Simulazioni CFD "garantite"

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Utente Standard
Professione: Progettazione Meccanica
Software: Solidworks / Cosmos / Floworks
Regione: Lombardia
#1
Ciao a tutti innanzitutto.

Chiedo una cosa, in quanto mi e' parecchie volte successo (e sempre piu' mi accadrà in futuro questo problema) che il cliente mi chieda di garantire le analisi.

Io lavoro nel settore dell'Oil&Gas, alcuni clienti mi chiedono analisi CFD per stimare la perdite di carico all'interno dei miei prodotti (tubazioni, valvole.....).

In azienda abbiamo Floworks, ma le analisi non è la nostra specialità e utilizziamo questi softwares per sviluppare i nuovi prodotti, ma se un cliente ci chiede un'analisi GARANTITA fino ad adesso abbiamo sempre aggirato il problema non accettando la sfida. Casa che mi da abbastanza fastidio anche perchè i clienti pagano profumatamente queste analisi.

Ora la mia domanda è:

Vi è mai capitato di fare o di farvi fare da uno studio esterno (io vorrei appoggiarmi ad uno studio esterno) analisi certificate? La cosa è abbastanza delicata in quanto se si accetta con il cliente questa cosa, poi se le perdite di carico sono maggiori di quelle simulate si accetta ovviamente di pagare le penali, e son dolori.

Io ho chiesto a piu' studi questa cosa, ma appena si accenna alle penali si tirano tutti indietro.

Voi avete esperienze diverse?????
Grazie per le risposte/consigli.
 

stevie

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Professione: Ingegnere meccanico
Software: Solidedge, Cosmos
Regione: Lombardia
#2
A me sembra una boiata, garantire cosa?Che i risultati numerici coincidono con quelli reali? E allora le prove sperimentali a cosa servirebbero?Che ce ne facciamo di gallerie del vento che costano miliardi, di vasche navali, di banchi prova idraulici quando con un softwarino da 50000 euro ammettiamo risolviamo tutto? Il margine di errore nelle simulazioni numeriche secondo me esisterà sempre, e non solo perchè gli algoritmi si basano su teorie che sono un modello dei fenomeni reali e non la realtà, ma anche per via degli errori numerici di troncatura e di approssimazione che si propagano nella simulazione. Se poi si vuole che il risultato numerico non si discosti più del X % dal valore reale questo è un altro discorso, ma da valutare attentamente e non so quanti siano in grado di assumersi una responsabilità simile. Sicuramente è un discorso da proporre a un'analista cfd con molti anni di esperienza alle spalle e con un know how non indifferente (per intenderci uno che fa solo quello come mestiere)
 

bio

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#3
ovviamente si tiene una buona percentuale di errore, ma l'errore numerico è trascurabile in confronto all'errore umano...

nell'impostazione di un'analisi si commettono + errori di quanti il software ne fa da solo, anche solo durante la configurazioni delle condizioni al contorno, magari basandosi su ragionamenti errati in partenza o sulla qualità della mesh...

ma quello che ribadisco spesso è che le prove sperimentali sono spesso + sballate delle prove al pc, dato che sempre da un uomo sono fatte...misurazioni fatte in condizioni particolari, in posizioni particolari, con configurazioni talmente strane che anche riprodurle numericamente è quasi impossibile e magari fatte da personale che non fa quello come attività primaria (e quindi rischia di trascurare qualcosa)...

alcune esperienza passate ci hanno convinto a mandare sempre qualcuno a controllare come vengono svolti i test sperimentali :biggrin:

