqua. I cappucci di sfiato, invece, sono efficaci nel proteggere dalla sporcizia, ma limitano molto la diffusione, con una scarsa reazione alla condensa. L’elemento di sfiato Gore AVS 9 assicura un equilibrio ottimale tra la protezione da liquidi e da particelle che penetrano all’interno, e una gestioen della condensa che si è verificata affidabile ed efficace, in laboratorio e in applicazione. Gore produce membrane di sfiato adesive in politetrafluorene espanso (ePTFE), figura 9. Questo materiale è caratterizzato da pori a maglia estremamente fine, 20.000 volte più piccoli di una goccia d’acqua, che impediscono la penetrazione anche alle più minute goccioline o particelle di sporco, grandi fino a 1,0 micrometri.

Inoltre l’ePTFE è estremamente resistente alle temperature e alle sostanze chimiche. Grazie alla ridotta energia superficiale l’ePTFE è dotato di eccezionali caratteristiche idrofobiche e oleofobiche (che repellenti neu confronti di acqua e oli), il che è tanto più importante visto che la membrana nel vano motore entra in contatto con oli, lubrificanti, detergenti e altri liquidi tipici del settore automobilistico. Queste caratteristiche oleofobiche tuttavia possono essere ottenute solo nobilitando ulteriormente la membrana. Grazie a queste caratteristiche gli sfiati dotati di membrana in ePTFE rappresentano la soluzione ideale per proteggere i proiettori dalla sporcizia e mantenere l’efficienza di sfiato ottimale per tutta la vita del veicolo. Con miliardi di sfiati impiegati in tutto il mondo Gore si è affermato come partner affidabile per soluzioni di sfiato innovative nell’industria automobilistica. Le maggiori case automobilistiche si affidano a Gore ormai da molti anni.

Autori del testo: Thilo Haiss, Product Line Manager Automotive Lighting, W. L. Gore & Associates GmbH