Tecnologia Dyson: l'ingegneria che va oltre l'elettrodomestico

Dagli aspirapolvere agli asciugacapelli, alla scoperta della tecnologia dietro ai prodotti Dyson, meno banale di quanto si possa pensare.

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Sebbene il campo di applicazione delle tecnologie della Dyson possa sembrare "banale", è doveroso ricordare che l'aspetto rilevante riguarda lo sviluppo della tecnologia stessa, non le applicazioni a cui può essere destinata.
Termometri auricolari, la tecnologia Wireless, le lenti antigraffio, i filtri per il rubinetto dell'acqua e i rilevatori di fumo sono solo alcuni degli oggetti progettati e ingegnerizzati dalla NASA, nati appositamente per migliorare la sicurezza e l'efficienza delle missioni spaziali. Eppure oggi rientrano nella categoria degli oggetti di uso domestico e quotidiano. Analizziamo dunque la tecnologia Dyson che si nasconde dietro alcuni dei loro elettrodomestici, molto spesso sottovalutata.

Un motore

Dyson Ltd è una società tecnologica britannica fondata nel Regno Unito da Sir James Dyson nel 1991. Progetta e produce elettrodomestici come aspirapolveri, depuratori d'aria, ventilatori senza lama, riscaldatori, asciugacapelli e luci. E nella lista di risultati di ammirevole progresso ingegneristico figura sicuramente il motore aspirante DDM, sigla che sta per Digital Dyson Motor.
Si tratta di un motore elettrico a controllo computerizzato capace di eseguire 125.000 giri al minuto in piena potenza. Un numero del genere potrebbe non significare nulla senza un metro di paragone, e allora basti pensare che un motore aspirante di un aspirapolvere funziona a regime di 30.000 giri al minuto, quattro volte meno.

L'elemento rotante che esegue queste 125.000 rotazioni al minuto è un albero motore realizzato appositamente per resistere a questo regime. Questo ha significato sviluppo e ricerca nell'ambito dell'ingegnerizzazione dei materiali e l'ottimizzazione della struttura basandosi sulle forze agenti su di essa.
Ad esempio, relativamente alle rotazioni elevate, è da tenere presente la genesi di una forza radiale come la forza centripeta, che aumenta di intensità al crescere del numero di rotazioni per minuto. Evitare la deformazione dell'albero e anche il surriscaldamento dello stesso risultano qualifiche essenziali cui il materiale deve rispondere in ogni condizione. Il materiale scelto è una ceramica forgiata a 1600°C, che risulta essere due volte più resistente dell'acciaio.

L'ingegneria del flusso d'aria

L'asciugacapelli è sostanzialmente una ventola che genera un flusso d'aria calda direzionato. Anche qui, le richieste sono molteplici: resistenza della struttura ma senza un aggravio in peso, in quanto si tratta di un utensile da impugnare e tenere sollevato per un certo lasso di tempo.
Un modello in particolare dall'evocativo nome "supersonic" è di notevole interesse in quanto dispone di un motore tecnologia Dyson DDM V9, capace di generare una potenza tale da attivare le pale presenti all'interno del corpo principale portandole ad una velocità di 530 chilometri orari (velocità misurata all'estremità delle pale).

Questo tipo di prodotti richiede una procedura di assemblaggio impossibile da eseguire per un essere umano: l'assemblaggio è stato assegnato ad una catena di robot che montano motore, pale e sensoristica in uno spazio molto ristretto e ciò ha richiesto lo sviluppo di una catena di montaggio completamente automatizzata.

A titolo di esempio, basti pensare che la distanza che separa le punte delle pale dal corpo cilindrico da cui fuoriesce il getto caldo è di appena 70 micron, lo spessore di un capello.

Aerodinamica ed il rumore

Anche la riduzione del rumore rappresenta una "tappa fissa" quando si ha a che fare con la progettazione di motori ed elementi rotanti. Gli ingegneri alla Dyson si sono interessati anche all'aspetto fluidodinamico del progetto, analizzando le modalità con cui il flusso d'aria percorre il tratto cilindrico dell'asciugacapelli o dell'aspirapolvere, per ottimizzare la purtroppo sempre in agguato Turbolenza che può interessare il moto del fluido: un fluido in regime turbolento è caratterizzato da particelle in moto più caotico e irregolare rispetto ad un fluido che si muove in regime laminare, dove per "laminare" si intende (grossomodo) particelle che si muovono nella stesso verso e direzione e con la stessa velocità, incapaci di scontrarsi tra loro e avviare processi turbolenti, come variazioni della propria traiettoria dovute ad urti.

