Corrosione nelle attrezzature di trasporto verticale

Uno sguardo all'impatto sui componenti

del Dott. Michael Davies

Gli ascensori e le scale mobili operano in molti ambienti diversi, alcuni dei quali sono potenzialmente corrosivi, come quelli marini o industriali pesanti. In queste applicazioni, i normali materiali degli ascensori non sono appropriati e sono necessari materiali di costruzione diversi. Con gli ascensori che operano in edifici commerciali o residenziali, è improbabile che le costruzioni standard siano soggette a corrosione in condizioni normali. Se è presente acqua, ad esempio nelle fosse degli ascensori, diventa più probabile la corrosione generale o per vaiolatura. Ci sono alcune aree negli ascensori residenziali o commerciali in cui è possibile che si verifichi corrosione e che deve essere rilevata e prevenuta. 

Forme di corrosione

Le forme di corrosione che si potrebbero riscontrare includono:^[1] 

• Generale: attacco distribuito più o meno uniformemente sulla superficie.  
• Elettrochimico: in cui aree separate diventano anodiche e catodiche in presenza di un elettrolita e trasferiscono elettroni tra loro. 
• Pitting: attacco locale sotto forma di cavità. 
• Fretting: danno all'interfaccia di due superfici a contatto sotto carico. 
• Rouging: probabilmente corrosione da sfregamento nelle funi dell'ascensore.
• Ruggine: prodotto della corrosione, principalmente ossido di ferro idrato su metalli a base di ferro.

Corrosione dei componenti dell'ascensore

Funi metalliche

Poiché i cavi metallici vengono spesso utilizzati in ambienti di lavoro relativamente difficili, come ambienti esterni e marini, la corrosione si verifica a causa delle reazioni con l'ambiente.^[2] La corrosione dei cavi metallici può essere classificata in due categorie.^[3] Il primo è la corrosione generale dovuta al contatto con l'aria, che porta alla corrosione chimica e alla corrosione elettrochimica. La corrosione chimica si verifica quando il cavo metallico è esposto a un ambiente acido, mentre la corrosione elettrochimica si verifica in un ambiente con aria umida. Il secondo tipo è la corrosione localizzata, come la corrosione per vaiolatura, in cui si producono fori o cavità nel punto in cui qualsiasi rivestimento si rompe e si stacca. Le cavità di corrosione possono gradualmente approfondirsi sulla superficie del cavo metallico, portando a concentrazione di stress, cricche da fatica e diminuzione di resistenza e flessibilità. La concentrazione di stress accelererà l'estensione delle cricche e, infine, provocherà una rottura meccanica.

I cavi metallici sono disponibili in un'ampia gamma di design e materiali di anima a seconda dell'applicazione specifica. Anche i trefoli di acciaio esterni hanno configurazioni diverse, ma tutti i cavi di acciaio sono soggetti a usura e possono subire corrosione da sfregamento. La corrosione da sfregamento è definita come deterioramento all'interfaccia di due superfici a contatto sotto carico, accelerato dal moto relativo tra di esse di ampiezza sufficiente a produrre slittamento.^[1] Ciò avviene solitamente, ma non esclusivamente, in condizioni asciutte, spesso a temperature piuttosto elevate. Questo danno può essere accompagnato da una maggiore perdita di metallo quando le particelle di usura si ossidano e aumentano l'usura agendo come abrasivo. Diverse combinazioni di metalli hanno una maggiore o minore resistenza allo sfregamento, ad esempio, l'acciaio su acciaio ha una bassa resistenza allo sfregamento in condizioni asciutte.^[4]

Nel campo della corrosione, il termine "rugging" si riferisce alla presenza di uno strato superficiale di ossido sull'acciaio inossidabile in presenza di acqua o altri mezzi acquosi.^[5] Il rouge è costituito da ossido o idrossido di ferro, ma può contenere anche ossidi di cromo, nichel e molibdeno. Questo strato può provenire da fonti esterne o dalla distruzione dello strato passivo sull'acciaio inossidabile.^[6] La variazione di colore è il risultato del tipo di ossido/idrossido/carbonato e delle variazioni nell'acqua di idratazione associata ai prodotti di corrosione. Questi colori vanno dall'arancione al rosso al nero.

