Abstract

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La refrigerazione è indispensabile per la vita umana: settore alimentare, salute
e comfort. La refrigerazione è anche necessaria per la realizzazione di attuali
e future fonti energetiche come la liquefazione dei gas naturali.
L’uso della refrigerazione sta quindi costantemente aumentando e continuerà
a crescere nei prossimi anni. Comunque la refrigerazione è anche al centro dei
due maggiori trattati per l’ambiente: Montreal (1987) and Kyoto (1997),
protocolli emessi per rimpiazzare i refrigeranti CFC (clorofluorocarburi) e gli
HCFC (idroclorofluorocarburi) con gli HFC (idrofluorocarburi) o gas naturali
per ridurre le emissioni in atmosfera. L’UE con la 2006/40/EC stabilisce che
dal 2011 tutti i fluidi refrigeranti che un GWP (potenziale di riscaldamento
globale) superiore a 150 saranno banditi, cosi che non potrà essere utilizzato
l’attuale R134a.
Maflow s.p.a, una azienda produttrice di tubazioni del mondo automotive, sta
sviluppando prodotti per ogni possibile nuovo refrigerante. In particolare
l’attenzione è focalizzata sulle tubazioni CO2 dei sistemi di refrigerazione a
causa delle alte pressioni e temperature di esercizio (con l’R134a si ha un’alta
pressione pari a 18bar ed una bassa pari a 3 bar; con la CO2 un’alta pressione
di 100 bar e una bassa pressione di 35bar).
Questo lavoro consiste di uno studio vibro-acustico sulle tubazioni di alta e
bassa pressione di un sistema di refrigerazione automotive CO2 per ridurre
l’emissione di rumore ed aumentare cosi il comfort dei passeggeri all’interno
del veicolo. Abbiamo cercato di trovare un metodo standard di misura per
ottenere tutti i parametri utili alla progettazione del miglior lay-out,
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minimizzando il numero di prototipi (costi più bassi) aumentando il comfort
acustico.
Ovviamente la gomma, con le sue proprietà meccaniche e caratteristiche
smorzanti ha un ruolo fondamentale per aumentare la qualità della tubazione.
Il tubo di alta pressione ( Shark F4) ha una particolare struttura: per ridurre la
permeabilità della CO2 lo strato interno è costituito da una tubazione
corrugata, il secondo strato è gomma (EPDM), il terzo una treccia metallica,
ed lo strato più esterno di gomma (dimensioni tubo:6x15mm, lunghezza 350
mm).
Il tubo di bassa pressione (ULEV= ultra low emission value) è un classico
tubo EPDM (gomma) con una treccia tessile tra i due strati di gomma: per
evitare attacchi acidi c’è uno strato interno polimerico.
I tubi flessibili, in un sistema automotive, sono gli unici organi atti allo
smorzamento vibrazioni provenienti dal compressore.
Lo Shark F4 a causa del corrugato interno ha un elevato valore di rigidezza e
la sua presenza è causa di turbolenze interne che a volte generano vortici di
separazione che danno inizio ad un fischio ad alto contenuto tonale ( 4000
Hz).
La ricerca è iniziata effettuando l’analisi modale delle tubazioni di alta e bassa
pressione in condizioni libere per calcolare tutte le frequenze naturali; in
questo caso la struttura era eccitata con un attuatore piezo e martello.
Il secondo step è stato quello di determinare il ciclo termodinamico realizzato
dal banco CO2 costruito nel 2004 dalla Maflow s.p.a.
Il terzo step è stata un analisi in condizioni operative (alta e bassa pressione)
utilizzando il vibrometro laser Doppler (come acquisitore) e sensore di
pressione (per conoscere la forza di ingresso).
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Completata questa parte abbiamo fatto un test acustico attraverso una sonda
intensimetrica; per questo test abbiamo avuto la necessità di suddividere la
tubazione dal banco vista la notevole differenza di emissione acustica
(banco=83 dB, tubo= 50 dB).
L’ultima parte dello studio è invece focalizzata sullo studi dell’incertezza di
misura.
Per minimizzare il numero di prototipi nella futura produzione sarà molto
importante comparare tutti i risultati empirici con i dati provenienti da
software di simulazione.
I Software utilizzati in questo lavoro sono LMS, Labview and Ansys;
comparando tutti i dati si è sviluppato un modello numerico che permetterà di
progettare e predire completamente il comportamento della tubazione solo
utilizzando il modello numerico e minimizzando il più possibile il numero
delle misure reali.
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