Diseño de productos sin suposiciones con la CFD de GEA
27 Aug 2020
GEA estudia la dinámica de fluidos computarizada (CFD) y explica las maneras en que puede proporcionar un cálculo de costes más preciso, una mayor exactitud en el diseño, además de una visión más perfecta del proceso, a la vez que reduce el riesgo para los clientes de torres de atomización que procesan ingredientes alimentarios, almidón y proteínas.
La dinámica de fluidos computarizada, en el contexto del secado por atomización de ingredientes alimentarios, almidón y proteínas, es una técnica demostrada para establecer en un ordenador el comportamiento de los productos durante el secado, antes de ejecutar el diseño práctico.
La CFD no es ninguna excepción en la industria. Muchos sectores, como la industria aeroespacial y automotriz, utilizan la CFD como parte integral de sus procesos de desarrollo de productos. Sin embargo, cuando se trata del secado por atomización de ingredientes alimentarios, almidón y proteínas, hay otras variables que considerar: el cliente y el producto.
Stig Skalshøj Christensen es Técnico de Ventas de GEA. Ha dicho que cada cliente y cada producto son distintos. “Los clientes trabajan con distintas materias primas y es frecuente que busquen conseguir resultados que son sutilmente distintos. Si damos a esos clientes la confianza que necesitan para elegir nuestra tecnología, tenemos que asegurarnos de comprender lo que buscan y entender sus productos”.
Kristian M. Ingvorsen es Director de CFD en GEA. Ha resumido las ventajas del proceso para los clientes. "Primero, todas las pruebas son informáticas, no se realizan en la planta”, explicó. “Cuando las pruebas se hacen en la planta, son difíciles y costosas. Las simulaciones por ordenador ofrecen un entorno de pruebas sin riesgos y sin costes. En segundo lugar, el modelado provee una profunda visión del proceso que nos permite obtener un conocimiento detallado de cómo los cambios en los distintos parámetros de entrada impactan en el proceso completo. Esto es muy superior al método tradicional de prueba y error, donde mucho se deja a la especulación".
Planta de proteína de soja en Asia
Stig Skalshøj Christensen dio el ejemplo de una planta de proteína de soja en Asia. La compañía utilizaba grandes torres de atomización pero quería duplicar su capacidad. Para ello, quería utilizar un sola torre de gran tamaño, aunque nunca se había empleado una máquina de tales características para esta aplicación. Fue necesario analizar si esto era posible y, en caso afirmativo, cuáles serían las características de diseño específicas de la torre que permitiesen que funcionara de manera eficiente y proporcionase la calidad del producto final que necesitaba el cliente.
“Nuestro equipo de CFD pudo utilizar los datos de una torre de atomización que procesaba un producto similar, introducirlos en el modelo informático e incrementar el tamaño y la capacidad de la cámara para analizar su comportamiento. Lo presentaron al cliente solo cuando pudieron demostrar que era técnicamente posible construir dicha torre. El cliente aceptó nuestra propuesta y ahora el proyecto está en ejecución. Tener una sola torre ahorrará mucho dinero al cliente en adquisición de equipos, instalación y costes de construcción. Esto hubiera tenido muchos riesgos sin las ventajas de la CFD y es probable que el cliente se hubiera decidido por dos torres, con los costes y la pérdida de eficiencia que esto supone”.
Mantengámoslo pequeño
También es posible que los cálculos vayan por otro camino. Quizá un cliente piensa que necesita una torre de un determinado tamaño, aunque gracias a la CFD, los ingenieros de GEA pueden demostrarle sin ninguna duda que es posible conseguir los mismos resultados con una máquina más pequeña. “Una vez más, esto le ahorrará dinero, no solo con la torre sino también con la instalación, la construcción y los costes de explotación a largo plazo”, afirma Stig. “Cuanto más pequeña sea la torre, mejor, siempre que pueda ejecutar su tarea”.
