Riduzione della frizione e dell'usura

La frizione e l'usura causate dal movimento dei componenti di un macchinario a contatto tra loro sono inevitabili. Tuttavia, esistono alcuni modi per limitare la frizione ed estendere la durata dei componenti e delle macchine accorciando gli intervalli di manutenzione. Spesso, i macchinari sono lubrificati e il carico è supportato dal lubrificante oltre alle ruvidità.

I lubrificanti contengono additivi che si legano alle superfici dei metalli per ridurre la frizione. Il progetto ALM ("Advanced lubrication modelling") ha studiato nel dettaglio la formazione di strati protettivi sulle superfici dei componenti quando il lubrificante non è sufficiente. Gli scienziati hanno studiato l'eventuale possibilità di modellare gli effetti chimici su nano scala e gli effetti meccanici su micro scala.

Per calcolare la distribuzione della pressione sulle interfacce tra i componenti dei macchinari in varie condizioni di lubrificazione, sono state utilizzate le equazioni di Reynolds. Per i film sottili, è stato importante includere l'influenza della ruvidità della superficie nella risoluzione delle equazioni sulla pressione. Gli scienziati del progetto ALM hanno adottato un approccio di omogeneizzazione per cogliere gli effetti della ruvidità con piccole scale di lunghezza caratteristiche.

Esistono diverse tecniche di omogeneizzazione, da quelle più astratte a quelle orientate alle applicazioni industriali. Il cosiddetto metodo delle scale multiple è stato sviluppato a sufficienza per essere usato con gruppi di equazioni che descrivono due superfici solide che scivolano una sull'altra e interagiscono tramite uno strato sottile di lubrificante.

Con una maggiore comprensione dell'usura su diverse scale di lunghezza e di tempo, i ricercatori di ALM hanno poi esplorato la possibilità di controllare attivamente la dinamica di flusso dei lubrificanti. Insieme ai partner industriali, il quadro di modellizzazione multiscala è stato utilizzato per ridurre le perdite di energia dovute alla frizione in un motore idraulico di recente progettazione.

La versatilità degli strumenti di simulazione numerica sviluppati nell'ambito del progetto ALM è stata anche dimostrata nella progettazione del cilindro distributore per motori diesel di grande potenza. Riducendo la quantità di energia persa nel calore generato dalla frizione, l'efficienza meccanica è aumentata con significative implicazioni sul consumo di carburante e olio.

Le attività del progetto ALM hanno dato vita a un portafoglio completo di strumenti di modellizzazione della lubrificazione per l'industria che consentiranno di ottenere una prospettiva unica sull'ottimizzazione della lubrificazione e risultati sia affidabili che economici. Si prevede che questa sarà una risorsa su cui i produttori faranno affidamento.