Eliminando as suposições do design do produto com a CFD da GEA
27 Aug 2020
A GEA analisa a Computational Fluid Dynamics (CFD), a Dinâmica de Fluidos Computacional, e explica como ela pode oferecer uma estimativa de custos mais precisos, obter maior precisão no design, fornecer melhor percepção do processo e reduzir significativamente o risco para clientes de secadoras por pulverização para ingredientes alimentícios, amido e proteínas.
A Dinâmica de Fluidos Computacional, no contexto da secagem por pulverização para ingredientes alimentícios, amido e proteínas, é uma técnica comprovada para estabelecer como os produtos se comportam durante a secagem, em um computador - antes de você partir para a engenharia prática.
A CFD dificilmente é única na indústria. Muitos setores, como a indústria aeroespacial e automotiva, usam a CFD como parte integrante de seus processos de desenvolvimento de produtos. Mas quando se trata de secagem por pulverização de ingredientes alimentícios, amido e proteínas, existem outras variáveis que estão no centro de tudo: o cliente e o produto.
Stig Skalshøj Christensen é um engenheiro de vendas da GEA. Afirma que cada cliente e cada produto são diferentes. “Os clientes trabalham com matérias-primas diferentes e muitas vezes procuram obter resultados sutilmente diferentes. Se quisermos dar a esses clientes a confiança de que precisam para escolher nossa tecnologia, precisamos ter certeza de que realmente os entendemos a eles, aos seus produtos e o que desejam”.
Kristian M. Ingvorsen, é chefe de CFD da GEA. Ele resumiu os benefícios do processo para os clientes. “Em primeiro lugar, todos os testes são feitos em um computador, não no local”, explicou. “Quando realizado no local, o teste é difícil e caro. As simulações de computador proporcionam um ambiente de teste de baixo custo e risco zero. Em segundo lugar, a modelagem faculta uma visão profunda do processo, permitindo que você obtenha um entendimento detalhado de como as mudanças em diferentes parâmetros de entrada impactam o processo como um todo. Isso é claramente superior à abordagem tradicional de tentativa e erro, onde muito é deixado para especulação“.
Planta asiática de proteína de soja
Stig Skalshøj Christensen deu um exemplo de planta de proteína de soja na Ásia. A empresa já operava grandes secadoras por pulverização, mas queria dobrar sua capacidade. Para fazer isso, ele preferiu usar apenas uma secadora grande, no entanto, nunca tinha sido usada uma máquina tão grande antes para esta aplicação. Era preciso saber se isso poderia ser feito e, em caso afirmativo, quais seriam as características específicas do design da secadora que a permitiriam operar de forma eficiente e proporcionar a qualidade do produto acabado exigida pelo cliente.
“Nossa equipe de CFD foi capaz de usar dados de uma grande secadora operando com um produto semelhante, introduzi-los no modelo de computador e, em seguida, aumentar o tamanho e a capacidade da câmara para ver como ela se comportava. Somente quando eles comprovaram que era tecnicamente possível construir a secadora é que a apresentamos ao cliente. O cliente aceitou nossa proposta e o projeto está em andamento. Ter apenas uma secadora economizará muito dinheiro para o cliente em custos de aquisição, instalação e construção. Isso teria sido muito arriscado sem o benefício da CFD e o cliente provavelmente teria se comprometido com duas secadoras que seriam mais caras e menos eficientes”.
Ainda assim pequena
É bem possível que o cálculo vá no sentido oposto. Talvez um cliente acredite que precisa de uma secadora de determinado tamanho, mas, por meio da CFD, os engenheiros da GEA podem demonstrar claramente que será possível obter o mesmo resultado com uma máquina menor. “Novamente, isso vai lhes economizar dinheiro, não apenas na secadora, mas também na instalação, construção e custos operacionais de longo prazo”, disse Stig. “Quanto menor a secadora, melhor, contanto que ela possa fazer o trabalho”.
