Post on 04-Jun-2018
RAPORT STIINTIFIC ETAPA a II-a
Contract nr. 1SEH / 2013
Cu titlul:
DEZVOLTAREA PRODUSELOR SI TEHNOLOGIILOR HIGH - TECH OFERITE DE
RAAL PIETEI EXTERNE A SCHIMBATOARELOR DE CALDURA.
Faza de executie nr. 2 / 2014
Realizarea, experimentarea si testarea pe modele functionale a solutiilor analizate
Programul PN II: INOVARE, Stimularea Exportului High –Tech, Produse si tehnologii Autoritatea Contractanta: Unitatea Executiva pentru Finantarea Invatamantului Superior, a
Cercetarii, Dezvoltarii si Inovarii, subordonata Ministerului Educatiei Nationale - UEFSCDI
Identificator: PNII-IN-SEH-2012-1
RAAL S.A. Str. Industriei 7, 420063 BISTRITA, ROMANIA Phone: +40 263 234379 Fax: +40 263 234507 e-mail: raal@raal.ro www.raal.ro www.htraal.ro
2
1. Introducere
Proiectul, Dezvoltarea produselor si tehnologiilor high-tech oferite de RAAL pietei
externe a schimbatoarelor de caldura – acronim HTRAAL, prin desfasurarea lui si prin efectele
preconizate va conduce la:
- cresterea capacitatii de inovare a specialistilor participanti la implementarea proiectului;
- dezvoltarea tehnologica si asimilarea in productia RAAL a rezultatelor cercetarii industriale;
- cresterea competitivitatii economice a firmei si implicit a mediului economic national;
- toate acestea, prin pargiile corespunzatoare, conduc in final la cresterea calitatii vietii celor
implicati direct si indirect in succesul finalizarii proiectului propus.
Proiectul HTRAAL, nascut din dorinta de a revigora activitatile de cercetare industriala,
dezvoltare experimentala si inovare - CDI - la nivelul firmei RAAL are urmatoarele obiective:
- Cercetarea proprie privind materialele, formele si tehnologiile de fabricatie a reperelor
importante din componenta schimbatoarelor de caldura.
- Testarea complexa a produselor RAAL prin simularea conditiilor reale de exploatare.
- Actualizarea si inovarea tehnologiei de asamblare prin brazare a elementelor componente ale
schimbatoarelor de caldura.
- Protejarea prin brevetare interna/externa a rezultatelor CDI din firma.
- Dezvoltarea sistemelor/grupurilor de racire combinate din schimbatoare de caldura.
- Identificarea printr-un sistem intern a produselor care incumba minimum de originalitate
constructiva, functionala sau tehnologica pentru a fi definite ca “produse High-Tech” si evidentierea
ponderii acestora din exportul RAAL.
- Actualizarea sistemului CDI din firma in conformitate cu situatia nou creata.
Piata externa a schimbatoarelor de caldura in continua crestere si mai ales interesul clientilor
pentru produse high - tech, genereaza o tendinta de transfer catre RAAL a preocuparilor si
cheltuielilor acestora in directia cercetarii – dezvoltarii - inovarii de produse si tehnologii de ultima
ora. Este necesar de mentionat ca firma livreaza schimbatoare de caldura direct si prin subsidiarele
din Italia, Olanda, Germania, SUA in peste 45 de tari de pe glob si mai ales la peste 40 de firme de
renume.
Grupul tinta este compus din produsele care inglobeaza cea mai multa inovare din RAAL –
respective sistemele si grupurile de racire integrate din mai multe schimbatoare de caldura si care
reprezinta, la nivelul anului 2013, cca 50% din volumul total de productie, produse destinate integral
exportului.
3
Activitatile acestei etape sunt axate pe cele trei directii ale proiectului, respectiv pe :
= Tendintele noi in dezvoltarea de forme constructive, materiale si tehnologii de fabricare a
elementelor specifice schimbatoarelor de caldura – coordonata de doctorandul Martian Vlad.
= Analiza sistemului de testare din firma comparativ cu laboratoarele consacrate in domeniu si
tendintele pe plan mondial – coordonata de inginerul Boldor Georgel Alviu, seful serviciului
cercetare din RAAL, implicat direct in procedurile de simulare a solicitarilor din exploatare.
= Identificarea stadiului tehnologiei de brazare a aluminiului comparativ cu producatori de
schimbatoare de caldura – activitate coordonata de inginera chimista Cocian Cornelia, sefa
laboratorului tehnic din firma.
Tot in aceasta directie se pot enumera actiunile de documentare de pe internet sau direct prin
contactul cu furnizorii de materiale si tehnologii si clientii firmei cat si prin participarea la actiuni
commune cu centrele universitare si institutele de cercetare din tara si din afara.
Toate aceste directii principale ale proiectului sunt asigurate logistic printr-o documentare
sustinuta privind structura si implicarea CDI in firmele producatoare pentru piata industriei
auto prin acces direct la sursele de informare stiintifice si tehnice consacrate. In acest sens
putem arata ca suntem in negociere pentru a avea acces la revistele stiintifice internationale
recunoscute prin achizitionarea unui cont electronic de acces pentru cea mai mare baza de date cu
articole din lume, ELSEVIER. Deocamdata suntem la draftul de contract, urmand a achizitiona un
set de 500 de copii de articole cu o dezvoltare in functie de interesul salariatilor nostri.
