di  -  lunedì 16 luglio 2012

Riprendiamo la visita guidata nella sala motori andando a vedere quali sono gli strumenti di uso comune per gli esperimenti.

Abbiamo osservato le stanze, abbiamo sbirciato al loro interno scoprendo una miriade di cavi e cavetti, motori elettrici e computer, strutture metalliche di supporto e tanto disordine, ora andiamo a vedere cosa si impiega per ricavare quei numeri tanto importanti che possono fare la differenza tra grandi risultati e spreco di combustibile.

SPERIMENTAZIONE E LEGGE DI MURPHY

Quando si fa ricerca sui motori tutto quello che si svolge è un consistente lavoro di misura, e come risultato si ottiene una mole di dati spesso complessa da interpretare e da valutare sul piano della correttezza, non è inusuale infatti che un esperimento apparentemente perfetto sul piano dei dati acquisiti nasconda invece un errore tanto macroscopico da rendere completamente errato quanto misurato, nel pieno rispetto delle famose leggi di Murphy e derivate (che qualunque bravo sperimentatore dovrebbe stampare e tenere esposte in bella mostra), in particolare della Prima legge di Finagle:

“Se un esperimento funziona, qualcosa e’ andato male”

e della Terza legge di Finagle:

“In un qualsiasi insieme di dati, la cifra cosi’ evidentemente corretta da non richiedere un controllo e’ l’errore”

Tali errori possono avere origine essenzialmente da due cause:

  • errori sulla catena di misura: dovuti a problemi tecnici quali guasti strumentali e/o interferenze sulle misure
  • errori umani: dovuti a valutazioni errate sugli esperimenti o sull’interpretazione dei dati

Quando uno di questi punti si verifica (e capita anche che si verifichino contemporaneamente od in sequenza temporale, ovvero risolto uno si presenta l’altro) diventa spesso difficile rendersene conto, e solo una grande attenzione e sensibilità (unita ad una buona dose di crediti da riscuotere con la sorte) permette di porre rimedio, sperando che tutto ciò avvenga prima che il tuo diretto superiore, o qualcuno che passa nelle vicinanze (*) se ne accorga.

(*) Corollari alla Terza legge di Finagle:

1. Nessuno a cui chiedere aiuto la vedra’
2. Chiunque passi di li’ per darvi un consiglio gratuito la vedra’
immediatamente

Se tutto ciò appare per certi versi comico (ed in effetti il racconto vuole esserlo), chiunque ha svolto almeno per un breve periodo dell’attività di ricerca sperimentale avrà avuto modo almeno una volta di scontrarsi con queste problematiche.

SENSORI – SENSORI ED ANCORA SENSORI

Abbiamo parlato del lato comico della vita del ricercatore (ce ne sarebbero molti altri, anche tragicomici, ma è meglio soprassedere) e delle problematiche legate alle misure, andiamo ora a parlare di queste misure, e soprattutto con quali strumenti vengono effettuate.

Poiché le grandezze generalmente misurate sono pressioni e temperature, i sensori maggiormente utilizzati saranno rispettivamente sensori di pressione di tipo piezoresistivo e termocoppie.

Un esempio di sensore piezoresistivo è il seguente:

(Sensore piezoresistivo Kistler)

mentre una esempio di termocoppia:

(Termocoppia di tipo K)

Se di sensori di pressione del tipo in figura, adatto a misure in camera di combustione e quindi adatto a temperature e pressioni elevate variabili con una alta dinamica generalmente ne viene usato solo uno, altri sensori di pressione vengono utilizzati in vari punti del banco prova per misurare  questa grandezza in zone meno critiche, come ad esempio a monte ed a valle dalla turbina, nel collettore di aspirazione ecc.

Allo stesso modo (e spesso negli stessi punti) si è soliti abbondare di termocoppie in modo da monitorare questa importante grandezza in punti sensibili del motore.

