Análise tribo-termodinâmica da aplicação de nanopartículas de Al2O3 como aditivo lubrificante em compressor hermético de refrigeração

The thermodynamic performance of a refrigeration system can be improved by reducing the compression work by a particular technique for a specific heat removal rate. This study examines the effect of small concentrations of Al2O3 (50 nm) nanoparticles dispersion in the mineral oil based lubricant on the: viscosity, thermal conductivity, and lubrication characteristics as well as the overall performance (based on the Second Law of Thermodynamics) of the refrigerating system using R134a or R600a as refrigerants. The study looked at the influences of variables: i) refrigerant charge (100, 110, 120 and 130 g), ii) rotational speed of the condenser blower (800 and 1100 RPM) and iii) nanoparticle concentration (0.1 and 0.5 g/l) on the system performance based on the Taguchi method in a matrix of L8 trials with the criterion "small irreversibility is better”. They were carried pulldown and cycling tests according to NBR 12866 and NBR 12869, respectively, to evaluate the operational parameters: on-time ratio, cycles per hour, suction and discharge pressures, oil sump temperature, evaporation and condensation temperatures, energy consumption at the set-point, total energy consumption and compressor power. In order to evaluate the nanolubricant characteristics, accelerated tests were performed in a HFRR bench. In each 60 minutes test with nanolubricants at a certain concentration (0, 0.1 and 0.5 g/l), with three replications, the sphere (diameter 6.00 ± 0.05 mm, Ra 0.05 ± 0.005 um, AISI 52100 steel, E = 210 GPa, HRC 62 ± 4) sliding on a flat plate (cast iron FC200, Ra <0.5 ± 0.005 um) in a reciprocating motion with amplitude of 1 mm, frequency 20 Hz and a normal load of 1,96 N. The friction coefficient signals were recorded by sensors coupled to the HFRR system. There was a trend commented bit in the literature: a nanolubricant viscosity reduction at the low nanoparticles concentrations. It was found the dominant trend in the literature: increased thermal conductivity with increasing nanoparticles mass fraction in the base fluid. Another fact observed is the significant thermal conductivity growth of nanolubricant with increasing temperature. The condenser fan rotational speed is the most influential parameter (46.192%) in the refrigerator performance, followed by R600a charge (38.606%). The Al2O3 nanoparticles concentration in the lubricant plays a minor influence on system performance, with 12.44%. The results of power consumption indicates that the nanoparticles addition in the lubricant (0.1 g/L), together with R600a, the refrigerator consumption is reduced of 22% with respect to R134a and POE lubricant. Only the Al2O3 nanoparticles addition in the lubricant results in a consumption reduction of about 5%.

Análise tribo-termodinâmica da aplicação de nanopartículas de Al2O3 como aditivo lubrificante em compressor hermético de refrigeração