O nota aparte face colaborarea cu Universitatea “POLITEHNICA” din Timisoara cu care
este initiat un contract de colaborare pe tematica “Studii si cercetari privind imbunatatirea
sistemelor de racire fabricate la SC RAAL SA Bistrita, pentru vehicule clasice, hibride si
electrice, prin utilizarea schimbatoarelor de caldura in contracurent si schimbare de faza”.
Aceasta colaborare se desfasoara pe trei ani 2012-2014, cu trei faze: Modelarea matematica a
sistemelor de racire si integrarea lor, Achizitia si testarea componentelor sistemelor de racire si
Testarea si validarea sistemelor de racire si implementarea sistemelor in productie. Aceasta
colaborare este agreata ca si actiune privind dezvoltarea experimentala din RAAL si implicit, inclusa
in decontarea proiectului la capitolul proiectarea si elaborarea documentatiei de analiza tehnico-
economica.
In acelasi context se poate anunta intentia de colaborare intre RAAL si POLITEHNICA din
Timisoara pe mai multe directii, respectiv:
intensificarea activitatilor de cercetare-dezvoltare si promovarea transferului
tehnologic, in special de domenii de prioritate europeana sau de interes economic
pentru Romania, domenii de cercetare dezvoltare comune celor doi parteneri;
realizarea in comun a unor programe prioritare de cercetare si cooperare stiintifica;
4
generarea de rezultate de interes economic si stimularea transformarii rezultatelor de
cercetare in produse, tehnologii si servicii noi sau imbunatatite, cu cerere pe piata;
dezvoltarea infrastructurii de cercetare;
promovarea reciproca a specialistilor celor doua parti in programe si proiecte de
cercetare stiintifica;
perfectionarea si specializarea profesionala ;
infiintarea de laboratoare integrate de cercetare;
promovarea unor programe de formare continua, studii postuniversitare si masterale,
teme de cercetare, teme pentru lucrari de disertatie si teze de doctorat;
facilitarea reciproca a relatiilor de cooperare cu alte parti interesate, in domeniile de
interes comune ale partilor, prin promovarea reciproca a imaginii publice a
partenerilor.
2. Inceperea simularii pentru aripioara vortex
In acest context, putem defini, ca obiectiv central, cercetarea principalului reper - element
care asigura transferul termic dintre un fluid cald – mai dens („turbulator”) si un fluid rece - mai
putin dens („aripioara”). In vederea obtinerii unei geometrii optime astfel incat sa se poata realiza un
schimb termic crescut sau echivalent cu o suprafata mult mai mica, obiectiv realizabil pe un utilaj
specific proiectat si executat in firma. In final, aceste actiuni se vor proteja prin cereri de brevetare
interna/externa, atat a modelului geometric cat si a utilajului de producere a aripioarei. O directie
urmarita in cercetarea firmei sunt aripioarele de tip „vortex” (schimbator de caldura care provoaca o
curgere turbulenta a fluidului de racit – vartejuri – vortex), aparute pe plan mondial recent, dar inca
nematerializate industrial in firma.
Obiectivele urmarite de aceasta idee sunt obtinerea reperului cu geometrie optima, ca model
de utilitate, astfel incat sa se realizeze un schimb termic crescut sau echivalent, cu o suprafata de
schimb termic mai mica, fabricat pe un utilaj brevetabil in firma.
Aceste deziderate se materializeaza prin pasi marunti, deocamdata fiind obtinuta Hotararea de
brevetare a modelului de utilitate nr. 4/15, “Aripioara inclinata” in urma cereri depuse in 15.03.2013,
urmand a se depune cereri pentru urmatoarele forme care sa conduca catre aripioara vortex in studiu
deocamdata.
Pentru a avea o baza de comparatie cu realitatea s-a incercat compararea rezultatelor
experimentale pentru o aripioara ondulata – avand caracteristicile de pas de 10 mm inaltime de 9.8
mm si grosime de 0.2 mm – cu modelarea numerica a schimbului termic.
5
Partea experimentala a fost reprezentata de racitorul de apa RA28789-0, iar testele au fost
realizate la RAAL. Simularea numerica s-a realizat utilizand solutia de simulare de la Autodesk prin
Autodesk CFD 360. Modelarea aripioarei a fost realizata folosind solutia CAD SolidWorks
folsindu-se modelul de poanson pentru realizarea acesteia.
Inainte de a incepe simularea a trebuit alocata o perioada de familiarizare cu softul, iar
aceasta s-a realizat cu ajutorul unor modele de test. In aceasta perioada s-au verificat diferitele
capabilitati ale solutiei software in prvinta exprotului de rezultate pentru prelucrarea ulterioara. S-au
studiat posibilitatile de simulare avand impuse diferite conditii de frontiera precum si metodele de
rezolvare puse la dispozitie de solutia CFD, cat si alte activitati de depanare a simularii in cazul in
care aceasta nu este convergenta.
In acest context au fost efectuate simulari initiale pentru a determina oportunitatea studiului
unei astfel de aripioare. Aceste rezultate pot fi consultate in fisierul Aripioara Vortex Sim initiale.pdf
atasat acestui raport, fisier ce prezinta metoda de rezolvare cât si rezultatele obtinute. S-a constatat o
potentiala crestere a schimbului termic cu aprox. 18% iar cresterea caderii de presiune cu 0.6%.
problemele intampinate la aceste simulari initiale au fost comparatia lor cu rezultatele experimentale,
aceasta comparatie aratand o diferenta mare intre rezultatele experimentale si cele numerice si
numarul destul de mare de noduri.