Tratti cilindrici quanto meno scabri possibile e con minime variazioni di diametro sono fondamentali per mantenere questo regime laminare il più possibile, e anche questo aspetto è in continua analisi non solo per le applicazioni "domestiche".
Questo è stato uno dei punti cardine nello sviluppo della categoria di aspirapolveri senza filo Dyson V10. Il corpo principale è costituito da 14 bocche capaci di generare dei movimenti vorticosi dell'aria sfruttando la disposizione concentrica di questi "cicloni" intorno all'asse centrale dello strumento, con un accelerazione dell'aria che arriva fino a 190 chilometri orari.

Muovendosi di moto circolare, esso genera forze centrifughe che in prima battuta raccolgono tutte le particelle che si avvicinano alla bocca dello strumento, ed in seconda battuta separano polvere e particelle simili dal flusso d'aria, che esce dal corpo principale attraverso una feritoia posta nella zona superiore dell'elettrodomestico.

Anche l'analisi del suono è passata dai laboratori della Dyson, nei quali gli ingegneri hanno analizzato le frequenze sonore emesse dalle 13 pale in rotazione che spingono 13 litri d'aria al secondo, fino a trovare combinazioni di RPM (rotazioni al minuto) e diametro delle pale tali da emettere frequenze inudibili (oppure debolmente udibili) dall'orecchio umano.
E quando le dimensioni non hanno permesso una riduzione del rumore tramite accorgimenti come l'abbassamento dei giri al minuto o variazioni delle grandezze dei pezzi, la soluzione è stata trovata nell'utilizzo di materiali da isolamento acustico e da assorbimento delle vibrazioni, installati attorno all'alloggiamento del motore come nel caso dell'aspirapolvere V10.

La sensoristica installata è anch'essa il risultato di ricerca e sviluppo soprattutto nell'ambito della riduzione dell'errore di misurazione e del contenimento delle dimensioni di queste tecnologie. Sensori di pressione, di temperatura e di posizione sono installati in molti degli elettrodomestici sviluppati da Dyson, ognuno con l'intento di ridurre il rischio di incidenti e di regolazione della potenza a seconda delle modalità di utilizzo.
Per evitare bruciature alle fibre del capello è installato un sensore di temperatura (inserito in una bolla di vetro) che esegue la misurazione della temperatura fino a 20 volte al secondo, inviando poi le misurazioni ad un microprocessore che si occupa di analizzare i dati e "decidere" se diminuire la temperatura o aumentarla, così come la quantità di aria che viene espulsa ogni secondo dalla bocca di uscita dell'asciugacapelli. Questa tecnologia è stata brevettata e prende il nome di Heat Shield. Anche qui, è facile immaginare utilizzi alternativi per un sistema simile.

Che sia per motivi di natura commerciale o meno, lo sviluppo ed il miglioramento di queste tecnologie indicano un progresso anzitutto di matrice ingegneristica, che porta a migliorare efficienza, consumi e prestazioni dei dispositivi che beneficiano di questo progresso. In secondo luogo sono a loro volta il motore che spinge altri a fare meglio, e non è importante se alla base di questa spinta vi sia un interesse economico oppure un semplice desiderio di miglioramento.

A guadagnarci è l'intero settore delle scienze industriali in primis, e di conseguenza anche i destinatari di queste tecnologie, ovvero noi consumatori. In un'ottica a lungo raggio, questo progresso continuo conduce ad una diminuzione del valore della tecnologia attuale, che si rende disponibile economicamente a un pubblico più ampio, e ad un aumento delle prestazioni dei dispositivi. Un asciugacapelli ed un motore di un aereo condividono alcuni tratti in comune e se sviluppare una tecnologia che migliora il moto del flusso d'aria lasciando intatto il consumo di Watt può contribuire a rendere il motore di un aereo più potente con la stessa quantità di combustibile, chi è che si azzarderebbe a frenare questo progresso? Alla peggio, non ci accorgeremmo del cambiamento; alla meglio, raggiungeremmo l'aeroporto prima del previsto.