Studies on the cooling minimum quantity and conventional cooling at hardened steels in grinding process

The purpose of this work is to explain the concept of cutting fluids reasonable usage through the fluid minimum quantity in grinding processes. on that purpose, the development of a new nozzle and an own and adequate methodology should be required in order to obtain good results and compare them to the conventional methods. The analysis of the grinding wheel/cutting fluid performance was accomplished from the following input parameters: flow rate variation by nozzle diameter changes (three diameters values: 3mm, 4mm and 5mm), besides the conventional round nozzle already within the machine. Integral oil and a synthetic emulsion were used as cutting fluids and a conventional grinding wheel was employed. The workpieces were made of steel VC 131, tempered and quenched with 60HRc. Thus, as the flow rate and the nozzle diameter changes, keeping steady fluid jet velocity (equal to cutting velocity), attempted to find the best machining conditions, with the purpose to obtain a decrease on the cutting fluid volume, taking into consideration the analysis of the process output variables such as cutting strength, cutting specific energy, grinding wheel wear and surface roughness. It was verified that the 3mm diameter optimized nozzle and the integral oil, in general, was the best combination among all proposed.

Comparative study of the performance of the M-cycle counter-flow and cross-flow heat exchangers for indirect evaporative cooling - paving the path towards sustainable cooling of buildings

This paper provides a comparative study of the performance of cross-flow and counter-flow M-cycle heat exchangers for dew point cooling. It is recognised that evaporative cooling systems offer a low energy alternative to conventional air conditioning units. Recently emerged dew point cooling, as the renovated evaporative cooling configuration, is claimed to have much higher cooling output over the conventional evaporative modes owing to use of the M-cycle heat exchangers. Cross-flow and counter-flow heat exchangers, as the available structures for M-cycle dew point cooling processing, were theoretically and experimentally investigated to identify the difference in cooling effectiveness of both under the parallel structural/operational conditions, optimise the geometrical sizes of the exchangers and suggest their favourite operational conditions. Through development of a dedicated computer model and case-by-case experimental testing and validation, a parametric study of the cooling performance of the counter-flow and cross-flow heat exchangers was carried out. The results showed the counter-flow exchanger offered greater (around 20% higher) cooling capacity, as well as greater (15%–23% higher) dew-point and wet-bulb effectiveness when equal in physical size and under the same operating conditions. The cross-flow system, however, had a greater (10% higher) Energy Efficiency (COP). As the increased cooling effectiveness will lead to reduced air volume flow rate, smaller system size and lower cost, whilst the size and cost are the inherent barriers for use of dew point cooling as the alternation of the conventional cooling systems, the counter-flow system is considered to offer practical advantages over the cross-flow system that would aid the uptake of this low energy cooling alternative. In line with increased global demand for energy in cooling of building, largely by economic booming of emerging developing nations and recognised global warming, the research results will be of significant importance in terms of promoting deployment of the low energy dew point cooling system, helping reduction of energy use in cooling of buildings and cut of the associated carbon emission.

System Integration of PV/T Collectors in Solar Cooling Systems

The demand for cooling and air-conditioning of building is increasingly ever growing. This increase is mostly due to population and economic growth in developing countries, and also desire for a higher quality of thermal comfort. Increase in the use of conventional cooling systems results in larger carbon footprint and more greenhouse gases considering their higher electricity consumption, and it occasionally creates peaks in electricity demand from power supply grid. Solar energy as a renewable energy source is an alternative to drive the cooling machines since the cooling load is generally high when solar radiation is high. This thesis examines the performance of PV/T solar collector manufactured by Solarus company in a solar cooling system for an office building in Dubai, New Delhi, Los Angeles and Cape Town. The study is carried out by analyzing climate data and the requirements for thermal comfort in office buildings. Cooling systems strongly depend on weather conditions and local climate. Cooling load of buildings depend on many parameters such as ambient temperature, indoor comfort temperature, solar gain to the building and internal gains including; number of occupant and electrical devices. The simulations were carried out by selecting a suitable thermally driven chiller and modeling it with PV/T solar collector in Polysun software. Fractional primary energy saving and solar fraction were introduced as key figures of the project to evaluate the performance of cooling system. Several parametric studies and simulations were determined according to PV/T aperture area and hot water storage tank volume. The fractional primary energy saving analysis revealed that thermally driven chillers, particularly adsorption chillers are not suitable to be utilizing in small size of solar cooling systems in hot and tropic climates such as Dubai and New Delhi. Adsorption chillers require more thermal energy to meet the cooling load in hot and dry climates. The adsorption chillers operate in their full capacity and in higher coefficient of performance when they run in a moderate climate since they can properly reject the exhaust heat. The simulation results also indicated that PV/T solar collector have higher efficiency in warmer climates, however it requires a larger size of PV/T collectors to supply the thermally driven chillers for providing cooling in hot climates. Therefore using an electrical chiller as backup gives much better results in terms of primary energy savings, since PV/T electrical production also can be used for backup electrical chiller in a net metering mechanism.

