Come il nuovo aggiornamento cambia il modo di descrivere il fluido nelle simulazioni oleodinamiche. Un caso studio mostra nel pratico la flessibilità della libreria.
Perché viscosità e densità non sono solo un numero
Nella simulazione di un sistema oleodinamico è facile trattare viscosità e densità del fluido come due semplici costanti da inserire in una maschera di parametri. Nella realtà, entrambe le grandezze variano in modo significativo, in primis con la temperatura, ma non solo. Forse non tutti sanno che le principali proprietà degli oli industriali variano anche a seconda della pressione di esercizio. Trascurare queste dipendenze porta a stime poco affidabili di trafilamenti interni, rendimento volumetrico o tempi di risposta delle valvole, proprio le grandezze che una simulazione dovrebbe aiutare a prevedere.
Con la versione 4.0 di SFPLibDyn abbiamo ampliato il cuore delle proprietà fluido della libreria: l’obiettivo era permettere a chi modella il sistema di scegliere il livello di dettaglio più adatto al proprio caso — dalla semplice costante fino a un modello completo dipendente da temperatura e pressione — senza dover mettere mano al resto del circuito idraulico.
Vuoi vedere come cambia la viscosità cambiando pressione, temperatura o le proprietà del fluido? Con il calcolatore interattivo a questo link puoi impostare i tuoi parametri (o partire da una configurazione ISO VG standard) e visualizzare subito la curva risultante.
Un fluido “componibile”
Nelle versioni precedenti le proprietà del fluido erano legate da un modello di calcolo prefissato che considerava solo l’influenza della temperatura. Da questa release, il modello di calcolo che descrive il liquido di simulazione è modulare ed espone due componenti sostituibili:
- ViscModel_l — il modello di viscosità del liquido
- DensityModel_l — il modello di densità del liquido
Ognuno dei due componenti può essere sostituito direttamente dalla finestra parametri del fluido FluidProp nell’ambiente di simulazione OpenModelica. Con pochi semplici clic diventa possibile confrontare i risultati di più simulazioni che utilizzano modelli di fluido differenti. Le diverse opzioni selezionabili offrono accuratezze e dipendenze diverse – dal più semplice, che mantiene i valori costanti, al più completo, che considera ogni contributo di pressione e temperatura.
Questo approccio rende immediato passare da un fluido semplificato in fase di pre-dimensionamento a una caratterizzazione accurata in fase di validazione finale, semplicemente cambiando due voci di menu.
Caso studio: quanto conta, in pratica, scegliere il modello giusto
Per rendere concreto l’effetto della scelta del modello, consideriamo un caso tipico: un olio idraulico ISO VG46, in un sistema che lavora a una pressione di regime di 350 bar, con temperatura del fluido che sale da 40 °C in fase di avviamento a 80 °C a regime termico raggiunto (una condizione comune del settore offroad, ad esempio, all’interno di una pompa a pistoni assiali o di un elemento di laminazione).
Confrontiamo tre configurazioni possibili di ViscModel_l per lo stesso circuito:
Il numero che emerge è significativo: alla condizione di regime, il modello Constant sovrastima la viscosità reale di oltre il doppio rispetto alla stima T+p, mentre il modello ISO3448 (che considera solo la temperatura) la sottostima di oltre la metà, perché ignora l’effetto irrigidente della pressione. Solo il modello ISO3448Extended coglie il bilanciamento tra i due effetti opposti (fluidificazione per temperatura, irrigidimento per pressione).
Tradotto in termini prestazionali: poiché il trafilamento attraverso un gioco laminare è, in prima approssimazione, inversamente proporzionale alla viscosità, un modello che ignora la dipendenza dalla pressione può sovrastimare il trafilamento interno (e quindi sottostimare il rendimento volumetrico) anche di un fattore due, alla stessa condizione operativa. Un modello che ignora del tutto la dipendenza da temperatura e pressione, invece, rischia l’errore opposto: sottostimare il trafilamento e la generazione di calore nelle fasi calde del ciclo.
I modelli disponibili
La libreria mette a disposizione tre formulazioni, pensate per coprire sia i casi più semplici sia la caratterizzazione a partire da dati di scheda tecnica tipici del settore oleodinamico e petrolifero. L’utilizzatore della libreria è libero di decidere quale modello di calcolo è più appropriato alle sue esigenze.
Di seguito è riportata una panoramica dei modelli disponibili e delle loro principali caratteristiche. Una descrizione completa di ogni modello e dei parametri richiesti è disponibile nella documentazione della libreria.
* La dipendenza della densità dalla pressione è sempre presente, indipendentemente dal modello selezionato. Tutti i modelli richiedono infatti il bulk modulus, utilizzato dalle equazioni della libreria per descrivere la comprimibilità del fluido. I modelli di densità intervengono esclusivamente sulla variazione con la temperatura.
In sintesi
L’aggiornamento 4.0 introduce in SFPLibDyn un approccio modulare di descrivere il fluido: si può scegliere, indipendentemente per densità e viscosità, il compromesso più adatto tra semplicità e accuratezza fisica, dalla costante fino al modello completo dipendente da temperatura e pressione.
Il beneficio non riguarda solo gli oli minerali: la stessa architettura si applica a qualunque liquido — acqua, carburanti, fluidi biodegradabili o altri fluidi industriali — semplicemente parametrizzando il modello scelto con i dati disponibili, che siano una classe ISO, una scheda tecnica del fornitore o misure di laboratorio.
Per il progettista questo significa poter aumentare il realismo della simulazione senza aumentare la complessità del modello — riducendo il rischio di sorprese nel passaggio dal modello al banco prova.
Vuoi approfondire?
Se desideri valutare come integrare questi modelli nelle tue simulazioni o vuoi ricevere una dimostrazione della libreria, contattaci: saremo lieti di mostrarti come utilizzare SFPLibDyn nel tuo caso applicativo.
SFPLibDyn è la libreria proprietaria di SmartFluidPower per la simulazione dinamica 1D di sistemi oleodinamici e fluido-meccanici, sviluppata su piattaforma OpenModelica.
