Projektowanie produktów bez elementu niepewności dzięki CFD od GEA
27 Aug 2020
GEA analizuje obliczeniową mechanikę płynów (Computational Fluid Dynamics, CFD) i tłumaczy, w jaki sposób pomaga ona dokładniej obliczać koszty, precyzyjniej projektować, wnikliwiej postrzegać procesy oraz znacząco obniżać ryzyko dla klientów związane ze stosowaniem suszarek rozpyłowych do osuszania dodatków spożywczych, skrobi i białek.
Obliczeniowa mechanika płynów w kontekście suszenia rozpyłowego dodatków spożywczych, skrobi i białek to sprawdzona technika komputerowego weryfikowania reakcji produktów na osuszanie — stosowana przed przejściem do praktycznej inżynierii.
CFD to rozwiązanie powszechnie stosowane w przemyśle. W wielu branżach, takich jak lotnicza czy motoryzacyjna, CFD stanowi integralną część procesu opracowania produktu. Ale w przypadku suszenia natryskowego dodatków spożywczych, skrobi i białek decydują inne czynniki, a mianowicie klient i produkt.
Stig Skalshøj Christensen jest inżynierem sprzedaży w GEA. Twierdzi, że każdy klient i produkt mają swoją specyfikę. „Klienci wykorzystują różne surowce i nierzadko pragną osiągać trochę inne rezultaty. Chcąc wzbudzać w nich zaufanie, którego potrzebują, aby wybrać naszą technologię, musimy mieć pewność, że dobrze rozumiemy ich samych, wytwarzane przez nich produkty oraz ich cele”.
Kristian M. Ingvorsen odpowiada za CFD w GEA. Oto jego lista korzyści płynących z procesu dla klientów. „Po pierwsze wszystkie testy wykonywane są w programie komputerowym zamiast w zakładzie” – tłumaczy. „Testowanie w zakładzie jest trudne i kosztowne. Symulacja komputerowa to niskie koszty oraz środowisko testowania o zerowym poziomie ryzyka. Po drugie modelowanie umożliwia dogłębne przeanalizowanie procesu, a tym samym pozwala dokładnie zrozumieć, w jaki sposób zmiana parametrów wejściowych wpływa na cały proces. Rozwiązanie to jest wyraźnie lepsze od tradycyjnej metody prób i błędów, w której dużo zależy od przypadku”.
Azjatycki zakład produkcji białka sojowego
Stig Skalshøj Christensen podał przykład azjatyckiego zakładu produkcji białka sojowego. Firma stosowała już duże suszarki rozpyłowe, ale pragnęła podwoić moce produkcyjne. Preferowano stosowanie w tym celu jednej dużej suszarki, choć urządzenia o takich rozmiarach nie używano wcześniej w tym celu. Należało sprawdzić, czy jest to możliwe, a jeśli tak, jakie specjalne cechy powinien mieć projekt suszarki, aby mogła działać skutecznie i zapewniać produkt końcowy o wymaganej przez klienta jakości.
„Nasz zespół CFD pozyskał dane z dużej suszarki, którą stosowano do osuszania podobnego produktu, wprowadził je do modelu komputerowego, zwiększył rozmiar i moce przerobowe komory, a następnie obserwował, co się stanie. Projekt zaprezentowaliśmy klientowi dopiero wówczas, gdy udowodniono, że jego realizacja jest technicznie możliwa. Klient zaakceptował naszą ofertę, a projekt jest już na etapie realizacji. Ograniczenie się do jednej tylko suszarki pozwoli klientowi zaoszczędzić ogromne sumy z tytułu zakupów inwestycyjnych, montażu i konstrukcji. Bez CFD projekt byłby zdecydowanie zbyt ryzykowny, a klient ostatecznie zaakceptowałby dwie suszarki o dużo wyższym koszcie i niższej skuteczności”.
Wybierzmy mniejszą wersję
Podczas obliczeń często dochodzi się do przeciwnego wniosku. Klient uważa, że potrzebuje suszarki danych rozmiarów, a jednak dzięki CFD inżynierowie GEA mogą jasno udowodnić, że ten sam efekt można uzyskać, stosując mniejsze urządzenie. „I znów oznacza to dla klienta oszczędność pieniędzy, nie tylko z tytułu suszarki, lecz także montażu, konstrukcji i kosztów użytkowania w dłuższej perspektywie” – dodaje Stig. „Im mniejsza suszarka, tym lepiej, o ile tylko nadaje się do danej pracy”.
