Laboratório de Fluidodinâmica Computacional

Faculdade de Engenharia Química

 

Saiba mais sobre CFD!

QUE É FLUIDODINÂMICA COMPUTACIONAL

A fluidodinâmica computacional (CFD do inglês computational fluid dynamics) estuda numericamente escoamentos em geral. Basicamente, a CFD é composta de diversas técnicas numéricas que são aplicadas às equações de conservação de momento, massa e energia, com ou sem reação química. Os métodos numéricos mais aplicados na atualidade são os métodos dos elementos finitos e o método dos volumes finitos. Entretanto, há uma tendência mundial de se utilizar mais amplamente o método dos volumes finitos.

A CFD se inicio no final da década de 70, inicio dos anos 80 e inicialmente estudou-se principalmente escoamentos com interesses bélicos, principalmente o deslocamento de ar ao redor de aviões. Entretanto, visto que as mesmas equações que regem os fenômenos de fluxo nestes equipamentos são as equações que se aplicam aos escoamentos de um modo geral, esta ciência rapidamente se desenvolveu para a aplicação em outros campos da engenharia.

Empresas como a  Petrobrás, Rhodia, Air Liquid, Votorantin e outras vem se beneficiando desta técnica inovadora para solucionar problemas em processos e equipamentos.

O sucesso da fluidodinâmica computacional reside no fato de resolver numericamente, mas de uma forma rigorosa as equações provenientes dos balanços de massa, momento e energia.

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Por que utilizar CFD para problemas de Engenharia
Química envolvendo Escoamentos ?

 

A título de exemplo, ciclones são equipamentos de alta eficiência utilizados em inúmeros processos de engenharia química para separar, normalmente, duas fases. Devido a alta rotação dentro deste equipamento, a fase fluida mais leve é separada da fase pesada que é depositada em coletores ao pé do ciclone, ou levadas à outras partes do processo. Ciclones para a separação de catalisador na indústria de petróleo tem rendimento acima de 99,9%. Entretanto, inúmeros trabalhos hoje em dia estão sendo realizados para melhorar a eficiência deste equipamento. Porque? A razão é ínfimas melhoras no rendimento destes equipamentos significam milhões de dólares economizados ao longo do processo.

O projeto de ciclones é simples, e as correlações utilizadas para o cálculo destes equipamentos são empíricas, e não levam em conta nem o formato e muito menos as variações de fluxo internas neste equipamento que muitas vezes operam com ineficiências locais. A experiência já conseguiu que estes projetos chegassem à um alto grau de eficiência global do equipamento, de forma que melhoras no projeto destes equipamentos necessitam de informações locais do fluxo de forma que com este conhecimento, o projeto destes equipamentos pode ser melhorado por evitar-se, por exemplo, a formação de zonas mortas de escoamento. Um modelo gerado pela fluidodinâmica computacional, quando devidamento corroborado por dados experimentais, podem ser aplicados à novas situações ainda não testadas experimentalmente até se otimizar o projeto e as condições operacionais dos equipamentos. Uma vez terminada esta etapa, o protótipo já otimizado numericamente pode ser testado na prática. Isto mostra que a fluidodinâmica computacional veio auxiliar a fluidodinâmica experimental, não substituí-la. Ambas as ciências caminham juntas para a solução otimizada de problemas de escoamento com, ou sem reação química.

As vantagens citadas para os ciclones não se limitam à este tipo de equipamento, ou escoamento. Muito pode ser feito para melhorar o rendimento de reatores, regeneradores, trocadores de calor e outros. Se as grandes indústrias de fora, e mesmo várias em nosso próprio país estão investindo pesado na fluidodinâmica computacional, é porque o investimento se paga a curto prazo.

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Campinas - Abril/2002

Última atualização: 27/05/2002

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