Fluidodinâmica Computacional
A fluidodinâmica computacional, também conhecida como CFD (do inglês, Computational Fluid Dynamics), é uma técnica de simulação numérica que permite estudar o comportamento de fluidos em diferentes condições. Essa disciplina pode ser empregada desde o projeto de um foguete espacial, até o projeto de um reator de uma indústria química. Ou seja, a fluidodinâmica computacional é amplamente utilizada em uma variedade de aplicações, como a indústria aeronáutica, processos químicos, processamento de alimentos, fundição, entre outras.
Uma das principais vantagens da CFD é a possibilidade de se observar, de forma tridimensional (3D), o que ocorre no interior de equipamentos industriais, como tubulações, trocadores de calor, compressores, entre outros. Isso permite a identificação de possíveis problemas e a proposta de soluções para melhorar o desempenho desses equipamentos. Além disso, a CFD também pode ser usada para identificar pontos críticos em sistemas e implementar medidas para mitigar esses problemas, garantindo assim a segurança e a eficiência dos sistemas.
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Sistemas de Transporte
Transferência de Calor
HVAC
Misturas de Fluidos
Processos de separação
Combustão
Sistemas Particulados
Escoamento em Estruturas
Sistemas navais
Auxiliam no projeto e dimensionamento de sistemas de transporte de fluidos, como tubulações, dutos, distribuidores, sopradores, compressores e bombas. É possível conduzir estudos com fluidos de diferentes propriedades físico-químicas, em diversas condições operacionais, como pressão, vazão e temperatura. Através da simulação fluidodinâmica nestes sistemas, é possível identificar problemas como perdas de carga, golpes de aríete, pontos de obstrução e segregação de fluidos, bem como propor soluções para mitigar esses problemas e reduzir os custos de operação. Além disso, essa ferramenta pode ser utilizada para obter dados de desempenho de equipamentos que não são encontrados na literatura, como curvas de operação de válvulas e bombas.
Utilizando esta técnica de simulação computacional, é possível realizar o projeto, dimensionamento, otimização e análise de transferência de calor em sistemas industriais, como trocadores de calor, condensadores, caldeiras, torres de resfriamento, secadores e evaporadores. Permite identificar problemas como pontos quentes, zonas de superaquecimento, incrustação em trocadores de calor, entre outros, e propor soluções para melhorar a eficiência energética. Além disso, é excelente para obter dados de desempenho dos equipamentos, como o coeficiente global de transferência de calor, sendo possível integrar a simulação fluidodinâmica à simuladores de processo que necessitam dessas informações de entrada.
Permitem engenheiros e projetistas analisarem o comportamento do ar e do fluido refrigerante em sistemas de refrigeração, como ar-condicionado, freezers, geladeiras, câmaras frias, entre outros. Dessa forma é identificar problemas como subdimensionamento, superaquecimento e propor soluções para melhorar a eficiência energética e a vida útil do sistema. A análise fluidodinâmica também pode ser usada para estudar o fluxo de ar em sistemas de ventilação, como sistemas de climatização de edifícios, sistemas de ventilação de fábricas, entre outros. Essa análise permite identificar problemas como zonas de baixa circulação e renovação de ar e propor soluções para melhorar o conforto térmico e a qualidade do ar.
É a melhor ferramenta para analisar de forma detalhada como ocorre a mistura de fluidos, inclusive para misturas heterogêneas e não-isotérmicas, permitindo analisar a distribuição de concentração dos componentes e a temperatura dos fluidos, o que é fundamental para garantir a segurança e a eficiência dos processos. Esse tipo de análise é muito importante em sistemas reacionais, em sistemas de troca térmica, em sistemas de transferência de massa (como colunas de absorção e destilação) entre outros, pois permite identificar problemas como segregação de componentes, formação de bolhas, caminhos preferenciais e zonas de estagnação, fenômenos que impactam diretamente na eficiência dos sistemas. A fluidodinâmica computacional também é uma ferramenta valiosa para otimizar o desempenho desses sistemas por meio de estudos paramétricos, permitindo a identificação de oportunidades de melhoria e a proposição de soluções inovadoras.
Excelente para otimizar o projeto de sistemas de separação, como filtros, decantadores, centrífugas, ciclones, colunas de destilação, entre outros. Isso permite identificar problemas como má distribuição de partículas, acúmulo de sedimentos, resistência ao escoamento, baixa área de contato entre os fluidos, caminhos preferenciais, entre outros, e propor soluções para melhorar a eficiência e evitar o superdimensionamento dos equipamentos. Além disso, essas ferramentas também podem ser utilizadas para simular e otimizar processos de separação de misturas complexas, como a separação de compostos orgânicos voláteis, misturas de gases e líquidos, entre outros. Com essa ferramenta é possível uma compreensão mais detalhada do comportamento dos fluidos e a proposição de soluções para aumentar a eficiência de separação e reduzir o custo de fabricação dos equipamentos.
