Sant'Ambrogio NextGen - Guida introduttiva

Cos'è NextGen

NextGen è un software di calcolo meccanico multicodice per la progettazione di apparecchi a pressione e scambiatori di calore. La progettazione può essere attualmente eseguita in accordo alle seguenti normative: ASME VIII Divisione 1, ASME VIII Divisione 2, EN 13445, AD 2000.

Il software permette inoltre la verifica strutturale ed il calcolo dei supporti in accordo a standard e manuali di progettazione comunemente utilizzate nel mondo degli apparecchi a pressione quali NTC, WRC, UBC, ASCE, Moss, Bednar etc.

Installazione del software

Sant'Ambrogio mette a disposizione una guida separata per l'installazione e disinstallazione del programma e la gestione delle licenze. Se non si è in possesso di tale guida è sufficiente richiederla al servizio di supporto tecnico raggiungibile telefonicamente o all'indirizzo support@sant-ambrogio.it

Prerequisiti

La presente guida presuppone che il software sia installato e funzionante correttamente. E' necessario inoltre che l'utilizzatore possieda una conoscenza di base dei criteri di progettazione di apparecchi a pressione e delle normative di riferimento.

Project Browser

All'avvio del software, la prima finestra mostrata è quella di gestione dei progetti, denominata "Project Browser". Il Project Browser fornisce una vista e la possibilità di operare sui file contenuti nella cartella dei progetti utente, di default Documenti\Sant'Ambrogio Projects

Definizione di Project e Item

In NextGen, un progetto (Project -- file su disco .SPJ) è un contenitore che include i calcoli di più apparecchi (Item -- file su disco .SIT). L'utente è libero di organizzare come meglio crede i suoi progetti: l'uso più comune è quello di raggruppare la medesima commessa in un unico progetto.

Un Item è il modello che permette il calcolo di un singolo apparecchio. Può essere di tipo Vessel o Heat Exchanger. Un Item è composto da molteplici membrature (Component): per gli utenti della versione Classic dei software Sant'Ambrogio, un singolo file .SIT contiene l'intero apparecchio progettato precedentemente su molti file .IN

Funzionalità del Project Browser

Le funzionalità di Project Browser sono accessibili tramite il menu e la toolbar superiori:

Tali funzioni consentono di eseguire le operazioni comuni sui progetti, come la creazione, l'apertura o l'eliminazione. E' possibile visualizzare un breve suggerimento sulla funzione di ciascun pulsante tenendo il puntatore del mouse posizionato su di esso.

Nella medesima finestra sono presenti i pulsanti per operare sugli Item di un Project:

Tramite questa pulsantiera è possibile creare, aprire, modificare o eliminare un Item lavorando all'interno del progetto corrente.

» La funzionalità di importazione permette di importare nel progetto corrente un item di un altro progetto ed è spiegata in dettaglio in questo articolo:

https://www.sant-ambrogio.it/come-importare-un-item-file-sit/

Creare un nuovo progetto

Dal menu "Projects", selezionare "Create new project":

Compilare il campo relativo al nome del progetto, ad esempio con "Progetto di Test", quindi cliccare su "Create project" per creare il progetto. Un messaggio confermerà l'avvenuta creazione.

Il pulsante "New item" sarà ora abilitato: è possibile creare un nuovo Item cliccando su di esso. Un menu a comparsa consentirà la selezione del tipo di Item (Vessel o Heat Exchanger). In questa guida creeremo un semplice serbatoio, procediamo quindi selezionando l'opzione "Vessel": comparirà ora la finestra di modifica delle proprietà comuni dell'Item (Item properties).

Per poter proseguire alla creazione dell'item è necessario compilare almeno le informazioni obbligatorie, indicate con un'etichetta in grassetto. La finestra "Item properties" sarà sempre richiamabile successivamente e le informazioni relative all'Item potranno essere integrate e modificate anche successivamente. Si noti che tutte le proprietà dell'apparecchio sono raggruppate per categorie (generali, geometria, verifiche, ecc.) e possono essere modificate cliccando sulla relativa linguetta; alcune linguette potrebbero non essere visibili, è possibile utilizzare le freccette in basso a destra per mostrarne di aggiuntive.

