Oliver C. Ibe. / Caption title. / Includes bibliographical references (p. 22-23).

L’objectif de cette étude e est de comprendre le processus de déalliage de l’acier inoxydable austénitique 304L avec l’intention de transcrire ce raisonnement aux aciers duplex. Des essais ont été réalisés au sein d’une solution aqueuse désaérée d’hydroxyde de sodium à 50%, portés à une température de 80°C sous pression atmosphérique et à potentiel libre. - L’alliage 304L se dissout en formant une couche nanoporeuse riche en nickel métallique sur sa surface. - L’alliage 2202 se dissout et présente deux comportements différents : o la ferrite s’appauvrit en nickel o l’austénite se recouvre d’une couche nanoporeuse constituée de nickel métallique. o les deux phases ont des vitesses de dissolution distinctes, l’austénite se dissolvant plus rapidement que la ferrite. Les cinétiques de dissolution des deux alliages sont différentes : l’alliage 2202 présente une meilleure résistance à la corrosion que l’alliage 304L. Cependant l’austénite de l’alliage 2202 se comporte de manière identique à l’alliage 304L et présente les mêmes caractéristiques. La ferrite semble conférer à l’alliage duplex une protection contre la corrosion caustique au détriment de l’austénite.La mise en évidence de la couche du nickel métallique presque pur est confrontée avec des modèles existants de déalliage. Des expériences complémentaires ont prouvées la simultanéité des étapes de dissolution de l'alliage, de la redéposition des atomes de Ni et de leur réarrangement sur la surface. / The aim of this study is to understand the process of dealloying of austenitic stainless steel 304L with the intention to put this reasoning to the duplex steels. Tests were conducted in a deaerated aqueous solution of sodium hydroxide at 50%, heated to a temperature of 80°C at atmospheric pressure and free potential. • The alloy 304L is dissolved to form a nanoporous layer rich in nickel metal on its surface. • The alloy 2202 is dissolved and has two different behaviors: o Ferritic phase is depleted in nickel o Austenite is covered by a nanoporous layer consists of metallic nickelo The two phases have different dissolution rates: austenite dissolves faster than ferrite. Kinetic dissolution of two alloys is different: alloy 2202 has better corrosion resistance than alloy 304L. However, the behavior of the austenite of the alloy 2202 is identical to the alloy 304L and has the same characteristics. The ferrite appears to give the duplex alloy corrosion protection against caustic at the expense of austenite. The identification of the layer of almost pure metallic nickel is confronted with existing models of dealloying. Additional experiments proved the simultaneous steps of dissolution of the alloy, redeposition of Ni atoms and their rearrangement on the surface.

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Ens proposem fer girar tubs de material conductor (coure o alumini) de diferents llargades i diàmetres. Aquest tub que hom vol fer girar és el secundari d'una màquina elèctrica d'inducció, i actua de rotor o part mòbil. L'inductor de la màquina, que actua d'estàtor o part fixa, està alimentat per mitjà d'una font de corrent ideal. Ens trobem, per tant, en un sistema elèctric alimentat per font de corrent, en contraposició al sistema elèctric usual que s'alimenta per font de tensió. En el sistema elèctric de font de corrent, la potència en borns s'aconsegueix per variació de la tensió aplicada a la màquina, mentre que es manté fix el corrent. Cal evitar el circuit obert com calia evitar el curtcircuit en el sistema de font de tensió.Aquest treball està enquadrat en un marc més ampli que amb els nous materials (nuclis de ferrites, superconductors, electrònica) es qüestiona la mateixa essència constructiva de les màquines elèctriques, de soca-rel. Els resultats són esperats per altres persones que treballen en camins paral.lels i complementaris.Es contempla aprofitar aquestes noves màquines en una aplicació tèxtil.Constructivament, es treballa amb un sol conductor per ranura. Fa que aquestes màquines siguin aptes per anar substituint trams de conductor rígid per superconductor. Els conductors de l'inductor van refrigerats per aigua, per així incrementar la densitat de corrent. Quan s'esdevingui la utilització amb superconductors caldrà refrigerar amb nitrogen líquid.El mètode de treball és experimental, però sense menystenir altres eines (ajustaments teòrics, simulació per elements finits). Es comença per dissenyar un primer prototipus amb les dues úniques exigències de: màxima simplicitat i alimentació per