Pentru a reusi crearea unor simulari numerice comparabile cu rezultatele experimentate, s-a
inceput un studiu asupra problemelor ce pot sa apara intr-o analiza numerica. S-a inceput prin a
studia simularea 2D (in plan), rezultate ce se pot gasi in fisierul Aripioara Ondulata rezultate
numerice.pdf. tot in acest fisier se gasesc si referintele studiate si metoda folosita. Comparatia cu
rezultatele experimentale este destul de buna. Acum se desfasoara procesul de realizare a analizei
numerice 3D pentru aripioara ondulata la mai multe viteze de intrare.
Pentru simulari este modelat numai domeniul de curgere prin aripioara si este prezentat in
figurile de mai jos, unde am neglijat razele de curbura pentru a reduce la minim numarul de noduri
necesare simularii.
In continuare se urmareste realizarea de simulari pentru diferite valori ale parametrilor
importanti:
Unghiul vortexului cu orizontala
Pasul si numarul vortexurilor
Latimea vortexului
Inaltimea vortexului
Este necesar de remarcat nivelul de inregistrare a evenimentelor expozantului, doctorand in
domeniul schimbului termic, inregistrari intermediare solutiei finale.
Pe aceasta tema s-ar putea dezvolta si alte subiecte privind formele de repere, subiecte care se
vor concretize in materialele ce se vor gasi pe pagina de net a proiectului www.htraal.ro.
6
Simultan cu cercetarea formei de aripioare s-a trecut la proiectarea viitoarei “masinute” care
va produce acest reper – aripioara vortex, produs aproape finalizat prin autoutilare, tinand cont ca
RAAL este producator de astfel de instalatii, fiind si proprietarul brevetului de inventie pentru
masinuta care produce aripioare perforate – Brevet de inventie nr.122717/2009
Pentru cercetarea si proiectarea subansamblelor care vor genera aceasta geometrie s-au
importat subansamble pentru formarea unor aripioare paralele similare, ca apoi prin modificare,
redimensionare si reglare sa se abtina forma dorita.
3. Simularea conditiilor reale de exploatare
O alta mare problema si se pare cea mai laborioasa si costisitoare pentru firma o reprezinta
testarea complexa a produselor RAAL prin simularea conditiilor reale de exploatare, problema
ca urmare fireasca a tendintei mondiale de a scurta ciclul de la cercetarea-proiectarea produselor la
executia de serie prin completarea / inlocuirea testelor fizice cu simularea acestora folosind
tehnologie IT.
In aceasta zona este concentrata majoritatea fortei intelectuale din firma pentru atingerea
obiectivului principal – satisfacerea clientului. prin realizarea de produse dupa cerintele sale, la un
nivel tehnic ridicat si o eficienta economica remarcabila – pe scurt “produse high-tech”.
Deocamdata, formal activeaza numai Directia Tehnica cu toate functiunile sale: cercetare,
proiectare constructive, SDV-ri si tehnologica, laboratoare tehnice si de testari produse, atelier de
prototipuri si produse noi, unde practic se desfasoara majoritatea activitatilor de CDI din firma.
Totusi, nu ne putem opri aici, deoarece unele din aceste activitati sunt preluate de tehnologii
de la Sectiile productive, specialistii din zonele de aprovizionare (selectia clientilor dupa principii
tehnice si mod de colaborare), din sectorul de mentenanta privind realizarea parametrilor tehnologici
ceruti de proiectanti si nu in ultimul rand de operatorii de pe masinile si instalatiile tehnologice care
aplica si mai mult, colaboreaza la eficientizarea proceselor de fabricatie.
In sensul cercetarii produselor inca din stadiul proiectarii constructive, s-a dorit prin cererea de
finantare achizitionarea unui soft consacrat de simulare, estimat la o cheltuiala ce depasea cu mult
150,000 euro, incluzand si mentenanta pentru 2 ani. Acest inconvenient (pretul) a facut sa fie mult
mai amanuntit cercetata piata ofertantilor de soft si astfel s-a ajuns la capabilitatile de simulare
virtuala a unuia dintre jucatori importanti de pe piata Softurilor de proiectare cu ajutorul
calculatorului (CAD) si anume Autodesk. Aceasta componenta este materializata in 2 subscriptii
anuale Autodesk Cloud prin Platforma software Autodesk SIM 360 PRO/Unlimited. Prin aceste
subscriptii se pot accesa resurse de simulare la nivel industrial in domeniul interactiunii mecanice, a
analizei structurale, a curgerilor din punctul de vedere al schimburilor termice si nu in ultimul rand
al vibratiilor. Astfel prin implemantarea proiectului de fata se vor putea valida simularile din
domeniul vibratiilor iar printr-un schimb activ de informatie se va ajunge la realizarea unor modele
7
de simulat aproape de realitate. In acest fel se va putea diversifica si mai mult capacitatea de testare
avand posibilitatea de a calibra simularea cu element finit prin compararea cu rezultate practice.
In sustinerea acestei achizitii se poate veni cu argumente multiple, redate mai jos, (se pare ca
suntem prima firma care a facut aceasta achizitie):
Autodesk Simulation 360 include doua softuri de simulare si anume:
- Mechanical;
- CFD (fostul CFDesign de la Blue Ridge Numerics).
Printre caracteristicile importante prezente in soft se pot enumera:
- Integrarea cu orice program CAD (SolidWorks, Catia, ProEngineering, etc..). Importul
geometriei se realizeaza direct din programul CAD, iar in cazul in care se doreste realizarea unor
simulari pe diferite solutii permite inportarea lor automata, fiind defiinite diferite scenarii de simulare
pentru fiecare solutie in parte.