A habilidade real
Lars Voigt é Chefe de Gerenciamento de Ferramentas e Dados de Engenharia da GEA. Afirma que é importante trabalhar em equipe com os colegas para combinar o conhecimento que existe do cliente e da aplicação para introduzir os dados mais precisos possíveis naquilo que ele chama de Virtual Test Bench (Banco de Testes Virtuais). A GEA padronizou os relatórios que vêm do Virtual Test Bench para acelerar o processo e ajudar o Lars a fornecer informações úteis que podem ser usadas para tomar decisões críticas.
“É aqui que entra a habilidade”, diz ele. “Somos especialistas em criar hipóteses de modelagem e adaptar os modelos para que possamos tomar decisões rápidas e confiáveis. Interpretamos os dados do sistema CFD para mostrar como uma peça de equipamento pode ser personalizada para um cliente individual. Trata-se de converter dados em conhecimento. Além do mais, precisamos fazer isso rapidamente”.
Tempo é dinheiro
E por rápido, Lars quer dizer muito rápido. Como usamos métodos confiáveis de operação e contamos com o respaldo de nossa equipe experiente, muitas vezes podemos tirar conclusões em duas semanas, onde nossos concorrentes, que podem precisar conduzir um projeto de pesquisa, levariam dois anos ou mais”. A velocidade também é importante ao solucionar problemas. Isso pode envolver a execução de simulações para ver por que os depósitos estão se acumulando em uma secadora e, mais importante, quais ajustes precisam ser feitos para resolver o problema.
Mas existem outros usos de longo prazo para a CFD. A pesquisa e o desenvolvimento de produtos são processos contínuos na GEA e muitos deles dependem da análise CFD para orientar a evolução e o desenvolvimento de novos produtos. Mas, de acordo com Lars, isso assume importância secundária quando diante de um desafio urgente. “Nossos projetos sempre seguem a linha do tempo de nossos clientes, internos ou externos”.
Os benefícios práticos
Portanto, a CFD, quando combinada com a experiência em engenharia da GEA, pode ser uma ferramenta poderosa. Pode ser usada para reduzir custos; avaliar rapidamente as consequências das variações de design nos produtos; fornecer uma visão inicial do processo de design e evitar a necessidade de testes físicos; facultar aos desenvolvedores um fluxo visual de informações de qualquer ponto do sistema que seria impossível usando sensores ou medidores; permitir que os projetistas modelem qualquer conjunto de condições para testar o fluxo diferencial e os processos de transferência de calor; e permitir aos projetistas a liberdade de experimentar, às vezes levando os parâmetros ao extremo.
O fator GEA
A GEA tem mais de 50 anos de experiência em engenharia de processos para o setor de ingredientes alimentícios, o que se reflete no número de fábricas em operação em todo o mundo e no conhecimento incomparável dos tecnólogos de processos da empresa.
Stig Skalshøj Christensen acredita que a CFD, combinada com esta longa experiência e amplo conhecimento de produto e do processo, é único no setor e útil para dar aos clientes a confiança de que as soluções da GEA são robustas. “O software em si não é suficiente”, diz ele. “É a visão, o conhecimento e a experiência da equipe por trás de cada projeto que importa. Os clientes precisam saber que não contamos apenas com o que o computador nos diz, mas que usamos a tecnologia para aplicar nossa experiência de maneira prática. Acredito que a GEA pode fazer isso melhor e mais rápido do que qualquer outro, especialmente quando se trata dessas secadoras muito grandes que exigem nossas habilidades específicas”.
Cada cliente gosta de saber que as plantas de secagem por pulverização são projetadas especificamente para sua aplicação e estão funcionando em um nível ideal. Nos velhos tempos, isso significava inevitavelmente um elemento de compromisso, de jogar pelo seguro. Hoje, por meio da modelagem CFD, é possível expandir ainda mais esses limites, dando aos clientes uma vantagem comercial em um mercado competitivo e permitindo que eles desenvolvam novos produtos com segurança, rapidez e baixo custo.
