FloTHERM XT

Cariboni Group: experimentación basada en la simulación térmica del LED

El diseño de dispositivos de iluminación LED está evolucionando a nivel cualitativo gracias a herramientas de software para la simulación térmica y fluidodinámica. Este es el caso de Cariboni Group, empresa que realiza proyectos de iluminación de alto nivel en todo el mundo.

Fuentes con un mejor rendimiento, reducción del consumo energético y versatilidad en la temperatura del color permiten a los diseñadores dar vida a ambientes sugestivos y garantizar la seguridad gracias a una adecuada iluminación de los espacios.

Para conseguir el resultado deseado, es importante saber gestionar el calor que emite el LED dentro del dispositivo que lo contiene, preservando la calidad de la luz a lo largo del tiempo y aumentando la vida útil del dispositivo. En el contexto actual, es importante proponer al mercado productos innovadores, seguros y con un diseño óptimo.

Descarga un caso de éxito de simulación térmica aplicada a la iluminación LED

``Cariboni Group. Cuando el valor de experimentar es recompensado por el mercado``

Excelencia en la iluminación LED

Cariboni Group aspira a la excelencia en la iluminación arquitectónica y de espacios urbanos para ofrecer a los ciudadanos bienestar, seguridad y ambientes sugestivos. Los desafíos que debe afrontar son la reducción de la contaminación lumínica y del consumo energético, la realización de productos con un diseño moderno e innovador y la garantía de fiabilidad del producto en el tiempo.

Desde hace años, la digitalización de los procesos y la automatización de las operaciones son una prioridad para ellos.

El desafío

En el diseño de dispositivos de iluminación LED es fundamental disipar el calor para garantizar la eficiencia del LED y obtener unas mejores prestaciones y una mayor duración de la vida útil del producto. Pocos grados de menos o de más pueden suponer una importante diferencia, por ejemplo, a la hora de participar en un concurso para la adjudicación de un encargo para producir dispositivos para la iluminación de la vía urbana.

En el caso de los dispositivos destinados a un uso externo, los componentes electrónicos se encuentran dentro de una carcasa impermeable que no permite el intercambio de aire con el exterior. Esto dificulta la disipación, sobre todo si tenemos en cuenta que el diseño exige formas atractivas y no solo eficientes.

La solución

Cariboni Group decidió adoptar el modelo de Siemens, que aplica la simulación desde las fases iniciales del diseño con el objetivo de evaluar diferentes opciones desde el punto de vista del comportamiento térmico y fuidodinámico. De esta manera, es posible evitar la realización –larga y cara– de prototipos. Cariboni confió en Cadlog para implementar con éxito dicho modelo.

«Gracias a la simulación con Simcenter FLOEFD, durante la fase de diseño evitamos la realización de prototipos y los tests empíricos con cámara térmica y, así, reducimos los costes y el tiempo necesarios para finalizar el producto», afirma Stefano Sansottera, ingeniero del departamento técnico de Cariboni.

Los beneficios

En un mercado que evoluciona rápidamente, tanto desde un punto de vista tecnológico como socio-económico, el alumbrado público debe respetar una serie de requisitos estéticos y de ahorro energético.

Cariboni Group ofrece productos competitivos gracias a su apuesta por la experimentación en el diseño, que les permite probar diferentes variantes y realizar cambios hasta dar con un diseño óptimo.

Además, existen ventajas relacionadas con la eficiencia. Algunos componentes electrónicos –como los MCPCB y los LEDs– se utilizan en productos diferentes. La caracterización térmica de los mismos permite transferir de forma rápida la información de un diseño a otro, incluso cuando se trata de productos diferentes en lo que se refiere a dimensiones o ámbitos de aplicación.

La experiencia en el desarrollo de la mecánica de un producto, en lo que se refiere a la eficiencia de la disipación del calor, se comparte internamente y se usa como base para el desarrollo de proyectos futuros.

El diseño basado en la simulación

Antes, los diseñadores pasaban el diseño terminado a personas especializadas en la simulación para verificar el comportamiento del dispositivo en las diferentes situaciones de uso del mismo.

En la actualidad, la tendencia consiste en aplicar la simulación durante la totalidad del ciclo de desarrollo del producto. Esto permite testar diversas variantes desde un primer momento y desechar las peores opciones, teniendo en cuenta todos los aspectos del proyecto.