- Setarea simularii prin definirea tipului de material, a conditiilor de frontiera, si a
discretizarii (mesh-ului), toate se pot realiza prin interfata grafica sau prin automatizare, cu ajutorul
scripturilor, in cazul repetarii acestor operatii de mai multe ori.
De amintit este faptul ca softul contine o baza de date cu o multitudine de tipuri de materiale
predefinite. Pe langa materialele clasice, aer, apa, aluminiu, otel, etc. baza de date mai contine si
tipuri de materiale speciale cum ar fi:
a. Resistance simuleaza o regiune de rezistenta hidraulica, de exemplu o placa cu gauri prin
care curge un fluid;
b. Internal Fan / Pump simuleaza o regiune avand caracteristicile unu ventilator sau a unei
pompe;
c. Rotating regionion simuleaza o regiune rotativa;
d. Centrifugal Pump simuleaza o regiune avand caracteristicile unei pompe centrifugale;
e. Heat exchanger simuleaza o regiune, un volum care are caracteristicile unui schimbator
de caldura (prin definirea schimbului termic si caderii de presiune realizate de un
schimbator se pot simula schimbatoarele de caldura in diferite conditii si in diferite
medii).
Desigur lista mai include si alte tipuri de materiale, dar care prezinta un iteres scazut pentru
specificul nostru.
- Rularea simularii se realizeaza pe serverele Autodesk. Realizarea simularii in Cloud
(serverele Autodesk) prezinta urmatoarele avantaje majore:
- puterea de simulare este practic infinita;
- posibilitatea realizarii a mai multor simulari dificile in paralel (Simulation Job
Manager). Utilitarul prezinta rularile care au fost realizate cat si rularile care sunt in curs de executie.
8
Desigur nu exista o limitare la numarul de simulari realizate in paralel in functie de numarul
de licente cumparate. Avantajele acestui tip de rulare sunt faptul ca poti avea access 24h din 24h la
simularile ce se realizeaza cu conditia unei legaturi la Internet, si faptul ca se poate observa in timp
real evolutia fiecarei simulari in parte. Aceste simulari pot fi oprite oricand se constata o greseala.
- Procedurile de instalare implica instalarea clientului Autodesk Simulation 360 pe orice
calculator cu aces la internet, si logarea de pe acesta pe contul de pe servere.
- Postprocesarea. Uneltele de postprocesare includ, crearea de Plane de vizualizare a
distributiilor de viteze, presiuni, temperaturi. Calcularea unor valori medii pe acele plane, realizarea
de grafice de variatie a diferitelor marimi calculate. Salvarea rezultatelor sub forma tabelara pentru
prelucrarea lor ulterioara, etc.
In cazul realizarii mai multor simulari pe diferite configuratii, sau la diferite conditii de
intrare (ex. Diferite viteze) se pot verifica rezultatele si gasi solutia optima folosind Design Center si
vizualizarea de grafice.
Prin cele doua achizitii se rezolva accesul la resursele AUTODESK SIMULATION 360
pentru toti cei ce activeaza in CDI din firma in locatiile din Bistrita si Prundu Birgaului.
In cadrul departementului Cercetare Dezvoltare se efectueaza simulari fluido-mecanice cu
scopul determinarii parametrilor de functionare a schimbatoarelor de caldura precum si determinarea
rezistentei mecanice a acestora. De asemenea, tot in cadrul departamentului Cercetare Dezvoltare, cu
ajutorul simularilor se analizeaza solutii si materiale noi, in vederea optimizarii performantelor
termice si hidraulice ale schimbatoarelor de caldura (imbunatatirea solutilor constructive).
Simularile sunt efectuate la cererea diferitilor clienti. Aceste simulari se finalizeaza sub forma
unor rapoarte in care se trec atat datele necesare efectuarii analizei cerute cat si rezultatul analizei.
In perioada noiembrie 2013-mai 2014, in cadrul departamentului s-au relizat:
- 7 analize modale, din care (2) pe in Cloud pe serverele Autodesk;
- 10 (2) analiza a vibratiilor aleatorii si armonice;
- 5 (1) analiza de solicitare la socuri;
- 9 (1) analiza de curgere;
- 6 analiza determinarii performantelor termice si hidraulice;
- 2 (1) analiza de rezistenta la presiune;
- 1 analiza determinarii performantelor termice folosind metoda porozitatii;
- 2 analize termice;
respectiv, 42 analize, din care 7 in Cloud pe serverele Autodesk, pentru care a fost intocmit
cate un raport reprezentativ, exemplificate in anexa.
Achizitie modul experimental de achizitii date conform unui caiet de sarcini proiectat in RAAL.
9
O componenta importanta a departamentului CDI din firma este Laboratorul de testari
produse, zona unde prototipurile, in principal cele noi proiectate in RAAL, sunt supuse la diferite
teste (incercari) cat mai apropiate de solicitarile reale, in vederea determinarii capabilitatii acestora in
exploatare.
In cadrul laboratorul de testare se efectueaza teste fluido - mecanice cu scopul determinarii
parametrilor de functionare ale schimbatoarelor de caldura precum si rezistenta mecanica a acestora
privind optimizarea performantelor si imbunatatirea rezistentei acestora folosind material, tehnologii
si forme noi.
