Lo studio specializzato in progettazione meccanica avanzata ha sviluppato un motore Stirling da zero in pochi mesi con NX

CPI-ENG Case Study

Progettazione meccanica ai massimi livelli

CPI-ENG nasce con lo scopo di offrire soluzioni tecniche mirate e di elevata qualità nel campo della progettazione meccanica, garantendo al cliente un’assistenza completa dallo studio di fattibilità, passando per tutte le fasi di progettazione, fino alla definizione del progetto e, in alcuni casi, alla prototipazione. Il team qualificato della società con sede a Trieste propone a ciascun cliente un ventaglio di soluzioni e alternative “ad hoc”, tenendo conto di ogni aspetto progettuale, dai costi legati al prodotto alla semplicità di montaggio.

Come racconta Christian Bracich, Amministratore Unico, l’azienda nasce nel 1998 per occuparsi di progettazione meccanica e consulenza aziendale specializzata, trovando fin dall’inizio il proprio core business nell’ambito motoristico. “Ancora oggi, il nostro cliente principale è Wärtsilä, uno dei maggiori produttori di motori di grande taglia per l’industria navale e le centrali energetiche,” dice Bracich. “Gestiamo però anche progetti nell’ambito della difesa, con lo sviluppo di droni e velivoli teleguidati, o nella carpenteria pesante, dove stiamo assistendo un nostro cliente per la realizzazione di una struttura legata alla costruzione del toroide del progetto ITER, la centrale a fusione nucleare in costruzione in Francia.”

CPI-ENG ha realizzato nei primi anni di attività anche molte trasmissioni meccaniche per macchine pesanti e movimento terra. Attualmente lo studio conta una trentina di progettisti guidati da Christian Bracich, subentrato al padre nella gestione dell’attività e principale artefice della crescita di questi ultimi anni. Alla sede di Trieste si affianca oggi una società in Moldavia, che conta dodici progettisti meccanici, creata per offrire un valore aggiunto ai clienti.

Competenze progettuali a tutto tondo

Nel momento in cui un cliente si rivolge a CPI-ENG, viene organizzato un incontro conoscitivo atto a comprendere le necessità e raccogliere informazioni su risorse, strumenti e tempistiche per sviluppare un progetto e un’offerta ad-hoc. Quando il cliente accetta l’offerta, parte l’iter di progettazione, in alcuni casi con un progetto pilota per testare eventuali fornitori e allinearli alle esigenze del cliente. “A Trieste siamo gli unici a offrire questo tipo di servizio,” spiega Bracich, “con un pacchetto completo di pianificazione del lavoro, assegnazione delle risorse ed esecuzione, dalla progettazione al calcolo, fino al prototipo quando richiesto.”

Fra i progetti più innovativi realizzati da CPI-ENG negli ultimi anni spicca la collaborazione con FBK in merito allo sviluppo del progetto Di.Ge.S.Po (Distributed CHP Generation from small size concentrated Solar Power) che consisteva nella realizzazione di un sistema di alimentazione energetica costituito da micro pannelli solari collegati a un motore Stirling a doppio effetto di nuova concezione. Questo sistema è stato studiato per fornire energia elettrica, riscaldamento e raffreddamento “eco-sostenibili” a siti residenziali singoli o multipli, piccole attività commerciali, costruzioni industriali e pubbliche, raggiungendo il 60-70% dell’efficienza globale rispetto all’incidenza delle radiazioni solari.

“CPI-ENG è stata scelta per sviluppare la parte meccanica strutturale e funzionale della macchina Stirling, un tipo di motore inventato da Robert Stirling nel lontano 1816, che sfrutta le differenze di temperatura e pressione per generare energia in modo pulito, senza combustibili in entrata e senza emissioni in uscita,” spiega Michele Alessio, Responsabile Ufficio Tecnico di CPI-ENG. Il progetto Di.Ge.S.Po si propone di realizzare strutture residenziali, commerciali e pubbliche ecosostenibili completamente autonome, senza alcun tipo di allacciamento. A questo scopo, la Fondazione Bruno Kessler di Trento ha realizzato un sistema innovativo di pannelli ad elevata concentrazione solare con un’efficienza idonea a generare differenze di temperatura caldo/freddo sufficienti ad azionare il motore Stirling, il quale a sua volta alimenta un generatore di corrente. La caratteristica importante di questo ciclo è che consuma solo il 30% dell’energia raccolta dai pannelli, lasciando il restante 70% a disposizione per produrre acqua calda, riscaldamento e altri servizi.

