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Primavera 2002

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  PERCHE’ IL CALCOLO SCIENTIFICO?

Parliamo di utilizzo del calcolo scientifico. Si può quantificare in Italia il consumo del cosiddetto “calcolo ad alte prestazioni” o supercalcolo? Sì, ma risulta evidente come esso sia decisamente insufficiente, principalmente a causa della cronica carenza di esperti in questo ramo ed anche per la scarsa disponibilità di centri attrezzati.

La mancanza di esperti che si occupino di questo settore rientra in una delle principali problematiche riguardanti la ricerca scientifica in Italia, e cioè la tanto deprecata ‘fuga di cervelli’ verso migliori opportunità di lavoro e carriera offerte all’estero, alla quale però non si è finora cercato di porre rimedio.

E’ significativo, d’altra parte, anche il fatto che le postazioni dotate di supercalcolatori appartengano quasi tutte a strutture universitarie ( il Cilea a Milano, il Cineca a Bologna, il Caspur a Roma e l’ITC a Trento ). Ad esse si aggiungono tre industrie, Omnitel, Tim e Ferrari, che colleziona una vittoria dopo l’altra proprio da quando ha iniziato ad impiegare il supercalcolo per la progettazione delle auto di Formula uno.

Nonostante le prospettive per le aziende che decidano di investire in questo ramo siano incoraggianti, il futuro di questa ricerca pare ancora irto di difficoltà, almeno finché se ne farà un uso limitato. Non si tratta, contrariamente a quanto si pensi, di un problema ‘di nicchia’ nell’ambito delle difficoltà in cui si dibatte la ricerca in Italia. In alcuni settori altamente competitivi oramai non si può più fare a meno del supercalcolo, e questo è il caso ad esempio del campo biomedico. Negli ultimi dieci anni sia la potenza dei computer, sia l’ampiezza del database dei nucleotidi primari è raddoppiata ogni diciotto-ventiquattro mesi. Un numero enorme di dati grezzi, che vanno interpretati e trattati mediante algoritmi e metodi statistici specifici, sono oggi a disposizione dei biologi. Disporre di una vastissima quantità di informazioni, per molte delle quali non si è ancora totalmente consapevoli del significato, ci consente di estrapolare ciò che è di importanza fondamentale per il settore di cui ci stiamo occupando.

Assicurare la competitività delle imprese sfruttando le potenzialità offerte dalle nuove tecnologie. Così si può definire l’obiettivo di WEMES Consulting nel campo della ricerca applicata e del calcolo scientifico al servizio delle aziende. L’approccio è ancora difficile forse perché, come è risaputo, la ricerca in Italia stenta a decollare al livello degli altri paesi più industrializzati del mondo, ma si può fare molto introducendo un approccio all’argomento che ne evidenzi gli innegabili vantaggi a breve e medio termine in termini di redditività dell’impresa.

Come si pone WEMES Consulting all’interno del panorama italiano delle aziende di ricerca?

WEMES Consulting è all’avanguardia anche in questo campo: noi ci occupiamo infatti di calcolo numerico, nonché di simulazione agli elementi finiti tramite metodi seriali e paralleli. Tra i diversi lavori di questo tipo, di cui abbiamo registrato un incremento nell’ultimo biennio, possiamo citare ad esempio uno studio effettuato per un’importante azienda italiana che produce trasformatori e generatori d’energia elettrica.

Si tratta del calcolo agli elementi finiti delle caratteristiche elettriche e magnetiche principali di un trasformatore trifase.

Lo scopo dello studio di WEMES Consulting in questo caso è stato determinare le caratteristiche magnetiche ed elettriche agenti su di un trasformatore in varie condizioni di carico ed in caso di guasto, e confrontarle con un calcolo analitico approssimativo.

Per meglio individuare e presentare le possibili ottimizzazioni del progetto di un trasformatore trifase è stato opportuno sviluppare un modello in dettaglio, e quindi un modello ad elementi finiti.

Per cogliere la distribuzione puntuale delle tensioni, il modello in 3D (a meno che non venissero individuate, in prima approssimazione, simmetrie interne) è stato dell’ordine di almeno 100.000 equazioni, con particolare attenzione alla suddivisione in elementi per le parti corrispondenti agli avvolgimenti ed al circuito magnetico.

Infine si è potuta svolgere, sul modello della struttura del trasformatore, un’analisi di risposta dinamica in frequenza ed in caso di corto circuito, per trarne indicazione relativamente agli sforzi elettrodinamici. Lo studio ha permesso una riduzione delle perdite energetiche del trasformatore del 20%.

