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