bio
 

Druck

Utente Standard
Professione: Progettazione Meccanica
Software: Solidworks / Cosmos / Floworks
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#4
A me sembra una boiata, garantire cosa?Che i risultati numerici coincidono con quelli reali? E allora le prove sperimentali a cosa servirebbero?Che ce ne facciamo di gallerie del vento che costano miliardi, di vasche navali, di banchi prova idraulici quando con un softwarino da 50000 euro ammettiamo risolviamo tutto? Il margine di errore nelle simulazioni numeriche secondo me esisterà sempre, e non solo perchè gli algoritmi si basano su teorie che sono un modello dei fenomeni reali e non la realtà, ma anche per via degli errori numerici di troncatura e di approssimazione che si propagano nella simulazione. Se poi si vuole che il risultato numerico non si discosti più del X % dal valore reale questo è un altro discorso, ma da valutare attentamente e non so quanti siano in grado di assumersi una responsabilità simile. Sicuramente è un discorso da proporre a un'analista cfd con molti anni di esperienza alle spalle e con un know how non indifferente (per intenderci uno che fa solo quello come mestiere)
Ciao stevie.

Nel mio settore il fatto del garantire i calcoli ti assicuro che esiste, non è una boiata.
Ad esempio il costruttore di una centrale elettrica, quando acquista una turbina nuova, si fa certificare i calcoli del comportamento termodinamico delle pale. Succede sempre.

Se poi il comportamento reale è diverso dai calcoli, e quindi il rendimento della turbina è diverso, scattano le penali per il costruttore a seconda della forbice "teorico-reale".

Il tuo fattore "X" è dentro il margine di sicurezza che il costruttore si prende per non "sforare".

Questo però non si fa ancora col CFD, ma ci sono algoritmi termodinamici spesso sviluppati internamente dalle case costruttrici.

Il fatto è proprio questo. Perchè non si usa il CFD?
A me piacerebbe iniziare un discorso di questo tipo (non su turbine ma su prodotti molto piu' semplici per il piping tipo valvole), anche perchè talvolta sono i clienti stessi che lo chiedono.

Ma mi sa che lascio stare, tanto ogni volta che cerco di affrontare l'argomento finisce sempre con un nulle di fatto.:frown::frown::frown:

Ciao
 

bio

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#5
Il fatto è proprio questo. Perchè non si usa il CFD?
A me piacerebbe iniziare un discorso di questo tipo (non su turbine ma su prodotti molto piu' semplici per il piping tipo valvole), anche perchè talvolta sono i clienti stessi che lo chiedono.
noi usiamo tanto il cfd, abbiamo 2 diversi programmi e uno lo rivendiamo pure.

ormai da un anno giro nelle aziende a presentarlo e devo dire che in italia la mentalità non è ancora quella giusta...

cmq, per le valvole i tool cfd sono un toccasana, basso costo e alto rendimento...scostamenti dagli sperimentali veramente bassi (si parla di valvole ad aria e % intorno all'1/2/3%) e possibilità di fare decine di analisi nel tempo che il cliente riesca ad avere un prototipo per fare i test (con costi superiori)...

bisogna ricordarsi che è uno strumento e in quanto tale di aiuto e non sostitutivo ai calcoli a mano e agli sperimentali...ma usandolo di + si corre solo il rischio di risparmiare (e come dicevo in italia solo poca gente lo capisce)..

per altri prodotti il discorso è simile, pompe, forni, areodinamica (etc) sono tutti settori dove i programmi di calcolo la fanno da padrona...

bio
 

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Professione: Progettazione Meccanica
Software: Solidworks / Cosmos / Floworks
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#6
Bio, anche tu mi fai il solito discorso.
Davvero non è polemica la mia pero' e' proprio questo discorso che io non capisco.

Se gli ordini di errore sono così bassi, metti anche sotto il 10% per stare larghi, davvero non capisco cosa continuiamo a fare calcoli a mano o prove sperimentali in questo settore. Come dici tu costosissime e lunghissime sia per il costruttore che per il cliente.

Quello che a me non sta bene in questo campo è che quando chiamo la società di ingegneria che mi fa l'analisi, mi dice in sostanza che i risultati devono venir interpretati come un "consiglio" senza nessuna responsabilità.

Questo per me vuol dire: Sbagli tu, pago io.
Negli altri settori della progettazione invece non funziona così!!

Finchè sarà cosi' la mentalità delle aziende dell'Oil&Gas difficilmente cambierà, ed il CFD verrà utilizzato (come lo utilizzo io) per cercare di ottimizzare i nuovi prodotti in fase di progettazione o come verifica.