El verdadero riesgo
Lars Voigt es Director de Datos de Ingeniería y Gestión de Herramientas en GEA. Nos explicó que es importante trabajar en equipo con nuestros colegas profesionales para combinar el conocimiento que tenemos del cliente y la aplicación e introducir los datos más exactos posibles en lo que podemos denominar un banco de pruebas virtual. GEA ha estandarizado los informes generados por este banco de pruebas virtual para agilizar el proceso y ayudar a Lars a proporcionar información de gran utilidad a la hora de tomar decisiones críticas.
“Aquí es donde entra en juego la destreza”, dijo. “Somos unos expertos cuando modelamos con hipótesis y adaptamos los modelos para tomar decisiones rápidas y fiables. Interpretamos los datos generados por el sistema de CFD para demostrar cómo individualizar cada equipo para cada cliente. Lo importante es convertir los datos en conocimiento. Y además, hacerlo rápidamente”.
El tiempo es dinero
En cuanto a esto, Lars apunta a una gran rapidez. “Gracias a que confiamos en determinadas maneras de trabajar y tenemos el respaldo de nuestro equipo de expertos, solemos producir conclusiones en un plazo de dos semanas, mientras que nuestros competidores, que quizá tendrían que realizar un proyecto de investigación, podrían tardar dos o más para lo mismo”. La velocidad también es importante para solucionar problemas. Esto implica la realización de simulaciones para descubrir por qué se acumulan los sedimentos en una torre, e incluso más importante, qué ajustes es necesario hacer para solucionar este problema.
Y también hay otros usos a más largo plazo de la CFD. La investigación y desarrollo de productos es un proceso constante en GEA y se basa en gran medida en los análisis de CFD, con los que se aborda la evolución y la creación de nuevos productos. Sin embargo, de acuerdo con Lars, esto tiene menos importancia cuando se presentan retos urgentes. “Nuestros proyectos siempre siguen la línea de tiempo de los clientes, tanto si son internos como externos”.
Las ventajas prácticas
Por lo tanto, la CFD combinada con la experiencia en ingeniería de GEA puede ser una herramienta muy potente. Es útil para reducir los costes; para evaluar rápidamente las consecuencias de una variación en el diseño del producto; para ofrecer una visión inicial del proceso de diseño y evitar la necesidad de pruebas físicas; para dar a los desarrolladores un flujo de información visual desde cualquier punto en el sistema, lo que sería imposible con sensores y galgas; para que los diseñadores puedan modelar una serie de condiciones para probar los procesos de flujo diferencial y transferencia de calor; además de dar a los diseñadores libertad para experimentar, llevando a veces los parámetros al límite.
El factor GEA
GEA tiene más de 50 años de experiencia en ingeniería de procesos para el sector de ingredientes alimentarios, lo que se refleja en el número de plantas operativas que ha instalado en todo el mundo y el vasto conocimiento que poseen sus tecnólogos de proceso.
Stig Skalshøj Christensen cree que la CFD, unido a esta larga experiencia y profundo conocimiento sobre productos y procesos, es una excepción en la industria y muy útil para que los clientes puedan confiar en la robustez que tienen las soluciones de GEA. “El software por sí mismo no es suficiente”, afirmó. “La visión y la experiencia del equipo que hay detrás de cada proyecto es lo que importa. Los clientes deben comprender que no se trata de hacer lo que el ordenador nos dice, sino de utilizar la tecnología para aplicar nuestra experiencia de manera práctica. En mi opinión, GEA hace esto mejor y más rápidamente que nadie, sobre todo en lo referido a estas torres de gran tamaño que precisan de nuestra experiencia particular”.
Todos los clientes quieren saber que la planta de secado por atomización se ha diseñado específicamente para sus aplicaciones y que funciona a un nivel óptimo. En el pasado, era inevitable que existiera un factor de riesgo y que se jugara a lo seguro. Hoy en día, gracias al modelado en CFD, podemos romper esos límites y dar a los clientes un margen comercial en un mercado competitivo en que pueden desarrollar nuevos productos de manera segura, rápida y económica.