Determinarea parametrilor de functionare ale schimbatoarelor (schimb termic, caderi de
presiune pe fluidul cald/rece, etc) se realizeaza in cadrul a doua standuri de schimb termic (tunele de
vant) avand fluide de lucru: apa 100%, ulei hidraulic pentru primul stand respectiv apa-glycol 50%,
ulei motor si aer comprimat pentru al doilea stand, iar determinarea rezistentei mecanice ale
schimbatoarelor de caldura se realizeaza pe urmatoarele standuri: stand presiune pulsatorie, stand soc
termic, stand presiune spargere.
De asemenea in cadrul laboratorului se efectueaza si testare privind curatenia interioara a
racitoarelor avand in cadrul laboratorului standul integrat HYDAC.
Mentionam ca capabilitatile standurilor permit testarea tuturor tipurilor constructive de
schimbatoare de caldura realizate in cadrul firmei si poate efectua teste la cerere pentru diferiti terti
(RAR Brasov, etc); poate emite raport de testare conform procedurilor interne de lucru.
Deasemeni se mentioneaza si faptul ca utilitatile din zona laboratorului de testare au fost
contorizate in vederea inregistrarii cheltuielilor cu aceste incercari, cheltuieli integrale pe CDI.
Testele efectuate pe fiecare stand in perioada etapei a 2-a sunt redate mai jos.
Nr. crt. Tipul de stand Nr. teste
efectuate
1 stand presiune pulsatorie cu fluid lucru: ulei 8
2 stand presiune pulsatorie cu fluid lucru: aer comprimat 1
3 stand soc termic cu fluid lucru: apa 100% 9
4 stand soc termic cu fluid lucru: aer 1
5 stand presiune pulsatorie + soc termic 1
6 stand presiune spargere 74
7 stand curatenie interioara HYDAC FCU2110 14
8 stand schimb termic 1 67
9 stand schimb termic 2 33
TOTAL 208
10
Cateva din rapoartele obtinute pe aceste standuri sunt prezentate in anexa.
4. Stadiul tehnologiei de brazare a aluminiului
Actualizarea si inovarea tehnologiei de asamblare prin brazare a elementelor componente ale
schimbatoarelor de caldura reprezinta o preocupare continua, de la infiintarea firmei si pana in
prezent, fiind procesul tehnologic preponderent in fabricatie - toate produsele se brazeaza.
Indicatori propusi in proiect sunt:
= cresterea calitatii si a caracteristicilor mecanico-termice ale produselor brazate;
= reducerea costurilor procedeului;
= marirea randamentului brazarii;
= reducerea cheltuielilor cu mentenanta utilajelor.
Monitorizarea acestui proces se face de catre Laboratorul tehnic prin expertiza obtinuta
dealungul anilor de experimentari si documentare in domeniu, pe o plaja impresionanta de la
brazarea aluminiului in bai de saruri pana la brazarea inoxului si mai nou a aluminiului in vid.
Remarcabil este CV-ul doamnei ing. Cornelia Cocian, sefa de laborator si coordonatoarea
activitatilor desfasurate in cadrul Laboratoului Tehnic. Putem spicui cateva domenii de referinta din
activitatea pe care o desfasoara, respectiv:
= Elaborarea de documentatii tehnice privind procesele specifice din fluxul tehnologic de
fabricatie a schimbatoarelor de caldura.
= Asistenta tehnica in vederea selectarii materialelor utilizate in constructia schimbatoarelor
de caldura si in ceea ce priveste procesele care intra in componenta fluxului tehnologic de fabricatie
a schimbatoarelor de caldura din aluminiu si aliaje de aluminiu respectiv din otel inoxidabil –
pregatirea suprafetelor, fluxare, brazare, vopsire, sudo-brazare.
= Studii, documentare pentru asimilarea de materiale si tehnologii noi in domeniul fabricarii
schimbatoarelor de caldura si asistenta tehnica in vederea implemantarii in practica a acestora.
In acest context, o descriere a preocuparilor specialistilor din acest domeniu ar insemna a
acapara o buna parte din acest raport, de aceea, ne vom referi mai jos, preponderant, la asimilarea si
testarea materialelor noi din aliaje de aluminiu destinate viitoarelor schimbatoare de caldura marca
RAAL.
Avand in vedere faptul ca aliajele de aluminiu conventionale, ex. 3003 (Al Mn1Cu), 1050 (Al
99.5), au proprietati mecanice si rezistenta la coroziune moderate a aparut necesitatea dezvoltarii
unor aliaje din aluminiu imbunatatite. Aceste aliaje au fost dezvoltate de firme ca AMAG – Austria,
Aleris – Duffel, Eval – Grecia, Sapa – Finspang Suedia, etc., firme cu care RAAL colaboreaza in
vederea obtinerii de semifabricate laminate care sa elimine operatiile de fluxare in vederea brazarii.
In vederea efectuarii testelor se procedeaza dupa cum urmeaza:
- asimilare mostre pentru testare;
11
- executarea unor schimbatoare de caldura;
- testarea produselor astfel obtinute la coroziune in mediu de ceata salina la diferite temperaturi
de exploatare;
- elaborarea unui raport de laborator prin care se accepta sau nu asimilarea acestora in procesul
de fabricatie.
Pe parcursul testarii materialelor se urmareste comportarea acestora in procesul de debitarere
repere, montaj, brazare, teste performante termice, spargere, coroziune, etc. astfel s-au introdus in
fabricatie in cadrul RAAL a unor aliaje long-life cum ar fi 93003/1x7.5% 4045, FA 6815, 4917,
3555, etc.