Ma sia chiaro, così il vero potenziale business di questo mercato lo perdiamo, tu non fai consulenza ed io non vendo il calcolo.

Ciao
 

bio

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#7
Se gli ordini di errore sono così bassi, metti anche sotto il 10% per stare larghi, davvero non capisco cosa continuiamo a fare calcoli a mano o prove sperimentali in questo settore. Come dici tu costosissime e lunghissime sia per il costruttore che per il cliente.

Quello che a me non sta bene in questo campo è che quando chiamo la società di ingegneria che mi fa l'analisi, mi dice in sostanza che i risultati devono venir interpretati come un "consiglio" senza nessuna responsabilità.

Questo per me vuol dire: Sbagli tu, pago io.
Negli altri settori della progettazione invece non funziona così!!

Finchè sarà cosi' la mentalità delle aziende dell'Oil&Gas difficilmente cambierà, ed il CFD verrà utilizzato (come lo utilizzo io) per cercare di ottimizzare i nuovi prodotti in fase di progettazione o come verifica.

Ma sia chiaro, così il vero potenziale business di questo mercato lo perdiamo, tu non fai consulenza ed io non vendo il calcolo.

Ciao
noi facciamo sia cfd che fem e fidati che funziona sempre così...quando fai i calcoli di una macchina usi vari coefficienti di sicurezza...

con il cfd fai lo stesso e garantisci i risultati con un +-x%...

il problema con gli sperimentali e più nello specifico con il prodotto finale è che basta cambiare di una virgola le geometrie da quelle usate per i calcoli che tutto va a puttane...

esempio chiaro e uscito di recente in ufficio:

un cliente ci commissiona X analisi (numero abbastanza alto) di un paio di valvole diverse, ci passa le geometrie e tutto funziona bene finchè consegnamo i risultati. dagli sperimentali di una valvola escono numeri completamente sballati...dopo tante ore buttate via da noi, scopriamo che chi ha fatto i componenti ha cambiato una quota di 1 decimo di millimetro su un componente abbastanza importante (che vuoi che sia un decimo, blablabla).... sballando completamente i nostri risultati...

esempio chiaro e tondo del perchè i tool cfd sono definiti tool...perchè aiutano la progettazione ed eliminano tutti i prototipi intermedi...ma la prova finale va fatta, per evitare queste sorprese...

la stessa ansys ha introdotto nei suoi paper la dicitura che le analisi sono consigli da valutare attentamente...

ovviamente se poi tu non ascolti o sbagli ad interpretare i consigli non è colpa mia che ho fatto l'analisi..

spero di esser stato chiaro, ieri sera cena aziendale e sto ancora patendo :biggrin:

bio
 

stevie

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Software: Solidedge, Cosmos
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#8
Quoto bio, nel senso che tra il cfd e il fem c'è una differenza enorme in termini di applicabilità e di know how necessario per poter interpretare i dati.
A parte il fatto che anche per il fem sarebbe più che opportuna una solida conoscenza nel campo della meccanica dei solidi da parte di chi lo usa (ho visto simulazioni atroci con gente che non sapeva bene che stava facendo, applicando vincoli a caso, con mesh inadeguate,etc), conoscenze che spesso non ci sono.
Nel settore cfd le conoscenze necessarie aumentano esponenzialmente, vista la complessità che un settore come la fluidodinamica ha.
Quindi oltre ad avere una grossa esperienza nella fase di preprocessing, costruendo delle mesh opportune per ogni singola applicazione (e solo sul discorso mesh cfd esistono corsi annuali), è necessaria anche una base teorica sulla fluidodinamica che in pochi possono avere. Questo comporta la scelta ottimale delle condizioni al contorno, gli algoritmi di iterazione e cosa più importante secondo me il modello di turbolenza da applicare (ne esistono molti tutti validi ma ognuno ha il suo campo di applicazione particolare). Per esperienza personale posso dire che è molto complicato calibrare un determinato modello di turbolenza su una determinata applicazione avendo a disposizione i dati sperimentali, e mi è anche capitato che un semplice modello laminare "funzionasse" meglio di uno specifico modello RANS.
E detto questo, ipotizzando anche di poter applicare l'integrazione diretta di tutte le equazioni di NS per qualunque valore di Re (cosa impensabile visto l'onere computazionale che questo comporta), permangono gli errori numerici dovuti ai troncamente, le approssimazioni e la discretizzazione del modello.
Come diceva bio poi anche una variazione geometrica minima può comportare cambiamente elevati nei risultati.
Per questo credo che le vecchie, sane e costose prove sperimentali saranno sempre necessarie per la "certificazione".
 

