Bringing art into engineering
notizie utili dai principali giornali di economia
a cura dell’Ing. Gestionale Davide Mazzanti.
che prende il nome dal color salmone dei principali giornali di economia Europei come suggeritoci dall’Ing Davide Mazzanti : )
Non ci sarebbe alcun bisogno di commenti, ma voglio aggiungere: Quanta acqua lasciamo scorrere mentre ci facciamo la barba o ci laviamo i denti? Ci sono vari modi per recuperarla di cui parleremo in seguito… ma si parte dalla prevenzione no? 😀
Rubrica: Matematicamente
Titolo o argomento: Programmi online per tracciare grafici di funzioni
Vuoi uno strumento online per tracciare velocemente i tuoi grafici di funzioni matematiche?
Uno strumento utile veloce quando non ci occorre necessariamente acquistare una calcolatrice scientifica o un software per il pc.
Il termine domotica deriva dal greco domos (δοµος) che significa casa e ticos (τικος) suffisso che indica le discipline di applicazione.
Avete presente tutte quelle particolari routine all’interno della vostra casa che vorreste “si facessero da sole”? O quantomeno vorreste programmarle in modo che si svolgessero in modo automatico esattamente come voi desiderate.
Oggi vi è una nuova frontiera della tecnologia che si occupa dell’automazione domestica:
A dire il vero esiste da molti anni, ma solo oggi che abbiamo una presenza elettronica molto maggiore nella nostra vita ed alla quale ci siamo abituati gradualmente, iniziamo ad accettare il pensiero che un computer centrale si occupi per noi di tante piccole cose.
E’ inverno. Tra due ore torneremo a casa dal lavoro… La casa è particolarmente fredda. Nessun Problema. Una centralina (dalle dimensioni alquanto ridotte) si occuperà di rilevare la temperatura dentro casa e accendere i riscaldamenti con il dovuto anticipo. Oppure perchè no? Li attiveremo noi da lavoro chiamando con il nostro cellulare touch screen. Basterà cliccare sull’icona del riscaldamento e selezionare la temperatura che gradiremo trovare a casa alle otto questa sera…
Se proprio non riesci a svegliarti la mattina se non hai il sole in camera e se non riesci a dormire la notte con le persiane aperte, non c’è problema… La centralina aprirà per te alle 7:00 persiane, tapparelle o portelloni… La musica partirà in automatico dentro le stanze di casa tua e… in questo campo non ci sono limiti alla fantasia. Programma tutto quello che vuoi.
Inoltre la Domotica oggi è più che mai utile per ottimizzare i consumi domestici di energia ad esempio. Ti permette di risparmiare sul riscaldamento se abbinata ad un ottimo isolamento termico/acustico. Ti permette di risparmiare sui consumi di corrente elettrica rilevando la giusta illuminazione per ogni stanza ad esempio e spegnendo la luce in automatico se tu non sei presente in una stanza da diverso tempo.
Niente di invadente, niente che tu non possa programmare, niente che tu non possa inserire, disinserire, escludere.
Puoi controllare:
Illuminazione interna/esterna
Tende motorizzate
Porte e finestre motorizzate
Impinato di climatizzazione
Impianto di riscaldamento
Impianto Home theatre
Impianto di allarme e difesa della casa
Impianti di sicurezza: antincendio, fughe di gas, allagamento, mancanza di energia elettrica improvvisa)
Puoi comandare il tutto tramite un interfaccia come quella visibile nelle foto in basso, o tramite interruttori simili nella forma a quelli comuni, o ancora tramite cellulare a distanza : )
Tu chiedi. La casa fa.
Per maggiori informazioni, puoi contattarci e richiederci l’installazione di impianti Domotici nella tua nuova casa se sei nostro cliente (visita l’articolo delle nostre nuove soluzioni oppure guarda la pagina “Edilizia” in alto)
Mi rendo conto che, per chi non conosce ancora bene il campo della meccanica, risulta difficile conoscere i nomi di programmi atti alla progettazione e alla simulazione di componenti per applicazioni meccaniche. Quindi, al momento, mi limito a presentarne una lista. Successivamente il Blog si preoccuperà anche di scrivere articoli più approfonditi circa i PRO e i CONTRO di ognuno di questi programmi, nonché utili info quali principali funzioni e prezzi in modo da poter scegliere quale acquistare. Tra i software impiegati per le simulazioni delle sollecitazioni di organi meccanici (come quelle che hai visto nei video presenti sul sito della nostra officina laboratorio) troviamo principalmente:
Mentre tra i software più conosciuti e adoperati laddove ci sono grandi necessità di calcolo matematico troviamo:
Questi che ti ho elencato sono solo alcuni dei tantissimi software esistenti. Cercando sul web questi software ne troverai molti altri alternativi. I prezzi per gli istituti tecnici e le università sono più bassi che per il privato. Molte volte cercando delle alternative si riesce a risparmiare notevolmente anche se si acquistano software con minori funzioni. E’ importante sottolineare che spesso però si acquista un software costoso per farci sempre e solo le solite operazioni.