In prezent tot legat de materiale long-life exista preocupari pentru asimilarea unor materiale
multiplacate cu 5 straturi (Multiclad) in colaborare cu firma Sapa Finspang Suedia. Acest material
este format din 5 straturi: 1 strat constituie materialul de baza, 2 straturi constituie interlayerele de o
parte si de alta a materialului de baza iar alte 2 straturi reprezinta materialul de aport. Materialul mai
sus mentionat a fost dezvoltat pentru rezistenta la coroziune marita.
Ca urmare a cresterii diversitatii schimbatoarelor de caldura din aluminiu fabricate in RAAL
respectiv a mediilor in care acestea functioneaza a aparut necesitatea testarii acestora in ceea ce
priveste rezistenta la coroziune. Camera de ceata salina achizitionata serveste la testerea
materialelor, sistemelor de materiale din componenta schimbatoarelor de caldura respectiv
tehnologiilor de protectie a suprafetelor. In urma testelor efectuate cu ajutorul acestui echipament
pot fi asimilate si introduse in fabricatie materialele din aluminiu noi, dezvoltate in domeniul
schimbatoarelor de caldura precum si tehnologiile noi (ex. cataforeza) de tratamente de suprafata.
Aceasta ultima tehnologie de protectie a suprafetelor mareste durata de viata a produselor din
aluminiu, ceea ce a determinat RAAL sa pregateasca o investitie majora in aceasta directive.
Pentru testarea rezistentei la coroziune a materialelor, schimbatoarelor de caldura, protectiilor
prin vopsire, in cadrul RAAL s-a asimilat un cabinet de testare la coroziune. Cu ajutorul acestuia se
pot face teste de coroziune conform standardelor internationale in vigoare (SR ISO 9227, SWAAT -
685, ASTM B117, etc.). Conform procesului de fabricatie a schimbatoarelor de caldura, in urma
procesului de brazare, schimbatoarele de caldura prezinta flux rezidual, flux care in anumite conditii
poate fi un impediment in anumite aplicatii. Din acest motiv in RAAL s-a executat o instalatie de
curatare interioara a schimbatoarelor de caldura. In vederea testarii eficientei acestei instalatii s-au
facut teste conform raportului de laborator anexat in pagina web a proiectului www.htraal.ro.
Ramanand in domeniul curateniei interioare a produselor fabricate in RAAL, putem remarca
conditiile pe care le cer unii clienti privind numarul de particole solide detectabile in interiorul unui
produs, respective minim 50 de particole cu dimensiunea maxima de 150 microni intr-un produs sau
maxim 10 particole cu dimensiuni intre 400-500 microni in interiorul unui produs! Aceste conditii,
frecvent intalnite in cerintele unor importanti clienti a determinat firma sa achizitioneze o instalatie
12
specifica care sa numere particolele solide detectate in urma spalarii interioare a unui produs, stand
curatenie interioara HYDAC FCU2110.
In acest context, s-a derularea achizitiei instalatiei de numarare automata a acestor particole
pe un microscop adecvat, achizitionat printr-un program de finantare de minimis al Guvernului
Romaniei, iar prin acest proiect - HTRAAL – s-a completat cu instalatia de numarare automata si
caracterizarea particolelor solide filtrate in urma spalarilor interioare ale unui produs.
O alta preocupare majora din domeniul brazarii este reducerea cantitatii de flux folosit ca
decapant in procesul tehnologic (indepartarea peliculei de oxid de aluminiu fiind operatia cea mai
coplicata de realizat). In cadrul RAAL se incearca introducerea in fabricatie a materialelor prefluxate
prin intermediul carora s-ar simplifica procesul de fabricatie prin eliminarea etapei de uscare a
fluxului. Teste in acest sens au fost efectuate cu diverse materiale prefluxate de la diversi furnizori –
raport de laborator 77/22.08.2013. Conform acestor materiale fluxul a fost aplicat pe componentele
schimbatoarelor de caldura cu ajutorul unei suspensii care contine un “binder” pentru obtinerea unei
aderente bune a fluxului pe suprafete. Astfel s-ar elimina metoda clasica de aplicare a fluxului care
consta in imersia ansamblului complet in suspensia de fluxare, metoda prin care cantitatea de flux
ramasa pe ansamble este mai mare si necesita uscare in vederea eliminarii aprentei.
Preocuparea curenta a Laboratorului tehnic o reprezinta punerea in functiune, parametrizarea
si urmarirea in exploatare a cuptoarelor de brazare, zona tehnologica hotaratoare in calitatea
fabricatiei. In acest sens se aloca timp de proiectare, materiale, utilitati si manopera pentru cercetarea
industrial si dezvoltarea experimentala a tehnologiei de brazare in conditii de eficienta maxima.
Un exemplu de calcul al unei activitati de parametrizare este descris mai jos.
In perioada 01.05.2013 si 01.05.2014 s-a efectuat instalarea si punerea in functiune a doua
linii de brazare noi Sellacan Vertical Continue. Pentru exploatarea corespunzatoare acestea au fost
13
supuse unor teste specific (parametrizare) in vederea stabilirii regimurilor de brazare si a unui
consum optim de azot.
Stabilirea regimurilor de brazare, mai exact a temperaturilor setate pe diferite zone ale
cuptorului de brazare si a cuptorului de uscare s-au determinat experimental, prin masuratori
efectuate cu ajutorul Data-Logger-ului Phoenix TM.
