Workshop mech lav r2b 2011

MechLav LABORATORIO PER LA MECCANICA AVANZATA

Bologna 8/9 Giugno 2011

Applicazioni avanzate di diagnostica, monitoraggio e indagine per sistemi meccanici e fluidodinamici

P. Bonfiglio, G. D’Elia, A. Carandina


Il MechLav ha una struttura appositamente dedicata alla ricerca industriale, ai servizi tecnologici alle Imprese e al trasferimento tecnologico

Gli ambiti di ricerca e trasferimento tecnologico del MechLav sono:

• Acustica e Vibrazioni (Pompoli, Dalpiaz)

• Termofluidodinamica e progettazione meccanica (Bettocchi)

• Ingegneria Informatica (Stefanelli)

MechLav – Laboratorio per la meccanica avanzata

MechLav è il Laboratorio per la Meccanica Avanzata del Tecnopolo dell’Università di Ferrara, operante nell’ambito della Rete Alta Tecnologia dell’Emilia Romagna - piattaforma Meccanica Materiali.



Personale

• Personale strutturato (coordinamento, supervisione, sviluppo metodologie) • 13 DOCENTI • 5 RICERCATORI UNIVERSITARI

• Personale dedicato • 5 RICERCATORI T.D. • 14 ASSEGNISTI DI RICERCA

Sedi

Laboratori integrati di Acustica e Vibrazioni meccaniche

c/o Dipartimento di Ingegneria Via Saragat, 1 - 44122 Ferrara

Laboratori di Termofluidodinamica, Prototipazione rapida e Supercalcolo

c/o CenTec Via Guercino, 47 - 44042 Cento (FE)



Attività aree Macchine e Informazione

• Sperimentazione industriale;

– progettazione di apparati per misure termiche e meccanica;

– reverse engineering (scanner e digitalizzazione tridimensionale, dispositivi di prototipazione rapida).

• Progettazione termofluidodinamica e meccanica; – progettazione e ottimizzazione di macchine a fluido e sistemi di

combustione, con approccio mono-bi e tridimensionale avanzato.

– progettazione di macchine con materiali metallici e innovativi (polimerici, compositi, ecc.)



Attività aree Macchine e Informazione

• Calcolo avanzato e calcolo parallelo per la

progettazione di sistemi meccanici; – disponibilità di strumenti di calcolo per l’impiego di codici

avanzati di simulazione meccanica e fluidodinamica;

– possibilità di utilizzo di Cluster per il calcolo parallelo.

• Progettazione di sistemi informatici; – progettazione di Sistemi Web, DataBase, Client/Server.

• Progettazione di sistemi di telecomunicazione. – progettazione di sistemi VoIP.



Attività aree Acustica e Vibrazioni

• Diagnostica vibro-acustica e controllo qualità;

– implementazione e sviluppo di tecniche di analisi del segnale vibro-acustico.

• Modellazione e sperimentazione finalizzate alla soluzione di problematiche vibro-acustiche;



Attività aree Acustica e Vibrazioni

• Caratterizzazione materiali per il controllo attivo e

passivo del rumore; – definizione di procedure di caratterizzazione di materiali

(poroelastici, elastici e viscoelastici) finalizzate alla corretta simulazione vibroacustica dei sistemi.

• Caratterizzazione, sviluppo e ottimizzazione di prodotti e sistemi con elevate prestazioni di isolamento acustico.



L’intensimetria acustica: applicazioni industriali

Dott. Paolo Bonfiglio


Indice

L’intensità acustica Misura della potenza sonora mediante tecnica intensimetrica L’intensimetria acustica come strumento di identificazione di sorgenti sonore Misura della Transmission Loss mediante scansione intensimetrica


L’intensità acustica

•L’intensità acustica è una grandezza di notevole importanza nel campo dell’acustica applicata;

•Grazie alla sua “natura vettoriale” permette anche di determinare la direzione del flusso di energia proveniente dalla sorgente; di conseguenza fornisce indicazioni maggiori rispetto alla pressione sonora;

•Per la misura dell’intensità acustica si utilizza un sensore costituito da due microfoni, chiamato intensimetro; • Facile implementazione di codici di calcolo;


