Revista si suplimente
MarketWatch
Inapoi Inainte

Inovarea, sinonimă cu INCDIE ICPE-CA

17 Aprilie 2019



În laboratorul nostru „Senzori, Actuatori şi Harvesting Energetic” din cadrul INCDIE ICPE-CA se dezvoltă produse inovative, care fac obiectul unor invenţii cu aplicaţii în diferite domenii actuale ale economiei. Prezentăm, în continuare, câteva dintre aceste produse.

Aparat pentru măsurarea rezistivității electrice a structurilor de rezistenţă din beton armat
Dezvoltarea durabilă presupune asigurarea unei durabilităţi cât mai ridicate şi a unei siguranţe în exploatare sporite a structurilor de rezistenţă din beton armat ale construcţiilor civile şi industriale. În acest context, investigarea, diagnoza şi predicţia stării de coroziune a structurilor din beton armat sunt de o importanţă deosebită. Din studii recente de laborator şi în teren a rezultat că există o foarte bună corelaţie între gradul de degradare fizică şi chimică a betonului şi rezistivitatea electrică a acestuia. Prin determinarea rezistivităţii betonului se poate crea o imagine complexă privind starea de degradare a structurilor din beton armat, prin localizarea zonelor cu degradări avansate din beton, a zonelor cu risc ridicat. În acest context, se prezintă un aparat specializat pentru determinarea rezistivităţii betonului din structurile de rezistenţă din beton armat aferente construcţiilor civile şi industriale, realizat la ICPE-CA, fig. 1 (brevet nr. 129118 OSIM, cu titlul: „Aparat pentru măsurarea rezistivității electrice a structurilor de rezistență din beton armat”). Scopul final al acestor determinări este investigarea stării de degradare a unor structuri din beton armat.

Aparat pentru măsurarea viscozităţii dinamice a lichidelor prin metode ultrasonice
Viscozitatea este proprietatea fluidelor de a se opune deformaţiilor (schimbării formei) prin dezvoltarea unor eforturi unitare tangenţiale, care se opun mişcării. Pentru un lichid dat, viscozitatea dinamică a lichidelor este o mărime fizică puternic dependentă de temperatură. De exemplu, în cazul uleiului de transformator s-a constatat că operarea îndelungată la temperaturi mai mari de 75oC determină mărirea viscozităţii şi oxidarea uleiului, provocând implicit micşorarea rigidităţii dielectrice. Supraîncălzirile şi descărcările electrice parţiale deteriorează uleiul de transformator, cauzând rupturi în moleculele acestuia, care duc la apariţia hidrogenului şi a hidrocarburilor ionice. Acestea se combină formând următoarele hidrocarburi gazoase: metan, etan, etilenă şi acetilenă, mărind astfel posibilitatea de apariţie a incendiilor la transformatoare. În acest context, existenţa unor dispozitive capabile să măsoare cu acurateţe vîscozitatea dinamică a lichidelor de uz industrial îşi dovedeşte pe deplin utilitatea. O metodă inovativă de măsurare a viscozităţii dinamice a fluidelor, care are ca principal avantaj micşorarea semnificativă a timpului de măsurare, a fost dezvoltată prin activităţile de cercetare desfăşurate în cadrul ICPE-CA. Sistemul de măsură realizat fără părţi în mişcare, determină valoarea viscozităţii dinamice într-un timp scurt, de ordinul a câteva secunde. Traductorul pentru măsurarea vîscozităţii dinamice în flux continuu utilizează două elemente active, realizate din materiale piezoceramice. Originalitatea sistemului constă în utilizarea a două pastile piezoelectrice, aflate la o anumită distanţă una faţă de cealaltă şi dispuse pe două feţe opuse ale unei incinte cu dimensiuni prestabilite, fig. 2 (brevet nr. 128865 OSIM, cu titlul: „Senzor piezoelectric de măsurare a viscozității dinamice și circuit de măsurare” și brevet nr. 129116 OSIM, cu titlul: „Senzor piezoelectric pentru determinarea vîscozității dinamice a fluidelor”).
Prima pastilă piezoceramică produce oscilaţii mecanice de frecvenţă fe şi amplitudine Ae atunci când este excitată cu o tensiune dreptunghiulară de la un generator, utilizând efectul piezoelectric invers, iar cea de a două pastilă piezoceramică, aflată la o anumită distanţă de prima, preia undele mecanice ale lichidului şi le transformă în impulsuri electrice, în concordanță cu mărimea vîscozităţii dinamice.
Aplicaţii: măsurarea viscozitatii dinamice în flux continuu a uleiului de transformator utilizat ca agent de răcire la transformatoarele de mare putere; măsurarea viscozitatii dinamice în flux continuu a combustibililor lichizi utilizați la motoare termice; măsurarea vîscozității dinamice în flux continuu a soluțiilor de laborator.
Elementele de acţionare electrică sau actuatoarele, aşa cum sunt denumite în lucrările de specialitate recente, reprezintă subansamble ale elementelor de execuţie cu utilizare în sistemele de reglare automată a proceselor. În prezent se impune o nouă clasificare a elementelor de acţionare electrice. Plecând de la proprietăţile fizico-chimice ale unor materiale active dezvoltate în ultimii ani, cum sunt: Vacodym (magnet din pământuri rare) NdFeB, Nitinol NixTixOxCx (aliaj cu memoria formei), Terfenol D Tb0.3Dy0.7Fe1.9 (aliaj magnetostrictiv) şi PIC (zirconat titanat de plumb dopat cu niobiu), s-au dezvoltat noi elemente de acţionare electrică.



