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Cariboni Group, la simulazione termica del LED che premia il coraggio di sperimentare

La progettazione di apparecchi di illuminazione a LED sta compiendo un grande balzo di qualità. In questa evoluzione giocano un ruolo chiave gli strumenti software usati in particolare per la simulazione termica e fluidodinamica. Lo dimostra la storia di successo di un produttore all’avanguardia come Cariboni Group.

A molti di noi sarà capitato probabilmente di ritrovarsi, di sera, in uno spazio all’aperto e godere dei benefici di un’illuminazione realizzata ad arte da quest’azienda, protagonista di molti progetti d’illuminazione di alto livello in tutto il mondo. Quell’atmosfera speciale nella quale eravamo immersi, magari senza pensarci troppo, era stata resa possibile dalla tecnologia LED, che sta rivoluzionando l’illuminazione in ogni settore. Sorgenti di luce sempre più performanti, riduzione dei consumi energetici e versatilità nelle temperature colore, consentono ai progettisti di dare vita a spazi suggestivi, garantendo al contempo la sicurezza, grazie a una buona visibilità.

Ma l’esito non è scontato, proprio per le caratteristiche del LED. Questo componente emette calore soprattutto all’interno dell’apparecchio che lo ospita. Contenere tale calore è cruciale, sia per preservare la qualità della luce nel tempo, sia per garantire la durata dell’apparecchio stesso. Ma è anche necessario proporre al mercato prodotti innovativi, sicuri e di design.

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``Cariboni Group. Quando il coraggio di sperimentare viene premiato dal mercato``

Il protagonista della storia, Cariboni Group

Cariboni Group riesce a fronteggiare questa sfida e a essere competitiva a livello internazionale. L’azienda punta costantemente all’eccellenza nella progettazione e produzione, made in Italy, di prodotti per l’illuminazione di architetture, spazi e percorsi urbani, per valorizzare la bellezza di ogni spazio durante le ore di buio e offrire ai cittadini benessere visivo, sicurezza e ambienti suggestivi. Le sfide che deve fronteggiare sono contenimento dell’inquinamento luminoso, riduzione dei consumi energetici, realizzazione di un design moderno e innovativo, garanzia dell’affidabilità nel tempo dei propri prodotti.

L’intero processo di sviluppo si svolge in Italia, negli stabilimenti di Osnago (LC) e Rovereto (TN). Da anni la digitalizzazione dei processi le l’automatizzazione delle operazioni sono considerate una priorità.

La sfida

Nella progettazione di apparecchi di illuminazione a LED è fondamentale avere una buona dissipazione del calore. Ciò permette ai LED di lavorare con efficienza, ottenendo prestazioni più elevate in termini di flusso luminoso e di durata del dispositivo. Pochi gradi di temperatura in più o in meno possono fare la differenza, nell’aggiudicazione di una gara per la fornitura di apparecchi di illuminazione stradale.

Negli apparati di illuminazione destinati agli esterni, le parti elettroniche sono contenute in un involucro stagno, senza scambio di aria con l’esterno. Ciò rende più difficile la dissipazione del calore, in prodotti nei quali anche il design è molto importante.

La soluzione

Cariboni Group ha deciso di adottare il modello Siemens, che prevede di effettuare simulazioni sin dalle prime fasi della progettazione, per essere in grado di valutare diverse varianti anche dal punto di vista del comportamento termico e fluidodinamico. In questo modo è possibile evitare la lunga e costosa realizzazione di prototipi. Cadlog è l’azienda partner scelta da Cariboni Group per implementare con successo tale modello.

‟Grazie alla simulazione con Simcenter FLOEFD” – ha detto l’Ing. Stefano Sansottera, del Technical Department di Cariboni Group – “in fase di progettazione abbiamo evitato la prototipazione e i test empirici in camera termica, riducendo i costi e i tempi necessari alla realizzazione del prodotto”.

I benefici

In un mercato che si evolve rapidamente, non solo dal punto di vista tecnologico ed economico, ma anche da quello culturale e sociale, l’illuminazione degli ambienti pubblici deve rispettare dei requisiti specifici anche dal punto di vista estetico e del risparmio energetico. È molto importante, ad esempio, che la luce sia del colore giusto e che esso sia mantenuto nel tempo.

Cariboni Group può rispondere a queste sfide con prodotti competitivi, grazie anche a un approccio progettuale nel quale la sperimentazione è fondamentale per ogni progetto, perché garantisce di poter effettuare variazioni fino a quando il progetto stesso non è pienamente ottimizzato.

Inoltre ci sono vantaggi anche dal punto di vista dell’efficienza. Alcuni componenti elettronici – come gli MCPCB e i LED – vengono utilizzati su prodotti diversi. La loro caratterizzazione dal punto di vista termico permette di trasferire velocemente le informazioni da un progetto all’altro, anche quando si tratta di prodotti differenti per dimensioni o ambito d’applicazione.