Dal pensiero al progetto

CPI-ENG ha realizzato l’intero progetto sviluppando disegni e calcoli e seguendo interamente la parte di produzione e assemblaggio dei componenti del motore Stirling, installato a Malta con ottimi risultati: una resa dell’80% rispetto ai piani. Per questo progetto innovativo, il team dello studio triestino si è affidato al software di progettazione NX di Siemens PLM Software, partendo da un semplice foglio Excel sul quale il cliente aveva riportato i parametri fondamentali del motore: alesaggio, corsa, fluido e poco altro.

“Lo studio iniziale con NX è servito a stabilire se la macchina Stirling dovesse essere realizzata come motore boxer, in linea o a V,” ricorda Michele Alessio. “Da analisi e calcoli sui consumi di attrito di ogni configurazione, è emersa la soluzione del motore a croce, una variante del boxer con una sequenza di cilindri leggermente diversa per sfruttare al meglio la potenza con minori perdite meccaniche.” Nella fase successiva tutto il motore è stato sviluppato con NX, suddividendo il modello in tre diversi settori: gruppo cilindro, gruppo basamento e gruppo raffreddamento/riscaldamento. Tre progettisti coordinati da Alessio hanno sviluppato l’assieme sinergicamente, lavorando all’interno di uno “scheletro” comune per gestire l’assieme in maniera contestuale e parallela, condividendo la struttura di base con relative dimensioni e assi.

“Nel nostro studio utilizziamo tutti i principali software CAD in base alle preferenze del cliente finale,” spiega Bracich. “In questo caso, avendo mani libere, non abbiamo avuto dubbi sulla scelta di NX. Fin dai primi corsi di formazione, abbiamo apprezzato quanto il software sia rapido e intuitivo, consentendo al progettista di realizzare facilmente ciò che pensa. NX è di facile apprendimento per chi ha lavorato con altri software CAD, pertanto si presta molto bene a essere utilizzato in realtà come CPI-ENG, dove le risorse a disposizione hanno esperienze diversificate. Non ultimo, NX è molto veloce e più stabile di altre soluzioni.”

“Il progetto del motore Stirling richiedeva di lavorare con vincoli ben precisi e altri software hanno approcci più difficoltosi da questo punto di vista,” prosegue Michele Alessio. “Con NX è molto più facile muoversi all’interno degli assiemi, come dimostra la nostra esperienza con Wärtsilä. Due anni fa l’azienda si è rivolta a noi per progettare un nuovo layout motore per una nuova linea di prodotto e, per realizzare il progetto in quattro mesi come richiesto, abbiamo raccomandato di utilizzare NX, che avevano già nel loro ufficio tecnico. La caratteristica che più mi piace di NX è la capacità di interazione fra un file e un altro, fra una geometria e un’altra. In questo momento stiamo sviluppando una fusione per un cliente tedesco e la funzione Link Part di NX ci garantisce coppie associative stabilissime fra grezzo, lavorato e parte. Anche su assiemi di grandi dimensioni con molte parti, tutti i legami restano ben solidi.”

Verso la gestione dei dati

Avviata nel 2004, la partnership con Wärtsilä si è evoluta rapidamente fin dai primi mesi, portando CPI-ENG a dedicare al costruttore di motori navali ben dodici risorse nel giro di un anno. “Oggi metà dei nostri progettisti lavora per Wärtsilä e con NX gestiamo tutti i loro motori, dalla progettazione, alle modifiche, agli adattamenti, su cinque gamme di prodotti,” dice Bracich. CPI-ENG ha implementato pochi mesi fa la soluzione PMI (Product and Manufacturing Information), un ambiente completo di annotazione 3D che consente al team di progettisti di acquisire e associare direttamente al modello 3D tutte le informazioni e i requisiti di produzione di un componente.

“Tramite la nostra consociata in Moldavia, abbiamo acquisito un nuovo cliente tedesco che cercava un partner per realizzare un progetto in inglese e russo,” racconta Bracich. “L’azienda, anch’essa nel campo dei motori, ha chiesto esplicitamente di utilizzare NX e che tutto il lavoro fosse strutturato con PMI.

PMI è un modulo per la documentazione del modello 3D che consente di associare tutte le quotature a un componente tridimensionale, in modo che possano essere trasferite automaticamente alle tavole 2D generate a valle. “Grazie a questo sistema impieghiamo cinque minuti a produrre una tavola invece di due ore. I vantaggi sono molto concreti,” continua Bracich. “In pratica, il modello 3D contiene in sé già tutta la parte 2D. Inoltre, un progettista senior può sviluppare un modello 3D con dati preimpostati, trasferendolo poi a un progettista junior con tutti i vincoli e le indicazioni necessarie. Attualmente il nostro scopo principale è la finalizzazione su carta dei modelli 3D, ma non è escluso che in futuro una macchina utensile possa ricavare tutti i dati di lavorazione direttamente da questi modelli 3D che contengono tutta la storia del componente che deve essere realizzato.”