Dinâmica de Fluidos Computacional acelera e otimiza produção industrial

Os estudos com recurso a CFD, também conhecida como fluidodinâmica computacional, são uma vertente da mecânica de fluidos que utiliza análise numérica e algoritmos para resolver e analisar problemas que envolvam escoamento de fluidos e transferência de calor.

As aplicações da simulação fluidodinâmica computacional estão presentes em diversas indústrias, desde a automóvel à aeroespacial, permitindo simular condições de ambiente real e prever a performance com uma resolução elevada antes de avançar para a prototipagem. Esta técnica oferece perspetivas de escoamento de fluidos, transferência de calor e fenómenos físicos relacionados. Esses fenómenos são de extrema relevância no desenvolvimento de produtos industriais.

No INEGI utilizamos técnicas de modelação e ferramentas de CFD para dar resposta aos desafios da indústria. Tanto na otimização dos fluxos de ar para sistemas de refrigeração ou equipamentos de aquecimento, como em fenómenos de condensação ou evaporação. Esta técnica é ainda aplicada na otimização de geometrias para permutadores de calor customizados ou em reatores químicos, com fluidos mais complexos.

Também a interação entre fluídos e estruturas pode ser modelada através destas ferramentas, analisando os esforços resultantes da interação com o fluido e os efeitos que este acarreta devido à sua quantidade de movimento ou temperatura.

A indústria petroquímica é um dos principais setores que nos procura para a utilização destas ferramentas no desenvolvimento dos seus produtos. Com o aparecimento de soluções elétricas de elevada potência também a procura por parte das indústrias aeroespacial e automóvel tem aumentado.

A utilização de ferramentas de CFD permite uma análise detalhada e a otimização do escoamento durante o desenvolvimento de produto. Na indústria automóvel, por exemplo, a utilização de CFD tem sido fundamental para criar designs aerodinâmicos que melhorem o consumo de combustível e a performance dos veículos.

Enquanto existem opiniões divergentes sobre as simulações CFD, como sendo complexas e de custo elevado, os avanços em poder computacional e softwares ‘user-friendly’ têm permitido ultrapassar muitas dessas barreiras.

Outra das vantagens associada à utilização de ferramentas de CFD é a redução do número de protótipos físicos, que diminuem drasticamente os custos de material e tempo de desenvolvimento. Companhias como a Boeing e a General Motors conseguiram poupanças substanciais e reduções nos ciclos de desenvolvimento de produto com a integração do CFD nos seus processos de design. Apesar do custo inicial de ferramentas de CFD ser significativo, os benefícios a longo prazo excedem esses custos.^1,2

A utilização de CFD capacita as empresas para explorar soluções inovadoras e manter a competitividade no mercado. No setor da aviação, por exemplo, o uso de CFD permitiu o desenvolvimento de motores de avião mais eficientes, através da simulação e otimização de interações complexas entre fluidos e da modelação de reações de combustão, permitindo a otimização do consumo de combustível.

Apesar das preocupações na exatidão dos resultados das simulações, os avanços contínuos em técnicas de validação e abordagens híbridas permitem resultados mais fiáveis e têm levado os ‘stakeholders’ industriais a investir em tecnologias de CFD, formar engenheiros na área e promover a colaboração entre academia, institutos de interface e indústria.

A simulação CFD é, atualmente, uma ferramenta indispensável na engenharia moderna por permitir conhecer detalhadamente o comportamento dos fluidos e possibilitar o desenvolvimento de projetos mais eficientes e inovadores em diversas áreas da ciência e da indústria.

Referências

[1] Johnson, Forrester T.; Tinoco, Edward N.; Yu, N. Jong. Thirty years of development and application of CFD at Boeing Commercial Airplanes, Seattle. Boeing Commercial Airplanes, The Boeing Company. 2005, Computers & Fluids, pp. 1115-1151. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045793005000125

[2] Frojd, Karin. Effective thermal management CFD – the key to building products that last. Disponível em: https://blogs.sw.siemens.com/simcenter/vehicle-thermal-management-cfd-simulation/