Simcenter FLOEFD es la mejor herramienta para adoptar esta estrategia, sobre todo, en el caso del diseño de LEDs. Todos los testimonios de los usuarios de Simcenter FLOEFD confirman la optimización de las prestaciones térmicas y la reducción de los costes de desarrollo del producto.

FLOEFD revoluciona el diseño de los LEDs con:

  • Integración con el CAD.
  • Estudios paramétricos.
  • Tecnología dedicada.

Integración con el CAD mecánico

Una de las ventajas de Simcenter FLOEFD para los diseñadores es la integración de la herramienta con los principales CADs mecánicos: NX, Solid Edge, Creo, Catia y Solidworks. Esta integración permite usar directamente la geometría MCAD, la detección automática de la región fuida y el procedimiento de mallado.

Los beneficios de la integración son:

  • No es necesario ningún paso entre CAD y CFD por medio de archivos step.
  • Sincronización de los modelos de diseño y CFD.
  • Reducción del tiempo necesario para la simulación del producto.

Estudios paramétricos automáticos

Simcenter FLOEFD utiliza tanto parámetros geométricos (por ejemplo, dimensiones) como parámetros de simulación (disipación del calor, conducción de los materiales). Además, permite realizar análisis del tipo ‘’what-if’’ y optimizaciones. Otras características consisten en el automatismo de la modificación del diseño, la creación de mallas e incluso el cálculo.

Simcenter FLOEFD es totalmente compatible con las ‘’configuraciones’’ y las ‘’instancias’’ del producto MCAD.

Los beneficios de estas funcionalidades son:

  • Simulación múltiple ‘’what-if’’ para identificar el mejor diseño.
  • El usuario ahorra tiempo al concentrarse en la definición del modelo y no en tareas manuales.
  • Identificación del diseño optimizado en breve tiempo.

Tecnología dedicada

Simcenter FLOEFD puede ser utilizado por los especialistas para realizar modelos avanzados en las fases finales del diseño o para estudiar fenómenos complejos, como la radiación solar o la condensación.

El modelo de LED térmico óptico permite realizar modelos precisos de los LEDs a través del modelo 2R simple – ‘’junction to case’’o del modelo termóptico avanzado. Importa desde el dispositivo T3Ster los datos de la caracterización TeraLED y dispone de ‘’starter packs’’ de LEDs predefinidos. También incluye un modelo avanzado de radiación térmica para modelar altas temperaturas.

El modelado avanzado de los LEDs permite analizar fenómenos específicos pero importantes como la luz focalizada en la lente de un faro, la concentración del calor, la condensación o la formación de hielo.

 

En conclusión, podemos afirmar que, gracias a herramientas como Simcenter FLOEFD de Siemens, se puede aplicar la simulación desde las primeras fases del proceso de diseño y, de esta manera, experimentar con las diferentes alternativas hasta dar con la mejor opción desde el punto de vista térmico.

E-book

Cariboni Group. Cuando el valor de experimentar es recompensado por el mercado

Caso de éxito de simulación térmica aplicada a la iluminación LED. Descárgalo para saber más sobre:

  • La simulación basada en el diseño
  • Cómo aprovechar las características de Simcenter FLOEFD para evaluar diferentes alternativas en el diseño
  • Cómo integrar la simulación térmica del LED con el diseño mecánico
  • Cómo conciliar el diseño con la gestión del calor
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Carlota HerreroCariboni Group: experimentación basada en la simulación térmica del LED

Cómo… aplicar el diseño electrónico basado en la simulación

En este breve tutorial se muestra cómo integrar la simulación térmica en el proceso de diseño de un dispositivo electrónico. Se trata de un caso de aplicación del diseño basado en la simulación; modalidad de diseño propuesta por Siemens con el objetivo de aumentar la competitividad de la empresa en el mercado, por medio de la reducción del tiempo necesario para desarrollar un proyecto y de los costes del mismo.

En el ejemplo, se muestra cómo dimensionar un disipador térmico por medio de la simulación térmica calculada por Simcenter FloTHERM XT, sin abandonar el entorno de diseño. Si el diseñador hubiera decidido simular el disipador en la fase final del proceso de diseño, se habría arriesgado a tener que realizar modificaciones en un momento avanzado del proceso de desarrollo del dispositivo. Esto puede suponer tener que intervenir sobre más de un elemento del producto, como el circuito impreso y la carcasa.

