Archives: 18 Gennaio 2020

Propulsione ibrida per una motonave del 1965

Propulsione ibrida per una motonave del 1965

Retrofit di una motonave del 1965. Grazie alle tecnologie di ABB, il traghetto San Cristoforo che opera sul Lago Maggiore sarà dotato di un sistema di propulsione ibrida. La soluzione Onboard Microgrid consentirà di migliorare l’efficienza energetica e di ridurre le emissioni.

Le tecnologie per la mobilità ibrida ed elettrica stanno trovando sempre più spazio: non solo nell’ambito del trasporto su ruota, ma anche per quanto riguarda il comparto navale. Nel mondo dello shipping, infatti, l’e-mobility costituisce un’importante risorsa per migliorare l’efficienza energetica e favorire l’eco-sostenibilità, giocando un ruolo rilevante nella definizione di soluzioni environmentally friendly per ridurre le emissioni nocive. Risultati significativi si possono ottenere sia con imbarcazioni di nuova costruzione sia con l’ammodernamento di mezzi già esistenti. Questo apre nuove prospettive nell’ottica del trasporto sostenibile, poiché i progetti di retrofit possono essere un’interessante opportunità nell’ambito della nautica, dove la conversione verso soluzioni ibride/elettriche consentirebbe di modernizzare imbarcazioni già in uso evitando di doverle sostituire, con vantaggi a livello ambientale e di costi. In questa direzione si è mossa la Gestione Governativa dei Servizi Pubblici di Navigazione sui laghi Maggiore, Garda e Como che ha scelto le tecnologie di ABB per convertire alla propulsione ibrida una motonave del 1965.

La soluzione Onboard Microgrid per il traghetto San Cristoforo

Il retrofit del traghetto San Cristoforo, operante sul Lago Maggiore e in grado di trasportare fino a 450 passeggeri e 27 veicoli, è un progetto che porta anche in Italia un esempio innovativo di come può evolvere il trasporto navale: la tecnologia avanzata di ABB consentirà infatti di aumentare l’efficienza energetica della motonave da 386 tonnellate, riducendo al contempo le emissioni. «Questo ammodernamento – ha commentato Alessandro Acquafredda, direttore generale Gestione Navigazione Laghi – permetterà alla San Cristoforo di operare ancor più nel rispetto dell’ambiente. Siamo felici di lavorare con ABB, considerata l’impareggiabile esperienza del Gruppo nel progettare, sviluppare e implementare soluzioni propulsive ibride».

Da un punto di vista tecnico, la conversione può avvenire grazie all’installazione di un sistema elettrico propulsivo a batterie che permetterà all’imbarcazione di operare in modalità ibrida e a zero emissioni. La soluzione include le batterie e il relativo sistema di gestione e controllo della carica, consentendo di sostituire il motore diesel del traghetto con uno diesel-elettrico a propulsione ibrida. Questa tipologia di motori, alimentati con batterie ai polimeri di litio, è in grado di diminuire l’impatto inquinante anche per quanto concerne le emissioni acustiche. A livello di comfort dei passeggeri questo si traduce nel fatto che, a seguito della conversione, i viaggiatori che utilizzeranno la motonave San Cristoforo potranno beneficiare di un viaggio più confortevole, grazie alla riduzione del rumore, delle vibrazioni e dei fumi di scarico.

La soluzione proposta da ABB si chiama Onboard Microgrid ed è una piattaforma compatta in corrente continua destinata ai piccoli natanti, che ha lo scopo di ottimizzare l’efficienza propulsiva e ridurre i consumi grazie a una gestione controllata della potenza disponibile. Si basa sugli stessi principi del sistema di distribuzione di energia ABB Onboard DC Grid, precedentemente lanciato dal gruppo, che permette a grandi imbarcazioni di ottenere un risparmio energetico fino al 20%.