Nel mondo degli ascensori, il termine "rouging" viene utilizzato per descrivere quella che probabilmente è una corrosione da sfregamento.^[7] Indipendentemente dal termine che utilizziamo, l'effetto dannoso sulla fune è lo stesso e anche l'azione correttiva necessaria è la stessa. La rugatura è mostrata nella Figura 1. È probabile che i detriti della rugatura siano dannosi per i profili delle pulegge tanto quanto lo sono per le funi metalliche.  

La formazione della patina non ha bisogno di umidità; è causata dal movimento e dall'abrasione tra i fili della corda.^[3] Le pressioni del sistema durante il funzionamento generano particelle molto piccole attorno alla superficie metallica, che iniziano ad arrugginire. Il rouging è generalmente dovuto a una mancanza di lubrificazione. La lubrificazione sul campo non ripristina la fune alle sue condizioni iniziali. Qualsiasi danno è già stato fatto. Il rilevamento del rouging è importante, poiché riduce il numero di rotture del filo consentite. Vedere Figura 2.

Per evitare fenomeni di usura/sfregamento, tutte le parti del cavo metallico devono essere lubrificate per ridurre l'attrito.^[6] Durante la fabbricazione di funi metalliche, fili e trefoli vengono lubrificati e una fune metallica nuova di fabbrica contiene circa l'1.2% in peso di lubrificante. Man mano che la fune metallica in funzione aumenta il numero di cicli, trasuda lubrificante sulla sua superficie. Sperimentalmente, una fune metallica in acciaio perde circa lo 0.12% in peso di lubrificante ogni 100,000 cicli. La rilubrificazione è necessaria per lavorare in condizioni ottimali e prolungare la durata delle funi metalliche e delle pulegge. La frequenza della rilubrificazione dipende fortemente dalle condizioni ambientali e di installazione, come temperatura, umidità, velocità di sollevamento e pressione della fune.

È importante conoscere la giusta quantità di lubrificante che una fune metallica dovrebbe avere. Una quantità inferiore di lubrificante provoca un aumento della temperatura, un'usura eccessiva dei fili e un aumento della rugatura. Un eccesso di lubrificante deve essere evitato, perché provoca lo slittamento della fune sulle pulegge, un effetto indesiderato che può essere visto sulle pulegge motrici durante l'accelerazione e la decelerazione. Le funi con anima in fibra naturale sono vantaggiose rispetto alle funi con anima in acciaio poiché la fibra naturale trattiene più lubrificante dell'acciaio (10-15% in peso); l'anima in fibra naturale funge da autolubrificante. Durante il funzionamento, i trefoli compattano l'anima in fibra e questa pressione inizia a rilasciare lubrificante, il che è vantaggioso per il funzionamento del sistema.

Se ci sono prove di rugosità dalla fune, si dovrebbero controllare gli spazi tra i trefoli e il diametro della fune. Se la riduzione è inferiore al 4%, un'ulteriore riduzione del diametro può essere rallentata dalla rilubrificazione. Quando un diametro si riduce di oltre il 6%, è generalmente indicato un cambio di fune. Il lubrificante utilizzato dovrebbe essere uno specificamente formulato per funi metalliche utilizzate negli ascensori, dovrebbe essere in grado di penetrare nei trefoli, essere durevole e spesso contenere inibitori di corrosione. 

La presenza di ruggine sulla superficie della fune (Figura 3) è un'indicazione esterna certa della presenza di umidità nel vano di corsa.^[9] La corrosione esterna diminuirà la resistenza alla rottura della fune riducendo l'area trasversale metallica e accelererà le rotture dei fili per fatica creando irregolarità superficiali. Anche una grave ruggine su anime di funi metalliche indipendenti (IWRC) e funi ad anima mista dovrebbe sollevare preoccupazioni sulla presenza di ruggine interna (che non può essere vista direttamente), in quanto è un'indicazione che la lubrificazione che riempie le superfici interne tra i trefoli e l'anima è stata violata.