 

ANALISI TERMOGRAFICHE

La termografia: una tecnica avanzata per indagini non distruttive su impianti e macchinari, soprattutto a scopo preventivo. WEMES Consulting possiede una strumentazione sofisticata in grado di rilevare variazioni di temperatura, DT 0.1°C, altrimenti non evidenti, che possono indicare lo stato di ‘sofferenza’ di un’apparecchiatura o un’anomalia termica, che può essere il preludio a problemi anche seri all’impianto.

L’applicazione pratica della termografia a scopo preventivo può essere esemplificata dal confronto tra due interventi effettuati dai tecnici della WEMES Consulting:

il primo all’interno di uno dei principali trafori dell’area alpina, ed il secondo nello stabilimento di un’importante industria elettromeccanica del nordest d’Italia.

Nel primo caso sono stati effettuati rilievi termografici sui componenti degli impianti elettrici MT-BT, all’interno di una cabina elettrica del traforo, allo scopo di evidenziare eventuali punti critici e poter così effettuare  azioni di manutenzione preventiva ed eventualmente correttiva. 

I rilievi hanno riguardato principalmente gli impianti elettrici di distribuzione nelle Cabine, sugli interruttori MT-BT, sui sezionatori, ventilatori, nel gruppo di soccorso GTO, nei trasformatori MT/MT e MT/BT, quadri di comando e cavi MT e BT.

In questo intervento, come nel seguente, si è iniziato con l’analisi nell’infrarosso di tutte le parti componenti e delle varie sezioni dell’impianto elettrico, soffermandosi sui punti sospetti, delle cui reali condizioni è stata fatta una prima analisi ‘in tempo reale’.

Al termine dei rilievi i dati sono stati esaminati mediante un software d’analisi particolareggiato, per ottenere un’immagine termografica a colori, stampata con dati di temperatura riferiti a varie zone, e un’immagine digitale nel visibile in formato ‘JPG’ per identificare i punti in sovratemperatura. Le immagini nell’infrarosso e nel visibile sono state memorizzate su di un CD-ROM.

Nel primo caso i rilievi non hanno evidenziato punti critici, potendosi classificare tutti i punti nel livello di severità zero; si è consigliato quindi un controllo regolare dei punti critici come manutenzione preventiva.

Diversa invece la situazione nello stabilimento dell’industria elettromeccanica, prontamente individuata grazie ad un intervento di termografia preventiva sugli impianti elettrici di distribuzione.

I rilievi termografici hanno evidenziato diversi punti critici e quindi problemi agli impianti elettrici che necessitavano di una manutenzione immediata: il livello 3 di severità, che corrisponde al massimo grado di sovratemperatura registrato, è stato raggiunto in più punti.

           

La foto illustra il particolare dei contatti di un interruttore in cui è stata rilevata una temperatura di circa 66°C, con una sovratemperatura di circa 21°C rispetto alla norma; in questo caso si consiglia un immediato controllo dell’aerazione, delle connessioni e dello squilibrio del carico.
Per quanto riguarda la parte meccanica, le termografie eseguite sui componenti per il fresaggio meccanico

e sul motore elettrico, possono essere illustrate da due esempi di cui riproduciamo le immagini all’infrarosso:

nel primo caso i rilievi non hanno evidenziato problemi particolari (livello di severità 1), mentre nel secondo caso il motore, con una temperatura di 86°C, ha raggiunto il livello di severità 3, e necessita senza dubbio di un immediato controllo per quanto riguarda il raffreddamento e l’aerazione dell’ambiente.

 

INTERVISTA AL COORDINATORE DELLA WEMES CONSULTING DOTT. ALBERTO FRAGIACOMO.

Il Dott. Fragiacomo si occupa da più di vent’anni di progettazione, manutenzione e soluzione di problemi d’ingegneria scientifica, in particolare negli impianti siderurgici. Vogliamo conoscere nel dettaglio i problemi che più frequentemente si incontrano in questo settore attraverso una serie di domande dirette.

MP: Dott. Fragiacomo, dalla sua esperienza sul campo, può darci un’idea dei problemi che più frequentemente incontra nella sua attività?

AF: Nell’ambito della siderurgia mi sono occupato principalmente degli impianti che utilizzano forni elettrici ad arco, che tra l’altro furono anche argomento della mia tesi di laurea in Fisica all’Università di Padova. Questo tipo di impianti necessita abitualmente di una considerevole manutenzione, se poi l’impianto non è stato progettato correttamente i costi di manutenzione aumentano.