Inserire un nome per l'Item, ad esempio "Item di test" e selezionare il codice di calcolo desiderato, ad esempio "ASME VIII Division 1 Ed. 2015". La finestra caricherà alcuni dati aggiuntivi relativi al codice di calcolo selezionato.

Selezionare la linguetta superiore "Operating conditions" per impostare le condizioni di calcolo dell'Item.

Impostare temperatura e pressione per il calcolo a pressione interna (ad esempio, 200°C e 1.2 MPa) ed eventualmente le condizioni per il calcolo a pressione esterna (ad esempio, 200°C e 0.103 MPa tramite il pulsante Vacuum). Nel caso in cui non sia necessaria la verifica a pressione esterna è sufficiente lasciare impostato a zero il valore "External pressure".

E' inoltre possibile impostare un'efficienza di saldatura ed i valori di default di corrosione interna ed esterna: tali valori verranno applicati a tutti i nuovi componenti aggiunti all'Item. Sarà sempre possibile modificarli sia a livello globale che a livello di singolo componente.

Al termine di queste impostazioni, cliccare su "Save" per creare l'Item. Verrà quindi mostrata la schermata principale di lavoro del programma.

Spazio di lavoro

Il menu e la toolbar superiori:

Permettono l'accesso a funzionalità di gestione del file, visualizzazione dei database interni relativi a materiali, flange e fittings, opzioni del programma e funzionalità di aiuto.

La toolbar dei componenti:

Permette l'inserimento di uno dei componenti supportati, come cilindri, coni, fondi, etc. Tale barra degli strumenti è contestuale: gli elementi sono attivi solo nel momento in cui possono essere inseriti. Alcuni componenti sono indicati in grigio poiché non è possibile in un determinato momento inserirli. Ad esempio, alla creazione di un nuovo item non è possibile inserire un bocchello poiché non è selezionato un componente su cui inserire tale bocchello.

Gli elementi non disponibili per restrizioni dovute alla licenza sono indicati in rosso.

La toolbar del componente attivo:

Permette la sua modifica o eliminazione, la ricostruzione del suo modello 3D e di intervenire sulla sua visibilità. Il pulsante "termometro" permette di accedere alle condizioni di calcolo -- temperatura e pressione -- relative all'item corrente.

Altri elementi presenti nella toolbar superiore:

Consentono la stampa del report di calcolo dell'elemento corrente o dell'intero item, la visualizzazione in forma di sketch CAD, la definizione del livello del liquido, del vento e del sisma, l'impostazione delle condizioni di carico e la visualizzazione del fattore d'uso dei componenti.

Riguardo le ultime due funzioni sono disponibili degli articoli di approfondimento ai seguenti link:

» Gestione delle combinazioni di carico per il calcolo strutturale:

https://www.sant-ambrogio.it/nextgen-gestione-delle-combinazioni-di-carico-per-il-calcolo-strutturale-dei-supporti/

» Fattore di utilizzo dei componenti:

https://www.sant-ambrogio.it/usage-factor/

Le caselle a discesa in alto a destra:

Permettono di agire sulla modalità di inserimento, specificando quindi se si sta inserendo un componente nella vista 3D oppure nella vista "Desktop view" (modalità di progettazione a singoli componenti), e sulla selezione del codice di calcolo: modificando il codice di calcolo l'apparecchio verrà ricalcolato secondo il nuovo codice selezionato.

I pannelli di sinistra possono mostrare alternativamente diverse visualizzazioni:

E' possibile accedere alla vista in forma di struttura gerarchica dell'item, ai dettagli relativi all'item o ai dettagli relativi al componente selezionato. Nelle schermate Item e Component details è possibile intervenire per la modifica di questi valori. Nella schermata Item structure è visibile lo stato di validazione dei componenti (verde per validato, giallo per validato con warnings, rosso per non validato) e ricercare componenti, funzionalità utile in apparecchi complessi.

Infine, la toolbar laterale destra permette di eseguire operazioni di navigazione o di modificare la visualizzazione del modello 3D.