En el esquema se ofrece una comparativa entre el método tradicional y el diseño basado en la simulación.

Método tradicional

  • Los diseñadores -electrónicos o mecánicos- finalizan un diseño y lo entregan a los expertos en simulación para la revisión y aplicación de eventuales cambios.
  • Cada cambio o variante del diseño supone un aumento del coste y del tiempo.
  • Pueden ser necesarios varios prototipos físicos.

Diseño basado en la simulación

  • Los diseñadores -electrónicos o mecánicos- ejecutan la simulación desde las fases iniciales del proceso de diseño.
  • Los cambios a realizar se localizan enseguida y se realizan en breve tiempo.
  • Es posible experimentar más de una variante fácilmente.
  • El prototipado se realiza virtualmente.

Habla con el experto

Te explicará cómo aplicar el diseño basado en la simulación en tu empresa.

stefano morlacchi

Stefano Morlacchi
Product Manager

Más de 10 años de experiencia en análisis computacional FEM y CFD en el ámbito de la biomecánica, automotor y energético. Experto en formación y en asistencia técnica pre y postventa. En Cadlog es el Solution Specialist de la división de análisis térmico y fuidodinámico y del área de cableado y arneses.


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CadlogCómo… aplicar el diseño electrónico basado en la simulación

Obtener productos mejores con un menor coste gracias a la incorporación de la simulación en el diseño

La incorporación de la simulación en las primeras fases del proceso de diseño permite obtener productos más innovadores y reduce las probabilidades de cometer errores y tener que realizar cambios significativos en fases más avanzadas.

La máxima prioridad de los diseñadores consiste en lanzar al mercado, en el menor tiempo posible, productos innovadores. Antes, debían pasar el diseño inicial al equipo de expertos en simulación, lo cual ralentizaba el flujo de trabajo. Hoy en día, debido a la competitividad del mercado, los diseñadores aplican cada vez más la simulación durante la fase de diseño.

diseño basado en la simulación

Los desafíos que motivan un diseño basado en la simulación

Los desafíos que plantea el mercado de hoy en día está llevando a los diseñadores a introducir la simulación en las primeras fases de diseño del producto electrónico.

Los productores están sometidos a una presión continua por entender mejor cual será el comportamiento del producto, ya desde la fase de diseño. Esto se debe a la necesidad de innovar, unida a una gran presión por diferenciarse en términos de calidad, fiabilidad y funcionalidad.

El tiempo a disposición para desarrollar productos innovadores es menor, debido a la necesidad de llegar antes al mercado. Así mismo, existe una insistente demanda, por parte de los clientes, de productos con costes menores, a la vez que con un abanico más amplio de funcionalidades.

Los productos son cada vez más complejos y, al mismo tiempo, la tolerancia por los defectos es menor. Por ello, aunque la presión por crear productos que se diferencien de los demás es elevada, satisfacer esta demanda es cada vez más difícil. Así mismo, los diseñadores deben desarrollar productos que reduzcan los costes del ciclo de vida de los mismos (garantía, reclamaciones, etc.).

Frente a tiempos de diseño más largos, tiempos de lanzamiento más breves y mayores exigencias en términos de calidad, los diseñadores recurren a la introducción de la simulación en el diseño.

Las mejores empresas adoptan el diseño basado en la simulación

El principio en el que se basa este tipo de diseño es simple. Al ser más numerosos los diseñadores que los expertos en simulación -en una relación de 5 a 1 o, incluso, de 10 a 1- la fase de simulación ralentiza el desarrollo del producto. Las mejores empresas del sector han respondido a esta problemática con la introducción de la simulación directamente en el entorno de diseño. De esta manera, los expertos en simulación pueden servir de apoyo a los diseñadores cuando estos últimos realizan la simulación, en lugar de seguir realizando el trabajo de manera habitual.

Una investigación del Grupo Aberdeen -disponible a continuación- concluye que el 87% de las empresas, pertenecientes a una misma categoría, ha empleado la simulación. Y, dicha simulación ha pasado a realizarse en las fases de diseño del proceso de desarrollo del produto.