font de corrent. És l'anomenada màquina de "canyeria" o Prat-1.Els resultats permeten dissenyar dos nous prototipus. De cadascun se'n fan dues variantsPrimerament, la màquina de sector d'estàtor. El seu inductor és només un arc d'estàtor (Prat-2.1). El model complet és la màquina de vuitanta conductors (Prat-2.0). De totes dues se'n construeixen i assagen els prototipus pneumàtics. De Prat-2.1 se n' estudia també la part electromagnètica.Després es construeix una màquina que, alimentada en monofàsic, arrenca per variació de reluctància, i alimentada en bifàsic, arrenca per camp giratori. Es la màquina d'arrencada per reluctància (Prat-3). Se'n construeix una segona versió fent servir estany fos (que per mitjà d'uns utillatges apropiats passa a omplenar els camins destinats a circuit elèctric). Hom l'anomena màquina d'estany colat (Prat-4). Industrialment, es preveu substituir l'estany per alumini. Totes dues tenen vuit conductors de coure refrigerats amb aigua.Tots aquests resultats previs permeten construir una màquina trifàsica de rotor extern i amb dos inductors (Prat-5).Aquests prototipus giren sense rodaments mecànics. En el cas de Prat-2.0/ Prat-2.1 es fa servir un coixí pneumàtic. En la màquina de "canyeria" (Prat-1), s'observa un desplaçament axial del rotor cap a fora quan augmentem el corrent. Els altres tres prototipus giren sense rodaments i amb frecs poc importants. Hom no aprofundeix en tot el tema de levitació associat a aquests fenòmens, perquè en aquest treball interessaven més els aspectes constructius.Destaquem com a fets més representatius haver treballat amb un sol conductor per ranura, la gran importància de les simetries en el disseny d'aquestes màquines, la necessitat d'un transformador d'intensitat sobre la pròpia màquina, i la convicció que hom ha de tendir cap a ranures cada vegada més aplanades. La màquina de "canyeria" sense ranures (pura capa de corrent), és la que millor gira, i a més, levita. / Nos proponemos hacer girar tubos de material conductor (cobre o aluminio) de distintas longitudes y diámetros. Este tubo que se quiere hacer girar es el secundario de una máquina eléctrica de inducción, y actúa de rotor o parte móvil.El inductor de la máquina, que actúa de estátor o parte fija, se alimenta de una fuente de corriente ideal. Nos encontramos, por tanto, en un sistema eléctrico alimentado por fuente de corriente, en contraposición al sistema eléctrico al uso que se alimenta por fuente de tensión. En el sistema eléctrico de fuente de corriente, la potencia en bornes se consigue por variación de la tensión aplicada a la máquina, manteniéndose fija la intensidad. Cabe evitar el circuito abierto, al igual que debíamos evitar el cortocircuito en el sistema de fuente de tensión.Este trabajo se encuadra en un marco mucho más amplio que con los nuevos materiales (núcleos de ferrita, superconductores, electrónica) se cuestiona la misma esencia constructivas de las máquinas eléctricas. Los resultados los esperan otros que trabajan en caminos paralelos y complementarios.Se contempla aprovechar estas nuevas máquinas en una aplicación textil.Constructivamente se trabaja con un solo conductor por ranura. Las hace a estas máquinas aptas para que tramos de conductor rígido puedan ser sustituidos por superconductor. Los conductores del inductor se refrigeran por agua para incrementar las densidades de corriente admisibles. En el caso de superconductores habrá que cambiar el refrigerante a nitrógeno líquido.El método de trabajo es experimental, sin menoscabro de otros (ajustes teóricos, simulación por elementos finitos). Se diseña un primer prototipo con dos únicas exigencias: máxima simplicidad y alimentación por fuente de corriente. Se le llama máquina de cañeria o Prat-1.Los resultados permiten diseñar dos nuevos prototipos. Dos variantes de cada uno.El primero, la máquina de sector de estátor. Su inductor es un arco de estátor (Prat-2.1). El modelo completo es la máquina de ochenta conductores (Prat-2.0). De ambas se construyen y ensayan los prototipos neumáticos. De Prat-2.1 también la parte electromagnética.Después se construye una máquina que, alimentada en monofásico, arranca por variación de reluctáncia, y alimentada en bifásico, arranca por campo giratorio. Es la máquina de arranque por reluctáncia (Prat-3). Se construye una segunda versión utilizando estaño fundido (mediante unos utillajes apropiados pasa a rellenar los huecos destinados a ubicar el circuito eléctrico). Se la llama máquina de colada de estaño (Prat-4). En la industria se prevé sustituir estaño por aluminio. Ambas tienen ocho conductores de cobre