Progettazione di un Vessel

La progettazione di un apparecchio a pressione inizia generalmente dal componente principale. Selezionare quindi un fasciamo cilindrico dalla toolbar dei componenti, verrà mostrata la schermata di modifica del componente selezionato:

*Suggerimento: il pulsante "OK" è disabilitato, poiché non sono stati compilato tutti i campi necessari per calcolare il componente corrente; anche in questo caso le proprietà obbligatorie vengono mostrate in grassetto e passando il mouse sopra il pulsante "OK" i campi obbligatori non ancora valorizzati vengono evidenziati in rosso. E' possibile usare questa tecnica per venire guidati attraverso la compilazione dei dati indispensabili all'esecuzione del calcolo
*

Per impostare il cilindri è sufficiente selezionare un materiale ed inputare nella sezione "Geometry" la lunghezza, il diametro e lo spessore.

Per la scelta del materiale, selezionare il pulsante "Database": verrà aperto il database dei materiali relativo al codice di calcolo corrente.

Il database può essere diverso in altri codici di calcolo, nell'esempio è riportato il database ASME VIII Divisione 1. I materiali presenti sono tutti quelli ufficialmente pubblicati nell'ASME Sezione II Parte D.

» Eventuali materiali evidenziati in giallo sono materiali "Custom", ovvero modificati dall'utente. E' disponibile una guida di approfondimento relativa ai materiali custom:

https://www.sant-ambrogio.it/come-creare-un-materiale-personalizzato-custom/

Il pannello di sinistra contiene l'elenco dei materiali: tale pannello è riordinabile cliccando sulle intestazioni di colonna e filtrabile attraverso i pulsanti "Product forms", "Material types" e "Spec No".

Cliccare su "Spec No" ed inserire "516", quindi cliccare su "Search" per cercare i materiali corrispondenti al testo inserito:

Selezionare quindi dalla griglia l'"SA-516 70" facendo doppio clic.

Nella sezione "Geometry" è possibile impostare le dimensioni del cilindro:

Inserire 1000 mm di lunghezza, 10 mm di spessore e 500 mm di diametro interno. Il diametro esterno viene calcolato automaticamente.

Dopo la compilazione dell'ultimo campo necessario al calcolo, il componente viene validato. La validazione avviene in tempo reale, ciò significa che ogni qualvolta un valore di input cambia la validazione viene rieseguita. Il risultato della validazione è disponibile a colpo d'occhio tramite l'icona del semaforo:

Un semaforo verde rappresenta un componente completamente validato senza alcun problema. Semaforo giallo indica la presenza di warning: i warning sono indicazioni per il progettista e non inficiano la bontà del calcolo. E' necessario che il progettista prenda atto delle indicazioni mostrate nei warning, ma il calcolo è da reputarsi valido ai fini del codice. Diversamente, un semaforo rosso indica la presenza di errori di validazione che vanno risolti.

Risoluzione di errori

Quando NextGen presenta una serie di errori è bene tener presente che questi vanno risolti a partire dal primo più in alto: spesso infatti gli errori successivi sono una conseguenza di quelli precedenti e vengono risolti contemporaneamente.

Nell'immagine seguente, a titolo di esempio, lo spessore minimo a pressione interna risulta insufficiente:

NextGen suggerisce di aumentare lo spessore a 2.57 mm a fronte degli attuali 2 mm. Una volta portato lo spessore oltre il valore minimo, l'errore successivo verrà risolto. In questo caso specifico, anche gli errori seguenti relativi alla pressione esterna verranno risolti poiché lo spessore inputato sarà sufficiente anche in quella condizione.

Risoluzione di warning

Come detto in precedenza, i warning non sono da trattare alla stessa stregua degli errori: non consistono cioè un vincolo da superare per poter rendere il calcolo valido. In fase di stampa è possibile omettere del tutto i warning (a differenza degli errori), che svolgono funzione di indicazione nei confronti del progettista.

Alcuni warning possono essere risolti facilmente seguendo le indicazioni riportate nel warning stesso. Se viene creata una piccola apertura in contesto ASME VIII Div. 1 ad esempio, viene mostrato il seguente avviso:

Il programma suggerisce di disabilitare il calcolo dell'apertura poiché la sua validazione a codice può essere omessa secondo il riferimento normativo citato. Una volta disabilitato il calcolo dell'apertura, il warning sparisce.

In altri casi i warning non risultano del tutto superabili: è bene ricordare nuovamente che il calcolo è perfettamente valido a codice, nonostante la loro presenza.

