Rendere flessibili i serbatoi per impedire l’esplosione dei trasformatori ?Quando un bagliore blu inquietante ha illuminato il cielo sopra New York City lo scorso dicembre, alcuni sono rimasti delusi nell'apprendere che gli alieni non erano coinvolti. La causa era, infatti, terrestre: un trasformatore era esploso in una centrale elettrica locale. Per la maggior parte, i trasformatori, che aiutano le compagnie elettriche a trasmettere elettricità in modo efficiente modificando le tensioni, sono relativamente sicuri. Meno dell'uno percento esplode, ma quelle esplosioni possono essere mortali e provocare proiettili volanti, incendi tossici o fuoriuscite di petrolio. I trasformatori si rompono a causa di un accumulo di pressione in eccesso nel serbatoio in cui sono racchiusi, che di solito viene riempito con olio minerale che funge da refrigerante. I contaminanti all'interno dell'olio, il degrado delle parti del trasformatore e i temporali possono causare un guasto, chiamato arco interno, che provoca un rapido rilascio di energia. "Quando hai un arco all'interno del trasformatore, riscalda l'olio e l'olio brucia per creare un gas, che provoca alta pressione", spiega Samuel Brodeur, ingegnere meccanico senior. I design convenzionali dei serbatoi sono limitati nella loro capacità di resistere a tali energie di guasto - che in casi gravi possono raggiungere fino a 150 megajoule (MJ), l'equivalente di 150 candelotti di dinamite - e quindi Brodeur e i suoi colleghi hanno trascorso gli ultimi sette anni lavorando per ideare un serbatoio di trasformazione più forte e più resistente. La loro soluzione, descritta in un documento pubblicato il 12 giugno in IEEE Transactions on Power Delivery, si chiama TXpand. L'idea è sorprendentemente semplice: progettare un serbatoio sufficientemente flessibile da deformarsi per assorbire tutta quella pressione aggiuntiva senza rompersi. "È un po 'come far esplodere un pallone", afferma Jean-Bernard Dastous, ricercatore che ha collaborato al progetto. "Se è molto rigido, sarà difficile espandere il palloncino. Ma se è fatto di un materiale molto flessibile, è più facile per te gonfiarlo ". Si altera la flessibilità del serbatoio utilizzando diversi tipi di acciaio, variando lo spessore del muro e del coperchio e rafforzando, tra le altre cose, i punti deboli come gli angoli. Per progettare quello che viene definito un serbatoio "resistente all'arco", il team ha dovuto prima creare un modello meccanico in grado di prevedere la pressione alla quale un determinato serbatoio si deformerebbe e successivamente si romperebbe, in base alle sue dimensioni e proprietà del materiale. In particolare, si volevaa costruire un serbatoio in grado di resistere a 20 MJ di energia senza rompersi, un livello che avrebbe causato un "fallimento catastrofico" nella maggior parte dei trasformatori e che "avrebbe coperto il 95 percento dei guasti che si verificano il network." E così, il team ha inserito le equazioni nel suo modello numerico e ha trascorso mesi a costruire un serbatoio di dimensioni standard (lungo circa 5 metri, largo 2,5 e alto 4). Per motivi di sicurezza, il serbatoio è stato riempito con acqua anziché con olio e conteneva una replica della parte attiva di un trasformatore. Il primo test, condotto in una gelida giornata invernale a novembre 2017 in un campo aperto presso le strutture di ricerca vicino a Montreal, aveva lo scopo di dimostrare che il serbatoio poteva resistere ai 20 MJ specificati. Fino ad allora, i più alti livelli di energia testati erano poco più della metà di quel valore. Il team ha iniettato aria pressurizzata misurando 200 atmosfere, il che equivale alla pressione subita due chilometri sotto il livello del mare. Il serbatoio si gonfiava ai lati, ma non esplodeva. Il secondo test, speravano, avrebbe dimostrato che a una data pressione, il serbatoio si sarebbe rotto in un punto scelto. "Volevamo assicurarci che il guasto si verifichi nella parte superiore del trasformatore perché quando accade lì, meno olio si riverserà nell'ambiente", spiega Dastous. Dopo un'iniezione di 30 MJ di energia, il serbatoio di prova ha fatto esattamente questo, dimostrando che "i nostri calcoli e metodologie di test numerici hanno funzionato". I risultati hanno consentito di presentare "nuove specifiche migliorate per resistere all'arco" che i suoi fornitori devono seguire. Le specifiche, che saranno implementate nei prossimi mesi, si spera che porteranno a un minor numero di trasformatori che esploderanno. Brodeur afferma: "Poiché siamo in grado di prevenire la maggior parte dei casi di rottura del serbatoio, è più sicuro per le persone che lavorano attorno al trasformatore ed è anche molto buono per l'ambiente perché possiamo prevenire importanti fuoriuscite di petrolio e incendi tossici".