Gli ingegneri si trovano, quotidianamente, nella necessità di applicare formule e algoritmi per il calcolo scientifico: ad esempio nel dimensionamento di componenti, per la verifica secondo normative, etc.

Lo strumento di calcolo più impiegato, perché immediatamente disponibile in quanto già installato in ogni computer, è certamente Microsoft Excel. Purtroppo, e accade spesso, all’ingegnere occorrono funzioni molto più avanzate e sofisticate rispetto a quelle disponibili dallo spreadsheet e seppur alcuni si dedicano all’utilizzo di Visual Basic per superarne i limiti, vediamo in questo articolo come superare i limiti della programmazione.

Gli strumenti a supporto del calcolo ingegneristico

Quando la complessità del calcolo rende necessario lo sviluppo di macro, o altro, in Excel, allora emergono alcuni aspetti critici, come la necessità di trasformare correttamente formule “da manuale” in espressioni compatibili con il software e la corretta gestione delle unità di misura. Se poi le esigenze crescono ancora ci si può rapidamente trovare in difficoltà nel gestire la complessità, casi particolari e piccole sviste possono rendere inaffidabili i risultati con conseguenze anche rilevanti.

In queste situazioni è utile affiancare ad Excel uno specifico strumento di calcolo scientifico.

Tra gli strumenti disponibili spicca, per funzionalità ed affidabilità, la soluzione Maple prodotta dalla società canadese Maplesoft. Questo software dispone di migliaia di funzioni matematiche avanzate già pronte all’uso ed è universalmente riconosciuto quale il migliore motore di calcolo simbolico sul mercato.

Il calcolo simbolico

Il calcolo simbolico permette di interpretare formule ed espressioni, di semplificarle e risolverle automaticamente. Le formule prese dal manuale dell’ingegnere o da altra letteratura possono essere trascritte nella loro notazione naturale e venire utilizzate e graficate immediatamente, senza bisogno di programmazione.

L’interazione tra un’applicazione dedicata al calcolo scientifico ed Excel può avvenire in due modalità: nella prima l’utente continua ad utilizzare direttamente Excel e sfrutta la seconda applicazione come motore di calcolo, nella seconda l’utente lavora nell’ambiente di calcolo scientifico e utilizza gli spreadsheet di Excel come sorgente di dati.

Nella prima modalità di utilizzo, quindi, l’utente si trova di fronte al classico foglio di lavoro Excel, e può richiamare le funzioni e le librerie specialistiche per implementare quei calcoli per i quali il solo Excel non è sufficiente, ma necessita del supporto di un software matematico avanzato. Nella seconda modalità di utilizzo, invece, l’utente crea la propria applicazione di calcolo direttamente in un ambiente dedicato e usa i file Excel per importare ed esportare dati.

Figura 1 Schema di scambiatore di calore a flussi contrapposti

Ad esempio - in un classico caso di termodinamica - se fosse necessario determinare il valore dell’Entalpia fornita da uno scambiatore di calore, il calcolo in Excel richiederebbe l’implementazione di modelli molto complessi: Scarica il file di esempio.

L’impiego di un ambiente dedicato, invece, richiede un banale richiamo ad una funzione già pronta e disponibile allo scopo. Nel caso di Maple questa funzione è LMTD (Logarithmic Mean Temperature Difference), che consente di calcolare il calore scambiato tra i due fluidi caldo e freddo, e accedere alla libreria termodinamica per il calcolo dell’Entalpia.

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Questo semplice esempio mostra come sia più efficiente l’impiego di strumenti dedicati rispetto, a quelli “general purpose”, a tutto vantaggio della sicurezza e semplicità delle nostre soluzioni.