Progettare 457

progettare 457 • ottobre 2023 53 ulteriormente le cose, il comportamento strutturale del serbatoio in risposta alla pressione del flusso e a carichi termici variabili costituisce un problema di tipo multi-fisico che implica gli aspetti legati a oscillazione del liquido, formazione di bolle, turbolenza, trasmissione del calore e dinamiche strutturali. Lo studio Un recente caso di studio condotto dal Filtration group di Parker Hannifin ha illustrato i vantaggi che la CFD può of- frire nell’ottimizzazione del processo di progettazione e sviluppo di un serbatoio idraulico. In primo luogo, si consideri che la configurazione di ingresso di un serbatoio idraulico ha un’influenza diretta sul modello di flusso complessivo e influ- isce sulla forza che agisce sulle superfici interne del serbatoio. Nell’ambito dello studio, Parker ha progettato il serbatoio in modo che abbia il potenziale di alterare il posizionamento dell’imbuto. Il team ha potuto studiare l’effetto delle proprietà di ingresso sul modello di flusso attraverso cinque configurazioni: imbuto a 0° (con fondo aperto angolato), imbuto a 90°, imbuto a 180°, imbuto perforato a 0° e imbuto perforato con fondo piatto. Le simulazioni al computer hanno prodotto risultati interessanti, con differenze signi- ficative nella quantità di vortici, misce- lazioni e oscillazioni del fluido idraulico. Da notare come la quantità di aria che raggiunge la regione critica si sia ridotta con la rotazione dell’angolo dell’imbuto. Inoltre, l’analisi della resistenza basata sul- la pressione prevista dalla CFD impartita alle pareti interne del serbatoio ha incluso l’entità delle sollecitazioni risultanti e la deformazione del materiale strutturale. Questo ha consentito di identificare posi- zioni soggette a carichi/spostamenti critici e valutare la sicurezza strutturale. Ulteriori osservazioni utili risultanti dalle simulazio- ni riguardavano l’effetto della posizione dell’imbuto sulla distribuzione delle sol- lecitazioni di taglio, l’attrito della parete del serbatoio e il trasferimento di calore. Tra gli altri effetti, le strutture degli imbuti con flusso in uscita attraverso perforazioni hanno avuto un impatto significativo sulla quantità di moto del flusso, con conse- guente miglioramento della distribuzione del flusso di olio all’interno del serbatoio. I vantaggi reali La CFD sta assumendo un’importanza sem- premaggiorenel processodi progettazione e nelle attività di sviluppo, come l’ottimiz- zazione dei serbatoi idraulici, poiché offre numerosi vantaggi agli OEM di macchine e agli utenti finali. Molti di questi vantaggi derivano da una significativa riduzione del peso e dell’ingombro del serbatoio: uno di loro è la maggiore capacità di installazione della batteria. Il processo di riprogettazione delle macchine precedentemente alimen- tate a diesel, trasformandole in equiva- lenti elettriche a batteria, deve avvenire generalmente senza alcuna modifica alla forma esterna. Con un tale vincolo, spesso è difficile trovare spazio sufficiente per un pacco batterie. Tuttavia, con la riduzione dell’ingombro del serbatoio idraulico si crea spazioper unamaggiore capacitàdella batteria, consentendo alle macchine di fun- zionare più a lungo con una singola carica. Nel casodi studiodi Parker, è statopossibile ridurre l’ingombrodel serbatoio idraulicodi 75 l per macchina. In alternativa, una ridu- zione del peso del veicolo può aumentarne la capacità di carico, il che significa che gli ingegneri possono ottimizzare la progetta- zione in base ai requisiti della singola mac- china. Per quanto riguarda il peso, grazie all’applicazione di componenti più leggeri si ottengono risparmi ben documentati sia in termini di consumo di carburante sia di emissioni di CO 2 . Il caso di studio di Parker sull’ottimizzazione dei serbatoi idraulici ha mostrato un risparmio di peso di 100 kg per macchina, che ha contribuito a incrementa- re l’efficienza di consumo del carburante e a ridurre le emissioni di carbonio. La sicurezza Un altro fattore che trae vantaggio dall’ottimizzazione del serbatoio idrau- lico è la sicurezza. La principale area di interesse in questo caso è la riduzione dell’aerazione di cui si è parlato sopra. Quando si aziona un cilindro idrau- lico, per esempio, sostanzialmente SPECIALE INDUSTRIA MACCHINE AGRICOLE La CFD sta assumendo un’importanza sempre maggiore nel processo di progettazione e nelle attività di sviluppo.