Obiettivo ambiente: cuscinetti lubrificati ad acqua

Obiettivo ambiente: cuscinetti lubrificati ad acqua

Cuscinetti ad acqua per macchine per evitare l’inquinamento dell’ambiente

I cuscinetti della macchine sono generalmente lubrificati con vari tipi di oli, generando così un grande problema di inquinamento ambientale.

Solo in Germania, nell’industria meccanica, ogni anno si utilizzano circa un milione di tonnellate di lubrificanti.

L’ Institute for Mechanics of Materials IWM ha sviluppato un metodo che consentirà di lubrificare i cuscinetti radenti utilizzando l’acqua, limitando così i danni all’ambiente.

L’acqua come lubrificante per salvaguardare l’ambiente

I ricercatori hanno realizzato un cuscinetto scorrevole, la cui struttura si basa in un anello che circonda l’asse rotante. L’anello è composto da diversi materiali ordinati dall’esterno all’interno nel seguente modo: un manicotto che circonda il cuscinetto, uno strato di alluminio e uno strato di metallo sinterizzato che circonda l’albero stesso. La chiave di questo sistema è che lo strato sinterizzato interno è attraversato da un piccolo canale che consente il passaggio del flusso d’acqua tra l’albero rotante e lo strato di alluminio esterno.

Questa connessione diretta è decisiva nel processo elettrochimico, in base al fatto che sorge una tensione elettrica tra il metallo di base come l’alluminio e un metallo più duro come il ferro, senza dover applicare alcun tipo di campo elettrico esterno.

I ricercatori usano questa tensione elettrica che si crea tra l’alluminio nel cuscinetto scorrevole e il ferro del perno per trasformare l’acqua in un lubrificante.

Come funziona questa nuova tecnologia

Il principio di questa nuova tecnologia consiste nel mescolare i cosiddetti liquidi ionici nell’acqua, ovvero sali fluidi che contengono anioni e cationi. Questi ioni vengono riorganizzati nel campo elettrico e quindi si raccolgono sul lato interno dell’anello di metallo sinterizzato in modo tale che le loro estremità siano rivolte il perno rotante. Ciò forma una sorta di strato protettivo generato galvanicamente su cui il perno quindi può girare senza incontrare forze di attrito.

Dai test effettuati in laboratorio, inoltre, si é osservato che il perno centrale scivola meglio quando è bagnato con acqua, e riduce in questo modo il consumo di energia rispetto alle macchine che utilizzano un olio molto più viscoso.

La sfida

Il team di ricerca ha già dimostrato la fattibilità di questa tecnologia e attualmente sono alla ricerca di partner nel settore industriale per poter ottimizzare ulteriormente i liquidi ionici. La sfida è che il movimento dell’albero genera calore che fa evaporare l’acqua e, quindi, si sta lavorando nelle diverse miscele di liquidi ionici che inibiscono il fenomeno dell’evaporazione.

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Parker Hannifin: guida al 4.0

Parker Hannifin: guida al 4.0

L’Industria 4.0 evolve ogni aspetto della fabbrica moderna. Primo fra tutti la produzione, che, come sanno bene in Parker Hannifin (www.parker.com), sta affrontando una rapida metamorfosi, guidata in particolare dalla diffusione di tecnologie abilitate in maniera digitale che consentono di sviluppare gli stabilimenti del futuro: più rapidi, più ecologici e più competitivi.

Una delle più comuni è probabilmente l’Internet of things (IoT), con il suo prezioso contributo nel supportare ciò che da molti viene definita la “quarta rivoluzione industriale” e che si caratterizza per dei confini indefiniti tra soluzioni fisiche e virtuali, in grado di rendere il lavoro smart.

Strategie e tendenze per cogliere nuove opportunità

All’interno del suo nuovo white paper gratuito dal titolo “4 strategie per assicurare la competitività nella produzione dell’azienda“, Parker Hannifin ha analizzato i principali trend nell’odierno scenario di fabbrica, raccogliendo anche alcuni consigli utili per introdurre gradualmente i concetti della digitalizzazione.

Chi è Parker Hannifin

Parker Hannifin è fra i primi player al mondo nelle tecnologie di movimentazione e controllo, presente anche nella classifica Fortune 250. Da 100 anni, il gruppo contribuisce al successo dei propri clienti in un’ampia serie di mercati aerospaziali e industriali diversificati.

Parker Hannifin opera in 50 paesi attraverso 100 divisioni con 336 stabilimenti produttivi. Le sue soluzioni sono distribuite in 104 mercati.

Ciascun dipendente viene coinvolto e responsabilizzato, e il rispettivo impegno diffonde la cultura aziendale a livello worldwide.

