La soluzione 3 è in grado si risolvere il problema e soddisfare tutti i requisiti. Tuttavia non è semplice garantire l’impermeabilità dell’accoppiamento Boccola-Pistone e ciò rende la soluzione 3 più incline a possibili malfunzionamenti.

In questa pagina si mostra in maniera più approfondita il concept ritenuto migliore alla risoluzione del problema proposto.

La base inferiore è fissata sul condotto in cui fluisce l'aria in pressione. L'apertura manuale è controllata dalla molla agente tra tappo esterno e base interna.
L'azionamento dell'apertura manuale libera un'area di passaggio circolare di diametro 22mm.
L'apertura automatica invece apre un passaggio di area equivalente a un foro da 4mm di diametro e viene attuata per mezzo del filo SMA.
Il filo è vicolato agli estremi alla scheda mentre nella parte centrale si inserisce nella cavità della boccola di acciaio che gli permette di interagire con il pistone.
Contraendosi, il filo SMA schiaccia il pistone aprendo una luce verso il lato in pressione della valvola.
Lo sfiato avviene attraverso i settori aperti della base interna che in condizioni di "chiusura" sono occultati dal dado avvitato all'estremità del pistone.
La geometria è cilindrica: non è necessaria una geometria tronco conica perchè non ci sono giochi tra pistone e base interna, dunque non ci sono problemi di posizionamento.
La chiusura della valvola, quando l’attuatore si rilassa, è favorita dalla pressione.

Considerando la geometria del cinematismo, la spinta agente sul pistone dovuta alla pressione è al massimo pari a 77 N. Utilizzare un filo da 0.1 mm comporterebbe un tiro nel filo stesso di 140 N, sottoponendolo così ad uno sforzo di oltre 17 GPa che ne provocherebbe la rottura.

Utilizzando un filo SMA avente un diametro di 1 mm anzi che 0.1 mm lo sforzo massimo di trazione sarebbe pari a 178 MPa, valore accettabile. Mantenendo il cinematismo ogni altra modifica geometrica (ad esempio la riduzione del diametro del dado) risulterebbe meno efficace.

Inoltre la nuova configurazione apporta benefici anche per quanto riguarda gli sforzi a cui è sottoposta la boccola di acciaio.

Per entrambi i casi la deformazione richiesta al filo per garantire una luce minima di 1.5mm in apertura della valvola è di 2.158%, valore ben inferiore al limite massimo del 3%.

L'analisi FEM è stata eseguita sull'assieme Pistone-Dado sottoposto alla forza che deriva dalla pressione dell'aria (che agisce sulla superficie inferiore del pistone) e alla forza esercitata dal filo.

Il caso raffigurato rappresenta la massima tensione a cui è sottoposto l'assieme:
Con il contrarsi del filo cresce la sollecitazione sull'assieme Pistone-Dado fino al massimo analizzato nell'analisi FEM.
Nel momento in cui il filo fornisce la forza massima (quella necessaria per vincere la pressione dell'aria) il pistone inizia ad abbassarsi, aprendo la luce e permettendo alla pressione di diminuire: la sollecitazione sul pezzo diminuisce.
Quando il filo ritorna in condizione martensitica, rilassandosi, il pistone torna naturalmente nella sua posizione iniziale per effetto della pressione e, in minima parte, anche della molla di richiamo.

Il primo grafico mostra la deformazione del pezzo, che nel punto di massimo è dell'ordine dei centesimi di millimetro. Rispetto a uno spostamento di almeno 1.5 mm può considerarsi trascurabile.

Il secondo grafico mostra le sollecitazioni di Von Mises, la massima sollecitazione si trova in corrispondenza del superficie di contatto tra boccola e filo. Il valore è basso rispetto a quanto possa resistere l'acciaio della boccola.

Il terzo grafico mostra il fattore di sicurezza nei punti dell'assieme Pistone-Dado. I "punti" più a rischio sono situati nel corpo del pistone che è snello e soggetto a una coppia di forze che tende a schiacciarlo: tuttavia il minimo fattore di sicurezza è 1.87 e significa che il pistone (nel momento di massima sollecitazione) è soggetto a uno sforzo che è comunque circa la metà del suo carico di snervamento.

Riteniamo che questa soluzione sia la migliore per il caso in questione.
Il concept è semplice, tutte le parti possono essere stampate e facilmente montate: condizioni che rendono il pezzo producibile in grandi lotti a fronte di piccoli prezzi.

La molla interna permette un corretto posizionamento della valvola anche in condizioni di non lavoro, e anche a fronte di aumenti molto lenti di pressione nell’impianto la valvola non permette fuoriuscite di gas.

L’analisi FEM mostra che il pistone viene sollecitato poco, anche grazie alla boccola di acciaio che garantisce una superficie d’appoggio resistente per il filo, teso e alla temperatura massima di 77°C.