Actuatori electromagnetici cu acţiune proporțională și cursă extinsă a echipamentului mobil
Actuatorul electromagnetic cu acţiune proporțională poate realiza deplasări liniare controlate ale echipamentului său mobil de până la 25 mm. În cazul actuatorilor electromagnetici cu acțiune proporțională, principiul modulaţiei în lăţime a pulsurilor (P.W.M.) poate fi utilizat la realizarea părţii electronice de comandă. Excursia echipamentului mobil depinde de raportul dintre durata impulsului şi perioada semnalului P.W.M, pentru o frecvență de lucru constantă. Echilibrul realizat în fiecare moment între forţa electromagnetică Fact a actuatorului electromagnetic şi forţa elastică Fel a unui resort antagonist determină stabilirea unui punct de funcționare stabil. Au fost dezvoltate prin activităţile de cercetare desfăşurate în cadrul ICPE-CA mai multe modele de actuatori electromagnetici cu acţiune proporțională, Fig 3 cu aplicații la electroventile proporționale.



Actuatori magnetostrictivi
Cristalelele de material ferromagnetic îşi schimbă forma când sunt introduse în câmp magnetic. Acest efect se numeşte efectul magnetostrictiv, descoperit de Joule în 1842. Dintre materialele magnetice, Terfenol-D a fost folosit cel mai des în construcția actuatorilor magnetostrictivi, ca material activ magnetostrictiv și prezintă la temperatura camerei magnetostricţiune pozitivă cu λ = 1000...2000 ppm la intensităţi ale câmpului magnetic de 50...200 kA/m. Magnetostricţiunea este, în general, un schimb reversibil de energie între forma de energie mecanică şi forma de energie magnetică. Un curent prin bobină produce un câmp magnetic care alungeşte tija, în timp ce momentele magnetice se orientează pe direcţia câmpului magnetic. Efectul este în special folosit la actuatorii magnetostrictivi. Magnetostricţiunea este o trăsătură reversibilă de material. Raportul Δl/l pentru materialul activ magnetostrictiv Terfenol-D este în gama de peste 1500 ppm, şi poate ajunge la 4000 ppm la frecvenţa de rezonanţă. Actuatorii magnetostrictivi oferă forţe mecanice foarte mari şi un răspuns dinamic foarte bun, pentru frecvenţe de până la 12 kHz. Motorul sonic magnetostrictiv fig. 4 (brevet nr. 129685 OSIM, cu titlul: „Motor sonic magnetostrictiv cu modul electronic de acționare” și cerere de brevet în curs de examinare nr. înregistrare A/00879/17.11.2014 OSIM, cu titlul: „Motor liniar magnetostrictiv”) are aplicații în domeniul microactuației, a sonicității, mecatronicii, în special în aplicațiile unde se impun forte mari simultan cu deplasări mici, în injectia de combustibil pentru motoare termice de puteri mai mari de 350 kW, care să satisfacă normele de poluare Euro-5 și Euro-6, în robotică și în industria spațială.