L’intensità acustica

Implementazione di un codice di calcolo dell’intensimetria acustica su piattaforma National Instruments / Labview ®

Sistema di misura per analisi intensimetriche

•Misure intensimetriche •Misure del potere fonoisolante secondo la norma ISO 15186 •Misura della potenza sonora secondo le norme 9614 parte 1 e 2 •Software di mappatura intensimetrica


Misura della potenza sonora mediante tecnica intensimetrica

•La potenza sonora è l’unico dato oggettivo che consente lo scambio di informazioni fra le diverse parti coinvolte nell’uso e nella produzione di una sorgente sonora (costruttore, acquirente, installatore, consulente acustico, utente). •Essa è definita come l’energia emessa dalla sorgente nell’unità di tempo •Le norme ISO 9614-1 e 9614-2 descrivono la strumentazione e procedura per determinare la potenza sonora mediante l’utilizzo dell’intensimetria acustica.


Misura della potenza sonora mediante tecnica intensimetrica

Esempi


L’intensimetria acustica come strumento di identificazione di sorgenti sonore

•Data la complessità delle sorgenti di rumore sono state sviluppate diverse tecniche avanzate per l’identificazione degli “hot spot” di emissione di tali sorgenti.

• Intensità Acustica •Olografia Acustica •Beamforming

I vantaggi dell’intensimetria • Facile implementazione di codici di calcolo; •Utilizzo di un numero limitato di trasduttori, condizionatori di segnale, ecc…; •Calibrazione in ampiezza e fase dei trasduttori; •Esiste una normativa di riferimento. • Possibilità di integrare un sistema intensimetrico con un sistema di posizionamento e movimentazione automatico


L’intensimetria acustica come strumento di identificazione di sorgenti sonore

Esempi


Misura della Transmission Loss mediante scansione intensimetrica

•La valutazione delle performance di isolamento di componenti può essere effettuata mediante la norma ISO 15186

Components & Systems for Automotive

Adler GroupComponents & Systems for Automotive

Adler Group


Misura della Transmission Loss mediante scansione intensimetrica

•La valutazione delle performance di isolamento di componenti può essere effettuata mediante la norma ISO 15186

Components & Systems for Automotive

Adler GroupComponents & Systems for Automotive

Adler Group

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Transmission Loss componenti automotive

Lamiera + Poroso + Strato

viscoelstico

Lamiera Acciaio 5 mm



Tecniche vibratorie per il monitoraggio e la diagnostica di macchine rotanti

Ing. Gianluca D’Elia


Monitoraggio o Diagnostica?

La risposta vibratoria di un sistema meccanico è strettamente legata al suo stato di salute. La variazione dello stato di salute della macchina causa una variazione della sua risposta vibratoria

Dalla Norma UNI ISO 13372:

• Diagnostica: esame di sintomi e di sindromi per stabilire la natura dei difetti o dei guasti;

• Monitoraggio: Ricerca e raccolta di informazioni e di dati che indichino lo stato di una macchina;


Metodologia d’analisi

SISTEMA

Ottenimento di parametri legati alla salute dell’organo meccanico in studio

Monitoraggio e Diagnostica


Techniche di analisi del segnale

SEGNALE

STAZIONARIO NON-STAZIONARIO

CICLO-STAZIONARIO

STFT - CWT – WVD PS – FFT - MS – MA - MF

MIP – CMS – SCD – CMC - CC


Monitoraggio esempi: motori c.i.


Monitoraggio esempi: motori c.i.

Statistical pattern recognition

Motore sano Mancanza di una semibronzina


0 180 360 540 720-2

-1

0

1

2

angle [deg]

Acce

lera

tio

n [g

]

Diagnostica esempi: motori c.i.

0 180 360 540 7200

0.4

0.8

1.2

angle [deg]

MIP

Media sincrona

MIP


Diagnostica esempi: motori c.i.

