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116 AUTOMAZIONE OGGI 394 SOLUZIONI SOFTWARE PER L’INDUSTRIA
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stare fisicamente queste condizioni è seriamente limitata
dal costo di ricreare le condizioni di lavoro dell’impianto,
ma anche dal fatto che la realizzazione di tali prove speri-
mentali consentirebbe la raccolta di un numero limitato di
informazioni. Non sarebbe infatti possibile osservare con
assoluta precisione cosa accade all’interno della valvola,
nemmeno cercando di guardare solo i flussi al suo ingresso
e uscita. Anche impiegando tecniche di simulazione, ricre-
are le condizioni di desuperheating è molto difficile. Nella
maggior parte dei problemi di fluidodinamica, infatti, è suf-
ficiente assumere che un fluido abbia una densità costante
o che obbedisca alla legge dei gas ideali, ma qui la caduta
di pressione è talmente ampia che non si può semplificare
il problema e bisogna trattare il gas come reale per poter
ottenere dei risultati attendibili e prevedere fedelmente la
distribuzione di temperatura nella valvola. Ansys CFX offre
la possibilità di modellare un gas reale e di ottenere risul-
tati molto precisi in condizioni critiche. L’impiego di que-
sti modelli consente anche di prevedere accuratamente il
comportamento di fluidi durante i cambi di fase. La prima
sfida del team di ingegneri CCI è stata quella di determinare
il flusso all’ingresso della valvola. Mentre possono essere
facilmente misurati il flusso di ingresso, la temperatura e
la pressione, in passato era praticamente impossibile va-
lutare la distribuzione di velocità alla sezione del condotto
che si innesta sulla valvola. La condotta infatti si piega in
varie direzioni per ragioni di layout di progetto e il risul-
tato è che il flusso di fluido arriva all’ingresso della valvola
con un profilo di velocità non uniforme, e questo può avere
delle ripercussioni sulle prestazioni della valvola stessa. Per
risolvere questo problema, le condotte di ingresso sono
state simulate separatamente. Le condizioni al contorno
sono poi state esportate in Ansys CFX per simulare il flusso
di ingresso alla valvola.
Gli ingegneri di CCI hanno iniziato a simulare la valvola con
un modello CAD esistente realizzato con SolidWorks. La
geometria della valvola è complessa, con molti stadi che
hanno il compito di assorbire le enormi pressioni a cui viene
sottoposta. Il primo stadio è anche il più critico, essendo
quello che deve sopportare il carico termico maggiore, e
quindi deve essere simulato con un’altissima precisione.
Il processo di simulazione ha richiesto l’impiego di Ansys
Icem CFD per creare una mesh esaedrica molto fine, adatta
alla precisione che si rendeva necessaria per questa parte
del manufatto. Il flusso che passa attraverso la valvola si
divide poi in due parti: uno raggiunge l’area di caduta di
pressione e l’altro la zona dove avviene il fenomeno di raf-
freddamento dei flussi. La simulazione in transitorio ha ri-
velato che le condizioni del flusso all’interno della valvola
erano molto diverse da quelle che si immaginavano. Gli
ingegneri hanno trasferito facilmente il carico dovuto alla
pressione e la coppia equivalente dalla simulazione fluido-
dinamica ad Ansys Mechanical e hanno eseguito una simu-
lazione strutturale dei componenti principali della valvola.
Le informazioni ottenute hanno consentito di progettare
e costruire dei componenti che, gestiti come un kit per
retrofit, sono stati poi installati su valvole già esistenti e
in funzione sugli impianti. Grazie alla simulazione è stato
possibile aggiornare le valvole delle turbine in poche set-
timane, invece dei 6-12 mesi che ci si attendeva con l’im-
piego di metodologie tradizionali. La riduzione dei costi di
sviluppo è stata notevole, ma ancor più importante è aver
centrato l’obiettivo di aver reso dei componenti critici più
sicuri e affidabili, adatti a operare in nuove condizioni di
impiego ben più impegnative rispetto al passato.
Ansys
SSI
Le valvole di by pass producono una riduzione di pressione
molto elevata, nell’ordine dei 200 bar
La geometria della valvola è complessa, con molti stadi che
hanno il compito di assorbire le enormi pressioni a cui viene
sottoposta