Etapele unei masuratori sunt urmatoarele:
- stabilirea componetei sarjei si pregatirea acesteia;
- stabilirea punctelor unde se masoara temperatura si montarea firelor de termocuplu ce
ulterior vor fi conectate la aparatul de masura si inregistrare a temperaturii (Phoenix TM) ;
- urmarirea evolutiei sarjei pe parcursul procesului de brazare si urmarirea tuturor elementelor
ce compun intreaga linie de brazare ;
- la finalul procesului de brazare datele stocate de Data -Logger sun descarcate si salvate pe
suport eletronic.
Rezultatele sunt vizualizate cu ajutorul unui soft specific aparatului de masura, ce genereaza
un grafic al temperaturilor inregistrate de pe care se pot determina urmatoarele date: timpul de
mentinere pe un anumit interval de temperatura, temperatura maxima inregistrata, rata de crestere
a temperaturii exprimata in o C/min.
Aceste rezultate sunt corelate cu aspectul matricilor brazate dar si cu functionalitatea
acestora dupa efectuarea testelor specifice la care sunt supuse produsele finale (etanseitate,
rezistenta.).
Pentru aceste linii de brazare s-au efectuat masuratori dupa cum urmeaza:
- Sellacan Vertical Continuu din locatia Prundul-Bargaului - 64 masuratori
- Sellacan Vertical Continuu din locatia Bistrita - 16 masuratori
Durata cumulata a etapelor mai sus descrise este de aproximativ 4 ore( ±20 min.) din care
rezulta un timp total de aproximativ 320 ore.
Regimurile astfel stabilite se vor regasi in instructiunile de lucru pentru ambele linii.
Activitate Laboratorului tehnic in perioada 09.2013-04.2014 se prezinta succint mai jos :
Un numar total de 188 rapoarte de laborator intocmite. Acestea descriu:
1. Teste de ceata salina privind gradul de rezistenta la coroziune a schimbatoarelor de caldura
cu diferite tratamente de suprafata. Echipamentul utilizat este camera de ceata salina, iar
testele sunt realizate in conformitate cu standarde ( ex: ISO 9227, ASTM B117-03, DIN
50021, ASTM G 85-anexa 3, e.t.c) care simuleaza intr-o oarecare masura in laborator
conditiile de corozivitate atmosferica. Produsele sunt supuse in mod continuu sau ciclic la
diverse medii agresive (medii care imita mediile de lucru a schimbatoarelor de caldura).
Ex : Rap. Nr: 86 /01.10.2013
Rap. Nr: 47/17.02.2014
14
2. Teste de curatenie a schimbatoarelor de caldura. Echipamentul utilizat in vederea
determinari gradului de curatenie intechimbatoarelor de caldura este miscroscopul . Cu
ajutorul softului, acesta are posibiliatea de a realiza numaratoarea de particule care pot
contamina un schimbator de caldura. Rezultatele pot fi raportate fie la suprafata totala a
produsului , fie la volumul total al acestuia. De asemenea, cu ajutorul softului se poate defini
intervalul de dimensiuni dorit a particulelor precum si natura particulelor ( fibre, oxizi,
particule metalice) conform specificatiilor clientului. Standardul care sta la baza interpretarii
rezultatelor este ISO 16232.
Ex: Rap. Nr :03/17.01.2014
Rap. Nr : 100/31.03.2014
3. Teste privind comportamentul diferitelor materiale utilizate in procesul de fabricatie a
schimbatoarelor de caldura. Acestea fiind analizate din punct de vedere a procesului de
fabricatie (formare repere, brazare, rezistenta, metalografie).
Ex: Rap. Nr : 22/ 28.01.2014
4. Teste privind monitorizarea cuptoarelor de brazarea in vederea optimizarii procesului de
brazare si intocmirii Instructiunilor specifice de lucru. Stabilirea regimurilor de brazare
pentru produse noi si la punerea in functiune a cuptoarelor noi achizitionate.
Ex: Rap. Nr : 83/26.09.2013
Instructiune : IL-PROD-BRAZ-ORIZONTAL, Ed.2, A.1, 28 Oct 2013
5. Teste privind verificarea dimensionala a reperelor. Acestea presupun determinarea grosimii
materialelor in urma proceselor de formare a reperelor ( ex casete, aripioare e.t.c). Depistarea
neconformitatiilor (subtieri, imprimari de material e.t.c) ajuta la evitarea ulterioarelor
probleme care pot aparea pe acest fond.
Ex: Rap. Nr 35/10.02.2014
6. Teste privind determinarea necoformitatilor (neetanseitati ,coroziune) care au dus la cadrea
in exploatare a unor produse
Produsele cedate, sunt testate la etanseitate la o anumita presiune, rezultand zona de
curgere. Din zona identificata se preleva o mostra care este pregatita in vederea analizarii
metalografice. Analiza ce se realizeaza cu ajutorul microscopului, de unde reiese calitatea
imbinarilor brazate, eventualele fisuri, nelipiri, forme de coroziune (daca este cazul) care
au dus la cederea schimbatorului de caldura.
Ex: Rap. Nr : 45/13.02.2014
Rap Nr : 56/04.03.2014
7. Analiza spectrala in vederea determinarii compozitiei chimice a materialelor.
15
Echipamentul utilizat este spectrometrul de emisie optica cu scanteie, cu ajutorul caruia se
realizeaza analiza atat cantitativa cat si calitativa elementara. Programul analitic acopera o
varietate mare de aliaje in baza de Al si in baza de Fe.
Ex : Buletin de analiza 228/10.04.2014.