Study on the behavior of the Minimum quantity lubricant - MQL technique under different lubricating and cooling conditions when grinding ABNT 4340 steel

The behavior of the minimum quantity lubricant (MQL) technique was analyzed under different lubricating and cooling conditions when grinding ABNT 4340 steel. The comparative analysis of the residual stress values showed that residual compressive stresses were obtained under all the lubrication/cooling conditions and types of abrasive tools employed. The highest residual compressive stress obtained with the aluminum oxide grinding wheel with MQL under the condition of V= 30m/s for air and V= 40ml/h for lubricant was -376MPa against the -160MPa attained with conventional cooling, representing a 135% increase in residual compressive stress. The results show that method and quantity of lubricant and cooling are factors that influence the grinding process.

Influence of optimized lubrication-cooling and minimum quantity lubrication on the cutting forces, on the geometric quality of the surfaces and on the micro-structural integrity of hardened steel parts

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Evaluation of different methods of cooling-lubrication in cylindrical grinding of advanced ceramic dip

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Estudo comparativo entre o sistema convencional de arrefecimento e o arrefecedor evaporativo para os edifícios industriais portugueses

Em Portugal existem muitos espaços comerciais e industriais em que as necessidades térmicas de arrefecimento são muito superiores às necessidades de aquecimento devido aos ganhos internos que advêm da existência de equipamentos e da iluminação dos edifícios, assim como, da presença das pessoas. A instalação de sistemas convencionais de ar condicionado para espaços comerciais e industriais de grande dimensão está geralmente associada ao transporte de grandes caudais de ar, e consequentemente, a elevados consumos de energia primária, e também, elevados custos de investimento, de manutenção e de operação. O arrefecedor evaporativo é uma solução de climatização com elevada eficiência energética, cujo princípio de funcionamento promove a redução do consumo de energia primária nos edifícios. A metodologia utilizada baseou-se na criação de uma ferramenta informática de simulação do funcionamento de um protótipo de um arrefecedor evaporativo. Foi efetuada a modelação matemática das variáveis dinâmicas envolvidas, dos processos de transferência de calor e de massa, assim como dos balanços de energia que ocorrem no arrefecedor evaporativo. A ferramenta informática desenvolvida permite o dimensionamento do protótipo do arrefecedor evaporativo, sendo determinadas as caraterísticas técnicas (potência térmica, caudal, eficiência energética, consumo energético e consumo e água) de acordo com o tipo de edifício e com as condições climatéricas do ar exterior. Foram selecionados três dimensionamentos de arrefecedores evaporativos, representativos de condições reais de uma gama baixa, média e elevada de caudais de ar. Os resultados obtidos nas simulações mostram que a potência de arrefecimento (5,6 kW, 16,0 kW e 32,8 kW) e o consumo de água (8 l/h, 23,9 l/h e 48,96 l/h) aumentam com o caudal de ar do arrefecedor, 5.000 m3/h, 15.000 m3/h e 30.000 m3/h, respetivamente. A eficácia de permuta destes arrefecedores evaporativos, foi de 69%, 66% e 67%, respetivamente. Verificou-se que a alteração de zona climática de V1 para V2 implicou um aumento de 39% na potência de arrefecimento e de 20% no consumo de água, e que, a alteração de zona climática de V2 para V3 implicou um aumento de 39% na potência de arrefecimento e de 39% no consumo de água. O arrefecedor evaporativo apresenta valores de consumo de energia elétrica entre 40% a 80% inferiores aos dos sistemas de arrefecimento convencionais, sendo este efeito mais intenso quando a zona climática de verão se torna mais severa.

Influência da lubrirrefrigeração na qualidade superficial de metais retificados

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Analysis of surface integrity for minimum quantity lubricant - MQL in grinding

The quality of machined components is currently of high interest, for the market demands mechanical components of increasingly high performance, not only from the standpoint of functionality but also from that of safety. Components produced through operations involving the removal of material display surface irregularities resulting not only from the action of the tool itself, but also from other factors that contribute to their superficial texture. This texture can exert a decisive influence on the application and performance of the machined component. This article analyzes the behavior of the minimum quantity lubricant (MQL) technique and compares it with the conventional cooling method. To this end, an optimized fluid application method was devised using a specially designed nozzle, by the authors, through which a minimum amount of oil is sprayed in a compressed air flow, thus meeting environmental requirements. This paper, therefore, explores and discusses the concept of the MQL in the grinding process. The performance of the MQL technique in the grinding process was evaluated based on an analysis of the surface integrity (roughness, residual stress, microstructure and microhardness). The results presented here are expected to lead to technological and ecological gains in the grinding process using MQL. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Cerâmicas avançadas no processo de retificação cilíndrica externa de mergulho utilizando a técnica da mínima quantidade de lubrificação (MQL) com rebolos diamantados