The thermodynamic performance of a refrigeration system can be improved by reducing the compression work by a particular technique for a specific heat removal rate. This study examines the effect of small concentrations of Al2O3 (50 nm) nanoparticles dispersion in the mineral oil based lubricant on the: viscosity, thermal conductivity, and lubrication characteristics as well as the overall performance (based on the Second Law of Thermodynamics) of the refrigerating system using R134a or R600a as refrigerants. The study looked at the influences of variables: i) refrigerant charge (100, 110, 120 and 130 g), ii) rotational speed of the condenser blower (800 and 1100 RPM) and iii) nanoparticle concentration (0.1 and 0.5 g/l) on the system performance based on the Taguchi method in a matrix of L8 trials with the criterion "small irreversibility is better”. They were carried pulldown and cycling tests according to NBR 12866 and NBR 12869, respectively, to evaluate the operational parameters: on-time ratio, cycles per hour, suction and discharge pressures, oil sump temperature, evaporation and condensation temperatures, energy consumption at the set-point, total energy consumption and compressor power. In order to evaluate the nanolubricant characteristics, accelerated tests were performed in a HFRR bench. In each 60 minutes test with nanolubricants at a certain concentration (0, 0.1 and 0.5 g/l), with three replications, the sphere (diameter 6.00 ± 0.05 mm, Ra 0.05 ± 0.005 um, AISI 52100 steel, E = 210 GPa, HRC 62 ± 4) sliding on a flat plate (cast iron FC200, Ra <0.5 ± 0.005 um) in a reciprocating motion with amplitude of 1 mm, frequency 20 Hz and a normal load of 1,96 N. The friction coefficient signals were recorded by sensors coupled to the HFRR system. There was a trend commented bit in the literature: a nanolubricant viscosity reduction at the low nanoparticles concentrations. It was found the dominant trend in the literature: increased thermal conductivity with increasing nanoparticles mass fraction in the base fluid. Another fact observed is the significant thermal conductivity growth of nanolubricant with increasing temperature. The condenser fan rotational speed is the most influential parameter (46.192%) in the refrigerator performance, followed by R600a charge (38.606%). The Al2O3 nanoparticles concentration in the lubricant plays a minor influence on system performance, with 12.44%. The results of power consumption indicates that the nanoparticles addition in the lubricant (0.1 g/L), together with R600a, the refrigerator consumption is reduced of 22% with respect to R134a and POE lubricant. Only the Al2O3 nanoparticles addition in the lubricant results in a consumption reduction of about 5%.

Estudo da evolução das tensões residuais através da difratometria de raios x em aço rolamento submetido a esforços cíclicos

The micro-deformations caused by cyclic loading origins the variation of the distances between atoms of the crystal lattice producing the irreversible component. In order to study and understand the microstructural behavior of the material this paper investigated the influence suffered by residual stresses in thrust rolling bearing races fabricated in AISI 52100 steel, after tests by cyclic rolling contact in a tribometer at 1m/s under two contact pressures (500 MPa and 1400 MPa) in dry and boundary lubrication conditions. Procedures of tests thermo-acustically isolated were developed for monitoring the contact temperature and sound pressure level signals to establish a comparison between the residual stress measurements, micro-hardness Vickers and micrographic registers searching an indication of wear evolution. The sin²ψ method by X-ray diffraction technique was used to quantify the residual stresses. Three raceway zones were selected for the evaluation of wear and surface morphology after predetermined cycling, comparing with their new condition ("as received"). Micro-hardness and residual stress measurements showed significant changes after the tests and it was possible to observe the relationship between the increase of sound pressure level and the residual stress for dry and lubricated conditions.

Estudo da evolução das tensões residuais através da difratometria de raios x em aço rolamento submetido a esforços cíclicos

The micro-deformations caused by cyclic loading origins the variation of the distances between atoms of the crystal lattice producing the irreversible component. In order to study and understand the microstructural behavior of the material this paper investigated the influence suffered by residual stresses in thrust rolling bearing races fabricated in AISI 52100 steel, after tests by cyclic rolling contact in a tribometer at 1m/s under two contact pressures (500 MPa and 1400 MPa) in dry and boundary lubrication conditions. Procedures of tests thermo-acustically isolated were developed for monitoring the contact temperature and sound pressure level signals to establish a comparison between the residual stress measurements, micro-hardness Vickers and micrographic registers searching an indication of wear evolution. The sin²ψ method by X-ray diffraction technique was used to quantify the residual stresses. Three raceway zones were selected for the evaluation of wear and surface morphology after predetermined cycling, comparing with their new condition ("as received"). Micro-hardness and residual stress measurements showed significant changes after the tests and it was possible to observe the relationship between the increase of sound pressure level and the residual stress for dry and lubricated conditions.

