De aumento no lucro líquido à melhoria significativa de qualidade do produto, práticas de simulação computacional são cada vez mais comuns e usuais na indústria. Embora possam ser compreendida simplesmente como “uso de ferramentas computacionais para simulação”, há mais detalhes por trás deste conceito.

A origem e evolução da simulação computacional

Checando no dicionário, “simulação” tem origem no latim simulatĭo, que significa basicamente “representar alguma coisa”. Enquanto isso, “computador” é uma palavra moderna, datada de 1613 e trazia inicialmente a ideia de uma pessoa cujo metiê era execução de cálculos.

Avançando alguns séculos direto para 2020, “computador” agora significa um equipamento capaz de processar bilhões de comandos por segundo. Passado os anos e o conceito de simulação computacional tomou essa noção mais moderna de uso de ferramentas de CAE (Engenharia Assistida por Computador). Em número bastante variado no mercado, essas ferramentas tornaram-se praticamente obrigatórias em processos de desenvolvimento de máquinas ou produtos (etapas de concepção, análise e fabricação).

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Vantagens e benefícios

Evidentemente, há inúmeras vantagens em aplicar simulação computacional para desenvolvimento de máquinas, sendo a mais expressiva o aumento potencial de receita. É possível identificar e corrigir falhas nas etapas iniciais do ciclo de projeto, reduzindo o número de protótipos físicos fabricados e os custos de fabricação e matéria prima.

O gráfico a seguir, de Aberdeen Group, demonstra o número de problemas resolvidos por cada método em cada etapa do projeto.  Ele fornece também uma noção qualitativa dos custos de alteração do projeto em cada uma delas. Finalmente, percebe-se o impacto da simulação sobre a rentabilidade do produto.

Outro benefício é a possibilidade de simular a máquina em condições críticas de operação, prevendo potenciais defeitos e desgastes e planejando mudanças e adaptações. É possível também ter noções de performance e método de fabricação já nas etapas iniciais do desenvolvimento.

Além da economia monetária já descrita, há uma economia de tempo ao conquistar esses insights mais cedo no ciclo de desenvolvimento. Não é difícil perceber que, visto que tais práticas já estão fortemente difundidas na indústria, uma empresa que escolhe não fazer uso de simulação computacional terá uma potencial desvantagem competitiva no mercado.

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Exemplos em desenvolvimento de máquina

Ao encerrar o processo de desenvolvimento da máquina, é possível manter as práticas de simulação computacional para durante os ciclos de operação. Um exemplo excelente – que também é considerado uma ferramenta importante em processos de transformação digital – são os gêmeos digitais (digital twins) usados pela General Eletric: para um motor em operação, há uma cópia digital dele, que simula uma operação nas mesmas condições. Esta cópia ajuda os engenheiros a prever defeitos e otimizar rotinas de manutenção preditiva, além de incrementar a confiabilidade geral dos componentes, sistemas ou processos.

Na simulação computacional aplicada ao desenvolvimento de máquina, tem-se, por exemplo, os softwares de MEF e CFD. Método dos Elementos Finitos é um método matemático de análise de estruturas, desenvolvido com base em fundamentos de álgebra linear e para aplicação com apoio computacional.

Através dele, um corpo simples ou estrutura complexa é separado em um número grande mas limitado de elementos (finitos!), e um conjunto de equações computa como cada pequeno elemento interage com os outros, prevendo tensões, deformações e esforços no corpo estudado. É indicado principalmente para escolha de materiais e para localizar pontos mais suscetíveis a falhas; enquanto os softwares mais usuais são Patran/Nastran da MSC software, e ABAQUS da 3DS/Dassault systèmes.

Já CFD é uma sigla em inglês para fluidodinâmica computacional, que consiste na simulação numérica de qualquer processo físico que envolva escoamento de um fluido – frequentemente CFD também inclui análises através de MEF! As aplicações de CFD variam desde projetos aerodinâmicos e aeroespaciais a simulações climáticas e análises de combustão em motores (no contexto da epidemia de Covid-19, modelos de transmissão do vírus também podem ser feitos com CFD. Softwares tradicionais são CFX do pacote ANSYS e CFD, da Autodesk (desenvolvedora também responsável pelo pioneiro AutoCAD).

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A EESC jr. conta com profissionais capacitados para ajudar você a realizar a sua simulação computacional. Sabemos da importância de um serviço de qualidade e por causa disso acreditamos poder ajudar o seu negócio a se desenvolver. Entre em contato para que um de nossos consultores possa lhe atender o mais rápido possível.

 

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Texto escrito por Alexandre Cucatti, consultor do núcleo de Engenharias Mecânica e Mecatrônica da EESC jr. – Empresa Júnior de Arquitetura e Engenharia da USP São Carlos.