Con il lancio di Onboard Microgrid, che si caratterizza per le sue dimensioni compatte, ABB permette anche alle piccole imbarcazioni, che operano su brevi distanze, di raggiungere saving simili. La tecnologia di ABB può essere applicata a mezzi con alimentazione a batterie, fuel cell o ibride. Si tratta quindi di un sistema flessibile che permette di utilizzare fonti multiple di energia e azionamenti a velocità variabile per ottimizzare l’efficienza operativa e, di conseguenza, ridurre le emissioni. «Onboard Microgrid – ha aggiunto Acquafredda a proposito della motonave San Cristoforoaiuterà il traghetto a ottimizzare l’efficienza energetica grazie ai benefici della propulsione ibrida, nonchè a gestire al meglio lo spazio in sala macchine; inoltre, è efficiente in termini di tempo e semplice da installare». Questa innovativa tecnologia riduce l’ingombro e il peso delle apparecchiature elettriche a bordo eliminando la necessità di voluminosi trasformatori e quadri elettrici principali. Il che lascia una maggiore disponibilità di spazio all’interno delle navi e offre al contempo una più ampia flessibilità nel posizionamento del sistema di bordo.

La soluzione completa di Onboard Microgrid include un controller programmabile per implementare il Power Management System (PMS) di ABB e l’avviamento del generatore, il controllo della velocità di propulsione, la protezione da sovraccarico del generatore, il controllo e supervisione delle modalità operative, il regolatore di carica della batteria e la gestione del segnale. «Il progetto della motonave San Cristoforo – ha dichiarato Jyri Jusslin, Head of Global Service, ABB Marine & Portsrappresenta una pietra miliare per ABB: una concreta dimostrazione delle nostre capacità di modernizzare navi di qualunque tipo e dimensione, migliorandone l’efficienza energetica grazie ai benefici della propulsione ibrida».

La strada verso nuove iniziative sostenibili

È quindi un importante risultato che apre la strada a iniziative future nell’ottica di rendere sempre più sostenibile il trasporto su acqua. «Il nostro Onboard Microgrid – ha sottolineato Juha Koskela, managing director ABB Marine & Portssi rivolge a uno specifico settore del mercato. Le imbarcazioni più piccole giocano un ruolo importante nel futuro dello shipping, che sarà elettrico, digitale e connesso».

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In prima linea nello sviluppo sostenibile

ABB è fortemente impegnata nel fornire, a livello mondiale, prodotti e servizi per uno sviluppo rispettoso dell’ambiente: più della metà delle sue entrate globali derivano infatti da soluzioni che affrontano direttamente le cause dei cambiamenti climatici. Fra gli ambiti d’azione della multinazionale (che è tra le realtà protagoniste nell’ambito delle tecnologie per l’energia e l’automazione), vi sono le soluzioni per il trasporto sostenibile. In particolare, in ambito navale, ABB può vantare diversi risultati raggiunti, come il già citato Onboard DC Grid, sistema che è stato presentato nel maggio del 2011. Il primo ordine (arrivato a soli sei mesi dal lancio della tecnologia) ha riguardato l’imbarcazione MT 6015 PSV, una nave multifunzione per il rifornimento di carburante e supporto nelle opere di costruzione, progettata dalla società norvegese Marin Teknikk. Onboard DC Grid è un sistema altamente efficiente di distribuzione di potenza e propulsione elettrica adattabile a un’ampia tipologia di imbarcazioni, tra cui navi di supporto per piattaforme, rimorchiatori, traghetti, yacht e navi mercantili. Si tratta di una soluzione innovativa: infatti, nel tradizionale sistema di propulsione navale, il bus in CC destinato alle eliche di manovra e agli azionamenti di propulsione viene generato da un circuito in corrente alternata; ciò costituisce circa l’80% del consumo elettrico di bordo. Il sistema in CC di ABB, invece, rappresenta un passo avanti grazie a una distribuzione di potenza che avviene mediante un singolo circuito in CC, assicurando un notevole risparmio di energia. Un altro interessante progetto è quello relativo alla flotta Virgin Voyages. Si tratta di tre navi da crociera – ciascuna da 110.000 tonnellate lorde – che saranno dotate della propulsione elettrica Azipod di ABB, un sistema orientabile a 360 gradi in cui il motore è collocato in un pod sommerso sotto lo scafo. Questa tecnologia è in grado di ridurre il consumo di carburante fino al 15% rispetto ai tradizionali sistemi di propulsione: la consegna delle navi è prevista tra il 2020 e il 2022. Infine, fra gli ordini più recenti, vi sono i due traghetti interamente elettrici per Maid of the Mist, tour operator delle Cascate del Niagara. Per ciascuna imbarcazione è prevista un’alimentazione con due pacchetti batteria della capacità totale di 316 kWh: le navi caricheranno le batterie a ogni viaggio mentre i passeggeri sbarcano e salgono a bordo.

