Internacionalmente, a modelagem dinâmica vem sendo amplamente empregada no projeto de sistemas de engenharia há várias décadas.
Para alcançar níveis de competitividade cada vez maiores, tanto os centros de pesquisa como as empresas envolvidas em tecnologia de ponta fazem uso intenso de sistemas de modelagem dinâmica como um instrumento para aprimorar o desenvolvimento de máquinas e produtos em geral.
O professor Jonny Carlos da Silva, responsável pela disciplina Modelagem de Sistema no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Santa Catarina (Posmec-UFSC), avalia o cenário nacional atual para modelagem dinâmica, e entre outros aspectos, os benefícios esperados com esta tecnologia no Brasil.
O que é modelagem dinâmica?
Jonny Silva: Modelagem dinâmica é uma técnica que permite representar e analisar em computador tendo o tempo como variável, o que antes somente era possível com a construção física de protótipos.
Por meio de modelos virtuais são analisadas diversas condições críticas como: elevados níveis de força, velocidades, corrente elétrica, pressão hidráulica, enfim, diversas variáveis relevantes de um equipamento de engenharia, seja este projetado com base em sistema mecânico, hidráulico, elétrico, térmico ou mesmo uma combinação destes domínios de energia.
Quais são as técnicas mais difundidas sobre modelagem dinâmica?
JS: De forma geral, pode-se dizer que a modelagem dinâmica está dividida em duas grandes categorias, que devem ser consideradas em função do tipo de aplicação com que se está trabalhando.
Em situações em que se deseja analisar o comportamento de variáveis no espaço e no tempo, utilizam-se sistemas computacionais que compõem o domínio da modelagem dinâmica 2D ou 3D, dependendo da geometria bi ou tridimensional que se pretende analisar.
Exemplos deste tipo de abordagem incluem: simulação de escoamentos em reservatórios de petróleo, perfil de pressão numa asa de avião, distribuição de temperatura em uma sala.
Estes modelos computacionais são geralmente conhecidos como CFD (da sigla Computational Fluid Dynamics), ou no domínio de análise de tensões software FEM- (Finite Element Method) para se estudar o comportamento das tensões ao longo de um corpo mecânico, ou a distribuição espacial de um campo magnético.
Por outro lado, existe a modelagem dinâmica que emprega uma abordagem global, também conhecida como modelos de parâmetros concentrados (lumped parameters), na qual as variáveis características do problema têm seu comportamento analisado apenas em função do tempo, sem nos ocuparmos com a sua variação espacial.
Por exemplo, no projeto de sistemas hidráulicos para movimentação de cargas é usual considerar-se que as pressões na saída de uma válvula e no seu correspondente cilindro têm o mesmo valor e que este varia em situações de transientes como partida ou parada do equipamento.
Tal abordagem global permite desenvolver a análise em tempos muito menores, na ordem de segundos ou minutos, em comparação a horas ou até mesmo dias se empregarmos técnicas de modelagem 2D ou 3D.
Quais são os benefícios esperados com a aplicação da modelagem dinâmica?
JS: É possível destacar dois grandes benefícios com a aplicação desta técnica.
O primeiro, largamente apresentado na literatura, é a redução do tempo de desenvolvimento dos sistemas, tendo em vista que grande parte dos testes que eram feitos essencialmente com protótipos físicos é transferida para os modelos virtuais analisados no computador.
Como conseqüência deste aspecto, tem-se o benefício da redução dos custos uma vez que a mudança de um parâmetro em um modelo virtual (ex.diâmetro de cilindro ou pressão atmosférica) tem um custo significativamente menor que a correspondente realização física do fenômeno, quer seja pela troca ou fabricação de um novo componente ou pela modificação das condições laboratoriais.
Por exemplo, a avaliação de um sistema de injeção de combustível em diferentes condições ambientais implica em equipar um veículo com instrumentos de monitoramento e disponibilizar pessoal qualificado para acompanhamento dos testes por semanas.