Caratterizzazione, analisi a ritroso e di stabilità attuale di uno scorrimento traslativo in Marnoso Arenacea (Casola Valsenio, RA)

Il lavoro di tesi consiste nella caratterizzazione, nell’analisi a ritroso e di stabilità attuale di un fenomeno franoso avvenuto a Casola Valsenio, in provincia di Ravenna. La caratterizzazione è comprensiva di analisi geomorfologica dell’area, indagine sismo-stratigrafica e indagine geotecnica di laboratorio. Quindi è stato definito il meccanismo di rottura della frana e sono stati cartografati gli elementi morfologici costituenti l’area di frana. L’indagine geofisica si basa su tecniche ad onde di superficie e include misure tromografiche di rumore sismico ambientale e misure attive multicanale. Queste forniscono, rispettivamente, le curve H/V e gli spettri di velocità di fase e di gruppo, dalle quali è possibile ricavare informazioni di carattere stratigrafico. La caratterizzazione fisico meccanica del materiale pelitico marnoso, prelevato sul piano di scorrimento basale, include analisi granulometrica, determinazione dei limiti di consistenza e test di taglio anulare per ottenere il valore di angolo di attrito residuo. Le informazioni ottenute dalle indagini hanno consentito di definire il modello geologico tecnico del fenomeno, che viene rappresentato rispetto a quattro sezioni, tre relative alla situazione attuale e una relativa al versante prefrana. Sulla base di questi sono state condotte delle analisi a ritroso, che hanno consentito di ricavare le condizioni idrauliche del versante al momento della rottura, per differenti combinazioni di geometria del cuneo e diagramma di spinta dell’acqua. Grazie ai risultati ottenuti in modalità backward, sono state effettuate le analisi di stabilità della scarpata attuale, aventi lo scopo di determinare la distanza orizzontale tra scarpata e frattura di trazione che determinerebbe una situazione di instabilità. Infine sono state condotte analisi di sensitività rispetto ai parametri geometrici del cuneo, di resistenza del materiale e di riempimento idraulico della frattura dii trazione.

Gamification e Machine Learning per migliorare l’esperienza di guida e diminuire i consumi in un veicolo elettrico

Questo progetto di tesi è parte di un programma più ampio chiamato TIME (Tecnologia Integrata per Mobilità Elettrica) sviluppato tra diversi gruppi di ricerca afferenti al settore meccanico, termofluidodinamico e informatico. TIME si pone l'obiettivo di migliorare la qualità dei componenti di un sistema powertrain presenti oggi sul mercato progettando un sistema general purpose adatto ad essere installato su veicoli di prima fornitura ma soprattutto su retrofit, quindi permettendo il ricondizionamento di veicoli con motore a combustione esistenti ma troppo datati. Lo studio svolto si pone l'obiettivo di identificare tutti gli aspetti di innovazione tecnologica che possono essere installati all'interno del sistema di interazione uomo-macchina. All'interno di questo progetto sarà effettuata una pianificazione di tutto il lavoro del gruppo di ricerca CIRI-ICT, partendo dallo studio normativo ed ergonomico delle interfacce dei veicoli analizzando tutti gli elementi di innovazione che potranno far parte del sistema TIME e quindi programmare tutte le attività previste al fine di raggiungere gli obiettivi prefissati, documentando opportunamente tutto il processo. Nello specifico saranno analizzate e definite le tecniche da utilizzare per poi procedere alla progettazione e implementazione di un primo sistema sperimentale di Machine Learning e Gamification con lo scopo di predire lo stato della batteria in base allo stile di guida dell'utente e incentivare quest'ultimo tramite sistemi di Gamification installati sul cruscotto ad una guida più consapevole dei consumi. Questo sistema sarà testato su dati simulati con l'obiettivo di avere un prodotto configurabile da installare sul veicolo.

