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AUTOMAZIONE OGGI 378SOLUZIONI SOFTWARE PER L’INDUSTRIA 97
SSI esperienze
di dare solo stime di massima e
non informazioni dettagliate sul
flusso all’interno della pompa ne-
cessario per scegliere il design più
efficiente. Di conseguenza Tesma
si basava sui test condotti su pro-
totipi fisici per valutare le perfor-
mance dei prodotti. Questa scelta
è risultata eccessivamente dispen-
diosa dal punto di vista economico
e di tempo, impiegando fino a 4
settimane per costruire e testare un singolo prototipo.
I vantaggi della prototipazione virtuale
La fluidodinamica computazionale (CFD) offre vantaggi fon-
damentali perché simula il comportamento della pompa
prendendo in considerazione la geometria completa e for-
nendo informazioni diagnostiche fondamentali. L’obiettivo
di Tesma nella scelta della CFD era di ridurre il tempo neces-
sario per la progettazione con cicli di design virtuali anziché
fisici. Il risultato desiderato era il miglioramento delle perfor-
mance e la riduzione del time-to-market grazie alla valuta-
zione di più alternative di design.
L’analisi CFD consente di valutare la velocità, la tempera-
tura, la concentrazione chimica e altre variabili rilevanti del
liquido valutando anche la geometria del sistema o le con-
dizioni di contorno e vedere l’effetto sul flussi e la distribu-
zione del fluido. La CFD può anche fornire studi parametrici
per ridurre significativamente il numero di esperimenti ne-
cessari per sviluppare un prodotto e ridurre costi e tempi di
progetto. Tesma ha scelto Ansys Fluent come software per
l’analisi fluidodinamica proprio per raggiungere gli obiettivi
prefissati. Il software consente di variare le condizioni al con-
torno, le proprietà dei materiali, i modelli di turbolenza gra-
zie all’uso di un menu drop-down e fornisce opzioni molto
avanzate di post-processing per vedere graficamente i risul-
tati e supportare quindi i progettisti nel processo decisio-
nale. Ansys Fluent consente inoltre di gestire un ampio range
di applicazioni in diversi settori industriali quali aerospace,
chimico, power generation ed elettronico.
Progettare design innovativi
Gli ingegneri Tesma hanno importato la geometria realizzata
con il CAD nel formato FTL proprietario apportando le neces-
sarie modifiche. Successivamente hanno generato una mesh
con il preprocessore di Fluent controllando la tipologia e la
densità degli elementi.
Sono stati impiegati principalmente elementi tetraedrici per
il setup della mesh, mentre elementi esaedrici per le aree cri-
tiche quali il gap tra il girante e i componenti. La mesh è stata
quindi importata in un altro programma di Fluent chiamato
TGrid per controllare la qualità della superficie e per fare le
opportune correzioni. Successivamente è stata generata la
mesh a volumi e controllata la sua qualità. È stato utilizzato
il modello MRF (Multiple Reference Frame) per studiare la
rotazione del girante. In seguito le informazioni sono state
trasferite attra-
verso un’inter-
faccia predefinita
tra i due frame.
Sono stati usati
un flusso in en-
trata e la pres-
sione in uscita
come condizioni
al contorno oltre
al modello di tur-
bolenza, e poi
analizzate in par-
ticolare la testa
della pompa e
l’efficienza idraulica. I risultati hanno confermato l’accura-
tezza del design iniziale e la sua funzionalità in termini di
performance, così i progettisti si sono dedicati a ulteriori
analisi per verificare la possibilità di ridurre i costi di proget-
tazione mantenendo inalterati i livelli di performance.
Iterazioni fino alla soluzione ottimale
Nel progetto originale si era pensato di impiegare un mate-
riale plastico per la realizzazione del girante in quanto consi-
derato il più adatto a ottenere le performance richieste. Sono
state valutate e provate forme diverse e materiali metallici
differenti con l’obiettivo di ridurre i costi mantenendo ele-
vati i livelli di performance. Dopo aver analizzato dieci alter-
native di design in soli quattro mesi è stato selezionato un
progetto che soddisfaceva esattamente tutti i requisiti del
cliente ed era più economico del design iniziale. Una volta
realizzato il prototipo fisico si è visto che i risultati del test
combaciavano con quelli forniti dalla simulazione. Da allora,
Tesma utilizza regolarmente la CFD per il design delle pompe
ed è stata così in grado di velocizzare i processi di proget-
tazione riducendo i costi rispetto ai metodi tradizionali che
richiedevano la costruzione e i test di almeno tre prototipi.
Nota: *Wei Li è specialista CFD di Tesma International Inc. Concord, Ontario
Ansys -
Immagine di pompa centrifuga
realizzata con Turbogrid
Modello di simmetria ciclica di un
girante radiale