refrigerados por agua.Estos resultados previos permiten construir una máquina trifásica de rotor externo y dos inductores (Prat-5).Estos prototipos giran sin rodamientos mecánicos. En Prat-2.0/ Prat-2.1 se utiliza cojín neumático. En la máquina de cañeria (Prat-1), se observa un desplazamiento axial del rotor hacia el exterior si incrementamos la intensidad de corriente. Los tres restantes prototipos giran sin rodamientos y con fricciones de poca monta. No se profundiza en el tema de levitación asociado por tratarse de un trabajo más orientado a aspectos constructivos.Como hechos más representativos se citan haber trabajado con un solo conductor por ranura, la gran importancia de las simetrías en el diseño de estas máquinas, la necesidad de un transformador de corriente sobre la propia máquina, i la convicción que hay que tender a ranuras cada vez más planas. La máquina de cañeria sin ranuras (pura capa de corriente), es la que mejor gira y encima levita / Our idea is to rotate pipes produced of conductor materials (copper or aluminium) having different lengths and diameters. The pipe to be rotated is secondary in an induction electrical device and acts as rotor, or mobile part.The inductor of the device, acting as stator or fixed part, is powered by means of an ideal current source. Therefore we deal with an electical system powered by a current source, in contrast to usual electrical systems powered by means of a voltage source. In an electrical system powered by a current source, the terminal power is obtained by varying the voltage applied to the device, the current being fixed. One should avoid open circuits similar to avoiding short circuits in a system powered by a voltage source.This work fits into a wider framework which, using new materials (ferrite, superconductors, electronics), puts into question the whole essense of electrical devices. The results obtained are as expected by other authors who follow parallel and complementary ways.The possibility of using these new devices in textil applications is considered.Constructively, we work with an only conductor per slot. This enables one to replace segments of rigid conductor by superconductors in our devices. The inductor conductors are water-cooled in order to increase the current density. When superconductors are used, cooling by liquid nitrogen will be required.The working method is experimental; however, other tools are not discarded (theoreticaladjustments, simulations using the finite elements). We begin with designing a first prototype to meet the only two restrictions: maximum simplicity and powering by a current source. This is the so-called "cane"device, or Prat-1.The results obtained enable us to design two new prototypes. Two variants of each of these prototypes are made. The first is a stator sector device. The inductor of this device is the one and only stator arc (Prat- 2.1). A complete model is a device containing eighty conductors (Prat-2.0). Pneumatic prototypes of the both devices are made and tested. The electromagnetic part of Prat-2.1 is also studied.The next step is to construct a device which starts by reluctance variation, if powered inmonophase, and by rotary camp, if powered in biphase. This is the reluctance started device (Prat-3).Another version of this device is constructed using fused tin (which, by means of appropriate tools, fills in the routes designed for the electic circuit). This is the so-called tin-filled device (Prat-4). In industrial applications, tin is suggested to be replaced by aluminium. Both devices have eight water-cooled copper conductors.All above results enable us to construct a three-phase device having an external rotor and two inductors (Prat-5).These prototypes rotate without mechanical bearings. In case of Prat-2.0/ Prat-2.1, a pneumatic bearing is used. In the "cane" device, a rotor axial displacement towards outside is observed when the current is increased. The remaining three prototypes rotate without bearings proving to have frictions of minor importance. We do not deal with the topic of levitation related to these phenomena, since our basic focus in this work has been rather on constructive aspects.Let us indicate as the most significant facts that we have worked with the only conductor per slot, that symmetries are of an utmost importance for designing these devices, that an intensity transformator is required for the device, and that we are sure that there should be a tendency towards more and more plain slots. The "cane" device having no slots (a pure current layer) is the one that rotates better and, moreover, levitates.