Analisi di profili di moto permanente lungo l'asta del Fiume Secchia (località Veggia)

Il presente lavoro di tesi analizza un tratto del fiume Secchia, prossimo alla località di Veggia (Sassuolo), al fine di determinare la variazione del livello idrometrico in funzione di diverse portate associate a tempi di ritorno a breve e lungo termine. Vengono dapprima introdotti il concetto di rischio idraulico ed i relativi riferimenti normativi che lo disciplinano, unitamente ai piani di gestione e ai possibili interventi di protezione fluviale. Si introduce successivamente il codice di calcolo HEC-RAS, che viene impiegato nel presente studio per simulare l’andamento dei profili di moto permanente, nel caso in cui il fiume sia o meno interessato dalla presenza di un ponte. In entrambi i casi vengono poi discusse le variazioni dei livelli idrometrici per portate con tempi di ritorno di 20, 100 e 200 anni: si osserva che l’asta fluviale è a rischio nella zona a valle dello studio, mentre nella zona dove è ubicato il ponte l’aumentare dei livelli idrometrici non mette in crisi la struttura. A seguire vengono presentate le opere di mitigazione, destinate alla protezione dell’alveo e dell’ambiente circostante. Poi, si mostrano le opere di mitigazione, essi funzionano di diminuire i rischi dalla diversa classificazione di opere.

Dispositivi di recupero energetico: la valvola di regolazione GreenValve del Politecnico di Milano

Oggetto della trattazione è il recupero di energia da parte di una valvola idraulica durante il processo di regolazione del flusso di corrente in un impianto. Questa valvola di regolazione, detta GreenValve, è un brevetto del Politecnico di Milano, ad opera del Prof. Ing. Stefano Malavasi coadiuvato da un gruppo di ricercatori e tesisti, tra i quali spicca il nome di Cecilia Paris. Cecilia ha incentrato il proprio lavoro sull’analisi teorica e sperimentale della “Valvola Verde”, ed è dalla sua Tesi che il suddetto elaborato trae ispirazione.

Livellazione geometrica e trigonometrica in contesti idraulici

Lo studio, oggetto della presente tesi, si propone di affrontare e approfondire le tecniche di rilevamento impiegate nell'ambito di contesti idraulici per la valutazione del dislivello fra punti, allo scopo di consentire il regolare deflusso delle acque. Il primo capitolo si apre introducendo la geodesia, per poi definire le varie tipologie di superfici e sistemi di riferimento, a cui le quote ottenute nella misurazione dei dislivelli si riferiscono. Il secondo capitolo descrive le tecniche impiegate nella misurazione dei dislivelli, soffermandosi sulla livellazione geometrica “dal mezzo”di alta precisione e su quella trigonometrica, impiegata principalmente per rilievi di precisione, come quello idraulico preso in esame, soprattutto per l’attraversamento di aree impraticabili quali corsi fluviali o piccoli bracci di mare. Il terzo capitolo descrive la strumentazione impiegata per eseguire le tecniche definite nel capitolo precedente, soffermandoci su quella impiegata nel caso-studio. Il quarto capitolo analizza il caso-studio da me effettuato, il cui obiettivo riguarda il collegamento altimetrico tra le due sommità delle aste idrometriche, installate rispettivamente presso Molo Vecchio e il torrente Acquanegra per il controllo del livello del lago di Monate (Provincia di Varese).

Avaliação tribológica de novas modificações superficiais para cilindros de laminação a frio