Se tutta questa abbondanza di informazioni permette di monitorare al meglio l’esperimento in corso, diviene anche difficile gestirla, soprattutto quando ci si trova ad operare con sistemi di misura di tipo “manuale”, ovvero nei quali le grandezze acquisite automaticamente sono un sottoinsieme di tutte le grandezze misurate e tutto il resto deve venire trascritto manualmente, richiedendo al ricercatore, in genere giovane dottorando estremamente precario, grandi doti pazienza, oltre che un autocontrollo degno del Dott. Robert Bruce Banner quando il responsabile delle ricerche, imperturbabile e serio, viene a controllare il procedere degli esperimenti ovviamente distraendoti (e generando una serie di errori che ovviamente ti saranno evidenziati alla prima occasione).

Ovviamente questa ultima parte vuole essere ironica e sdrammatizzare sui problemi che spesso si incontrano nella ricerca, enfatizzando delle situazioni anche paradossali ma che comunque possono verificarsi.

Con questo è tutto anche per oggi, aspetto i vostri commenti e suggerimento e vi rinnovo l’invito a seguirci, sempre su AppuntiDigitali, sempre con la rubrica Energia e Futuro.

4 Commenti »

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  • # 1
    Massimo M
     scrive: 

    Più che altri mi interesserebbe vedere dei misuratori di coppia.
    Tempo fa ne usai ed erano tutti collegati via analogica. Per lapresenza di motori elettrici in C.A. trifase (e relativi inverter) il rumore era talmente elevato che nelle misure si metteva quello che interessava!
    Io proposi di passare il tutto in digitale .. ma cambiai lavoro per tempo!
    COme evngono raccolti i dati? COme vengono studiati e visualizzati? Il solito LabView?

  • # 2
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ MassimoM

    La coppia la puoi misurare in vari modi:

    1. cella di carico e banco freno basculante
    2. torsiometro
    3. calcolandola dal ciclo di pressione

    Il primo sistema ha il vantaggio dell’economicità, ma ha alcuni limiti in quanto il banco freno deve essere basculante e, lavorando in certe condizioni, le vibrazioni potrebbero influenzare il valore letto dalla cella di carico.

    Il secondo sistema è il più sofisticato e costoso, si installa un disco coassialmente all’albero motore tra questo ed il freno. La misura del torsiometro è probabilmente la più precisa ed affidabile, ma un torsiometro costa anche 30.000€ ed è delicato riguardo i carichi impulsivi che possono superare anche di molto le sollecitazioni massime tollerabili.

    Il terzo sistema è per certi versi banale, ma non rappresenta una misura diretta.

    I dati rilevati vengono gestiti in vario modo, e tutti dipendono da come è stato attrezzato il banco… se usi una piattaforma proprietaria (tipo PUMA di AVL) gestisci tutto tramite il loro software, in altri casi la strada seguita è di gestire la coppia manualmente, o meglio, se lavori in stazionario ti interessa portare il motore in condizioni stabili (anche come coppia) e quindi non ha senso acquisirla dato che è “grossomodo” un valore fisso… se vuoi valutare la dispersione ciclica è meglio farlo dal ciclo di pressione… il resto dei dati acquisiti (ciclo di pressione, temperature, ecc.) in genere si raccoglie ed elabora con i software disponibili con l’hardware, se usi AVL IndiModul per acquisire i segnali hai a disposizione il software AVL IndiCom per una prima elaborazione (medie d’insieme ecc.), se usi schede National Instrument allora puoi implementare una prima elaborazione dei dati grezzi con LabView, oppure passare tutto su Matlab (per esempio) e gestire il post processamento da quell’ambiente e così via

  • # 3
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ MassimoM

    se vuoi degli esempi di torsiometro puoi controllare sul sito di HBM o di Kistler

  • # 4
    Massimo M
     scrive: 

    Grazie Simone.

    Ho vaghi ricordi, ma il ttto serviva per valutare il rendimento (equindi leperdite) di coppie coniche per dei winch (“ad uso vela”).
    Ticordo coem venivano poste sull’albero delle speciali “resistenze”, tipo celle di carico insomma, così da poter valutare la coppia. Non ricordo assolutamente come venivano “trasmessi” i dati ta la parte in movimento ed il resto.Sono passati troppi anni!
    Si studiava anche un sistema radio.
    Io mi occupavo dei due inverter: uno chemetteva in moto il sistema, il secondo che faceva da freno. Ero riuscito a riutilizzare l’energia del freno per rialimentare l’inverter di trazione.
    Poi ho cambiato lavoro, e sono andato a progettare gli inverter!

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