Messaggi

In alcuni casi possono essere presenti uno o più messaggi relativi al calcolo (linguetta "Messages" e sfondo azzurro). In questo caso l'importanza è ulteriormente più bassa rispetto ai warning. Si tratta di messaggi di carattere generale, derivanti dall'esperienza Sant'Ambrogio o da prassi generalmente seguite nell'ambito della progettazione di apparecchi a pressione.

Aggiunta del componente al modello 3D

Una volta che il pulsante "OK" viene abilitato, il componente è pronto per essere aggiunto al modello 3D. A meno che non esistano errori di natura geometrica, il componente può essere aggiunto al modello anche quando è in stato di errore. Se invece esistono problemi geometrici oppure la compilazione del componente non è completa, il motore di disegno 3D non può disegnare fisicamente il componente e l'utente viene forzato alla risoluzione del problema geometrico prima di procedere. Cliccando su "OK" si torna quindi alla vista 3D e il componente appena progettato viene disegnato.

La toolbar superiore mostrerà quindi i componenti collegabili a quello correntemente selezionato.

Aggiunta di fondi al cilindro

Procedere collegando un fondo al cilindro: dalla toolbar, selezionare l'icona del fondo torosferico. Dopo aver cliccato, il programma chiederà da che lato collegare il componente. Premere OK per confermare l'aggiunta del componente.

Verrà quindi mostrata la schermata di modifica del componente fondo: si può notare che il pulsante OK è già abilitato e il semaforo è mostrato in verde: questo perché per componenti collegati NextGen inferisce alcune caratteristiche dal componente a cui ci si sta collegando. In questo caso, il materiale e il diametro del fondo sono stati letti dal cilindro.

E' possibile premere OK per aggiungere il componente al modello, oppure modificare alcune proprietà in modo da avere il modello più corrispondente alle proprie esigenze. Tali proprietà possono essere in questo caso lo spessore e l'efficienza di saldatura.

*Suggerimento: l'efficienza di saldatura impostata a livello di Item (in Item Properties) potrebbe essere peggiorativa nel caso di fondi costruiti in un sol pezzo; è bene porsi nella situazione più conservativa, impostando ad esempio 0.85 come efficienza generale, quindi modificare per i singoli componenti che sono calcolabili con efficienza unitaria dalla sezione "Conditions" di ciascun componente.
*

Dopo aver aggiunto il fondo al modello, se si vuole duplicare tale fondo sul lato opposto del cilindro è sufficiente fare click destro sul fondo da duplicare, quindi scegliere "Copy Torispherical Head #1":

Il fondo verrà copiato sul lato opposto.

Dal medesimo menù è possibile accedere ad alcune operazioni eseguibili sull'elemento selezionato, in particolare è possibile:

• Inserire un elemento tra il fondo torosferico e il cilindro

• Trasformare il fondo in un altro tipo, quale ellittico o emisferico

• Generare il report di calcolo del solo componente selezionato

Tali operazioni possono variare da componente a componente.

Una volta duplicato il fondo si può procedere con l'aggiunta di un bocchello.

Aggiunta di un bocchello

Selezionare il corpo cilindrico principale, quindi dalla barra degli strumenti superiore selezionare l'icona del bocchello (Nozzle). Verrà aperta la schermata di modifica del componente Nozzle.

Impostare il materiale come per il cilindro, scegliendo questa volta SA-106 B come specifica.

*Suggerimento: oltre a poter scegliere un materiale tramite il pulsante database, è possibile digitare nella casella di testo relativa il nome di un materiale; una finestrella a comparsa permetterà una scelta più rapida del materiale cercato. Inoltre, cliccando sulla medesima casella con il pulsante destro verranno mostrati i materiali in uso all'interno dell'item corrente, velocizzandone ulteriormente la selezione.
*

All'interno della sezione Geometry, selezionare il pulsante "Pipes database", così da scegliere un tubo, ad esempio 4" schedula Standard.

In "Welds" impostare la dimensione del lato di saldatura su 6 mm. Diverse proprietà all'interno di NextGen riportano un help contestuale:

Cliccando sull'icona di aiuto viene mostrato un chiarimento su come la misura della "leg of fillet" va interpretata:

Infine, nella sezione "Position" impostare la distanza dal bordo del centro del bocchello. Per semplicità, cliccare su "Center" per impostare automaticamente su 500 mm tale distanza. I dati di input sono ora completi e la validazione avverrà in automatico.

