SIMULAZIONE TERMOFLUIDODINAMICA E PROGETTAZIONE INDUSTRIALE
Per la progettazione industriale in generale - e per il settore dei metalli preziosi in particolare - i processi e gli strumenti digitali sono sempre più importanti. Queste risorse, infatti, offrono la possibilità di aumentare il livello di dettaglio del progetto ed effettuare delle vere e proprie simulazioni.
Affidarsi a degli ambienti di testing virtuale consente di analizzare in modo approfondito prodotti sempre più complessi, prevenire gli errori e ottimizzare le risorse.
Uno degli strumenti più innovativi attualmente a disposizione è la Computational Fluid Dynamics (CFD), ovvero lo studio della dinamica dei fluidi attraverso l’utilizzo del computer. Vediamo le opportunità che offre e in che modo costituisce un vantaggio strategico per la progettazione dei forni a tunnel.
Che cosa intendiamo per simulazione fluidodinamica?
Partiamo da un esempio di simulazione fluidodinamica che tutti noi conosciamo benissimo: le previsioni meteo. La meteorologia è stata infatti una tra le prime scienze ad aver fatto uso della fluidodinamica computazionale per studiare e predire i diversi fenomeni.
Grazia agli strumenti di simulazione fluidodinamica computazionale (CFD) è possibile creare un ambiente nel quale riprodurre condizioni e leggi fisiche applicate ai fluidi, indagando diverse grandezze tipiche come:
- pressione
- temperatura
- scambi di massa ed energia
- reazioni chimiche
Una simulazione termo-fluidodinamica è perciò uno studio che chiama in causa tutti i fattori coinvolti nel processo per determinarne le possibili conseguenze.
Perché affidarsi alla Computational Fluid Dynamics?
Come è facile da intuire, i vantaggi dell’utilizzo della fluidodinamica computazionale (CFD), sono molteplici.
Innanzitutto la CFD ci offre la possibilità di conoscere in anticipo le performance del prodotto e capire se queste soddisfano o meno le specifiche richieste. Questo aspetto è ancora più importante se i fenomeni da indagare sono complessi o avvengono in ambienti poco accessibili all’osservazione diretta.
La CFD è uno strumento che aumenta la consapevolezza dei progettisti su più fronti, perché consente loro di comprendere il legame tra specifiche tecniche e funzionalità di prodotto. Di conseguenza, li mette nelle condizioni di progettare prodotti sempre più performanti e competitivi, limitando notevolmente errori e sprechi.
La prototipazione può essere un investimento oneroso per l’azienda, che viene quasi completamente abbattuto nel momento in cui ci affidiamo alla CFD. Pensiamo ad esempio al settore dei forni a tunnel per la fusione dei metalli preziosi nel quale ogni test può letteralmente costare oro.
La CFD ci consente invece di arrivare alla fase di prototipazione con un prodotto veramente prossimo alla sua immissione sul mercato. Grazie a questo innovativo strumento di simulazione, infatti, tutti i possibili errori di progettazione saranno già stati anticipati e corretti.
Includere la CFD nel processo produttivo consente quindi di
- rispettare gli obiettivi in termini di time-to-market
- aumentare il livello qualitativo del prodotto
- ridurre i costi di produzione di quasi il 20%.
La simulazione termo-fluidodinamica per la fusione dei metalli preziosi
La fusione dei metalli preziosi è un processo molto delicato che chiama in gioco diversi attori: aria, materiali e ovviamente alte temperature. Oltre a questo, il mercato del lingotto richiede altissimi standard qualitativi che è possibile raggiungere solo attraverso una cura quasi maniacale di ogni fase di produzione.
Un forno a induzione per metalli, quindi, deve essere in grado di produrre lingotti in oro e altri metalli preziosi di alta qualità, perfettamente uniformi in dimensione, forma e lucentezza, lavorando e pieno regime.
Durante la fase di fusione e raffreddamento ci sono diversi fattori da considerare, ovvero
- il metallo prezioso
- la lingottiera in grafite
- il forno a induzione
- la piastra di raffreddamento
Visto l’alto numero di interazioni tra questi diversi elementi, abbiamo commissionato allo studio Red Fluid la simulazione del processo di raffreddamento e di formazione dei lingotti utilizzando un modello CFD con trasferimento di calore coniugato tra la piastra di raffreddamento e la lingottiera.
Grazie a un’intuitiva rappresentazione grafica è stato immediatamente comprensibile il trasferimento di calore dal lingotto ai circuiti di raffreddamento. Questo ci ha permesso di considerare eventuali modifiche nella progettazione della piastra di raffreddamento prima ancora di realizzare il prototipo.
La CFD ci è stata di fondamentale importanza per risparmiare tempo e denaro e per visualizzare un processo per noi già conosciuto, ma mai indagato attraverso una rappresentazione grafica supportata da dati analitici.
Investire in automazione per noi di Tera Automation significa anche indagare nello specifico i processi affidandoci alle tecnologie più innovative. Il nostro obiettivo? Rendere sempre più performanti i nostri forni a induzione per metalli in termini di qualità e di consumi.
