Simulações CFD permitem visualizar e analisar o comportamento de fluidos em diversas situações, auxiliando na resolução de problemas complexos e na otimização de processos. Seja na redução de custos operacionais, na melhoria da eficiência energética ou no teste de novos equipamentos, o CFD oferece dados valiosos para superar desafios e alcançar resultados positivos.
O que é CFD e como pode ajudar a indústria
A Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD, da sigla em inglês) revolucionou a forma como as empresas enfrentam seus problemas de engenharia. Antigamente, as equipes dependiam de testes e experimentos físicos em seus equipamentos, o que por vezes era muito custoso, arriscado e demorado. Em problemas muito complexos, ainda, os experimentos eram inconclusivos e resultavam na substituição desnecessária de equipamentos – quando a solução poderia ser relativamente simples.
Com maior acesso à capacidade computacional, as ferramentas computacionais de engenharia, dentre elas o CFD, tornaram-se progressivamente mais frequentes na indústria. Hoje em dia, o CFD é aplicável em praticamente qualquer segmento, servindo como uma ferramenta poderosa na solução de problemas e melhorias de processos industriais.
O fluxo de solução do CFD envolve, inicialmente, recriar virtualmente o objeto de estudo, seja ele um equipamento, um produto, um galpão, ou até toda a unidade fabril. Cada aplicação envolverá o estudo de diferentes fenômenos físicos – como escoamentos de fluidos, transferência de calor e massa, reações químicas, etc. Esses fenômenos são modelados por meio de equações governantes inseridas no código do software e solucionadas a cada problema. Assim, por trás do software de CFD está, essencialmente, uma rotina de solução de equações que regem os fenômenos físicos pertinentes àquela aplicação. Os resultados são apresentados em 3D e permitem observar como qualquer propriedade (velocidade, temperatura, pressão, fração mássica, taxa de transferência de calor, etc) evolui em qualquer ponto do objeto, ao longo do tempo.
As aplicações de simulações CFD são extremamente amplas. Pode-se, por exemplo, analisar o escoamento de ar ao redor de um avião, a formação de gases em motores, a condensação de fases em chapas frias, a dispersão de poluentes, a evolução de reações químicas em reatores, o aquecimento de um forno em sua partida, evolução de uma onda de pressão após um surto etc. Toda e qualquer aplicação física já modelada por equações pode ser, em algum grau, analisada por meio de CFD.
A diversidade com que podem ser empregadas justifica a popularidade das simulações CFD como uma ferramenta poderosa de investigação de problemas complexos. Muitas indústrias de ponta realizam inúmeros ensaios virtuais em seus equipamentos para testá-los sob condições variadas e extremas, encontrando qual a configuração otimizada daquela aplicação. Ademais, problemas operacionais que muitas vezes parecem irresolúveis ganham nova perspectiva quando analisados com simulações CFD.
Utilizar-se de CFD em problemas de engenharia, contudo, requer extremo cuidado. É imprescindível que seja utilizado por engenheiros com alto grau de conhecimento técnico e teórico. Justamente por resultarem em figuras e 3Ds muito chamativos e cativantes, as simulações podem frequentemente ser enviesadas e errôneas, trazendo mais prejuízo do que valor. É fundamental que o usuário entenda profundamente o fenômeno estudado, e tenha um altíssimo grau de intuição física para identificar vieses e verificar a validade dos resultados. Por solucionar inúmeros modelos e equacionamentos multilateralmente acoplados, basta pequenos descuidos para que o resultado obtido seja irreal, fruto do viés do operador na seleção dos modelos e ajustes dos parâmetros.
Créditos da imagen: arquivos Figener
Softwares CFD e o OpenFOAM
O algoritmo por trás dos códigos CFD não é algo recente. Seu primeiro uso em software comercial data do começo dos anos 1980 e desde então diversas empresas desenvolveram suas versões em variados níveis de complexidade, biblioteca de fenômenos físicos, qualidade da interface gráfica e suporte. Nessa mesma época surgiu o projeto por trás do OpenFOAM – versão open-source do algoritmo – que hoje é um dos principais softwares disponíveis.