Prima di aggiungere il componente cliccando su OK, notare sul pannello in basso a sinistra:

Vengono riepilogate qui le informazioni di validazione del componente. Trattandosi di un bocchello, si ha sia una validazione come cilindro che una come apertura.

Premere OK per aggiungere il componente al modello.

Aggiunta di una flangia

A completamento, aggiungere una flangia standard al bocchello: per farlo, è sufficiente selezionare il bocchello con il pulsante destro del mouse e dal menu a comparsa scegliere "Add standard flange" > "Welding neck":

Nella successiva finestra, scegliere il rating desiderato, ad esempio 150.

Nella finestra di progettazione della flangia, impostare il materiale su SA-105. Sono richiesti ulteriori dati relativi a bulloni e guarnizione, ma trattandosi di una flangia standard periferica è possibile ometterli: per farlo, nella sezione "Standard flange" selezionare la casella di spunta "Disable bolts and gasket validation".

Il componente sarà quindi validato, con warning. Selezionare OK per aggiungere il componente al modello.

Aggiunta di altri componenti

Come è possibile notare dalle schermate di modifica dei componenti visti finora, l'interfaccia di NextGen tende ad essere il più possibile congruente tra componente e componente. Le informazioni sono presentate nel modo più chiaro possibile e, una volta presa confidenza con l'aggiunta di componenti semplici come fasciami e fondi, sarà possibile passare a componenti più complessi senza particolari difficoltà.

I pulsanti di aiuto contestuali alle proprietà sono posizionati in maniera da chiarire i dubbi relativi a proprietà più complesse.

Il meccanismo di estensione di un apparecchio può procedere linearmente, eseguendo le medesime operazioni svolte finora per componenti successivi.

Definizione del livello del liquido

Un'operazione comune nel calcolo di apparecchi a pressione è la definizione di un livello di battente in condizioni operative. In NextGen questo avviene semplicemente selezionando un componente del corpo (per un vessel orizzontale il corpo cilindrico principale; per un vessel verticale il componente su cui cade il pelo del liquido), quindi l'icona a forma di bicchiere dalla toolbar superiore.

Vanno quindi impostati nome del liquido, altezza e densità. L'altezza è riferita alla base del componente corrente.

Il livello del liquido viene quindi rappresentato graficamente come una superficie blu:

Alcune annotazioni:

• In condizioni di prova, il livello del liquido è sempre calcolato automaticamente ponendo il recipiente pieno d'acqua

• In condizioni operative, tutti i componenti sottostanti il livello del liquido avranno un valore di pressione idrostatica ("Overpressure due to static head" nella sezione "General") automaticamente calcolato.

Stampa

In qualsiasi momento è possibile stampare il report di calcolo relativo ad un singolo componente oppure all'intero apparecchio.

Il report del singolo componente risulta particolarmente utile qualora si vogliano comprendere errori di calcolo o i valori che portano alla determinazione di un determinato risultato: NextGen produce un report di calcolo completo, integrando le formule del codice di calcolo, permettendo così la verifica dei valori calcolati.

Al report completo dell'Item si accede tramite l'icona della barra degli strumenti superiore con l'immagine di una pila di libri:

Dalla schermata successiva è possibile selezionare e riordinare i componenti che si vogliono includere nel report, nonché impostare le opzioni di stampa. Per quelle più avanzate, scegliere il pulsante "Options" in basso a sinistra. Una volta impostato il report, cliccare sul pulsante "Report" per avviarne la creazione.

Il report è navigabile dall'interno di NextGen oppure esportabile sia in formato PDF sia in formato Word DOCX.

Principali proprietà dell'Item

Le proprietà dell'Item sono sempre accessibili tramite il menu File > Item properties. Di seguito riportiamo una panoramica delle principali opzioni.

Si noti che le sezioni sono molteplici ed in alcuni contesti non tutte visibili: utilizzare le frecce evidenziate nella seguente immagine per accedere ad ulteriori opzioni.