di Elena Corti

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Source: Stampi
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I rivestimenti delle superfici soggette a usura

I rivestimenti delle superfici soggette a usura

Introdotti nell’industria meccanica ormai da cinquant’anni, i rivestimenti con film duro delle superfici di utensili e di altre parti soggette a usura sono ancora una tecnologia in continua evoluzione.

La tecnologia del rivestimento antiusura ha preso il via depositando il TiN (Nitruro di Titanio) sull’acciaio per utensili e si è subito dimostrata come una grande rivoluzione nelle lavorazioni meccaniche per asportazione di truciolo. Ha ridotto le usure degli utensili in modo drastico e ha permesso l’incremento delle velocità di taglio a livelli prima impensabili. Tutti i tipi di utensile sono stati oggetto di queste straordinarie performance e, in alcuni casi, hanno obbligato i costruttori di macchine a riprogettare i loro modelli per rendere possibile il completo sfruttamento delle attrezzature trattate con questa nuova tecnica.

Aumentare il rendimento di un utensile, come per esempio un creatore per la dentatura degli ingranaggi, di 3–6 volte e anche più, ha significato, in un primo momento una drastica riduzione della produzione di questi utensili che ha messo in crisi non poche aziende del settore.

Poi sono entrate sul mercato le moderne macchine utensili, che hanno consentito di aumentare progressivamente le condizioni di lavoro (velocità di taglio ed avanzamenti), riportando i consumi di utensili a livelli accettabili spostando il vantaggio sulla riduzione dei tempi di produzione.

Eccellente biocompatibilità

Ma la larga diffusione di questi rivestimenti in TiN non è dovuta solo alla sua resistenza all’usura, ma anche al fatto che il film depositato non interagisce, dal punto di vista chimico, con molti elementi e quindi può essere utilizzato per proteggere dal degrado vari tipi di superfici. Per esempio, è importante l’eccellente biocompatibilità intrinseca del nitruro di titanio (TiN Coating) che è ben documentata in varie applicazioni mediche. Questa caratteristica, unita alla grande resistenza all’usura, ha diffuso l’impiego di vari tipi di protesi nei differenti campi medici.

Nella Figura 1 si può osservare una tipica disposizione del deposito di TiN su acciaio inossidabile. La deposizione è avvenuta usando un plasma generato da un arco catodico.
Oggi i ricoprimenti con solo TiN sono scarsamente usati, specie quelli monolayer, cioè con singolo strato.

Figura 1 – Profilo in 3D del film di TiN su acciaio inossidabile (cortesia foto: Somnath Bharech – Politecnico di Darmstadt Germania).

Gli ultimi decenni hanno visto uno sviluppo quasi esponenziale delle tecniche di ricoprimento con l’impiego di materiali diversi dal titanio, che hanno avuto lo scopo di ottimizzare le caratteristiche dei rivestimenti in funzione dei diversi impieghi.

 

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Valutazione dinamica delle risposte di un cambio DDCT

Valutazione dinamica delle risposte di un cambio DDCT

Cambio manuale, automatico o robotizzato? Entrambe le tipologie presentano vantaggi e svantaggi specifici.

Nell’industria automobilistica vengono comunemente utilizzati due tipi di trasmissione: il cambio manuale, in cui è l’operatore del veicolo a variare il rapporto di trasmissione, e quello automatico, in cui il sistema provvede autonomamente alla selezione del rapporto di trasmissione adatto. Entrambe le tipologie presentano dei vantaggi e degli svantaggi specifici: le trasmissioni manuali non garantiscono cambiate fluide, spesso accompagnate da buchi di erogazione di coppia e caratterizzate da un comfort ridotto; al contrario, i cambi automatici offrono un piacere di guida maggiore, a scapito di un aumento sia dei consumi di carburante sia dei costi di produzione.