Actuatori piezoelectrici
Fenomenul piezoelectric este cunoscut încă din anul 1880. Anumite tipuri de cristale dezvoltă o sarcină electrică atunci când sunt expuse la stres mecanic. În schimb, aplicarea unui câmp electric asupra unui cristal piezoelectric conduce la o deformare fizică în cristal. PZT (prescurtarea vine de la formula chimică Pb(ZrTi)O3 pentru care polarizarea electrică se realizează prin deplasarea ionilor de Pb, Ti sau Zr din centrul structurii cristaline de oxigen) este ceramica piezoelectrică utilizată pe scară largă în actuatorii piezoelectrici. Actuatorii piezo pot oferi curse foarte mici precum şi rezoluţii extrem de fine, tipic sub un micrometru, dar este posibilă şi o rezoluţie de un nanometru, depinzând doar de modul cum sunt activaţi de către driver-ul specific asociat.
Motoarele piezoelectrice, fig. 5 (cerere de brevet in curs de examinare nr. înregistrare A/00874/23.11.2015 OSIM, cu titlul: „Motor piezoelectric rotativ cu dublu contact”) se alimentează în regim bifazat, prin aplicarea corespunzătoare a unei tensiuni sinusoidale şi cosinusoidale care determină undele progresive de suprafaţă în cilindrul piezoceramic din componenţa acestora. Funcţie de tipul elementului piezoceramic gama de tensiuni vârf la vârf se află în intervalul 50 Vvv – 1000 Vvv. Vitezele de rotaţie nu exced 10 rpm (pentru frecvenţa de rezonanţă), iar sensul de rotaţie se realizează simplu, prin inversarea polarizării cu o undă sinusoidală şi/sau cosinusoidală.
Sistem de generare a energiei electrice prin conversie fotovoltaică, cu utilizarea celulelor fotovoltaice de Si policristalin acoperite cu un film nanostructurat de oxid de zinc (ZnO) cu proprietăţi antireflexive
Activităţile de cercetare desfăşurate în cadrul ICPE-CA din ultimii ani au vizat și aplicaţii de tip „captarea energiei din mediul înconjurător”, respectiv alimentarea cu energie electrică a consumatorilor din amplasamente izolate. Problematica rezolvată este asigurarea unui sistem de generare a energiei electrice care să permită o îmbunătăţire a conversiei fotovoltaice la valori reduse ale radiației solare, prin intermediul unui procedeu de obținere acoperiri antireflexive cu film nanostructurat de oxid de zinc (ZnO), cerere de brevet în curs de examinare nr. înregistrare A/00297/17.05.2017 OSIM, cu titlul: „Sistem de generare a energiei electrice prin conversie fotovoltaică și procedeu de obținere acoperire antireflexivă”.
Transmisia luminii în celulele fotovoltaice de Si policristalin este îmbunătățită datorită multiplelor reflexii ale luminii în „structura capcană” realizată de acoperirea antireflexivă cu film nanostructurat de oxid de zinc (ZnO).

Transformatorul planar cu circuit magnetic realizat din ferită și nanofluid magnetic pentru aplicații de Harvesting energetic
Este utilizat în circuite electronice ca transformator separator în convertoare DC/DC, în aplicații de tip „Enery Harvesting”. Utilizarea unui nanofluid magnetic specific, cu magnetizația de saturație ridicată, între 500 Gs și 1000 Gs, ca miez lichid, parte a circuitului magnetic, elimină toate întrefierurile și liniile de câmp magnetic de dispersie. Realizarea unui cuplaj magnetic îmbunătățit se obține prin forma constructivă a bobinelor planare. Utilizarea miezurilor magnetice din ferită permite extinderea domeniului de frecvență de până la 1000 kHz. Nanofluidul magnetic este obținut prin metoda co-precipitării reprezentând o suspensie coloidală de nanoparticule de magnetită Fe3O4 acoperite cu un strat de surfactant acid oleic și dispersate în ulei de transformator, cu caracteristică magnetică ce permite o magnetizație de saturație între 500 Gs și 1000 Gs, iar fracția volumică a feritei se găsește în intervalul 22-24%, (cerere de brevet în curs de examinare nr. înregistrare A/00713/07.10.2016 OSIM, cu titlul: „Transformator planar cu nanofluid magnetic”).



Tags: ICPE-CA, inovare

Parerea ta conteaza:

(0/5, 0 voturi)

Lasa un comentariu



trimite