CONTINUOS WAVELET TRANSFORM

Media sincrona Segnale residuo


Monitoraggio esempi: ruote dentate

Tooth spall Low quality gear



Sana

Scarsa finitura superficiale

RMS +5.4%



Sano Difettoso

RMS +65%

Kurtosis +1076%


Diagnostica esempi: ruote dentate

WIGNER-VILLE DISTRIBUTION


CWT Morlet CWT Impulse


CONTINUOUS WAVELET TRANSFORM



SCD


Diagnostica esempi: cuscinetti

Load


Diagnostica esempi: cuscinetti



Sistemi di acquisizione dati e realizzazione banchi prova customizzati Ing. Alessandro Carandina


PROBLEMATICHE AZIENDALI

Necessità di catene di misura particolari per analisi specifiche Necessità di impiego di strumenti molto onerosi una tantum Comportamento anomalo di sensori in esercizio Incertezza nelle misure dei dati Necessità di automazione di processi


SERVIZI PER LE AZIENDE

Progettazione e realizzazione di banchi prova presso l’azienda richiedente Sviluppo di software user-friendly per il monitoraggio e il controllo di processi Realizzazione on-site di sistemi di acquisizione temporanei Caratterizzazione di elementi quali pompe, turbine, compressori mediante banchi prova Analisi dei segnali degli strumenti



Progettazione e realizzazione di banchi prova presso l’azienda richiedente

Determinazione grandezze fisiche da acquisire e parametri da calcolare Scelta dei sensori Scelta del sistema di condizionamento e trasduzione del segnale Implementazione del software



Sviluppo di software per il monitoraggio e il controllo di processi

Embedding di algoritmi di analisi nei programmi di monitoraggio Immediatezza nella visualizzazione dei dati Semplicità dei comandi Interfacce user-friendly Generazione automatica di report e aggiornamento dei database



Realizzazione on-site di sistemi di acquisizione temporanei

Strumenti portatili ad elevate prestazioni Sistemi imbarcabili per il data logging Sistemi rugged per il controllo remoto



Caratterizzazione di componenti nei laboratori del dipartimento

Banchi prova per: pompe turbocompressori micro turbine a gas ventilatori industriali motori (automotive)


CASE STUDY

Architettura in labVIEW per la gestione simultanea di banchi prova per caldaie a condensazione e bruciatori industriali

DITTA:

THERMITAL (RIELLO Group) Via Jacopo Gasparini, 86 - 31040 Volpago Del Montello (TV) - Italy

LA SFIDA:

sviluppare un sistema per l’acquisizione dati, il controllo

dell’intero laboratorio, la gestione delle sicurezze, la

creazione di report e la taratura dei sensori.

LA SOLUZIONE:

creazione di un software modulare, gestione dei banchi

prova e delle sicurezze centralizzata e condivisione in

rete dei dati acquisiti.


DESCRIZIONE IMPIANTO


NI Compact Field Point

G6M IMO PLC

SIEMENS Gas Analyzer

PC

SISTEMA DI ACQUISIZIONE/CONTROLLO


SELEZIONE RAMPE


SCHERMATE


TARATURA


CARATTERISTICHE

STANDARDIZZAZIONE

• POSSIBILITA’ DI REPLICARE SPECIFICHE CONDIZIONI DI LAVORO PER I TEST

• GENERAZIONE AUTOMATICA DI REPORT DI PROVA STANDARD PER I DIVERSI LABORATORI

VISUALIZZAZIONE IMMEDIATA

• INTERFACCIA GRAFICA USER FRIENDLY

• VISUALIZZAZIONE NUMERICA E GRAFICA DI TUTTE LE GRANDEZZE TERMODINAMICHE DEL SISTEMA

• SICUREZZE ATTIVE DEL PROGRAMMA PER EVITARE SITUAZIONI DI PERICOLO

ACCURATEZZA DELLE MISURE • CORREZIONE DEGLI ERRORI DEGLI STRUMENTI DI MISURA • COMPENSAZIONE DEI DISTURBI DEI SEGNALI • CONTROLLO SULL’INCERTEZZA DELL’INTERA CATENA DI MISURA • COEFFICIENTI DI TARATURA SEMPRE AGGIORNATI SU SERVER



Grazie per l’attenzione

www.unife.it/tecnopolo/mechlav

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