Matteo

Moderatore CAE/FEM/CFD
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#9
Beh... garantire un'analisi significa garantire la matematica del software di calcolo (di solito vengono venduti con dei PDF che illustrano vari casi di studio o taratura) e garantire che venga usato bene. Direi che la seconda cosa è la più difficile, soprattutto perchè è necessario (oltre a non commettere errori) anche conoscere qualsi sono i limiti applicativi del software.
 

Zaxxon

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#10
Salve a tutti,
questa cosa delle analisi certificate in effetti, in alcuni casi, è ricorrente. Personalmente il mio approccio è quello di soddisfare il cliente in ogni richiesta e quindi anche io pretendo che siano certificati i dati che ho in ingresso. Es: nell'ultimo lavoro di un server ad alte prestazioni, le condizioni al contorno erano abbastanza definite, meno la potenza dissipata dalle apparecchiature elettroniche. Di conseguenza per generare uno scenario che "garantisse" l'analisi, ho generato con un Montecarlo una serie di scenari, li ho proposti, hanno accettato, e invece di pagare per un'analisi hanno pagato per 6 in questo caso, e comunque si sono accollati dei rischi perché il campione era più grande di 6.

In sintesi si possono anche certificare i calcoli ma il prezzo sale di parecchio. Ognuno di noi generalmente offre una sola analisi "one shot" più accurata in funzione della propria esperienza ma ci sono sempre dei rischi.

In ultimo, con certi prodotti commerciali io non certificherei mai nulla!

Spero sia utile,

ZaxX
 

Vmax

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#11
Sono d'accordo con Zaxxon,
anche a me capitano sempre più spesso richieste di analisi in qualche modo certificate, anche io risolvo il problema con un approccio analogo, un po' più articolato, ma grossomodo con una filosofia equivalente.
Chiaro che la riduzione delle incertezze, comunque la si faccia, comporta un investimento di risorse circa esponenziale.
Altrettanto chiaro che i limiti del controllabile sono proporzionali alle competenze di chi svolge il lavoro, tipicamente molto diverse dalla mera capacità di utilizzo del tool cfd, il che implica una certa elasticità nella definizione dei contorni del problema.
Per ultimo una nota di merito sulla accuratezza attesa dalle analisi. Premesso che questa varia molto rispetto alla definizione del problema sotto esame, e da come definiamo l'accuratezza stessa, per un problema cfd non banale non ritengo attendibili accuratezze dichiarate pari a qualche punto percentuale, per il semplice fatto che tipicamente le catene di misura hanno una incertezza di quell'ordine se non superiore. Ritengo che una accuratezza di massima (chiaramente dipende dal problema), valutata a modino, intorno al 10-15% sia un risultato molto buono .
Per inciso esiste anche un'altra via, che in Italia è quasi sconosciuta ma che all'estero, in Germania e in Inghilterra ad esempio, mi è capitato spesso di eseguire, che è quella della "second opinion", un approccio più lato cliente che lato consulente ma, nella mia esperienza, di buona efficacia.