The present work analyzed the tribological behavior of coatings/surface modifications traditionally used in cold rolling mill rolls and new coatings/surface modificationswith potential to replace the carcinogenic hard chrome. The study started with identification of wear mechanisms occurring in real coldrollingmill rolls. Due the high cost and dimensions of the rolls, thereplication technique was used. Replicas were obtained from 4 different rolling millBrazilian companies before and after a normal rolling campaign. Initial sliding tests were conducted using spherical and cylindrical counter bodies in order to verifywhichtribological conditions allowed to reproduce the wear mechanisms found in the replicas. These tests indicated the use of reciprocating sliding tests with cylindrical counter bodies (line contact), normal load of 100 N, and test times of and 1 h and 5 h. Different surface modifications were carried out on samples produced from a fragment of a rolling mill roll. The specimens were heat treated and ground on both sides. After, some specimens were surface textured by electrical discharge texturing (EDT). For both groups (ground and EDT), subsequent treatments of chromium plating, electroless NiP coating and plasma nitriding were carried out. The results of the reciprocating tests showed that specimens with electroless NiP coating presented the lowest friction coefficients, while plasma nitrided specimens showed the highest. In general, previous surface texturing before the coating/surface modification increased the wear of the counter bodies. Oneexceptionwas for EDT with subsequent electroless NiP coating, which presented the lowest counter bodies wear rate. The samples withelectroless NiP coating promoted a tribolayer consisting of Nickel, Phosphorus and Oxygen on both the specimens andthecounter bodies, which was apparently responsible for the reduction of friction coefficient and wear rate. The increase of the test time reduced the wear rate of the samples, apparently due the stability of the tribolayers formed, except for the nitrided samples. For the textured specimens, NiP coating showed the best performance in maintaining the surface topography of the specimens after the sliding tests.

Analisi comparativa di soluzioni per la post-elaborazione di dati sperimentali

Durante l’esecuzione di prove al banco su motori a combustione interna vengono acquisiti dati contenenti le caratteristiche del motore testato al regime di funzionamento scelto, sotto l’azione di alcuni o numerosi parametri variabili in base ai risultati che si vogliono ottenere dalla prova stessa ed in determinate condizioni ambientali. Per questo motivo è di fondamentale importanza disporre di uno strumento che consenta una rapida, ma allo stesso tempo precisa e quanto più possibile completa visualizzazione ed elaborazione di tali dati. A tale scopo con questo elaborato si vogliono valutare diverse soluzioni, in termini di software, per l’analisi di dati sperimentali, con particolare attenzione rivolta agli ambienti NI LabVIEW, The MathWorks MATLAB e NI DIAdem, e ad alcuni strumenti attualmente in uso, cercando sempre il giusto compromesso tra necessità riscontrate in ambito visualizzazione ed analisi dati ed il contenimento dei costi. Vengono, in seguito, esposte le motivazioni che hanno portato alla scelta di DIAdem per implementare le procedure di post-elaborazione dei dati.

Studio sulla saturazione magnetica delle corone nelle macchine asincrone mediante analisi ad elementi finiti

Questa tesi si propone di analizzare l’influenza della scelta dello spessore della corona statorica sulla saturazione magnetica in un motore asincrono. I dati su cui si basa questo studio sono stati ricavati dall'analisi condotta mediante metodi a Elementi Finiti, utilizzando software appropriati. In conclusione, ci siamo posti di verificare la validità del modello teorico, confrontandolo con i risultati ottenuti sperimentalmente.

Desenvolvimento de uma técnica para análise de desgaste em peças metálicas com o uso do ciclotron CV-28 do IEN

As técnicas nucleares, com ênfase a técnica conhecida como TLA - Thin Layer Activation, tem sido utilizada com sucesso e contribuído significativamente para o estudo de sistemas tribológicos, na análise e medição de desgaste para profundidades na ordem de grandeza de 10 µm apesar potencialmente poder aplicadas a espessuras de dezenas de milímetros. Esta limitação é intrínseca da técnica utilizada na ativação da camada superficial da peça ou elemento a ser investigado, que consiste na aplicação direta de um feixe de partículas carregadas a uma determinada energia, equivalente a máxima seção de choque do material a fim de obter uma taxa ativação constante ao longo de uma determinada espessura ou utilizando uma energia menor que este valor para se obter uma taxa ativação linear também para uma determinada profundidade de ativação. O objetivo desse trabalho é apresentar uma nova técnica que consiste na utilização de um feixe de energia superior a energia correspondente à máxima seção de choque e aplicar um elemento degradador (Roda Degradadora) como objetivo de homogeneizar a ativação superficial ao longo da espessura da amostra, possibilitando uma melhoria na precisão da análise e possibilitando ainda um maior alcance dessa camada e aumentando a gama de aplicações possíveis dessa técnica, onde por exemplo, maiores taxas de desgaste possam ser analisadas. Após o experimento e análise dos dados constatou-se que a técnica proposta melhora a linearidade da curva que representa a taxa de ativação e aumentando significativamente a profundidade analisável podendo chegar a ordem 6 x 10 µm. Em adição este trabalho reinaugura a pesquisa em aplicações nucleares no IEN - Instituto de Engenharia Nuclear com utilização de aceleradores de partículas tipo ciclotron.