de la tesis:Hacia el motor superconductor: estudio de las interacciones entre un estator convencional y un rotor superconductorEl desarrollo de superconductores de alta temperatura (HTSC) de gran corriente crítica ha permitido la fabricación de dispositivos en varias áreas de la ingeniería electromecánica. En particular, los HTSC pueden mejorar el rendimiento de los motores eléctricos, ya sea sustituyendo el cobre en el rotor de los mismos o con la realización de nuevos diseños.El particular ciclo de histéresis de los superconductores permite mejorar las características de los motores clásicos de histéresis. Además, el comportamiento diamagnético de los superconductores permite la levitación de los rotores, evitando el contacto entre el rotor y el estator. Esta propiedad permite alcanzar una gran velocidad de rotación en motores con diámetros pequeños.En este trabajo presentamos el estudio del comportamiento de motores de flujo axial y radial con inductores bobinados con hilo de cobre y rotor superconductor. La distribución del campo magnético alrededor del rotor, interacción magnética entre estator y rotor, y medidas del par estático y comportamiento dinámico son los principales puntos investigados.El campo generado por inductores convencionales pueden interactuar con el rotor superconductor mediante la magnetización inducida en el mismo. Esta interacción, que proporciona par y fuerzas de levitación, es estudiada en dos configuraciones:Configuración de flujo radial:Un motor ha sido construido con un cilindro de material en el rotor y un estator convencional bobinado con hilo de cobre. El estator tiene un diámetro externo de 40 mm. El hueco interno es de 16 mm de diámetro y 16 mm de altura. Ha sido bobinado con una configuración de 4 polos/ 4 fases, lo que permite una simetría adecuada para el autocentrado y levitación del rotor. No se ha usado cojinetes mecánicos.El rotor de 15,8 mm de diámetro y 16 mm de altura ha sido construido superconductor YBCO texturado. Para incrementar la simetría, el superconductor alrededor del cilindro es multidominio. Para incrementar la estabilidad axial, un disco de YBCO se ha situado en la parte superior del rotor superconductor.Cuando se conecta el inductor, el rotor levita y se centra por la presión magnética lateral. Gira siguiendo el campo magnético del estator. El rotor alcanza el estado síncrono. El motor ha sido ensayado a varias frecuencias hasta la velocidad de 40000 rmp. El movimiento del rotor ha sido observado con luz estroboscópica mostrando el comportamiento síncrono.Para caracterizar el motor, hemos realizado medidas del campo magnético en el estator y el rotor. El par ha sido medido en función del campo aplicado y del ángulo de carga.A partir de las medidas del campo magnético y de la magnetización del superconductor, hemos podido estimar el par, calculando la energía asociada al ciclo de histéresis, en función del ángulo de deslizamiento.Configuración de flujo axial:Un segundo prototipo ha sido construido usando dos semiestátores convencionales de tres fases bobinados con hilo de cobre para un motor de ocho polos. El rotor original ha sido sustituido por un disco de epoxi reforzado con fibra de vidrio de 4mm de altura y 175 mm de diámetro. Ocho discos de YBCO de 4mm de altura y 28 mm de diámetro han sido distribuidos alrededor del disco. Para poder medir el par, se ha situado un eje en el centro del rotor.El motor de flujo axial se comporta de forma similar al motor de flujo axial . En este caso la levitación es debida al gradiente de flujo en el entrehierro que existe entre ambos semiestátores. Las fuerzas de centrado se producen por el gradiente de flujo en los bordes del plano de cada inductor y son sensibles al desplazamiento del flujo atrapado.Hemos realizado medidas del par en función del ángulo de deslizamiento en estado estático y en función de la velocidad y el ángulo de carga en la caracterización dinámica. El par máximo