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Formule per il dimensionamento dell’albero a gomiti
Per il dimensionamento dell’albero a gomiti, le formule raccolte nel manuale del perito meccanico che mi dicevi, vanno benissimo. Tuttavia se riesci ad andare in una biblioteca di un’Università di Ingegneria Meccanica, trovi sicuramente degli ottimi approfondimenti che richiedono però buone conoscenze matematiche. Dimensionare l’albero motore comporta, come già saprai, progetto e verifica di: perno di manovella; perno di banco; braccio di manovella.
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La forza che verrà impressa sul cielo del pistone e relative formule, in modo da poter eseguire i corretti e dovuti dimensionamenti.
Considerando che il motore in questione è un propulsore 2 tempi 125cc per uso motociclistico, per calcolare la spinta che solleciterà il pistone, e tenderà ad inflettere la biella (nel punto di quadratura: ossia nel punto in cui le sollecitazioni sono al massimo) con un carico di punta che a sua volta verrà trasmesso all’albero motore, relativi cuscinetti e carter… devi considerare i seguenti valori:
Pme 0,7-1,0 (MPa)
Unità di misura: 1 MPa (megapascal) = 1.000.000 pascal = 106 N/m2 = 1 N/mm2 ≈ 0,1 kg/mm2
Nel tuo caso, considerando un alesaggio di 54mm e quindi un area (raggio x raggio x 3,14) di circa 2290mm2, la spinta media sul pistone avrà un valore di 2290 Newton se consideri una Pme=1; ovvero F [N] = Pressione [N/mm2] x Superficie [mm2] = 1N/mm2 x 2290mm2
ηg 25-30 %
up 16-20 [m/s]
C/D 0,8-1,0
n (giri/s) 120-160
Potenze specifiche comprese tra 100-200 KW/dm3
Unità di misura: 1kW = 1,36CV = 1,34hp = 737,56 lbf·ft/s = 101,97 kgf·m/s
Questi dati sono quelli di cui si tiene conto la maggior parte delle volte durante la progettazione di motori motociclistici 2 tempi di piccola cilindrata.
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Rubrica: Costruire un motore – Parte 4
Titolo o argomento: Chiarimenti circa le pressioni in camera di scoppio, aree e volumi, unità di misura e parametri importanti di calcolo
Rispondendo a: Stefano
Circa il discorso delle pressioni, le aree e i volumi nella tua mail abbiamo notato un pò di confusione. La pressione che misuri a motore spento inserendo un manomentro al posto della candela, non ha molto a che fare con la spinta che si genererà sul pistone nell’istante della combustione. Con la pressione che hai rilevato il motore nemmeno partirebbe. Devi considerare che, a motore spento, misuri semplicemente il rapporto geometrico di compressione ossia un rapporto tra la pressione presente nel volume (cilindro + camera di scoppio) quando il pistone si trova al punto morto inferiore, e quella che raggiungi quando il pistone arriva al punto morto superiore (ossia quando rimane solo il volume della camera di scoppio nel tuo specifico caso; questo non vale ad esempio per molti pistoni dei 4 tempi ma non è il tuo caso).
Durante il movimento del pistone dal punto morto inferiore a quello superiore, ovviamente, l’area del cilindro è sempre la medesima e ciò che osservi variare, in termini geometrici, è il volume a disposizione per eseguire i 2 tempi (aspirazione compressione – combustione scarico). Ti ricordiamo che il volume del cilindro lo misuri in ogni istante moltiplicando l’area dello stesso (e quindi raggio x raggio x 3,14) per la corsa utile a disposizione prima che raggiunga il PMS (punto morto superiore). A questo valore va sommato il volume della camera di scoppio che puoi trovare senza tante complicazioni così:
Smonta la testa dal cilindro, avvitaci la candela, mettila rovesciata su una superficie piana, riempi di olio motore un piccolo contenitore graduato, versa l’olio nella camera di scoppio e vedi quanto ne è rimasto nel tuo contenitore graduato, dalla sottrazione sai quanto olio sta occupando la tua camera di scoppio, dalla quantità d’olio trovata risali velocemente al volume anche perchè molti contenitori graduati indicano sia i litri, sia i decimetri cubi. Ovviamente 1 litro = 1 dm3 e π = P greco.
