A Spinoff a Day – Cryostat misura con accuratezza le performance di isolamento termico

I metodi per conoscere la capacità di isolamento di un certo materiale, che sia destinato ad un veicolo spaziale in orbita o ad un frigorifero sulla Terra, sono sempre gli stessi: il calore si trasferisce dalla parte calda a quella fredda, ma esiste un modo per misurare con certezza i dettagli?

Negli anni 1990, mentre lavorava ad un aerogel (Spinoff 2010), il team di James Fesmire, senior pricipal investigator del Cryogenics Test Laboratory al KSC, arrivò ad un punto cieco: non esisteva ancora un metodo efficace per verificare le sue prestazioni isolanti, i macchinari disponibili non avevano sufficiente sensibilità per fornire misure accurate. Fesmire iniziò allora a sviluppare uno strumento che colmasse la mancanza. Utilizzò una camera cilindrica contenente un fluido criogeno come misuratore, e attorno ad essa posizionò un altro contenitore cilindrico, ma sottovuoto. Il materiale da testare viene dunque applicato attorno alla camera fredda, e dato che il calore del contenitore sottovuoto esterno si trasferisce a quello interno, esso passa attraverso la sostanza isolante. Il tasso di evaporazione del liquido criogeno è direttamente proporzionale alle performance isolanti del materiale di test, dunque è ora semplice raccogliere e valutare i risultati.

Dalle sfide superate durante il successivo processo di miglioramento nacque Cryostat 1, sviluppato poi in Cryostat 2, uno strumento di misurazione termica più semplice e facilmente utilizzabile in grado di testare qualsiasi materiale isolante desiderato. “Ora le proprietà termiche dei materiali possono essere misurate con un metodo standard e ripetibile sia per gli usi comuni che per le applicazioni estreme” afferma Fesmire.

Nel 2010 Cryostat 2 (ora Cryostat 200) è stato richiesto da diverse aziende private per sviluppo e certificazione interni, tra cui un’azienda di produzione di materiali industriali, una compagnia aerospaziale privata e la ditta QinetiQ North America, terzista del KSC. Secondo Jeff Kohler, responsabile commerciale di quest’ultima, solo una manciata di aziende offre dispositivi di test focalizzati sull’isolamento in ambienti estremi, e tra di essi nessuno riesce a gestire range di temperature così bassi come il Cryostat 200. Inoltre, la maggior parte dei dispositivi attuali fatica a stare al passo con i nuovi materiali presenti nell’industria.

QinetiQ NA prevede di commercializzare la tecnologia mirando ai settori di ricerca e sviluppo di nuovi materiali industriali, ma in realtà, come sottolinea Kohler, qualsiasi settore che utilizzi il controllo della temperatura ne può beneficiare, ad esempio quello alimentare o farmaceutico. Per i produttori di materiali isolanti la tecnologia permette di effettuare test in situ, in laboratorio o al momento stesso della produzione. “I ricercatori possono testare velocemente l’isolamento di 10 materiali diversi e comparare i risultati. Può essere usato per controllo qualità”. Il beneficio più importante, secondo Fesmire, è che la tecnologia è al passo con i tempi e perciò utilizzabile su materiali di nuova generazione come quelli presenti nell’industria aerospaziale, nel settore dell’energia o edile.

“Con Cryostat NASA ha stabilito nuovi standard nella valutazione dell’isolamento termico.”

Cryostat, lo strumento che misura con precisione l’isolamento termico di diversi materiali © NASA / Veronica Remondini

Per approfondire:

Spinoff nel dettaglio [ENG]

Sito di QinetiQ North America [ENG]

Test di vari sistemi di misurazione di isolamento termico (Cryogenics Test-Lab / KSC) [pdf online – ENG]

Presentazione completa in pdf originale in inglese, traduzione italiana a cura di Veronica Remondini.