A partire dagli anni Novanta, l’interesse per l’efficienza dei consumi e il comfort è aumentato drasticamente diventando il fattore determinante per il successo commerciale di un veicolo. Miglioramenti in questi aspetti hanno portato alla nascita delle trasmissioni manuali robotizzate e di quelle a doppia frizione. I cambi doppia frizione, nello specifico, sono caratterizzati dalla presenza di due dischi frizione, uno per il set di ingranaggi pari e uno per quelli dispari. Tali sistemi combinano l’efficienza e il piacere di guida dei cambi automatici e i consumi di carburante ridotti tipici di quelli manuali, grazie all’azionamento automatico delle frizioni eseguito da un’unità di controllo durante le operazioni di selezione ed innesto marcia.

Il cambio doppia frizione

Caratteristiche DDCT

Si tratta di un cambio caratterizzato da un’architettura compatta e leggera allo stesso tempo (pesa solo 81 Kg), in grado di assicurare cambi marcia confortevoli paragonabili a quelli di un AT, grazie all’asservimento di logiche di comando avanzato. Il sistema consente al conducente di evitare di controllare il pedale frizione e la leva del cambio, mantenendo il piacere di guida che deriva dal controllo diretto della trasmissione. Migliora le prestazioni delle MT pur mantenendo tutti i pregi della frizione a secco e del cambio meccanico quali peso, robustezza, affidabilità e basso consumo energetico.

In generale, il DDCT mira a ottimizzare i tempi di innesto-disinnesto marcia e a risolvere il problema di interruzione di erogazione di coppia motrice alle ruote del veicolo, comunemente detto “buco di coppia“. Inoltre, incrementa la sicurezza di guida attraverso un controllo diretto in grado di prevenire gli errori del conducente e riduce l’affaticamento alla guida specialmente in città.

Il cambio può funzionare sia in modalità semiautomatica (manual) sia in automatica (auto): nel primo caso, il conducente gestisce l’inserimento delle marce tramite l’apposita leva sul tunnel; nel secondo caso, invece, viene delegata al sistema elettronico la scelta del rapporto di trasmissione.

L’innovativo sistema di trasmissione a doppia frizione è realizzato da FCA in due versioni, rispettivamente dette C635 e C725, oggi comunemente utilizzate su vetture quali Alfa Romeo Mito e Giulietta, Fiat 500L e 500X, Jeep Renegade e Compass. Le principali differenze tra le due varianti sono il numero di rapporti e la massima coppia trasmissibile: il C635, prodotto nello stabilimento di Verrone (Biella), è un cambio a sei rapporti in grado di trasmettere 350 Nm, mentre il C725, prodotto da Haveco (Hangzhou, Cina), è dotato di sette rapporti per motori fino a 250 Nm.

Architettura DDCT

Il DDCT consiste essenzialmente in una trasmissione meccanica con doppia frizione a secco e cambio meccanico sincronizzato, mossi da un robot idraulico gestito da un’apposita centralina elettronica (Transmission Control Unit). Il sistema è costituito dalla scatola del cambio, dal gruppo di comando elettroidraulico e dalla TCU che, identificate le richieste del conducente, gestisce il cambio marcia.

Entrambi i dischi frizione sono a secco e non a bagno d’olio per una questione di efficienza: le frizioni a secco, infatti, dissipano energia solo quando sono comandate, al contrario di quelle a bagno d’olio che causano perdite per attrito viscoso anche quando non attive (Figura 2).

Figura 2 – Architettura di un cambio a doppia frizione.

Scatola cambio

Il cambio ha uno schema classico a tre alberi, di cui uno primario e due secondari. La necessità di due alberi principali deriva dal fatto che due coppie di ingranaggi devono essere in presa contemporaneamente per consentire il trasferimento continuo di coppia.

Sono necessari due dischi frizione che lavorano in tandem, cioè all’aprirsi di uno l’altro si chiude e viceversa. La frizione per le marce dispari, detta K1, è normalmente chiusa e viene comandata in posizione; quella per le velocità pari, detta K2, è normalmente aperta ed è controllata in pressione.