Enquanto que uma simulação computacional alterando configurações sobre um modelo já validado pode ser feita em tempo e custo bem mais reduzidos.
Neste cenário, o grande diferencial é obter modelos virtuais adequadamente validados e para isto se faz uso da comparação teórico-experimental.
Contudo, uma vez dispondo de modelos validados tem-se grande economia de recursos nos testes experimentais.
Por se tratar de uma informação estratégica para cada empresa, o real retorno de investimento com ferramentas de simulação dinâmica é de difícil estimativa, devido ao sigilo que a competição impõe, porém o crescente interesse das empresas em tais ferramentas demonstra o grande retorno com a adoção desta tecnologia.
Um benefício adicional que pode ser destacado é que a simulação computacional traz, sem dúvida, uma maior compreensão aos engenheiros dos fenômenos físicos envolvidos no projeto do sistema quando comparada aos experimentos em protótipos físicos.
Isto se dá pela maior liberdade para cobrir uma faixa de parâmetros mais ampla que os modelos físicos, bem como pelo melhor entendimento da interação entre os parâmetros e da física subjacente ao sistema.
Como está o mercado nacional para modelagem dinâmica?
JS: Nos últimos anos, tem-se notado uma transferência de empresas da alta tecnologia dos países mais desenvolvidos para o Brasil.
No início, sobretudo as montadoras tinham o Brasil como um parque capacitado essencialmente para fabricação de projetos desenvolvidos nas matrizes.
Entretanto, com a globalização da economia, a busca de maior competitividade, e uma considerável evolução tecnológica, de empresas destacadas em seus segmentos como a Embraer e a Petrobras, as multinacionais gradativamente instrumentam os seus departamentos de desenvolvimento no Brasil com os mesmos recursos tecnológicos da matriz, e a modelagem dinâmica faz parte destes recursos.
Esta tendência também acaba influenciando as empresas nacionais que fornecem produtos ou serviços nesta área. Tal cenário mostra-se de grande perspectiva para investimento em modelagem dinâmica.
Este investimento em tecnologia, por sua vez, requer concomitante capacitação do pessoal, o que tem se evidenciado pela crescente demanda por cursos de pós-graduação e capacitação tecnológica.
Onde e como se pode obter mais informações sobre a aplicação da modelagem dinâmica?
JS: De forma geral, os interessados neste campo de conhecimento podem procurar cursos de pós-graduação, ou complementação da formação acadêmica com cursos de capacitação, estes são mais raros neste campo e em geral vinculados a empresas.
Para aqueles que desejam informações gerais sobre este tema, destaco dois de nossos projetos em modelagem dinâmica.
O primeiro é conhecido como projeto Segred [Sistema Especialista para Gerenciamento de Redes de Transporte de Gás Natural] aplicando modelagem dinâmica.
Este projeto, em desenvolvimento na UFSC, tem como parceiros a Petrobras e a TBG, e já tem mais de quatro anos de duração, focado no desenvolvimento de modelos dinâmicos de trechos do Gasoduto Bolívia-Brasil e na criação de uma base de conhecimento sobre a operação e manutenção de equipamentos deste sistema.
O segundo projeto focaliza a disseminação do conhecimento em modelagem dinâmica por meio do uso de sistemas de multimídia (e-learning).
O projeto visa a disponibilizar via internet tutoriais cobrindo vários temas como: diferenças entre as abordagens fluxo de sinal e fluxo de potência (também conhecido como multiporta); modelagem de componentes hidráulicos, análise de sensibilidade através do sistema AMESim, sistema de arrefecimento veicular, modelo de prensa hidráulica, entre outros. Este projeto é uma parceira entre UFSC e Keohps, empresa de base tecnológica localizada em Florianópolis.
Saiba mais sobre modelagem dinâmica acessando www.keohps.com.br