Entre empresas líderes del sector, el impacto positivo de la simulación se ha desplazado a la izquierda en las fases de desarrollo del producto basadas en el diseño. En estas, la simulación tiene un fuerte impacto positivo; especialmente, en la fase de diseño a nivel de componente. En el resto de empresas, el pico se sitúa en las fases de testado y verificación.

impacto del diseño basado en la simulación

El diseño basado en la simulación, garantiza un resultado óptimo por varios motivos. En este caso, el diseñador se sitúa en el centro, mientras que los expertos en simulación se conviertes en figuras de apoyo; se trata de un modelo colaborativo. Además, las empresas adquieren competencias de los expertos CAE y las vuelven más accesibles a los diseñadores. Por último, el 73% de las empresas líderes del sector verifica el diseño del producto al inicio del proceso de desarrollo del producto, mediante un modelado computacional. Este paso resulta fundamental a la hora de garantizar que la idea de producto funcione.

Las empresas líderes del sector que han pasado al diseño basado en la simulación, comparten las mejores prácticas y competencias en simulación, haciéndola más accesible.

Las ventajas del diseño basado en la simulación

El informe del Grupo Aberdeen parece probar que esta modalidad de diseño genera importantes beneficios -en términos de costes, time-to-market y calidad- para las empresas que la implementan.

Los diseñadores que aplican la simulación al inicio del proceso de diseño superan a la competencia en cuanto a calidad, coste del producto, time-to-market y beneficios generados. Esto se traduce en proyectos innovadores y optimizados.

Las mejores empresas de cada categoría reducen, así mismo, el tiempo dedicado a la reelaboración del producto, el número de prototipos y, como consecuencia, el tiempo total de desarrollo.

Como los ingenieros de diseño bien saben, el coste de un paso en falso en la fase de diseño puede ser muy elevado. Supone la aparición de problemas en las fases sucesivas, costosos y difíciles de resolver. El diseño basado en la simulación resulve este inconveniente, al desplazar la simulación a las fases iniciales de diseño del producto electrónico. El resultado es una mejoría del 21% en el número de peticiones de modificaciones técnicas (ECO) emitidos desde la producción. Gracias al aumento del prototipado virtual, se ha construido un 27% menos de prototipos físicos y se ha mejorado en un 29% el tiempo de desarrollo.

Conclusiones y principales recomendaciones

  • Innovación. El motivo por el cual las empresas líderes del sector han reducido el número de prototipos físicos en un 27% se encuentra en la creación y aplicación de prototipos y tests virtuales. Esto les ha permitido concentrarse en la innovación.
  • Time-to-market. Los mejores diseñadores de cada categoría han mejorado el tiempo de desarrollo en un 29%, seis veces por encima de la tasa de mejora del resto. Las mejores empresas del sector han alcanzado los objetivos de time-to-market el 76% de las veces, una tasa superior en un 17% respecto a la conseguida por las demás.
  • Calidad. El 77% de las mejores empresas de una categoría ha alcanzado los propios objetivos relativos a la calidad. Los mejores productos tienen mayores probabilidades de funcionar correctamente a la primera y menores probabilidades de necesitar modificaciones; las mejores empresas del sector han mejorado su ECO en un 21%.
  • Costes. El 71% de los diseñadores de las empresas mejor posicionadas ha alcanzado los objetivos relativos al coste del producto, frente al 63% de los demás diseñadores.

 

thomas edison

Thomas Edison.

Thomas Edison dijo una vez que “el genio es 1% inspiración y 99% transpiración” (tuvo que probar más de 1.000 prototipos físicos de la bombilla incandescente). Sin embargo, el diseño basado en la simulación -con sus prototipos y tests virtuales- elimina buena parte del porcentaje de “transpiración”. Hoy en día, los diseñadores pueden probar cientos de alternativas hasta que no les llega la “inspiración” que da lugar al diseño de un producto innovador, que satisface, así mismo, los objetivos de calidad, coste y tempística.

Libro blanco

Informe del Grupo Aberdeen sobre el diseño basado en la simulación

Texto completo sobre la investigación del Grupo Aberdeen sobre la adopción del diseño basado en la simulación: “The Benefits of Simulation-Driven Design”. En el documeno se explica, detalladamente, cómo las empresas líderes del sector electrónico consiguen reducir costes y tiempo de lanzamiento de los productos gracias a la aplicación de esta modalidad de diseño.

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