In condizioni di umidità, può verificarsi corrosione elettrolitica esterna, che potrebbe essere aggravata da un'incrostazione interna. L'umidità nel vano può provenire da molte fonti, tra cui acqua piovana o perdite di tubazioni. I contaminanti nel vano ascensore possono anche aumentare la corrosione umida delle funi e di altri componenti dell'ascensore. Esempi includono atmosfere marine, inquinamento, sostanze chimiche industriali, ecc. In questi casi, sono necessari materiali di costruzione specifici, come acciai inossidabili o altre leghe resistenti alla corrosione o componenti zincati.

Cilindri idraulici

Gli ascensori idraulici forati sono dotati di un cilindro idraulico interrato che ospita l'olio e il pistone.^[10] Il cilindro è interrato direttamente sotto l'ascensore e si estende sotto il pavimento della fossa a una profondità appena superiore alla corsa totale dell'ascensore. I cilindri interrati esposti hanno il potenziale di corrodersi e successivamente perdere. Il rischio di corrosione del cilindro interrato dipende in larga misura dalle condizioni del terreno locale. Pertanto, la tempistica o la probabilità di una possibile futura corrosione del cilindro in un dato sito è impossibile da prevedere con un certo grado di certezza. La corrosione e la perdita del cilindro non solo causano la contaminazione del terreno, un'evidente preoccupazione ambientale, ma introducono anche la possibilità di mettere in pericolo i passeggeri. Ci sono stati casi documentati in cui i cilindri hanno ceduto a causa della corrosione, che ha causato la caduta libera dell'ascensore nella fossa. 

I cilindri interrati devono essere protetti dalla corrosione mediante uno dei seguenti metodi:^[11]  

1. Selezionare materiali di costruzione immuni alle condizioni indicate.
2. Il cilindro è rivestito in un materiale che circonda completamente la superficie esterna ed è immune alle condizioni indicate, ad esempio PVC. 
3. Il cilindro è protetto da un sistema di protezione catodica attentamente monitorato.
4. Il cilindro è protetto da un mezzo che garantisce un livello di immunità non inferiore a quello garantito dai metodi sopra indicati. 

La protezione catodica è il processo di mantenimento del potenziale elettrochimico del metallo in una regione in cui si evita la corrosione. La protezione si ottiene rendendo il metallo da proteggere il catodo nella cella elettrochimica mediante l'applicazione di corrente o collegandolo a un anodo sacrificale. Entrambi i metodi necessitano di monitoraggio e manutenzione per garantire una protezione continua. 

Esistono due tipi di cilindri interrati: a fondo singolo (senza paratia di sicurezza) e a doppio fondo (con paratia di sicurezza). Prima del 1977 circa in Canada, il Codice di sicurezza CSA-B44 per ascensori e scale mobili non richiedeva che i cilindri idraulici contenessero una paratia di sicurezza. Con una paratia di sicurezza, quando si verifica un guasto nella parte inferiore del cilindro, il cilindro è progettato in modo che l'olio esca lentamente e in modo controllato dalla cavità del cilindro principale, attraverso un piccolo orifizio. La paratia di sicurezza non elimina il potenziale di un guasto catastrofico del cilindro. Nel 1992 in Canada, il codice di sicurezza è stato modificato per richiedere che tutte le nuove installazioni di cilindri idraulici abbiano una protezione dalla corrosione tramite un rivestimento in plastica (PVC) o mezzi equivalenti. 

Pertanto, tutti i cilindri idraulici installati prima del 1992 circa in Canada sono a rischio di corrosione, mentre quelli installati prima del 1977 circa rappresentano un potenziale rischio aggiuntivo per la sicurezza se non sono dotati di paratia di sicurezza. La corrosione può causare una perdita lenta o un guasto nella parte inferiore del cilindro con risultati catastrofici come sopra menzionato.