A mano a mano che il pistone scende verso il PMI punto morto inferiore, il volume a disposizione cresce; al contrario durante la corsa verso il PMS punto morto superiore, il volume si riduce notevolmente. La riduzione di volume provoca di per sè un incremento delle pressioni che diventa ancora maggiore (molto maggiore) quando avviene la combustione e la quasi istantanea espansione dei gas. Questo genera la spinta violenta che spingerà il tuo pistone verso il punto morto inferiore…
Parte A
Alesaggio D: diametro interno del cilindro entro cui si muove il pistone
Corsa C: distanza percorsa dal pistone dal PMS al PMI
Sezione trasversale cilindro Ac: raggio · raggio · π oppure (π · D2) / 4
Cilindrata: Ac · Corsa
Rapporto volumetrico di compressione: r = (V + Vc) / Vc
ovvero volume cilindro + volume camera di combustione diviso il volume della camera di combustione (attenzione che in diversi motori 4 tempi il cielo del pistone ha una forma con una sporgenza che occupa parte del volume della camera di scoppio, ma non è il tuo caso)
Velocità di rotazione dell’albero motore: ω = 2 · π · n
velocità angolare dell’albero a manovelle misurata tramite il numero di giri completi in un secondo “n” oppure in radianti al secondo.
Frequenza del ciclo: fc = n/ε
ε=1 per il motore a 2 tempi; ε=2 per il motore a 4 tempi
Angolo di manovella θ (si legge Teta): θ=ω·t=2π·n·t
se ti sembra incomprensibile pensa solo al fatto che la velocità è uguale a uno spazio fratto il tempo. Di conseguenza lo spazio è dato dalla velocità per il tempo. Se consideri che un angolo percorso dalla manovella equivale ad uno spazio, ne segue che l’angolo di manovella Teta ovvero lo spazio è dato dalla velocità 2πn (vista poco sopra) per il tempo. Tutto qui.
Parte B
Spostamento del pistone: Sp= C/2·[1+(1/Λ)-cosθ-(1/Λ)·√(1-(Λ2·sin2·θ))]
dove Λ (che si legge lambda) vale: Raggio di Manovella diviso Lunghezza biella, ovvero: Λ=Rm/Lb
Velocità media del pistone: Ûp = 2 · C · n
relativa ad un giro completo di albero motore, dove “C” è nuovamente la Corsa e “n” il numero dei giri.
Velocità istantanea del pistone: up = Ûp (π/2) · [sinθ + (Λ · sin2θ / (2√(1-(Λ2 · sin2 · θ))))]
si annulla all’inizio ed alla fine della corsa. Ti ricordo inoltre che la derivata dello spostamento è la velocità, e che la derivata della velocità è l’accelerazione. Questa semplice relazione ti permette di ricavare tutto ciò che ti serve semplicemente partendo dallo spostamento.
Accelerazione del pistone: ap = ω2 (C / 2) · [cosθ + Λ · cos2θ]
Volume istantaneo cilindro: V = V · [(1 / (r-1)) + (1/2) ( 1 + (1/Λ) -cosθ -(1/Λ) √1-(Λ2sin2θ) )]
Ovvero il volume disponibile per ogni posizione dell’albero motore. Indicheremo il volume istantaneo in grassetto e quello normale senza il grassetto. Derivando il volume istantaneo rispetto a θ (ovvero dV/dθ) si ottiene la variazione di volume che si ha con l’angolo di rotazione della manovella. Quanto varia il volume disponibile nel cilindro per ogni grado di rotazione? Derivando invece il volume istantaneo rispetto al tempo t (ovvero dV/dt) si ottiene la variazione di volume rispetto al tempo. Quanto varia il volume disponibile nel cilindro in ogni secondo che passa? Ecco un altro buon motivo per cui le derivate sono molto importanti. Come del resto una buona conoscenza di tutta la matematica. Specie in questo campo.