Il gruppo frizioni consta di un corpo unico contenente i due dischi frizione fra cui è interposto un volano intermedio. Quando i dischi frizione sono premuti sulla superficie del volano intermedio, solidale a quello doppia massa, si ha il trasferimento di coppia. Entrambe le frizioni sono controllate da sistemi di comando delle attuazioni, rispettivamente detti CSC K1 e CSC K2, che lavorano insieme e sono a loro volta gestiti dalla TCU.

Gruppo elettroidraulico

Il sistema di asservimento consiste in un gruppo elettroidraulico, posizionato sulla scatola del cambio, che gestisce tramite degli attuatori sia la selezione e l’innesto delle marce sia i comandi di apertura e chiusura delle frizioni. Il gruppo elettroidraulico consta di un gruppo di potenza, un kit di elettrovalvole, un serbatoio per l’accumulo dell’olio e due attuatori per il comando delle frizioni, uno per ciascun disco (Figura 3).

Figura 3 – Il gruppo elettroidraulico di un cambio a doppia frizione.

Il gruppo di potenza ha il compito di fornire energia idraulica per l’attuazione sia della selezione ed innesto marcia sia per il comando delle frizioni.

Il kit di elettrovalvole, invece, controlla e gestisce sia la posizione delle frizioni sia la selezione e l’innesto marce ed è composto da cinque elettrovalvole proporzionali, di cui quattro in pressione (PPV) ed una in portata (QPV).

Come avviene il cambio marcia

Si supponga di effettuare un cambio di tipo powershift, ovvero senza interruzione nella trasmissione di coppia a terra, dalla prima alla seconda marcia.

Viaggiando inizialmente in prima velocità, è la frizione K1 a trasmettere coppia motrice (frizione chiusa) mentre K2 risulta non comandata (frizione aperta). La TCU, dunque, comanda il pre-innesto della marcia successiva, movimentando il manicotto scorrevole della seconda velocità e mantenendo la frizione K2 aperta. Segue, poi, il cambio marcia tramite lo scambio delle frizioni in presa: K1 viene modulata in apertura e K2 in chiusura, in modo da avere i due dischi frizione in presa contemporaneamente. Il cambio marcia termina quando avviene il disinnesto del manicotto scorrevole della prima velocità e la coppia risulta, quindi, trasmessa unicamente dalla frizione per marce pari (K2 chiusa, K1 aperta).

La dinamica appena descritta garantisce una notevole riduzione dei tempi di cambiata, grazie al pre-innesto della velocità successiva, e una minor perdita nell’erogazione di coppia motrice alle ruote. Il simultaneo e graduale disinnesto di una frizione e l’innesto dell’altra dà luogo ad un cambio marcia naturale e progressivo con un feeling di guida più fluida e continua.

Valvole proporzionali

La tecnologia alla base del sistema di controllo è costituita dalle elettrovalvole proporzionali, cioè valvole in grado di intervenire su portata, pressione o direzione del flusso, per ottenere le funzioni desiderate. A differenza delle valvole on/off, dove la regolazione avviene sul “tutto aperto” o “tutto chiuso”, quelle proporzionali regolano la pressione o la portata in modo proporzionale all’intensità del comando.

Le valvole utilizzate per il comando delle marce e delle frizioni sono dunque proporzionali in pressione per il controllo di K2 ed in portata per K1.

Sistema elettroidraulico

La frizione delle marce dispari, normalmente chiusa, è comandata dall’elettrovalvola QPV, pertanto K1 viene controllata attraverso una portata d’olio. Al contrario, la frizione delle marce pari, normalmente aperta, è regolata da una valvola PPV; dunque, è l’azione della pressione dell’olio verso l’attuatore a controllare lo stato di apertura o di chiusura di K2.
La selezione dei piani di innesto, detti ranghi, viene gestita tramite l’elettrovalvola proporzionale di pressione che comanda il cassetto di distribuzione (shifter) della potenza idraulica e agisce da selettore per le marce. L’innesto delle velocità è gestito da due valvole proporzionali in pressione, responsabili dell’inserimento sia delle marce pari sia di quelle dispari.

 

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