In Canada, la protezione catodica era popolare tra la fine degli anni '1980 e l'inizio degli anni '1990, ma è lentamente scomparsa quando i cilindri incapsulati in PVC sono diventati popolari e facili da installare.^[12] Inoltre, i consulenti per ascensori preferivano il PVC alla protezione catodica perché non richiedeva manutenzione. Quando il codice per ascensori statunitense ASME A17.1 e il codice canadese CSA B44 furono armonizzati intorno al 2002 e oltre, la protezione catodica divenne non solo accettabile, ma anche equivalente, a condizione che il dispositivo catodico fosse sottoposto a manutenzione regolare.

Fosse degli ascensori

Uno dei problemi più comuni nelle fosse degli ascensori sono le infiltrazioni d'acqua.^[13] Quando l'acqua si infiltra nella fossa di un ascensore, le conseguenze possono essere disastrose. L'acqua può infiltrarsi nella fossa di un ascensore attraverso il fondo o le pareti della fossa. Ciò accade spesso in edifici con fondamenta che perdono, soprattutto a causa di crepe nel calcestruzzo. Il rischio di infiltrazioni d'acqua è anche maggiore nelle aree in cui la falda freatica è alta, il paesaggio circostante è mal livellato e il terreno è scarsamente drenato. L'acqua nella fossa di un ascensore può influenzare il meccanismo di sollevamento e gli impianti elettrici, il che può portare al guasto dell'ascensore. L'acqua nella fossa di un ascensore può anche causare la corrosione di alcune parti, soprattutto quelle in acciaio. Vedere le figure 4 e 5. 

Le fosse degli ascensori devono essere protette dall'ingresso dell'acqua, ma necessitano anche di un drenaggio adeguato e ben mantenuto. Le fosse devono essere monitorate regolarmente per garantire condizioni asciutte.  

Cabs

Un altro aspetto che rappresenta un rischio critico e per la sicurezza è la corrosione bimetallica (corrosione galvanica).^[14] Si tratta di un processo elettrochimico in cui un metallo si corrode preferibilmente quando è in contatto elettrico con un altro, in presenza di un elettrolita. È più comune quando un telaio di porta in acciaio è montato direttamente su una soglia in alluminio senza una barriera tra la sezione in acciaio, i bulloni di fissaggio e la soglia in alluminio. Questo tipo di corrosione è difficile da notare ma, se esistesse, influenzerebbe la resistenza complessiva del set di porte. 

Le cabine anticorrosione sono disponibili come primo allestimento o retrofit. Si basano sull'uso di materiali resistenti alla corrosione, come acciaio inossidabile, plastica, ecc., per rivestire le pareti delle cabine. La corrosione delle pareti e degli accessori della cabina è generalmente probabile che porti a danni estetici piuttosto che a cedimenti strutturali. 

Esempi di corrosione negli ascensori industriali

Le scale mobili industriali possono essere sotto forma di nastri mobili o tazze sospese e possono essere esposte a condizioni di corrosione e usura molto severe, spesso all'aperto. Alcune aziende di ascensori offrono ascensori anticorrosione per resistere a difficili condizioni industriali.^[15] Questi si basano su una combinazione di design e materiali. Gli ascensori che trasportano materiali caustici, come carbone, gesso sintetico o ceneri volanti, dove è probabile o presente una corrosione aggressiva, necessitano di materiali di costruzione adatti.^[16] Per costruire i perni e/o le boccole della catena si possono usare acciai inossidabili martensitici trattabili termicamente. Inoltre, sono disponibili guarnizioni o trattamenti superficiali per limitare ulteriormente la corrosione.

Elevatori per cemento

Un esempio specifico di un ascensore industriale è quello che trasporta cemento sfuso. Questi ascensori possono soffrire di condizioni di allagamento, sfregamento, grippaggio, abrasione, corrosione e sovraccarico.^[17] Condizioni gravemente corrosive possono spesso essere osservate con elevatori per cereali, calce, carbone e fosfati. Per resistere a queste condizioni, possono essere necessari perni e snodi in acciaio inossidabile trattati termicamente specifici per la progettazione ingegneristica. 