Numarul de rapoarte privind cercetarea experimentala este in proportie de aproximativ 30%
din total de rapoarte efectuate in cadrul Laboratorului de Cercetare si Dezvoltare Procese.
In rezumat, se poate spune ca RAAL este in continua dezvoltare, activitatile de CDI devenind
necesare si chiar obligatoriu de a fi evidentiate si inregistrate dupa norme si proceduri specifice
profilului de fabricarie propriu si mai ales dupa domeniile pentru care sunt destinate schimbatoarele
de caldura purtand aceasta marca.
Amploarea acestor activitati, suprapuse peste o perioada relative scurta, a determinat si o
mica intarziere in desfasurarea unui workshop (masa rotunda) pentru proiect, eveniment amanat
pentru 30 aprilie 2014 si care a fost deosebit prin participare, prezentare, vizita de lucru in RAAL,
expuneri de teme actuale firmei si mai ales discutii si idei de viitor.
Speram ca acest inceput sa fie de bun augur pentru tinerii specialisti, viitori cercetatori,
deoarece firma doreste sa coboare cercetarea din centrele universitare si academice in mijlocul
operatorilor care activieaza nemijlocit in fabricatia de schimbatoare de caldura, astfel incat produsele
RAAL sa atinga un inalt nivel tehnic – high-tech, conditie minimala de concurenta pe piata externa.
Acest workshop (masa rotunda) a avut un success deosebit manifestat de participanti la
incheierea lucrarilor cat si prin impresiile trimise organizatorilor dupa eveniment.
Amanunte despre desfasurarea activitatilor din 30 aprilie 2014 sunt descrise in raportul de
activitate anexat
Tot in directia diseminarii rezultatelor se poate releva aparitia pe net a domeniului
www.htraal.ro care doreste sa devina platforma de prezentare a activitatilor de CDI din firma si de
ce nu, un centru de intalnire a celor din industria componentelor auto.
In sfarsit, dorim sa mentionam si performantele RAAL in domeniul protejarii proprietatii
intelectuale prin depunerea de cereri de protectie la OSIM si obtinerea de brevete pentru noutatile
documentate prin acestea. Se pot enumera, in perioada desfasurarii prezentului proiect, urmatoarele
realizari:
= cererea de model de utilitate “Capcana gravitationala de condens utilizata in cadrul
uscatoarelor de aer comprimat cu separator de condens incorporat, nr. de inregistrare:
U/00020/2013, data de depozit 30.05.2013, inventatori Ilies Paul-Adrian, Martian Vlad, Legian
Alexandru, Cocian Grigore;
= cerere de brevet de inventie “Procedeu de schimb termic si schimbatorul de caldura cu
suprafete extinse”, nr. de inregistrareA/00235/2013, data de deposit 15 03.2013, inventatori Ilies
Paul Adrian, David Mircea, Cocian Grigore, Boldor Georgel Alviu, Dumitru Gheorghe-Romulus;
16
= acordarea brevetului de inventie nr. 125510 din 30.04.2013, cu titlul ”Procedeu de separare a
umiditatii provenite din aerul comprimat de la compresoarele industriale si evaporator cu
separator de condens incorporate, pentru uscarea aerului comprimat”, inventatori Ilies Paul
Adrian, David Mircea, Tanasescu Ovidiu, Givan Sergiu, Enea Mircea;
= Hotararea de inregistrare a modelului de utilitate nr. 4/15 din 30.07.2013, cu titlul Aripioara
inclinata, inventatori Ilies Paul-Adrian, David Mircea, Cocian Grigore, Boldor Georgel Alviu,
Dumitru Gheorghe-Romulus.
Concluzii:
Au fost realizate studii teoretice privind domeniile de interes general din cadrul acestui
proiect – turburatori/aripioare – simulare/testare – brazare in conformitate cu produsele RAAL.
S-a studiat dotarea laboratoarelor de cercetare si s-au achizitionat urmatoarele echipamente si
servicii performante care sa duca la creearea de plus-valoare atat in rezultate de cercetare cat si in
imaginea firmei:
Modernizare microscop de inalta performanta OLYMPUS BX51M in vederea
realizarii analizelor automate de curatenie pe filtru si metalografie – in valoare de
153.625 lei inclusiv TVA;
Modul de achizitie date pentru vibratii National Instruments – in valoare de 217.341
lei inclusiv TVA;
Dispozitiv de masurare a amestecului de oxigen in amestecuri gazoase – in valoare de
21.204 lei inclusiv TVA;
2 subscriptii pe un an de zile la serviciul iCloud Autodesk 360 SIM in valoare de
97.538 lei inclusiv TVA;
2 statii grafice fixe Fujitsu Celsisus R920 + 2 monitoare Fujitsu P27T-6 – in valoare
de 92.766 lei inclusiv TVA;
1 statie grafica mobila Fujitsu Celsius H920 – in valoare de 16.791 lei inclusiv TVA;
Relizare model masinuta format aripioare Vortex in valoare de 218.460 lei inclusiv
TVA.
Suma finala rezultata pentru achizitiile din proiect este de 817.725 lei, circa un sfert din
valoarea proiectului si baza pentru activitatile curente si viitoare din CDI - RAAL.
Rezultatele obtinute in etapa II / 2014 au valoare teoretica si experimentala pentru a fi
folosite ca baza stiintifica in etapele urmatoare ale proiectului.
Bistrita, 30.04.2014
Director de proiect
Dr. Ing. Manea Ionel