A simulação de partículas pode ser usada para simular o movimento de um grande número de objetos discretos (partículas) que interagem, como o fluxo granular, partículas de alimentos, pós metálicos, comprimidos, cápsulas e trigo.
Aprenda mais sobre o assunto neste post.
O que é simulação de partículas?
A simulação de partículas, também conhecida como Discrete Element Method (DEM), é uma técnica numérica usada para simular o comportamento de sistemas granulares, como areia, rochas, grãos e partículas em suspensão. Esta técnica permite modelar e analisar o comportamento desses sistemas em condições dinâmicas.
O DEM é utilizado em diversas áreas da engenharia, como na mineração, indústria alimentícia e farmacêutica. A técnica é baseada na resolução das equações de movimento de cada partícula, considerando as forças externas e internas atuantes no sistema. As equações são resolvidas numericamente, utilizando-se métodos computacionais.
A simulação de partículas é baseada em duas premissas básicas: a primeira é que cada partícula é considerada como um objeto independente, ou seja, a interação entre as partículas é modelada de forma individual. A segunda é que o comportamento do sistema é governado pelas leis da física, como a mecânica newtoniana.
As partículas podem ser modeladas de diferentes formas, dependendo do problema em questão. Uma das formas mais comuns é representar as partículas como esferas, com um diâmetro determinado. Outra forma é representá-las como poliedros, com uma geometria mais complexa. Em sistemas ainda mais avançados, é possível “desenhar” o formato específico de cada partícula a ser simulada.
Como a simulação de partículas pode ser utilizada?
O uso da simulação de partículas se dá para modelar diferentes tipos de sistemas granulares. Um dos exemplos mais comuns é a modelagem de sistemas de transporte de material granular, como correias transportadoras, chutes, silos, entre outros. Nesses casos, é importante analisar a dinâmica do material durante o transporte, considerando fatores como o atrito entre as partículas, a colisão entre elas e a interação com as paredes dos equipamentos.
Outra aplicação da simulação de partículas é na modelagem de processos de britagem e moagem de minérios. Nesses casos, é importante analisar o comportamento das partículas durante o processo, considerando fatores como a distribuição do tamanho delas e sua quebra, por exemplo.
A simulação de partículas também pode ser utilizada na modelagem de processos biológicos, como a circulação sanguínea, por exemplo. Nessa análise, é importante considerar fatores como a deformação das células sanguíneas, a interação entre elas e as paredes dos vasos sanguíneos, entre outros.
Vantagens da simulação de partículas
Existem diversas vantagens em utilizar a simulação de partículas, entre elas:
- Compreensão do comportamento complexo: a simulação de partículas permite estudar o comportamento de sistemas físicos complexos que seriam impossíveis ou muito difíceis de analisar através de métodos analíticos convencionais. Esses sistemas podem envolver interações entre um grande número de partículas, com forças complexas e em escalas de tempo muito diferentes.
- Flexibilidade de modelagem: o DEM oferece uma grande flexibilidade na modelagem dos sistemas físicos, permitindo a inclusão de diferentes tipos de interações, como forças eletromagnéticas, forças de Van der Waals, forças gravitacionais, forças repulsivas, entre outras. Isso permite que sejam criados modelos mais precisos e adaptáveis às necessidades específicas de cada aplicação.
- Visualização do comportamento dos sistemas: com a simulação de partículas é possível visualizar e entender o comportamento dos sistemas em tempo real, o que pode ser muito útil para análise de dados e tomada de decisões.
- Redução de custos: A simulação de partículas pode ser usada para testar diferentes cenários e condições sem a necessidade de construir protótipos físicos, o que pode reduzir significativamente os custos de desenvolvimento de um produto ou processo.
- Estudo de fenômenos inacessíveis: A simulação de partículas também pode ser utilizada para estudar fenômenos que são inacessíveis experimentalmente, como o comportamento de partículas em condições extremas de temperatura, pressão ou campos magnéticos, por exemplo.
- Aplicações em diversas áreas: A simulação de partículas tem sido amplamente utilizada em diversas áreas, como física, química, biologia, engenharia, ciência dos materiais, entre outras. Isso demonstra a sua versatilidade e potencial para contribuir em diferentes áreas do conhecimento.
Aplicações de DEM na indústria
Algumas indústrias que podem aplicar a simulação de partículas incluem:
- Indústrias do Agronegócio: para simular o comportamento de grãos em processos de transporte, carregamento de descarga de silos, dosadores de grãos em plantadeiras, transporte de biomassa, entre outros.
- Indústria de processamento de alimentos: para simular o fluxo de partículas de alimentos em equipamentos como misturadores, secadores e extrusoras.
- Indústria farmacêutica: para simular a interação entre moléculas de drogas e sistemas biológicos e projetar novos medicamentos, além da fabricação e revestimento de pellets farmacêuticos.
- Indústria de petróleo e gás: para simular o fluxo de partículas em reservatórios, poços e dutos, e otimizar a produção e o transporte de petróleo e gás.
- Indústria de materiais: para simular o comportamento de partículas em pós, grãos e fluidos em processos de fabricação de materiais como plásticos, cerâmicas e metais.
Essas são apenas algumas das indústrias que podem se beneficiar da simulação de partículas, já que ela é uma técnica poderosa e versátil que pode ser aplicada em uma ampla gama de problemas e setores.
Simulação de partículas em diferentes formatos
Simulação de partículas na prática
A poderosa ferramenta Simcenter STAR-CCM+ oferece a primeira ferramenta CAE totalmente integrada para prever e compreender o comportamento das partículas. Ou seja, seus resultados permitem portanto visualizar digitalmente o que ocorre igualmente no mundo real.
Veja neste vídeo aplicações práticas da simulação de partículas e aprenda em 3 minutos quando o DEM pode ser utilizado.
Em conclusão, a simulação de partículas é uma ferramenta poderosa e amplamente utilizada em muitas áreas da ciência e engenharia. Ela permite que os pesquisadores estudem o comportamento de partículas individuais e suas interações em condições controladas e reproduzíveis, o que pode levar a descobertas importantes e avanços em várias áreas.
Com a evolução da tecnologia de computação, as simulações de partículas tornaram-se cada vez mais precisas e realistas, permitindo simulações complexas de sistemas com muitas partículas.
A empresa JL Engenharia e Software é parceira SIEMENS DIGITAL INDUSTRIES SOFTWARE.
Entre em contato e descubra como as soluções SIEMENS podem auxiliar sua empresa no processo de digitalização, visando assim a otimização de produtos e processos. A SIEMENS fornece os melhores softwares para manufatura digital do mercado!
SIEMENS Digital Industries Software – Where today meets tomorrow!
