Il progetto Efflics prevede lo sviluppo di metodologie di simulazione avanzate per la progettazione di macchine volumetriche operanti con fluidi eco-friendly, di un sistema per la verifica sperimentale dello stato di salute dei fluidi e di una metodologia idonea a determinarne, al variare delle condizioni, il ciclo di vita utile. Evidenze che potrebbero generare anche importanti benefici da numerosi punti di vista: ambientale, industriale, economico e sociale.

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Laboratorio
Referenti
Massimo Milani
Luca Montorsi
Area di specializzazione
Meccatronica e Materiali
Keyword
Macchine volumetriche
Green Economy
Oleodinamica
Fluidi eco-friendly
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Descrizione prodotto

Lo scopo principale del progetto è la progressiva riduzione dell’utilizzo di olii minerali e fluidi sintetici in favore di fluidi degradabili e sostenibili. Per raggiungere tale obiettivo, Efflics si propone di riprogettare struttura e materiali di pompe volumetriche per consentire una maggiore e migliore affinità con i fluidi ecocompatibili al fine di garantire un rendimento volumetrico in linea con le richieste industriali. L’analisi e l’ottimizzazione delle perdite fluidodinamiche all’interno delle pompe viene condotta a livello tecnologico, attraverso particolari rivestimenti superficiali dei singoli componenti, e a livello numerico, mediante analisi CFD dinamiche delle singole tipologie di pompe volumetriche in grado di fornire informazioni dettagliate sul comportamento locale del fluido al variare del tipo di fluido operatore. Lo studio è condotto su tre tipologie di pompe: pompe a pistoni assiali a piastra inclinata, pompe a ingranaggi esterni e pompe a ingranaggi interni. La modellazione numerica delle tre macchine è stato condotta mediante l’utilizzo del software commerciale STAR-CCM+, sfruttandone le caratteristiche avanzate per quanto riguardo la descrizione dei movimenti relativi tra le parti coinvolte nella simulazione. Lo studio è stato impostato mediante l’utilizzo di sviluppate tecniche di modellazione che permettessero una fedele riproduzione delle corrette dinamiche interne di ciascuna pompa e delle proprietà fisiche dei fluidi.

Aspetti innovativi

Il modello CFD: consente di analizzare rapidamente l’effetto di diverse tipologie di fluidi operatori sul rendimento volumetrico della pompa, riducendo significativamente i costi derivanti dalla messa a punto di un banco prova appositamente progettato. L’analisi numerica consente inoltre di investigare fenomeni fluidodinamici localizzati che risulterebbero estremamente complessi da valutare sperimentalmente.

Applicazioni

Applicazioni civili, industriali, agricole ed edili che per la propria attività impiegano macchinari di medio-grande peso specifico.

Modellazione CFD di tre tipologie di pompe volumetriche funzionanti con oli eco-friendly
Esempio di applicazione

Modellazione CFD di una pompa a pistoni assiali a piastra inclinata

Descrizione applicazione e risultati

Viene preso in considerazione il caso di una pompa a pistoni assiali a piastra inclinata fornita direttamente da un’azienda produttrice, partner del progetto. La modellazione CFD è stata realizzata adottando tecniche avanzate di discretizzazione dell’intero dominio fluido e definendo particolari sovrapposizioni di movimenti per riprodurre le complesse dinamiche roto-traslatorie dei pistoni e rotatorie dei pattini. Le reali condizioni di funzionamento della pompa sono state riprodotte attraverso modelli estremamente accurati della fisica del fluido in grado di tenere conto della comprimibilità del liquido in funzione della pressione e della temperatura di lavoro. Il carico della pompa è stato infine assegnato mediante opportuni valori di pressione imposti all’aspirazione e alla mandata della macchina. La simulazione permette quindi di valutare il funzionamento della pompa in differenti condizioni di funzionamento (regime di rotazione dell’albero motore, tipologia di fluido impiegato e carico di lavoro) in termini di pressioni e portate attraverso qualsivoglia sezione all’interno della geometria e di forze agenti sui singoli componenti meccanici.

Partner coinvolti

UNIMORE UNIFE CNR-IMAMOTER CNR-ISTEC Dana Motion Systems Italia OilSafe ZF Group

Tempi di realizzazione
Qualche settimana
Livello di maturità tecnologica
TRL 4 - tecnologia validata in laboratorio
Valorizzazione applicazione

É in corso un'attività di sperimentazione per la validazione del modello numerico, dopodiché potranno essere realizzate applicazioni in vari settori industriali, agricoli ed edili.

Simulazione CFD di una pompa a pistoni assiali a piastra inclinata