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Applicazioni di attuatori in leghe a memoria di forma

Applicazioni di attuatori in leghe a memoria di forma

Negli ultimi decenni, grazie alle loro particolari caratteristiche, i materiali intelligenti (o smart) stanno attirando un’attenzione sempre crescente in campo scientifico e industriale. Tra questi, i materiali a memoria di forma si stanno ritagliando uno spazio importante in diversi ambiti: aerospaziale, biomedicale, civile, automobilistico e aeronautico. Vediamo le principali caratteristiche dei materiali a memoria di forma e alcune delle applicazioni in cui sono proposti come sistemi di attuazione.

Perchè “a memoria di forma”?

I materiali a memoria di forma (SMA, Shape Memory Alloys) sono caratterizzati da due proprietà caratteristiche che prendono il nome di effetto a memoria di forma (SME, Shape Memory Effect) ed effetto superelastico (SE, Super-Elasticity). L’effetto a memoria di forma è la capacità di “memorizzare” una determinata forma geometrica iniziale che, a seguito di deformazioni, può poi essere ripristinata tramite riscaldamento (Figura 1a). La superelasticità è la possibilità di subire grandi deformazioni (dell’ordine del 5-10%) e poterle recuperare completamente durante la fase di scarico senza evidenziare fenomeni plastici (Figura 1b). Entrambe queste proprietà sono dovute al fatto che, dopo essere stati opportunamente realizzati, questi materiali sono in grado di subire una particolare trasformazione cristallografica reversibile detta transizione di fase martensitica termoelastica. Questa viene solitamente indotta da una variazione di temperatura (effetto a memoria di forma) o da una variazione dello stato di tensione agente nel materiale (superelasticità). Infatti, in base alla temperatura o allo stato di sforzo impresso, il materiale può mostrare una fase cristallografica martensitica o una fase austenitica, alle quali sono associate diverse proprietà meccaniche. La fase martensitica è detta anche fase fredda in quanto si manifesta a temperature più basse, al contrario la fase austenitica è detta fase calda dato che si forma e si stabilizza a temperature più alte. In generale, si parla di basse e alte temperature perché le temperature di formazione e stabilizzazione di queste due fasi dipendono dalla composizione della lega utilizzata. Le temperature a cui inizia e finisce la trasformazione da martensite ad austenite e da austenite a martensite vengono solitamente indicate con Ms, Mf, As e Af. Dove Ms e As si riferiscono all’inizio della trasformazione, mentre Mf e Af alla fine delle stesse. È importante chiarire che, nelle applicazioni industriali, in base a quello che è l’obiettivo, viene utilizzato solo uno tra gli effetti di superelasticità e memoria di forma. Al fine di chiarire questo aspetto è utile considerare i grafici riportati nelle Figure 1a e 1b. La Figura 1a riporta una curva tensione-deformazione relativa ad un materiale che sfrutta l’effetto a memoria di forma. Il componente si trova inizialmente in fase martensitica (T<Ms) e viene sottoposto ad un ciclo di carico e scarico a temperatura costante. Terminato il ciclo di carico il materiale presenterà delle deformazioni residue. A questo punto, se il materiale non è stato deformato eccessivamente εRes < 5-10 %), basterà scaldarlo fino ad una temperatura superiore ad Af per attivare l’effetto a memoria di forma e ripristinare la configurazione di partenza.

Diversamente, quando si vuole sfruttare l’effetto di superelasticità, si fa in modo che il materiale lavori ad una temperatura compresa tra As ed Md (Md è la temperatura al di sopra della quale non è più possibile la formazione di martensite) facendo si che la martensite si formi direttamente dall’austenite a causa dei carichi applicati che vanno a modificare la struttura cristallina del materiale. Infatti, in questo campo di temperature, la martensite generata applicando uno sforzo, essendo instabile, si trasforma nuovamente in austenite appena il carico esterno viene rimosso. Quando si sfrutta l’effetto di superplasticità il materiale presenta delle curve tensione-deformazione come quella mostrata in Figura 1b, dove il plateau superiore corrisponde alla formazione di martensite sotto sforzo, mentre quello inferiore rappresenta la reversione dovuta alla rimozione del carico. L’ampiezza del ciclo di isteresi dipende dalla composizione del materiale (può essere allargata o ridotta introducendo una terza fase) e dalla velocità di applicazione degli sforzi (la curva tende a essere meno simmetrica all’aumentare della velocità di applicazione del carico). Questi effetti dissipativi vengono solitamente sfruttati per la progettazione di sistemi smorzanti.

 

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