Ascensori marini

Anche gli ascensori marini sono costruiti utilizzando materiali e design speciali per adattarsi alle difficili condizioni di bordo, come condizioni meteorologiche avverse, umidità, rollio, beccheggio, ecc.^[18] Gli ascensori marini hanno in genere una capacità di carico di 500-800 kg e una capacità di trasporto di passeggeri di cinque-sei persone. Il telaio dell'ascensore è realizzato in acciaio inossidabile con materiale di rinforzo per resistere al carico nominale. Per il pavimento della gabbia sono previste una piastra in acciaio di spessore sufficiente e un foglio di vinile. Il cavo metallico è realizzato in acciaio dolce e il cavo dell'ascensore ha fili di riformazione (cavi metallici zincati). 

Elevatori minerari

È stato riscontrato un problema con una delle sette funi di sospensione di una miniera di carbone.^[19] L'ascensore trasportava i minatori dentro e fuori dalla miniera e le funi erano in servizio da soli 2 anni e 3/4. La fune che mostrava la perdita era lucida (fili non rivestiti) e le altre sei funi erano zincate e non erano corrose. Il degrado sperimentato da una fune è tipico delle funi dell'ascensore della miniera esposte all'aria fresca e umida che entra nel pozzo di aspirazione, che viene attraversato dall'ascensore. Le parti delle funi sopra la cabina sono direttamente esposte all'aria umida quando la cabina è parcheggiata in superficie per la maggior parte del tempo. Alla fine, le funi zincate perdono il loro rivestimento protettivo e si corrodono, ma questo processo richiede molto più tempo rispetto alle funi lucide. 

Un set di sei funi di sospensione è stato testato in un impianto di preparazione del carbone. Le funi sono state in servizio per 4-2/3 anni. È stata osservata acqua gocciolare sulle funi sopra la puleggia di trazione. L'acqua è penetrata nelle funi perché i fili di ogni fune si sono leggermente separati mentre poggiavano sulla puleggia. La penetrazione si è verificata in punti diversi delle funi mentre il vagone era parcheggiato in diversi punti di atterraggio. 

Scale mobili

Esistono molti tipi diversi di scale mobili, solitamente composte da passerelle mobili piane o inclinate, azionate dal basso da complessi meccanismi a catena di trasmissione, spesso trascurati. Possono essere all'interno di edifici o all'esterno, dove i problemi di corrosione sono più probabili e devono essere affrontati tramite progettazione e selezione dei materiali. 

Le scale mobili possono essere utilizzate per trasportare persone o beni industriali. Le scale mobili per passeggeri possono essere vulnerabili alla corrosione da bevande zuccherate, umidità eccessiva, ghiaia e sale e all'accumulo di altri detriti e sporcizia.^[20] Un esempio sono i problemi riscontrati sulle scale mobili della metropolitana di Città del Messico.^[21] Hanno avuto numerosi guasti, il che significa che 22 delle 467 scale mobili sono fuori servizio in un dato giorno. Apparentemente i passeggeri urinano sulle scale mobili nelle ore non di punta in stazioni poco utilizzate e l'urina penetra e corrode le ruote motrici e i meccanismi. 

Come gli ascensori, possono essere gravemente corrosi dall'ingresso di acqua. Vedere Figura 6. È necessario adottare misure per prevenire ciò ed è richiesta un'ispezione regolare. 

I telai delle scale mobili vicino all'oceano a Nuova Delhi sono stati zincati a caldo per proteggerli dalla corrosione. L'ambiente costiero può essere altamente corrosivo e la durevolezza della zincatura era l'unica scelta per garantire longevità in un ambiente ostile e in un'area molto trafficata.^[22]

Conclusioni

Sebbene la corrosione non sia comunemente riscontrata nei sistemi di trasporto verticale, se presente, può avere conseguenze importanti per il funzionamento e la sicurezza dell'attrezzatura. È importante specificare i materiali di costruzione corretti, appropriati per le reali condizioni operative. Una lubrificazione corretta e regolare, ove necessario, come nelle funi degli ascensori, dovrebbe essere eseguita per prevenire sfregamenti/sfregamenti. 

