O recente webinar da CAEXPERTS destacou como a simulação utilizando o Simcenter STAR-CCM+ está transformando o design e a operação de tanques agitados. A abordagem integrada para digitalização da engenharia foi um dos principais focos, destacando como prever e otimizar o comportamento de processos complexos, reduzir custos e aumentar a eficiência operacional.
1. Por que a Simulação de Tanques Agitados é Necessária Hoje?
Com a crescente demanda por eficiência e inovação, a simulação de tanques agitados se torna uma ferramenta para o design de processos industriais. O Simcenter STAR-CCM+ permite explorar várias variantes de design e condições operacionais, reduzindo a necessidade de testes experimentais caros e aumentando a visualização de fenômenos que apenas sensores complexos podem medir. Dessa forma, as empresas podem melhorar a qualidade da mistura, reduzir o consumo de energia e aumentar a produtividade, criando soluções mais sustentáveis e competitivas.
2. Manipulação de Geometria Complexa e Modelagem Multifísica
O Simcenter STAR-CCM+ se destaca pela capacidade de manipular geometrias complexas, possibilitando a criação, modificação e reparo de modelos CAD diretamente no software. Com uma malha flexível e robusta, a ferramenta captura com precisão as características geométricas, garantindo resultados detalhados e realistas. A modelagem multifísica permite simular interações complexas entre diferentes fases, como gás-líquido ou sólido-líquido, e prever a conversão e rendimento das reações químicas.
3. Exploração de Design e Automação do Workflow com Admixtus
A automação do workflow com a ferramenta Admixtus acelera a configuração e simulação de tanques de mistura. Essa abordagem facilita a configuração de geometrias, geração de malhas e definição das físicas envolvidas de forma automatizada e baseada nas melhores práticas. A ferramenta também facilita o pós-processamento dos resultados, gerando relatórios e gráficos de forma integrada e personalizável, ideal para explorar diferentes cenários de design e condições operacionais.
4. O Que Pode ser Calculado Usando Simulação?
O Simcenter STAR-CCM+ permite calcular uma ampla gama de parâmetros críticos para a otimização de tanques agitados, como taxa de bombeamento e circulação, tempo de mistura, campo de fluxo, taxa de cisalhamento, torque do impulsor, consumo de energia, entre outros. Essas simulações são capazes de prever o desempenho de sistemas complexos e ajustar variáveis de projeto para alcançar os melhores resultados.
5. Estudos de Caso e Impacto Prático
Diversos estudos de caso que mostram a aplicação prática da simulação. Um dos destaques foi a exploração do posicionamento e a rotação do impelidor para minimizar o tempo de mistura e reduzir o consumo de energia em tanques de mistura, resultando em uma economia significativa nos processos. Outro estudo focou na otimização de impulsores e chicanas, evidenciando melhorias na eficiência energética e na qualidade da mistura.
6. Desafios e Soluções para Tanques Agitados
Os principais desafios abordados incluem a eficiência energética, a distribuição de tamanho de bolhas e partículas e a previsão da qualidade de mistura em sistemas multifásicos. A simulação ajuda a minimizar esses desafios, permitindo ajustes que melhoram a eficiência do processo, reduzem o consumo de energia e aumentam a flexibilidade do design. A ferramenta também facilita a avaliação de novas matérias-primas e a intensificação de processos, contribuindo para a sustentabilidade e a gestão de custos.
7. Soluções para Fluidos Não-Newtonianos
Durante o webinar, também abordamos os desafios da mistura de fluidos não-newtonianos, como a poliacrilamida. A simulação com STAR-CCM+ permite ajustar cuidadosamente a velocidade de agitação e o design do agitador para evitar problemas como a formação de grumos e ineficiência no processo de floculação. Esse tipo de análise é essencial para garantir a qualidade e homogeneidade da mistura, mesmo em condições complexas.
8. Modelos Multifásicos e Suas Aplicações
O Simcenter STAR-CCM+ oferece um conjunto abrangente de modelos multifásicos, como o Método dos Elementos Discretos (DEM) e o Volume de Fluido (VOF), que são usados para capturar a complexidade das interações entre fases. O modelo multifásico Euleriano (EMP) é particularmente útil para simular a mistura de fluidos miscíveis e prever fenômenos como a coalescência e break-up, essencial para processos como fermentação e polimerização. A capacidade de capturar esses efeitos complexos é fundamental para a simulação de processos industriais que envolvem múltiplas fases, como sistemas gás-líquido ou sólido-líquido.
9. Transferência de Calor e Massa, e Reações Químicas
A capacidade de simular a transferência de calor e massa entre diferentes fases é essencial para prever a eficiência de reações químicas em tanques agitados. O STAR-CCM+ permite analisar desde a dissolução de substâncias até a transferência térmica em sistemas complexos, como aqueles que envolvem serpentinas de aquecimento ou resfriamento. Com modelos dedicados, é possível simular reações tanto dentro de uma fase quanto na interface entre fases.
10. Otimização e Exploração Inteligente do Design
A ferramenta também se destaca pela exploração inteligente do design, combinando várias estratégias de otimização para encontrar as melhores configurações de design em menos iterações. Isso inclui a realização de Design de Experimentos (DoE) e otimização de múltiplos objetivos, como minimizar o tempo de mistura e a potência requerida enquanto maximiza o rendimento e a produtividade.
11. Impacto Econômico e Retorno sobre Investimento
Ao final, discute-se o impacto econômico da simulação, em destaque como a redução do número de testes experimentais e a otimização do design podem levar a economias significativas. A simulação permite prever com precisão o desempenho dos tanques, reduzindo perdas de rendimento e custos de scale-up, além de acelerar o tempo de desenvolvimento de novos produtos com maior confiabilidade e investimentos muito menores.
12. O Futuro da Simulação e a Redefinição da Engenharia
O uso de ferramentas avançadas como o STAR-CCM+ está redefinindo a forma como a engenharia é conduzida. A digitalização dos processos permite explorar digitalmente e confirmar fisicamente, minimizando o tempo e os custos associados aos testes físicos. Com o uso de simulação, empresas de todos os portes podem explorar novos designs e melhorar produtos de maneira mais rápida e eficiente, mantendo a competitividade em um mercado cada vez mais exigente.
O webinar da CAEXPERTS mostrou que a simulação de tanques agitados com o Simcenter STAR-CCM+ vai além de uma simples análise; ela é uma ferramenta essencial para inovação, eficiência e competitividade no mercado atual. Ao adotar a simulação digital integrada, as empresas podem explorar novas possibilidades de design, reduzir custos, e aumentar a produtividade de forma sustentável.
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