General

Nella sezione generale è possibile scegliere il comportamento di default di diversi aspetti quali le flange da adottare, i bulloni o i materiali (attraverso i "Set of materials"). Altre opzioni nel caso di calcoli ASME riguardano la norma di riferimento, metrica o customary, e le unità di misura di input.

Geometry

Da questa sezione è possibile impostare l'orientamento dell'item, orizzontale o verticale.

Test

Nella sezione "Test" è possibile scegliere quale verifica in prova eseguire sull'Item (nessuna, idraulica, pneumatica o una combinazione), l'eventuale pressione di prova manuale da utilizzare e le condizioni del calcolo in prova. Per ASME VIII Divisione 1 è possibile impostare il "Complete hydrostatic test" che riesegue la validazione a pressione interna utilizzando pressione di prova e ammissibili basati sullo snervamento.

Location, seism, wind

Queste sezioni permettono l'impostazione della posizione geografica dell'apparecchio e le opzioni relative al calcolo delle sollecitazioni dovute a vento e sisma secondo le norme ASCE, Eurocodici, UBC, NTC.

Reporting

In questa sezione vanno impostati i dati che vengono stampati nell'angolo in alto a destra del report.

Fatigue

Disponibile solo in EN13445, la sezione permette la definizione delle proprietà relative al calcolo a fatica dell'apparecchio.

Principali opzioni del programma

Dal menu "Tools" > "Options" è possibile accedere alle opzioni del programma. Di seguito sono riepilogate le principali.

Opzioni generali

Nella sezione "General" è possibile impostare i percorsi di lavoro del programma (utile ad esempio per condividere in rete con altri colleghi i medesimi file) e le opzioni di salvataggio automatico

Communications

Qualora l'accesso aziendale ad Internet passi attraverso un server Proxy, esso è impostabile da questa sezione

Reporting

Le opzioni di reportistica di default sono modificabili da questa sezione. Ogni item può utilizzare queste opzioni, oppure sovrascrivere le impostazioni di base con un altro set di opzioni. Se non viene scelto diversamente, saranno queste le opzioni utilizzate per la stampa. Tra le altre cose, è possibile scegliere quali pagine di riepilogo stampare. Ulteriori impostazioni sono disponibili selezionando le sotto-sezioni dalle linguette di sinistra: opzioni di stampa dei componenti -- come ad esempio l'esclusione della stampa dei warning -, delle unità di misura ed opzioni relative all'interstazione del report (logo, dati del licenziatario).

Components

Nella sezione "Components" è presente la casella di spunta "Enable geometric relationships between adjacent components": NextGen si occupa di ridimensionare due componenti connessi tenendo sincronizzate le loro dimensioni, come per esempio i diametri. Se questo comportamento non è desiderato, è possibile agire su questa opzione.

» E' disponibile un articolo di approfondimento a questo indirizzo:

https://www.sant-ambrogio.it/come-gestire-relazioni-geometriche-nextgen/

Dalla medesima vista è possibile abilitare l'opzione "Allow different pressures between adjacent components", che permette l'input di pressioni differenti su diversi componenti del medesimo Item.

Richiedere aiuto

NextGen integra una funzione per le richieste di supporto denominata "Ask for support": tale funzione è accessibile dalla toolbar superiore.

» E' disponibile un articolo di approfondimento all'indirizzo seguente:

https://www.sant-ambrogio.it/come-richiedere-supporto-tecnico-nextgen/

Ulteriori informazioni

La sezione riguardante gli approfondimenti su NextGen disponibile sul sito web di Sant'Ambrogio è in continuo aggiornamento. Di seguito vengono indicati alcuni articoli particolarmente utili. L'elenco completo degli articoli è disponibile all'indirizzo seguente:

https://www.sant-ambrogio.it/category/supporto/

» Utilizzo del "wizard" per la creazione di uno scambiatore di calore:

https://www.sant-ambrogio.it/wizard-scambiatori/

» Calcolo delle sollecitazioni secondo bollettino WRC:

https://www.sant-ambrogio.it/come-verificare-un-attacco-bocchello-o-supporto-secondo-wrc-107-wrc-537-o-wrc-297/

» Creazione di componenti addizionali (modalità di progettazione simile alla versione Classic dei programmi Sant'Ambrogio):

https://www.sant-ambrogio.it/come-creare-un-componente-aggiuntivo/