obtenido es de 3 N·m. A 200 Hz, la potencia alcanzada es de 1 kW y las pérdidas en el hierro son aceptables. / Thesis summary :Toward to the superconducting motor: study of the interactions between a conventional stator and a superconducting rotorThe developement of high critical current HTSC (high temperature superconductors) has allowed the fabrication of devices in several areas of electromechanical engineering. In particular, HTSC have a large potential for the improvement of the efficiency of electrical motors either to susbstitute the copper windings of the rotors and for the realisation of new designs.In this work we present the study of the behavoir of axial and radial SC motors powered by a classical copper wound armature. Magnetic field distributions arround the rotor, magnetic interaction between inductor and superconducting rotor, static torque and dinamyc mesurements are the main items investigated.The field generated by the conventional armature can interact with SC rotors by means of the magnetization induced in the SC material. This interaction provides the force responsible for centering and levitation thus avoiding the use of conventional bearing and auxiliari fields providing magnetical bearing. We investigated this interaction in two configurations:Radial field configuration:The motor is built by the HTSC cylinder shaped rotor and a conventional copper wound stator. The stator core has an external diameter of 40mm, the internal hollow is of 16mm in diameter and heigh 16mm. The stator has been wound in a four poles/four phases configuration which allows the adequatre field symmetry to self-center and sustaint the rotor. No mechanical bearing has been used.The rotor of 15,8 mm in diameter and 16mm in high has been constructed from pieces of melt textured YBCO. In order to gain homogeneity around the external area of the cylinders we have chosen multidomain pellets. In order to improve the axial stability, a disc of melt textured YBCO has been stuck on the upper face of the HTSC rotor.When the armature is energized, the rotor levitates and it is centered by the lateral magnetic presure. It spins drived by the magnetic field. The rotor reaches a steady state synchronous with the field rotation. The motor has been tested at several frequencies up to a rotation speed of 40000 rpm. The movement of the rotor has been observed by stroboscopic lighting showing its synchronous behavoir.In order to characterize the motor we have performed magnetic mesurements of both armature and rotor. The torque is also been measured as a funtion of the applied current and the load angle.From the measured values of the applied magnetic field and the remanent magnetization we can estimate the torque by calculating the energy loss by hysteresis as a funtion of the slip angle of the SC rotor.Axial field configurationA second prototype has been constructed by using two conventional 3-phases wound inductors for an eight poles motor. The original rotor has been substituted by a glass fiber reinforced epoxi disk of a 4mm in thickness an 175 mm in diameter. Eight melt-textured YBCO discs of 4mm in high and 28 mm in diameter have been distributed around the disk. In order to perform the torque mesurements, a shaft has been stuck in the center of the rotor.The axial flux motor behaves in a similar way than that observed in the radial flux motor. In this case the levitation is provided by the flux gradient in the gap between both inductors. The centering forces are produced by the gradient at the borders of the plane of each inductor and are more sensitive to any displacement of the trapped fluxWe have performed mesurements of the torque as a funtion of the angle of displacement in a static state and a torque as a funtion of the speed and the load angle in a dinamic caracterization. The maximum torque obtained is 3 N·m. At 200 Hz the power arrives up to 1kW and the losses in the iron core can be acceptable.