Parte C
Momento torcente: Me=F·b
Potenza effettiva: Pe=ω·Me
Lavoro indicato: Li=∫pdv
integrale della pressione rispetto alla variazione di volume. Rappresenta nient’altro che l’area racchiusa dal ciclo indicato. Il Lavoro indicato non è altro che il lavoro ceduto dal fluido al pistone. Note: L = F·s = (Pmi·Ac)·C = pmi·V = Li.
Potenza indicata: Pi= dLi/dt = Li·fc = Li·(n/ε)
Pressione media indicata: Pmi= Li/V
ricorda sempre che un momento è dato da una forza per il braccio, un lavoro dalla forza per lo spostamento e una potenza dalla Forza per la Velocità oppure dal Lavoro diviso il tempo…
Rendimento indicato: ηi=Pi/(mc·Hi)
dove mc·Hi è la potenza termica messa a disposizione dal combustibile, “mc” è la massa di combustibile e “Hi” è il potere calorifico inferiore del combustibile
Rendimento organico: ηo= Pe/Pi
Pressione media effettiva: Pme= ηo·Pmi
Pme: lavoro effettivo per ciclo ed unità di cilindrata. La Pme è il lavoro utile fornito ad ogni ciclo dall’unità di cilindrata. Quindi è improprio per molti ingegneri chiamarla pressione media effettiva (e li capisco…); tuttavia essendo dimensionalmente e quindi per l’unità di misura, una pressione (si indica in MPa Mega Pascal), in tutti i testi di ingegneria e motorismo la si chiama così. In realtà ci sono formule ben più complesse che esplicano come si arriva di preciso al valore esatto dalla Pme, esse considerano tutti i tipi di rendimento del motore. Ma non credo che occorrano nel tuo caso.
Rendimento globale: ηg=1/Cse
dove Cse è il consumo specifico di energia per produrre l’unità di lavoro: Cse=(mc·Hi)/Pe.
Nel successivo articolo troverai direttamente il valore della Pme che ti occorre in modo da semplificare i tuoi conti. Con queste formule saprai però spiegare come si arriva a quel valore, inoltre potrai vedere più da vicino come si ricavano i parametri più importanti.
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La lega di acciaio da utilizzare per l’albero motore
A prescindere dal fatto che non è stato ancora deciso se modificare l’albero esistente o se farne uno nuovo da zero con altre caratteristiche, le leghe di acciaio al Nichel Cromo Molbdeno che mi hai segnalato nella tua mail (18NiCrMo5 – 16NiCrMo2) vanno bene entrambe ma quella che viene maggiormente utilizzata in campo motociclistico è la 16NiCrMo2. Tuttavia un professore di Metallurgia presso l’Università che frequento mi ha detto che tra queste due leghe non ce n’é una particolarmente adatta dal punto di vista economico in quanto si tratta di acciai da Cementazione. Il trattamento termico di cementazione è abbastanza costoso. Sarebbe molto più conveniente utilizzare acciai da Bonifica per il tuo progetto. Ad esempio:
1. 39NiCrMo3
2. 38NiCrMo4 (quasi identico al precedente ma aggiornato alle nuove normative)
Def.
Acciai da Cementazione: acciai con bassa percentuale di carbonio non superiore allo 0,20%. Acciai destinati al trattamento termico (piuttosto costoso) di cementazione. Contengono: nichel per la tenacità e la temprabilità; cromo e molibdeno per la temprabilità e la stabilizzazione dei carburi.
Acciai da Bonifica: acciai che possono sopportare carichi elevati, urti e particolarmente adatti a resistere a fatica. Possiedono il miglior compromesso fra resilienza e tenacità. La concentrazione di carbonio negli acciai da bonifica è compresa fra lo 0,21% e lo 0,60%. Gli elementi leganti, oltre a permettere di diminuire la concentrazione di carbonio alla quale si ha la massima tenacità, hanno le seguenti funzioni: nichel, cromo e manganese favoriscono la temprabilità; il molibdeno riduce la fragilità al rinvenimento; il vanadio affina la grana cristallina.
Si tratta di acciai che vengono trattati con tempra, in acqua o in olio, e successivo rinvenimento a circa 620 °C.
Note
Ricorda infine che quando si realizza un albero motore si devono eseguire:
Equilibratura statica e dinamica globale delle masse rotanti del solo albero
Equilibratura statica e dinamica globale delle masse rotanti dell’imbiellaggio
Equilibratura statica e dinamica globale rispetto alle forze alterne di inerzia.
Equilibratura locale delle singole manovelle.
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