Nas últimas duas décadas, as cerâmicas avançadas têm sido exaustivamente utilizadas em aplicações na indústria devido às suas propriedades de elevada resistência ao desgaste e dureza. Entretanto, ainda se tem um alto custo agregado ao acabamento da peça. Esse acabamento geralmente é feito pelo processo de retificação, único processo economicamente viável que produz superfícies de elevada qualidade e precisão geométrica. Nesse contexto, as empresas vêm buscando a otimização no processo de retificação como, por exemplo, a redução do fluxo de fluido de corte utilizado, o que também visa atender exigências mundiais de preservação ambiental. Desta forma, este projeto pretendeu explorar a técnica da Mínima Quantidade de Lubrificação (MQL) na retificação cilíndrica externa de mergulho em cerâmicas com rebolos diamantados. Foram utilizados dois métodos de refrigeração: o convencional e o MQL, com três avanços de corte para cada caso. Foram usados um bocal convencional e um bocal para o MQL, tendo este um uniformizador de saída do jato. Foram analisadas como variáveis de saída: a emissão acústica, relação G, aspecto da superfície via microscopia eletrônica de varredura (MEV), rugosidade e circularidade. Assim, embora a refrigeração convencional ainda apresente os melhores resultados em comparação com a refrigeração com MQL, esta última pode atender os requisitos necessários para diversas aplicações, em especial quando utilizadas baixas espessuras equivalentes de corte (h eq). Além disso, a técnica de MQL possui a vantagem de gerar um menor impacto ambiental em comparação com a lubrificação convencional, devido ao uso mínimo de fluido de corte cujo descarte é cada vez mais regulamentado e custoso.

Retificação de cerâmica de alumina relacionada com diferentes técnicas de lubri-refrigeração: convencional e mínima quantidade de lubrificação

Atualmente a preocupação ambiental está fazendo com que as empresas busquem diminuir os impactos ambientais por elas causados, ao mesmo tempo em que melhoram a qualidade do produto e processos de fabricação. Logo, muitas pesquisas estão sendo desenvolvidas na área de usinagem para se analisar o real dano ao meio ambiente quando usados diferentes métodos de lubri-refrigeração. Este trabalho teve como objetivo analisar a qualidade da peça produzida e o desgaste do ferramental de corte de uma retificadora plana ao se usinar cerâmica de alumina com dois métodos distintos de aplicação de fluido de corte: método convencional com vazão de 458,3 mL/h e o método da mínima quantidade de lubrificação (MQL) com 100 mL/h. A partir dos resultados obtidos pode-se constatar que para os mesmos parâmetros de usinagem a técnica do MQL utilizou uma quantidade muito menor de fluido e garantiu bons resultados de desgaste diametral do rebolo. No entanto, a qualidade da peça foi bem pior para o método do MQL em relação a técnica de refrigeração convencional. Estes resultados mostraram que se utilizando formas alternativas de lubrificação para reduzir o uso do fluido de corte, são possíveis dependendo de quais fatores são mais importantes para o processo que se deseja. Nesse sentido, se o método do MQL fosse adotado pelas empresas dependentes da retificação, certamente iria trazer, de um lado, benefícios quanto a problemas de descarte e reciclagem de fluido de corte, mas por outro lado, levaria a uma menor qualidade superficial das peças.

Application of the Minimum Quantity Lubrication (MQL) Technique in the Plunge Cylindrical Grinding Operation

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Influência das técnicas de mínima quantidade de lubrificante, refrigeração otimizada e refrigeração convencional na qualidade de peças produzidas com aços endurecidos no processo de retificação

The influence of minimum lubrication, optimized and conventional cooling at different flows and application rates of cutting fluids on the quality of hardened-steel pieces produced by external cylindrical plunge grinding with super-abrasive grinding wheels with low CBN concentrations was verified. The analysis of the quality of the pieces was performed through the assessment of the behavior of the specific energy of the grinding, roughness, roundness deviation, and the generated residual stress. By analyzing of the application ways and of the several flows and application rates of the cutting fluid, one could encounter lubrication/cooling conditions that enable the reduction in cutting fluid volume, reduction in grinding time without compromising the dimensional parameters (superficial finishing, surface integrity). Regarding the different applications of cutting fluids, it could be noted the optimized application for higher velocities has presented the best performance, demonstrating the effectiveness of the new concept of nozzle utilized.

Portaferramentas para torneamento com refrigeração interna baseada na mudança de fase do fluido

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Utilização de diferentes métodos de lubri-refrigeração na retificação cilíndrica externa de mergulho de cerâmica avançada com rebolo diamantado

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais - FC