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La existencia de máquinas eléctricas industriales desde finales del siglo XIX implica que es un sector de desarrollo maduro donde parecen difíciles nuevos conceptos de máquina, a no ser que el desarrollo de nuevos materiales o tecnologías de fabricación hagan que conceptos de máquina con pocas aplicaciones pase a ser objeto de mejora y optimización. Analizando la literatura de estos últimos años (ver bibliografía), donde se pueden encontrar máquinas nada convencionales, se infiere que los diseños más interesantes hacen referencia a flujos que ya no pueden simplificarse a dos dimensiones como en los motores convencionales, sino que requieren interpretarlo en sus tres dimensiones. De todas las topologías propuestas es la máquina de flujo axial la que está encontrando mayor número de aplicaciones.En esta tesis doctoral se pretende presentar el estado del arte de esta topología de máquina, justificar su necesidad frente/junto a las máquinas radiales, presentar los parámetros de diseño fundamentales de la misma, presentar el modelo analítico tradicional de máquina de inducción, aportando la solución analítica de las ecuaciones de la máquina.En las máquinas axiales de inducción con rótor sólido no ferromagnético se presentan fenómenos que no tienen explicación evidente, como puede ser el giro en vacío a velocidades muy alejadas de la de sincronismo, o las dificultades en el arranque de las mismas. Con anterioridad ya se han hecho intentos de aplicar caminos de corriente preferentes en maquinas de este tipo con el fin de mejorar las prestaciones, pero aún no se ha logrado encontrar una explicación a alguno de los fenómenos que rodean a este tipo de máquinas.Se ha analizado modelos en 3 dimensiones de máquinas de flujo axial empleando el Método de los elementos finitos (MEF), puesto que el problema de las máquinas de flujo axial es un problema tridimensional, como así se reconoce en la bibliografía consultada.La simulación en 3 dimensiones (3D) de campos electromagnéticos no es novedad, puesto que existe software que permite el cálculo en 3D, sin embargo las simulaciones consultadas en la bibliografía son siempre con campos magnéticos estáticos, la mayoría de veces en 2D y nunca aplicada a cuerpos en movimiento.De los trabajos realizados se ha comprobado que para extraer conclusiones, es tan importante el número como la imagen gráfica de la simulación. Se han validado los resultados en base a los prototipos desarrollados en el Departament d'Enginyeria Elèctrica de la UPC. Desarrollados dentro del equipo de trabajo en el que ha trabajado el autor, dirigidos por Ricard Bosch Tous.Estos prototipos tienen en común la geometría axial, el número de polos y las similares dimensiones interiores y exteriores. Se ha trabajado sobre máquinas de 20 pares de polos, formadas por 1 ó 2 inductores constituidos por un soporte ferromagnético o no, sobre el que se bobina el devanado inductor. El rótor es siempre un disco de aluminio de diferentes dimensiones en función del prototipo.Se ha concluido la necesidad de emplear rotores ranurados debido a los vórtices de corriente que se forman, con el fin de alargar las líneas de corriente y por lo tanto la componente útil de la misma.Se ha concluido también la necesidad de incrementar las frecuencias de trabajo por encima de la f de 50 Hz. Existiendo frecuencias donde se prevé un mejor funcionamiento, que son los 500 y 1000 Hz. / Electrical Machines began to develop in early beginning of XIXth century. This means they have evolved for two centuries, and actually, from an electromechanical point of view, it is difficult to improve them.But there exists other topologies of electrical machines which were forgotten practically from the beginning of their evolution, as in case of axial flux machines.New materials and manufacturing techniques can make possible to develop and improve them.Taking a look on the recent literature related with non conventional machines, as it is the case of linear or axial flux machines, one can see that conventional two dimensional analysis gives little result. Due to the particular topology of these machines, magnetic field must be analysed in its three dimensions.The aim and goal of this thesis is to show the state of the art of axial flux machines, to justify its need against/beside radial flux machines, to show the basic design parameters and to analyse a 2 stator 1 rotor axial flux machine using the Finite Element Merhod (FEM).Axial flux induction machines with non ferromagnetic rotor show results of extremely difficult explanation, as a no load speed far away from synchronous speed. In previous works other authors have tried to fix preferred paths for induced current in these machines, but actually no answer has been found for a lot of questions around them.In this work a three dimensional analysis of the axial flux machine, through FEM simulations with moving rotor, have been performed using ANSYS software.No references of similar works have been found in the literature.Prototypes of axial flux machines with non ferromagnetic conductive rotor have been developed in the "Departement d'Enginyeria Elèctrica" of the Polytechnic University of Catalonia, by the team of Dr. Ricard Boch.Iron and ironless inductors have been tested showing similar results and showing speeds at no load that agree with the simulations.The conclusion of the thesis is that these machines ar so sensitive to frequency (f) and s and show better results at 500 Hz and 1 kHz.It has been proposed to use slotted rotors to break the current vortex and to extent the current lines to improve the torque of the machine.