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simulazione della sanificazione uv-c

Sanificazione UV-C degli ambienti: come usare la simulazione nella progettazione degli impianti

La sanificazione UV-C degli ambienti e degli impianti di aria condizionata è una delle strade maestre per la prevenzione di pandemie come quella del coronavirus. In questo articolo vedremo come è possibile effettuare la simulazione dell’effetto germicida di sorgenti luminose a raggi UV-C in fase di progettazione di impianti, in particolare di quelli di areazione.

Cos’è la luce UV-C? Nello spettro elettromagnetico è presente sia la luce visibile, sia gli ultravioletti, che hanno lunghezze d’onda più piccole e sono conosciuti principalmente come raggi dannosi alla nostra pelle durante le giornate solari. Una gamma particolare di ultravioletti, tra i 200 e i 280 nanometri di lunghezza d’onda, è nota come UV-C (ultravioletto C).

Una particolarità molto importante dei raggi UV-C  e che riescono a penetrare all’interno di microrganismi – come batteri, virus, muffe, eccetera. Entrando nelle molecole di questi microrganismi, alterano il loro DNA, rendendoli inattivi.

Questa loro particolarità può essere sfruttata nell’attuale periodo per sanificare oggetti e fluidi come aria o acqua, utilizzando delle sorgenti luminose a base di raggi UV-C , come i LED, ma anche lampade al mercurio. Irraggiando gli oggetti è possibile eliminare la carica batterica e i virus al loro interno. Gli ambiti di applicazione principali per questo tipo di lampade a ultravioletti comprendono i dispositivi di sanificazione e le applicazioni HVAC – tipicamente gli impianti di aria condizionata – in ambienti come gli ospedali, gli uffici, i centri commerciali, i trasporti pubblici e i mezzi di trasporto in generale.

In tutte queste tipologie di applicazione, l’idea di base è di far passare il flusso d’aria o l’acqua – o anche degli oggetti – all’interno di un ambiente chiuso, dove ci sono delle lampade a ultravioletti, affinché ricevano una dose di radiazioni UV-C che sia sufficiente come germicida, per eliminare la carica di microrganismi rispetto ai quali ci si vuole difendere.

La sfida di questa applicazione tecnologica è di poter identificare in fase di progettazione la corretta dose di radiazioni UV-C necessaria per “inattivare” i microrganismi. La dose è data dall’intensità della radiazione che il fluido riceve dalle lampade a ultravioletti – passandoci davanti o attraverso – per il tempo di esposizione. È necessario identificare la corretta dose di radiazione e validare il dispositivo per le diverse configurazioni possibili del sistema. Ad esempio, qualora sia necessario introdurre dei cambiamenti nel sistema di ventilazione di un edificio. Tutto ciò deve essere fatto nella maniera più rapida, precisa ed economica possibile, in modo da abbattere i costi di progettazione e di sviluppo dei dispositivi, senza cedere sul piano delle esigenze sanitarie.

La risposta a queste sfide tecnologiche è la digitalizzazione, ovvero l’utilizzo di strumenti di simulazione. Devono essere strumenti non tanto di simulazione fine a se stessa, ma di simulazione finalizzata alla progettazione, o meglio ancora di simulazione da usare come uno strumento di progettazione vera e propria. Questo è esattamente l’approccio di Simcenter FLOFD, lo strumento di Siemens per la simulazione pensato per essere utilizzato nelle prime fasi della progettazione. In tal modo è possibile fin dall’inizio assicurarsi del corretto funzionamento del dispositivo, senza dover più aspettare le fasi finali della progettazione, nelle quali i costi per eliminare eventuali difetti sarebbero decisamente più alti.

Perché Simcenter FLOEFD è uno strumento di simulazione dedicato alla progettazione nelle prime fasi di progettazione? Il primo motivo è che si tratta di un software integrato nel CAD meccanico, ovvero un software di simulazione che opera all’interno dell’ambiente di progettazione meccanica, che può essere Solidworks, Creo, Solid Edge, NX o Catia. Ciò permette al progettista di usare direttamente la geometria che è stata creata, per ottenere il modello di simulazione fluidodinamica. In questo modo non c’è nessuna operazione di importazione o esportazione di file step dallo strumento di progettazione allo strumento di analisi, ma l’importazione diretta.

Inoltre Simcenter FLOEFD è uno strumento molto facile da utilizzare. C’è una curva di apprendimento estremamente rapida, che già dal primo giorno di utilizzo consente di creare modelli di simulazione.

Oltre al fatto di essere integrato nel meccanico e alla facilità., Simcenter FLOEFD ha al suo interno tutta la tecnologia dedicata in modo specifico al settore dell’illuminazione. Ciò rende le simulazioni non sono solo facili, ma anche accurate. Il tool dispone di un modello termico-ottico per modellizzare al meglio i LED;  dei modelli di radiazione avanzata per calcolare l’irraggiamento, ad  esempio della lampada al mercurio o degli stessi LED. In tal modo è possibile capire bene dove l’irraggiamento dalle sorgenti luminose va a impattare sulle superfici che colpisce. Inoltre ha una tecnologia dedicata per caratterizzare le sorgenti di illuminazione con raggi ultravioletti e calcolare qual è la dose germicida effettiva che viene rilasciata e accumulata nei fluidi, in modo da capire se una certa ipotesi progettuale ha un’azione germicida sufficiente oppure no.

È possibile vedere tale tecnologia in azione, in una breve demo, della durata di 15 minuti, di Stefano Morlacchi, il product manager di Cadlog per gli strumenti di simulazione termo-fluidodinamica. L’Ing. Morlacchi mostra un esempio di applicazione, costituito da un semplice tubo, che presenta in ingresso e in uscita dei fori che permettono il passaggio dell’aria proveniente da un ventilatore.  All’interno è disposta una serie di LED che emettono raggi UV-C. È possibile variare il numero e le dimensioni dei fori in modo parametrico, per simulare il variare dell’effetto germicida, fino a raggiungere la soglia sufficiente.

Il video della demo è disponibile gratuitamente su Cadflix, la piattaforma di Cadlog per l’aggiornamento tecnologico dei progettisti.

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