Caratterizzazione ed implementazione di un attuatore realizzato in lega a memoria di forma in una valvola per applicazioni fluidodinamiche

The work presented in this research is a collaboration with Fluid-o-Tech, a leading company in the field of valves and pumps, and its aim is to obtain an innovative product that can be competitive on the market. Nowadays, the valve industry has reached a progress such as to make necessary an innovative jump to further proceed in the development of this technology. Fluid-o-Tech has already moved towards this direction, focusing on the replacement of the actuation through a solenoid with a more efficient one based on the use of shape memory alloys. The next step is to further miniaturize the actuation system in order to obtain a valve body of reduced size while maintaining high performance. In this regard, thanks to the thesis of the engineer Carlo Blu Steiner, also in collaboration with Fluid-o-Tech, different types of actuators that could be integrated into a small valve are designed at a theoretical level, through finite element simulations. Prototypes of these actuators were then produced by the German company Acquandas through the process of NiTi film sputtering, in which it is specialized. The case study that will later be documented is the characterization, through experimental tests, of the actuators produced from Acquandas to see if their performances can be used to design a competitive microvalve and check which one of them has the highest performances. The experimental data will also be used to realize a simple tool which allows sizing actuators with the same geometry of the ones discussed in this thesis. The information given by those tests will then be a base for ulterior studies in which the results of the experimentations can be confronted with the data obtained from Steiner’s simulations, in order to define if the analytical model he used is suited for this kind of applications. To conclude this work, an innovative microvalve implementing this kind of actuators was designed.

Il lavoro presentato in questo elaborato nasce dalla collaborazione con Fluid-o-Tech, azienda innovatrice nel settore di valvole e pompe, e in particolare il suo scopo è di ottenere un prodotto innovativo che possa essere competitivo sul mercato. Nei giorni nostri il settore delle valvole ha raggiunto un progresso tale da rendere necessario un salto innovativo per procedere ulteriormente nello sviluppo di tale tecnologia. Fluid-o-Tech si è già mossa in tale direzione, puntando sulla sostituzione dell’attuazione tramite solenoide con una più efficiente basata sull’utilizzo delle leghe a memoria di forma (SMA). Il passo successivo consiste nel miniaturizzare ulteriormente il sistema di attuazione in modo da ottenere un corpo valvola d’ingombro ridotto pur mantenendo elevate le prestazioni. A tal proposito, grazie al lavoro di tesi dell’ingegner Carlo Blu Steiner, sempre in collaborazione con Fluid-o-Tech, sono stati progettati a livello teorico, tramite simulazioni agli elementi finiti, diversi tipi di attuatori che potessero essere integrati in una valvola di dimensioni ridotte. Questi attuatori sono stati in seguito prodotti dall’azienda tedesca Acquandas tramite il processo di deposizione di film di NiTi, in cui è specializzata. Il caso studio che verrà in seguito documentato consiste nella caratterizzazione, tramite prove sperimentali, degli attuatori prodotti da Acquandas per capire se le prestazioni che essi forniscono sono sfruttabili all’interno di una valvola che possa essere messa in commercio e, in generale, verificare quale fra essi sia il più performante. Tali prove sperimentali verranno inoltre sfruttate per realizzare uno strumento di dimensionamento rapido di attuatori con questa geometria. Le conclusioni tratte da queste prove faranno da punto di partenza per gettare le basi di un ulteriore studio atto a confrontare più nel dettaglio le prestazioni reali con quelle simulate da Steiner in modo da validare il modello per applicazioni di questo tipo. A conclusione di questo lavoro, è stato progettato un corpo valvola innovativo che sfruttasse gli attuatori a disposizione.