Por ser escrito em código aberto, o OpenFOAM permite que o usuário customize o software para incluir quaisquer modelos que desejar. Por exemplo, se uma publicação científica propõe um novo jeito de se calcular determinado fenômeno físico, é possível incluir seu equacionamento no software, algo virtualmente impossível em softwares comerciais. Ademais, a ferramenta conta com milhares de usuários no mundo, criando uma comunidade ativa de ajuda mútua.
Em mãos experientes, o OpenFOAM é sem dúvida uma das melhores (senão a melhor) opções para a solução de problemas complexos. Sua versatilidade e robustez, juntamente com a ampla disponibilidade de material e publicações científicas, traz uma flexibilidade ímpar, fundamental para engenheiros.
Uso de CFD em projetos da Figener
A Figener possui uma vasta experiência e capacidade no desenvolvimento de estudos de CFD, oferecendo soluções avançadas para diversas indústrias. Dos seus quase 35 anos de atuação, mais da metade contou com constante presença de projetos e estudos em CFD, tornando-a uma das poucas empresas brasileiras consagradas no setor.
Como discutido, a capacidade técnica do usuário do software é fundamental para que os resultados sejam representativos e úteis; mais do que figuras coloridas, o interesse é trazer ganhos reais para o cliente. A Figener é composta por um corpo técnico de altíssima capacidade, com experiência em muitos setores industriais. Esse conjunto de profissionais está sempre a par de todos os projetos, contribuindo cooperativamente para entregar a melhor solução possível.
Em seus estudos e diagnósticos, a Figener ajuda a identificar problemas que a equipe de engenharia local muitas vezes não conseguiu resolver. Fazendo uso de simulações em CFD, a Figener ajuda a reduzir desperdícios energéticos, reduzir custos operacionais, aumentar a vida útil dos equipamentos, realizar testes operacionais sem necessidade de parada, e testar modificações nos equipamentos sem necessidade de protótipos.
Seja na geração de energia, indústrias de óleo e gás, indústrias químicas ou em setores de utilidades e de processo, há sempre um especialista da Figener focado em obter a solução ideal para aquele problema.
Créditos da imagen: arquivos Figener
Alguns projetos recentes realizados pela Figener envolveram análise de:
- Formação de chama em incinerador e seu efeito na parede refratária
- Distribuição de O2 e de população de bolhas de ar em biorreatores
- Formação de bolsão de vapor e consequente falha a jusante das soldas de tubos de caldeiras
- Erosão em tubulação de caldeira de leito fluidizado
- Dispersão de pluma de umidade e de gases em unidades fabris
- Dispersão de material particulado grosso em leito fluidizado
- Transiente hidráulico e dimensionamento do sistema de segurança de cascos de aquecedores de gás natural
- Evolução de reação de coqueificação em forno de pirólise
- Otimização de distribuição de ar na entrada de trocadores de calor
- Otimização do resfriamento de bobinas de alumínio em galpões
- Mitigação de slagging e de fouling em caldeiras a biomassa
Além de usos menores e pontuais para ajudar na visualização e apresentação de resultados de outros estudos e serviços.
Como a Figener pode ajudar a sua empresa
A Figener é reconhecida no mercado por resolver os problemas mais desafiadores enfrentados pelas equipes de engenharia. Formada por um corpo técnico altamente qualificado, e com quase 35 anos de atuação no mercado nacional e internacional, a Figener pode ajudar a sua empresa na solução de problemas complexos e na redução de custos.
Com vasta experiência na aplicação de CFD e de outras ferramentas computacionais, a Figener se posiciona como expoente no segmento de consultoria de engenharia. Convidamos você a entrar em contato para saber mais sobre nossos serviços de consultoria e entender como o uso de CFD poderá ajudar a otimizar seus processos e resolver seus problemas desafiadores.