L’esperienza che viene acquisita sviluppando la meccanica di un prodotto, in termini di efficienza dissipativa, viene condivisa all’interno dell’ufficio tecnico, costituendo la base per tutti i nuovi progetti che verranno sviluppati.

La progettazione guidata dalla simulazione

Il successo dei prodotti di Cariboni dipende in buona parte dalla  metodologia di progettazione adottata, oltre che dagli strumenti. Un tempo i progettisti aspettavano di terminare il proprio lavoro, per poi affidarsi agli specialisti della simulazione, in modo che questi ultimi potessero verificare come si sarebbe comportato il dispositivo nelle varie situazioni d’uso.

Oggi la tendenza vincente è quella di utilizzare la simulazione durante tutto il ciclo di sviluppo del prodotto. Tale approccio consente di testare diverse varianti sin dall’inizio e dunque scartare subito le soluzioni dalle performance più limitate, prendendo in considerazione tutti gli aspetti del progetto.

Simcenter FLOEFD è lo strumento migliore per adottare tale strategia, in particolare nel processo di progettazione dei LED. Tutte le testimonianze degli utilizzatori di Simcenter FLOEFD convergono nell’affermare un’ottimizzazione delle prestazioni termiche a fronte di una diminuzione dei costi di sviluppo.

FLOEFD rivoluziona la progettazione LED in tre ambiti in particolare:

  • L’integrazione con il CAD meccanico
  • Gli studi parametrici automatici
  • La tecnologia dedicata

Integrazione con il CAD meccanico

Uno dei vantaggi che i progettisti riscontrano subito in uno strumento come Simcenter FLOEFD è la sua piena integrazione con tutti i principali CAD meccanici: NX, Solid Edge, Creo, Catia e Solidworks. Tale integrazione consente di usufruire dell’uso diretto della geometria MCAD, del rilevamento automatico della regione fluida e della procedura di mesh.

I benefici di questa caratteristica sono particolarmente vantaggiosi:

  • Nessun passaggio richiesto tra CAD e CFD tramite file step.
  • I modelli di design e CFD rimangono sincronizzati.
  • Si riduce il tempo per la simulazione del prodotto veloce.

Studi parametrici automatici

Simcenter FLOEFD sfrutta sia parametri geometrici (dimensioni, pattern, etc) sia parametri di simulazione (dissipazioni di calore, conduzione dei materiali). Inoltre consente l’analisi “what-if” e le ottimizzazioni. Altre caratteristiche sono l’automatismo della modifica del design, della creazione della mesh e persino del calcolo!

Simcenter FLOEFD supporta completamente le “configurazioni” e le “istanze” del prodotto MCAD.

In sintesi, ciò consente di avere diversi vantaggi:

  • Simulazioni multiple “what-if” per identificare il design ottimale.
  • Risparmio di tempo all’utente per focalizzarsi sulla definizione del modello e non su task manuali.
  • Individuazione del design ottimizzato in tempi più brevi.

Tecnologia dedicata

Simcenter FLOEFD può anche essere utilizzato dagli specialisti per la modellazione avanzata nelle fasi finali di progettazione, o per studiare fenomeni complessi, come l’analisi della condensa, la radiazione solare ecc.

Il modello di LED termico ottico consente una modellazione accurata dei LED, tramite il modello 2R semplice – Junction to case o il modello termo-ottico avanzato. Simcenter FLOEFD importa dal dispositivo T3Ster i dati di caratterizzazione TeraLED e dispone di starter pack di LED predefiniti. Include inoltre un modello avanzato di radiazione termica per modellare alte temperature.

La modellazione avanzata di LED consente di analizzare fenomeni specifici ma importanti, come la luce focalizzata dalla lente di un faro, la concentrazione del calore, gli hot spot, la condensazione, la formazione di ghiaccio.

In conclusione, possiamo affermare che, accanto alla rivoluzione tecnologica dei LED ne è avvenuta un’altra, che riguarda gli strumenti di progettazione. Grazie a tool come Simcenter FLOEFD, la simulazione termica e fluidodinamica, che prima era appannaggio di specialisti che arrivavano quando i progettisti avevano finito il proprio lavoro, oggi può essere inserita nel ciclo di progettazione, sin dagli inizi. Ciò permette di sperimentare varie alternative di design e di valutarne subito le diverse caratteristiche, dal punto di vista del comportamento termico. È quello che in Siemens viene chiamato “spostamento a sinistra” della simulazione, e i vantaggi rispetto alla qualità dei prodotti sono evidenti.

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Cariboni Group. Quando il coraggio di sperimentare viene premiato dal mercato

Il nostro eBook racconta la storia di un esempio di successo di simulazione termica applicata all’illuminazione a LED. Grazie a questo testo potrai saperne di più su:

  • cosa significa “spostare a sinistra” la simulazione termica nel processo di progettazione;
  • come sfruttare le caratteristiche di Simcenter FLOEFD per valutare diverse alternative progettuali;
  • come integrare la simulazione termica del LED con la progettazione meccanica;
  • come conciliare con il design le esigenze di raffreddamento e di tenuta stagna.
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