Ciao
 

Druck

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Professione: Progettazione Meccanica
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Regione: Lombardia
#12
Grazie per gli interventi Zaxxon/Vmax.
Fa piacere che in quache modo ci si capisce.:smile:

Dal lato "cliente" di una eventuale analisi aggiungo qualche considerazione:

- Che la certificazione abbia un costo è chiaro, chi è nel settore e non lo riconosce o è idiota o fa il furbo. Sparo dei numeri, ma ad esempio se per una analisi one-shoot chiedete 10 e per una invece garantita chiedete 100 io non mi stupisco. L'unica cosa che devo confrontare è quanto mi costa tirare in ballo la prova sperimentale e confrontarlo con il vostro 100. Inoltre dovrei considerare anche quanto risparmia il cliente (queste prove sono spesso presenziate dal cliente o dagli enti certificanti.....), questo si traduce in un vantaggio competitivo poter dire: "Il mio prodotto costa un po' di piu' ma non devi venire a presenziare (aerei, hotels, disturbi personali, night-clubs.....=costi).

- Valori del 10-15% mi suonano sinceramente piu' realistici, avendo basi teoriche di fluidodinamica ho idea dei limiti sui modelli di turbolenza tipo k-epsilon per esperienze personali.

- Sul fatto dell'inesperienza delle persone nelle aziende ad eseguire analisi consistenti è un fatto che a me è chiarissimo e indiscutibile, proprio per questo io non ho nessuna intenzione di eseguire questo lavoro "internamente". Sono dell'idea che nel mio settore le competenze richieste siano troppo specifiche per non appoggiarsi all'esterno, a meno di non voler far esplodere i costi ovviamente....
Siamo arrivati a gestire internamente tutto l'analitico ed il FEM per il supporto al cliente e già ho dei dubbi sulla convenienza econonomica......

- Che le ipotesi devono essere certificate da noi come i risultati da voi mi sembra chiaro. Non accettare questo vuol dire solo cercare di scaricare eventuali futuri problemi, che nel medio periodo questa è una politica che non fa guadagnare nessuno. Il mio prodotto deve venir eseguito entro i limiti imposti dalle tolleranze del disegni. Questi possibili scostamenti sono da valutare ovviamente da chi fa l'analisi.

- Per bio: Fai bene a presenziare le prove, lo faccio anche io e lo fanno anche i miei clienti. Sull'errore delle prove invece non sono daccordo per il settore dell'Oil&Gas, queste prove sono regolamentate da normative piuttosto rigide e consolidate. Errori e problemi sono normalmente limitati e tracciabili.

- Vmax, Ma cosa è la "second opinion"?:confused:
 

Vmax

Utente Standard
Professione: Analista - emigrante
Software: StarCCM+, Fluent, CFX, FlowSimulation, Ansys, Matlab...
Regione: UK-Lombardia
#13
Molto semplicemente, la second opinion è la pratica di sottoporre il medesimo problema ad un soggetto terzo rispetto all'azienda ed a chi l'ha affrontato in prima battuta.

La second opinion si usa in due modi diversi:
- in modalità asimmetrica, in cui si richiede di periziare il lavoro svolto da altri. In questo caso normalmente viene redatto un documento in cui ci si impegna a non svolgere per l'azienda nessuna altra attività se non di second opinioner per un certo lasso di tempo e che non intercorra alcun tipo di rapporto con il soggetto periziato, per evitare ovvi conflitti di interesse.
- in modalità simmetrica, in cui si sottopone il medesimo problema a due parti all'oscuro di tutto. In questo caso non sono richiesti impegni particolari.

E' una opzione molto interessante perché può fornire indicazioni sulla qualità del servizio e sulle varianze d'errore che non sarebbero altrimenti ottenibili.
In Italia mi sono capitate solo 3 richieste, di cui 2 declinate per conflitto di interesse, all'estero invece ne capitano parecchie.

Ciao
 

sbaffini

Utente poco attivo
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Software: Fluent
Regione: Campania
#14
Salve a tutti,

mi permetto di dare il mio piccolo contributo non da esperto in progettazione con CFD ma di CFD e fluidodinamica.

Anzitutto cominciamo col distinguere due tipi di errori, numerici e di modello. Volendo trascurare la numerica (e non è banale perchè in che modo posso garantire un risultato ottenuto con una black-box, un codice sviluppato da altri ? Se una società utilizza software di terzi per le simulazioni, ad esempio Fluent, non ha alcun controllo sull' implementazione della numerica) la questione dei modelli in CFD è centrale.