Un classico esempio dei problemi che periodicamente mi trovo ad affrontare riguarda la progettazione di filtri di rifasamento per le acciaierie che utilizzano forni elettrici ad arco. Poiché questo tipo di impianti utilizza prevalentemente energia elettrica, anche su espressa richiesta dell’azienda fornitrice di energia essi non devono disturbare la rete elettrica. Si tratta quindi di far si che non vengano introdotti disturbi, compensando per esempio l’energia reattiva con un rifasamento opportunamente filtrato.

MP: Lei si occupa della progettazione di questi filtri, se non sbaglio.

AF: Esattamente, e tengo a precisare che la progettazione non è banale, richiede un’attenta valutazione d’insieme dell’impianto elettrico.

MP: Incontra altri problemi?

AF: Un altro tipo di disturbo che riguarda in particolare i macchinari sono le sovratensioni dovute all’apertura dei moderni interruttori sottovuoto. Progettando particolari filtri, formati da resistenze e condensatori (detti Filtri RC), si riduce il problema delle sovratensioni, ma se non sono ben progettati essi possono anche danneggiare l’impianto. E’ conveniente progettare impiegando una simulazione con programmi dedicati alle reti elettriche di potenza, e questo anche nei piccoli impianti, perché il costo del progetto più il costo del filtro si ripaga ampiamente rispetto ad eventuali danni.

MP: Può indicarci l’ordine di grandezza dei costi per gli eventuali danni sostenuti dall’azienda?

AF: Si tratta di cifre che possono raggiungere facilmente anche qualche centinaio di migliaia di Euro (centinaia di milioni delle vecchie Lire). Senza contare i danni dovuti alla mancata produzione (milioni di Euro) nonché alla fermata temporanea dell’impianto, sempre che non vi siano danni alle persone.

MP: Può farci un esempio di un lavoro di questo tipo da Lei svolto con la WEMES Consulting?

AF: Certamente. Su incarico di un’importante industria siderurgica del nordest, abbiamo progettato per gli interruttori sottovuoto relativi a due forni siviera per la metallurgia secondaria, i relativi filtri per l’abbattimento delle sovratensioni. Il punto principale della progettazione riguardava le simulazioni, effettuate mediante i programmi software per le reti elettriche di potenza; questi programmi sono opportunamente personalizzati dai tecnici di WEMES Consulting per ottenere dei modelli realistici delle macchine da proteggere (trasformatore, forno elettrico ad arco ed interruttore sottovuoto). Abbiamo quindi potuto produrre delle specifiche mirate per l’ordinazione e la messa in servizio del filtro.

MP: Ci sono anche casi che dimostrano cosa accade in mancanza di una buona progettazione?

AF: Qualche volta sono intervenuto nel caso di un filtro non adeguato alla funzione che doveva svolgere. Non era una nostra realizzazione e, nonostante fossero state fatte le simulazioni, queste ultime evidentemente non erano adeguate; infatti si è verificato uno scoppio dei condensatori.

MP: Secondo lei perché?

AF: A causa di risonanze nell’impianto. Personalmente avrei adottato altri parametri progettuali che avrebbero potuto evitare l’evento. Ciò è dimostrato anche dalle simulazioni di verifica che ho effettuato personalmente, confermate anche da successive misure dirette sul nuovo filtro sostituito.

 

MP: In conclusione possiamo dire che la sua esperienza in questo campo si arricchisce costantemente affrontando sempre nuovi problemi.

AF: Senza dubbio. Lo stato della tecnologia impiantistica si evolve continuamente di pari passo con le problematiche sempre diverse, ed anche le ditte che costruiscono acciaierie chiavi in mano si affidano spesso  a WEMES Consulting per la progettazione di filtri RC e di rifasamento. Seguo di persona tutte le fasi di progettazione dei filtri fino all’installazione sulle macchine, spesso anche in impianti siderurgici all’estero dove il know-how italiano è molto apprezzato.

 

Responsabile del coordinamento per l'Ingegneria: WEMES Consulting

Dr. in Physics Alberto Fragiacomo (Engineering Coordination Manager)

Via Rossini 31/A, I-30171 Mestre-Venezia (VE), ITALY;  Winter Local Time: GMT+1
Tel. :                                      Fax to email: +39 02 30132890
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Update the: 25 settembre 2013