È importante includere l'ispezione e il test per la corrosione su base di routine, soprattutto perché non tutta la corrosione è immediatamente evidente tramite esame visivo. È anche importante impedire l'ingresso di acqua nel sistema di ascensori o scale mobili che può avviare o esacerbare l'attacco corrosivo. 

Referenze

[1] RS Treseder (a cura di) “NACE Corrosion Engineer's Reference Book.” 2a edizione (1991) p. 7-22.

[2] Zhiqian Ren, Zhiqiang Lu, Qiong Yu, Yun Jiang, “Analisi dei guasti e protezione di sicurezza di un certo tipo di cavi metallici sotto carichi d'impatto ad alta velocità”, MATEC Web of Conferences 142, 03001 (2018) pp. 1-8.

[3] Anon, “Funi dell’ascensore – Installazione e manutenzione”, IPH SAICF (2016) p. 5

[4] LR Davis (a cura di) “Corrosione – Comprendere le basi”, ASM International (2000) pp. 149-151.

[5] Paul K. Whitcraft, “Problemi materiali nell’industria farmaceutica”, in Vol 13C. Corrosione: ambienti e industrie, ASM International (206) p. 812.

[6] corrosione-doctors.org/MatSelect/rouging.htm 

[7] John Childs, “Lift Wire Rope,” Plant Engineer, marzo/aprile (2009) pp. 8-9.

[8] Anon, “Cavi di acciaio negli ascensori”, Pfeiffer Drako, settembre (2019) p. 30. 

[9] Martin Rhiner, “Corde bagnate Corde uguali morte,” Formazione continua ELEVATOR WORLD. In KJA Panoramica tecnica dei componenti (2020)

[10] Anon, “Valutazione delle condizioni del rapporto di ispezione di ascensori e montacarichi”, Rev A GUNN Proj. No. 1-4655, Gunn Consultants Inc. agosto (2015) p.9.

[11] Ben Abbaspour, “Ingegneria degli ascensori”, ELEVATOR WORLD, (2013) p. 238.

[12] Farid, solucore.com/blog/Cathodic_Protection_on_Hydraulic_Elevators

[13] Anon, “Problemi causati da infiltrazioni d’acqua nella fossa di un ascensore”, foundation-crack-exeprt.com (2020) 

[14] Roger Howkins, “Le sfide della modernizzazione degli ascensori”, Arup, (senza data) p. 11-3.

[15] Anon, “Ascensori anticorrosione”, Pakistan Elevators Engineers (2022) paklifts.com/elevators/corrosion-proof-elevators/ 

[16] Anon, “Le soluzioni Tsubaki pronte per l’ambiente abrasivo e duro dell’industria del cemento”, (2021) tsubaki.eu/news/2021/01/tsubaki-solutions-ready-for-the-abrasive-and-harsh-environment-of-the-cement-industry 

[17] Ray Hensley, “Elevator Know-How,” Renold Jeffrey, ristampato da World Cement, maggio (2017) 4 pp.

[18] Mayur Agarwal, “Una guida agli ascensori marini: costruzione, dispositivi di sicurezza e manutenzione”, Marine Insight, 10 luglio (2019) 

[19} Dennis N. Poffenroth, “Prove non distruttive delle sospensioni degli ascensori e delle funi del regolatore”, ELEVATOR WORLD, aprile (1996) pp. 73-75. 

[20] James White, “Sormontare la sfida della scala mobile”, 25 novembre (2016) cleaning-matters.co.uk

[21] Anon, “Subway afferma che la 'corrosione dovuta all'urina' causa guasti alle scale mobili”, Associated Press, 15 gennaio (2022).

[22] Anon, “Scale mobili KONE”, American Galvanizers Association (2005) galvanizeit.org/project-gallery/kone-escalators