Sono un modello le equazioni di Navier-Stokes, sono un modello le equazioni costitutive dei fluidi, sono modelli quelli utilizzati per la simulazione della combustione, di problemi di acustica e così via. Ma soprattutto sono modelli quelli legati al fenomeno della turbolenza.

Volendosi soffermare solo sugli ultimi (ma non è assolutamente detto che gli altri siano da meno), il problema diventa fondamentale. In pratica un modello RANS (quelli più comunemente, se non totalmente, utilizzati) ha il compito di modellare l'effetto delle fluttuazioni turbolente sul campo di velocità medio. Il problema è che la scala delle fluttuazioni da modellare è molto ampia e va da quelle più piccole, generalmente ritenute universali, a quelle più grandi delle dimensioni dell'oggetto in esame. Quindi, se volessi simulare la scia di un automobile il modello dovrebbe simulare anche l'effetto di vortici di diametro nell'ordine di grandezza dell'altezza della vettura.

Va da se quindi che un modello universale di turbolenza non esiste e che uno stesso modello va bene in alcuni casi e male in altri. In genere, +/- 10-15% di errore è considerato bene per questi modelli, mentre al male non c'è limite. Se voglio simulare un fenomeno che viene addirittura inibito dal modello di turbolenza allora non posso proprio fare la misura.

Se ci mettiamo che nella maggior parte dei casi è necessario ricorrere anche ai modelli di parete (che sono un pò un imbroglio perchè in sostanza si impone già la soluzione o parte di essa) allora si capisce bene che la CFD è lontana dall'essere una disciplina matura ed affidabile come lo può essere l'analisi statica FEM in campo lineare.

Detto questo, è naturale che nessuna azienda esterna possa garantire i propri risultati CFD. Pur volendo fornire un servizio completo, cioè i risultati ottenuti con diverse combinazioni di modelli e parametri, nulla esclude che siano tutti palesemente sbagliati a prescindere dalle capacità dell'operatore e dalla numerica, ma semplicemente perchè la stessa ipotesi RANS, su cui si basano i modelli, è sbagliata. Di fatto, l'approccio più sicuro da seguire è quello di sviluppare un know-how interno all'azienda basato sul confronto continuo con i dati sperimentali e l'adattamento dei modelli e dei parametri per ottenere la massima confidenza possibile con i risultati CFD. Nel tempo questo approccio consente di ridurre al minimo la sperimentazione.

Ovviamente si tratta di un investimento a lungo termine i cui benfici devono essere opportunamente valutati.

Se si usa la CFD come semplice strumento di analisi, cioè si passa il CAD da analizzare e l'azienda esterna fornisce i risultati sulla base dei quali si decide se l'oggetto in analisi è da mandarsi o meno in certificazione, allora credo che il gioco non valga la candela e forse lo stesso utilizzo della CFD è da valutarsi (c'è davvero un risparmio di tempi e costi?). Anche perchè, una volta che ho i risultati, anche se esatti, che me ne faccio? Dovrei confrontare i risultati con quelli di altre configurazioni. Se pure il progettista che analizza i risultati fosse sempre nel giusto nell'apportare le modifiche seguenti per il raggiungimento di un ottimo, mandare avanti ed indietro i cad per l'analisi può diventare una perdita di tempo enorme.

Viceversa, se la CFD è parte integrante di un processo di progettazione basato essenzialmente sull'ottimizzazione numerica (cosa ovviamente non possibile se ci si rivolge ad altri per le analisi) allora la questione è diversa. A fronte di un investimento iniziale, in alcuni campi c'è sicuramente un ritorno nel medio-lungo termine, dopodichè si viaggia nettamente ad una velocità diversa.

Discorso a parte va fatto per la numerica. In generale l'utilizzatore dovrebbe sempre avere una buona conoscenza sia della numerica che della fisica del problema. Così come non farei guidare l'auto ad uno che non la sa guidare così lo strumento della CFD (ma vale per ogni campo della numerica) dovrebbe essere usato da chi è in grado di farlo