No projeto e otimização de sistemas de combustão, como queimadores, fornos, motores, entre outros, é utilizada para analisar de forma detalhada o comportamento do fluido combustível e do ar, bem como o desempenho térmico e termoquímico do sistema. Isso permite identificar problemas como excesso de emissão de poluentes, alta temperatura, má distribuição de calor, entre outros e propor soluções para melhorar a eficiência energética e reduzir o impacto ambiental. Além disso, é possível testar diversos protótipos virtuais e encontrar, por meio de análises paramétricas, a melhor solução para o processo de combustão.
Diversos modelos matemáticos são utilizados para estudar o comportamento de sistemas particulados, como poeiras, grãos, gotículas, entre outros. Essa ferramenta permite avaliar o transporte de massa e energia em sistemas particulados, como o movimento de partículas em um leito fluidizado, a dispersão de partículas em um fluido, a sedimentação de partículas em um equipamento, entre outros. Além disso, os estudos de fluidodinâmica computacional podem ser acoplados com outra técnica de simulação, como o Método de Elementos Discretos (DEM), tornando os estudos ainda mais detalhados. Esse tipo de sistema é encontrado em diversas indústrias, como refino de petróleo, produção de cimento, processamento de alimentos, metalurgia, entre outras.
Estruturas como edifícios, pontes, torres de telecomunicações e plataformas de petróleo estão sujeitos ao escoamento de fluidos. Através da simulação computacional nestas estruturas, é possível avaliar como elas se comportam sob diferentes condições, como ventos fortes, chuvas intensas e ondas. Dessa forma, é possível propor soluções para minimizar os efeitos desses fenômenos e garantir a segurança e a estabilidade das estruturas, prevenindo acidentes e evitando superdimensionamentos. Além disso, essa análise pode ser utilizada para avaliar o comportamento aerodinâmico das estruturas, identificando problemas como oscilações, vibrações e ruídos, e propor soluções para mitigar esses problemas.
Os sistemas navais são complexos e requerem uma análise minuciosa para garantir sua segurança, eficiência e durabilidade. A fluidodinâmica computacional (CFD) é uma ferramenta valiosa nesse sentido, pois permite simular e analisar o comportamento dos fluidos em sistemas navais, como navios, submarinos e plataformas flutuantes. Isso possibilita avaliar o desempenho de sistemas de propulsão, exaustão e manobra, identificando problemas e propondo soluções para melhorar a segurança, eficiência e durabilidade desses sistemas. Além disso, as ferramentas de CFD também podem ser utilizadas para avaliar o comportamento do escoamento em diferentes condições meteorológicas, como ventos fortes e ondas, proporcionando soluções para minimizar os efeitos desses fenômenos.
O Simcenter STAR-CCM+ é um software de dinâmica de fluidos computacional (CFD) 3D altamente respeitado em todo o mundo, confiado por muitas empresas de engenharia estabelecidas em diversas indústrias. Esta ferramenta é reconhecida por sua capacidade de capturar toda a física que influencia o desempenho de um produto durante sua vida útil de operação. Ele possui métodos matemáticos avançados e modelos matemáticos sofisticados, incluindo modelos multifásicos e de interface, tornando-se uma ferramenta poderosa para explorar e otimizar o design de produtos que envolvem fenômenos de alta complexidade.
Desde institutos de pesquisa e desenvolvimento até empresas de projeto de equipamentos e processos, os engenheiros usam o Simcenter STAR-CCM+ como a principal ferramenta, pois é uma ferramenta valiosa para melhorar os processos de design e desenvolvimento de produtos, permitindo aos engenheiros realizar simulações precisas e confiáveis que abrangem uma ampla variedade de disciplinas de engenharia. Além disso, as ferramentas de exploração e otimização de design, juntamente com a geração automatizada de malhas, ajudam a tornar o processo de design mais eficiente e a tomar decisões mais acertadas. O ambiente integrado do Simcenter STAR-CCM+ também fornece uma solução completa, permitindo que os engenheiros trabalhem de maneira mais eficiente e rápida. Além disso, ele permite a integração com outras ferramentas de engenharia, como FEA e DEM, para uma análise mais completa do projeto.
O FloEFD é um software de dinâmica de fluidos computacional (CFD) 3D que oferece uma maneira rápida e fácil de realizar simulações de escoamento e transferência de calor em equipamentos. Ele se integra diretamente aos principais softwares de design, como o SolidWorks, o AutoCAD e o Creo, permitindo que os engenheiros realizem simulações de CFD diretamente no ambiente CAD. Uma das principais vantagens dessa ferramenta é que não é necessário ser um especialista em fluidodinâmica computacional para a sua utilização, pois é projetado para ser fácil de usar e oferece uma interface intuitiva.
É a ferramenta ideal para quem busca velocidade de solução, pois utiliza métodos de solução eficientes em termos de tempo de processamento. A sua integração com as ferramentas de design e a geração de malha do tipo cartesiana permite que o projetista teste diversos cenários e alternativas de design de forma rápida e precisa, tornando-se uma ferramenta valiosa para projetistas que desejam integrar a simulação de CFD com seus projetos em CAD.