Dimensionamento dell'azionamento elettrico di un piano vibrante

Questo elaborato riguarda il dimensionamento di un motore brushless lineare utilizzato in un piano vibrante per l’alimentazione di fiale, flaconi e carpule in macchine per il packaging farmaceutico: in particolare con questo piano vibrante si alimentano macchine astucciatrici e termoformatrici. Con packaging farmaceutico si intente tutto ciò che comporta il confezionamento di prodotti legati al mercato farmaceutico, ma macchinari simili soddisfano anche il mercato per il confezionamento di prodotti alimentari e cosmetici. Il piano vibrante descritto nella trattazione, svolge sia la funzione di alimentazione del prodotto nella macchina, sia quella di buffer. La tesi è stata svolta all’interno di Marchesini Group S.p.a., gruppo industriale fondato nel 1974 che vanta una posizione di livello mondiale nel settore delle macchine automatiche: in particolare si occupa dell’automazione per packaging nel settore farmaceutico, cosmetico e alimentare. Avendo dovuto fare un intervento di sostituzione di un motore su un gruppo già in funzione, nella riprogettazione dei particolari si è cercato di apportare il minor numero di modifiche possibile, per minimizzare il numero di pezzi da sostituire qualora un motore in funzione si rompa o venga danneggiato. Questo studio mi ha dato la possibilità di approfondire diversi aspetti della progettazione meccanica: in particolare ho avuto la possibilità di utilizzare Creo Parametric, il programma di disegno 3D usato in Marchesini, e quindi approfondire molteplici aspetti e regole del disegno e della messa in tavola. Insieme a questo, oltre a studiare le diverse tipologie di motori lineari ho potuto approfondire i metodi di scelta di un motore lineare, consultando anche i fornitori.

Collaudo funzionale di un inverter trifase per trazione elettrica stradale

Lo scopo della tesi è collaudare un inverter trifase per trazione elettrica stradale al fine di determinarne le specifiche nominali e di massima. Il lavoro è stato organizzato procedendo inizialmente con l’individuazione delle parti principali che concorrono alla formazione del convertitore, studiandone il principio di funzionamento e i diversi valori di tensione e di corrente che ne caratterizzano le prestazioni. Successivamente si è passati al collaudo della parte di potenza del convertitore con l’obiettivo di determinarne le prestazioni in relazione alla massima temperatura consentita di funzionamento. Questo tipo di prova ha richiesto l’individuazione di una sorgente di alimentazione dell’inverter in grado di fornire i picchi di potenza necessari durante la fase di sovraccarico (si tratta di diversi kW per alcune decine di secondi) e contemporaneamente di un carico trifase in grado di assorbire queste potenze senza danneggiarsi. E’ molto importante tenere presente che la prova per la determinazione delle prestazioni nominali dell’inverter, richiede una durata di diverse decine di minuti cioè fin tanto che l’inverter non ha raggiunto l’equilibrio termico e quindi la temperatura non varia apprezzabilmente nel tempo. Allo scopo si è impiegata come sorgente di alimentazione un pacco di batterie Litio-Ioni costituito da 32 celle da 160Ah collegate in serie per una tensione nominale di 105V, mentre come carico si è utilizzato un motore asincrono trifase collegato direttamente in uscita dell’inverter.