Prawdziwa umiejętność
Lars Voigt jest szefem działu Zarządzania danymi i narzędziami inżynieryjnymi w GEA. Podkreśla, jak ważna jest współpraca członków zespołu, która pozwala łączyć wiedzę o kliencie z aplikacją umożliwiającą wprowadzanie najdokładniejszych danych do – jak to określa – wirtualnego stanowiska badawczego. GEA ustandaryzowała raporty generowane z poziomu wirtualnego stanowiska badawczego, aby przyspieszyć proces i pomóc Larsowi w dostarczaniu użytecznych informacji, które mogą być wykorzystane do podjęcia kluczowych decyzji.
„To w tym miejscu pojawia się kwestia umiejętności” – tłumaczy. „Jesteśmy specjalistami w tworzeniu założeń na potrzeby modelu oraz dostosowywaniu modeli w taki sposób, by umożliwiały szybkie podejmowanie dobrych decyzji. Interpretujemy dane z systemu CFD, by wykazać, w jaki sposób sprzęty mogą być personalizowane na potrzeby poszczególnych klientów. Chodzi tu o przekształcanie danych w wiedzę. A co najważniejsze, musimy działać szybko”.
Czas to pieniądz
A mówiąc „szybko”, Lars ma na myśli „bardzo szybko”. „Dzięki temu, że stosujemy sprawdzone metody działania i możemy liczyć na wsparcie doświadczonego zespołu, często udaje się nam zaprezentować wnioski w ciągu dwóch tygodni, podczas gdy naszym konkurentom potrzebującym zrealizować projekt badawczy mogłoby to zająć dwa lata lub więcej”. Tempo działania jest ważne także przy rozwiązywaniu problemów. Może ono obejmować przeprowadzanie symulacji w celu sprawdzenia, dlaczego w suszarce odkłada się osad i, co ważniejsze, jakie korekty należy wprowadzić, by usunąć problem.
Ale w dłuższej perspektywie CFD ma także inne zastosowania. Badanie i rozwijanie produktu traktujemy w GEA jako proces ciągły w większości opierający się na analizie CFD, która pozwala wprowadzać zmiany w produktach istniejących oraz rozwijać nowe. Jednak zdaniem Larsa ma to drugorzędne znaczenie, gdy pojawia się pilne wyzwanie. „Nasze projekty zawsze wpisują się w harmonogram prac klientów, zarówno wewnętrznych, jak i zewnętrznych”.
Praktyczne korzyści
Dlatego w połączeniu z ekspercką wiedzą inżynierów GEA, CFD może stanowić potężne narzędzie. Metodę tę można stosować do redukcji kosztów, szybkiej oceny konsekwencji wprowadzenia zmian do projektu produktu, wczesnej analizy procesu projektowania i uniknięcia konieczności przeprowadzania testów fizycznych; służy także do zapewnienia projektantom klarownego dostępu do informacji płynących z dowolnego miejsca w systemie (który nie byłby możliwy w przypadku czujników lub liczników), umożliwia im modelowanie dowolnych zbiorów parametrów na potrzeby testowania procesów różnicowania przepływu i transferu ciepła, a także zapewnia projektantom swobodę eksperymentowania, zakładającego nierzadko stosowanie skrajnych parametrów.
Czynnik GEA
GEA posiada ponad 50 lat doświadczenia w inżynierii procesów stosowanych w branży dodatków spożywczych. Naszego bogatego know-how dowodzi liczba działających na całym świecie zakładów z naszymi systemami oraz bezkonkurencyjny poziom wiedzy pracujących w firmie technologów.
Stig Skalshøj Christensen uważa, że w połączeniu z tym wieloletnim doświadczeniem oraz ogromną wiedzą z zakresu produktów i procesów, CFD stanowi rozwiązanie wyjątkowe w skali branży oraz daje klientom pewność odnośnie solidności rozwiązań proponowanych przez GEA. „Samo oprogramowanie to za mało” – dodaje. „Liczą się także wizja, wiedza i doświadczenie zespołu pracującego nad każdym z projektów. Klienci muszą mieć pewność, że nie polegamy wyłącznie na wiedzy pozyskanej z programów komputerowych, lecz wykorzystujemy technologię, by wykorzystywać nasze doświadczenie w bardziej praktyczny sposób. Wierzę, że GEA jest w stanie robić to lepiej i szybciej niż ktokolwiek inny, zwłaszcza w przypadku tych największych suszarek, gdzie niezbędne są nasze wyjątkowe umiejętności”.
Każdy klient chce mieć pewność, że jego suszarki rozpyłowe zostały zaprojektowane specjalnie pod kątem jego potrzeb oraz że działają na najwyższym poziomie. Dawniej czynnik ten prowadził w nieunikniony sposób do kompromisu i stosowania bezpiecznych rozwiązań. Dziś dzięki modelowaniu CFD można znacząco przesunąć te granice, zapewniając klientom przewagę konkurencyjną na trudnym rynku i umożliwiając tworzenie nowych produktów w sposób bezpieczny, szybki i niedrogi.
