A R&D CFD utiliza o Simcenter para melhorar o desempenho do variegado (nome técnico da máquina responsável por criar aquele efeito mesclado ou “marmorizado” no sorvete), alcançando uma produção mais rápida e uma qualidade superior de gelato.
Sobre a R&D CFD
A R&D CFD é uma empresa de engenharia na Itália especializada em simulações de dinâmica dos fluidos computacionais. Fundada em 2012 como uma spinoff da Universidade de Modena e Reggio Emilia, a R&D CFD oferece serviços de engenharia em diversos setores industriais.
Conheça os desafios, soluções e resultados desse estudo!
Desafios
- Atingir uma textura de qualidade consistente no produto e uma estética atraente
- Melhorar o desempenho do equipamento existente para prever a qualidade do produto após a fabricação e antes da embalagem
- Aumentar a velocidade de produção
Chaves para o sucesso
- Utilizar o Simcenter STAR-CCM+ para aprimorar o projeto do variegado, permitindo o controle preciso sobre os padrões de molha e a mistura
- Analisar o desempenho de centenas de projetos e cenários para encontrar a opção com melhor desempenho
- Usar o Simcenter HEEDS para identificar a configuração ideal sem a necessidade de protótipos físicos
Resultados
- Alcançou maior capacidade de produção de gelato e uma estética artesanal premium mais consistente, aumentando a satisfação do cliente
- Avaliou 2.000 geometrias de bicos e 80 projetos de câmara de alimentação
“O que mais gostamos em trabalhar com o Simcenter STAR-CCM+ é a variedade de físicas que você pode simular de forma acoplada, desde motores até sorvete.” — Giuseppe Cicalese, Co-fundador, R&D CFD
Usando CFD para inovar continuamente
A R&D CFD é uma empresa líder em engenharia italiana sediada em Modena, com vasta experiência em dinâmica dos fluidos computacional (CFD). Fundada em 2012 por Giuseppe Cicalese e pelo Professor Dr. Stefano Fontanesi, a empresa surgiu a partir de uma bem-sucedida colaboração de pesquisa.
Hoje, eles construíram um portfólio impressionante de clientes satisfeitos em múltiplos setores, do automotivo ao de alimentos e bebidas.
O desafio do gelato
A R&D CFD foi procurada por um fabricante líder de gelato italiano, renomado por seu gelato artesanal embalado com mesclas (swirled), com fitas de calda entrelaçadas em sabores como chocolate, morango, caramelo e pasta de amendoim. Após anos aperfeiçoando sua receita, o sabor era perfeito: cremoso, rico e denso.
Mas, no altamente competitivo mercado de alimentos e bebidas, a aparência importa tanto quanto o sabor. O fabricante precisava que seu gelato mesclado fosse visualmente deslumbrante: macio, suave, sedoso e elástico, com cores naturais. Uma estética melhor significa melhores vendas e clientes mais felizes.
“O cliente queria nossa ajuda para prever como seu sorvete mesclado ficaria ao final do processo de fabricação”, diz Cicalese. “As pessoas que compram esse sorvete procuram por um certo toque artesanal. Mas como fazê-lo parecer feito à mão usando uma máquina?“
Confira o artigo “Servindo a stout perfeita com CFD”
Revisitando o processo de produção e os equipamentos
O segredo para o gelato mesclado perfeito reside no variegado. O variegado existente do fabricante tinha um design estático, sem peças móveis, mas era complexo. O sorvete e a calda entravam em contato com parafusos, defletores e paredes, tornando difícil o controle do processo de mistura e do padrão da calda. Pior ainda: o produto ficava exposto ao ar, um grande problema de qualidade para um gelato premium. Além disso, todas essas peças significavam tempos de limpeza mais longos e mais tempo de inatividade.
O fabricante optou por um equipamento mais simples, com dois cilindros concêntricos, um para o sorvete, outro para a calda, conectados por um bico. Os ingredientes se misturam diretamente no navegador, sem a interação de parafusos, defletores e paredes. Esse equipamento proporcionou uma mistura limpa e controlada, limpeza mais fácil, melhor controle e espirais de calda mais bonitas. No papel, o novo design era perfeito.
Engenharia da qualidade do gelato com simulação CFD
No entanto, eles perceberam rapidamente que melhorias eram necessárias. Precisavam prever como o gelato ficaria após a fabricação, antes de ser armazenado em caixas, e foi aí que a expertise em simulação e otimização de projetos da R&D CFD se mostrou inestimável.
Como usuários avançados do software Simcenter™ STAR-CCM+ ™, combinando isso com seu profundo conhecimento de fluxo e dinâmica térmica oriundos de outras indústrias, a equipe pôde fazer aprimoramentos de projeto altamente embasados. Usando o software Simcenter HEEDS™, eles analisaram o desempenho de centenas de variações e cenários de projeto para encontrar a solução ideal. “Decidimos usar nossas ferramentas de simulação de motores do Simcenter para melhorar o design do variegado”, diz Cicalese. “Com a simulação digital, pudemos reduzir o número de protótipos e economizar tempo e custos no projeto. Ela também nos ajuda a analisar centenas de designs.” Ambos os programas fazem parte da plataforma de negócios de software, hardware e serviços Siemens Xcelerator.
“Simular sorvete e calda não é tão simples quanto simular ar e água”, diz Cicalese. “Eles são fluidos pegajosos, viscosos e elásticos. Entender a reologia e o comportamento térmico levou algum tempo.” Simular esses fluidos viscoelásticos com CFD é um desafio. Com o Simcenter, eles puderam modelar essa física complexa graças a um modelo multifásico de volume de fluido (VOF) e um modelo reológico abrangente. O modelo reológico pode usar uma função ou um conjunto de dados para conectar a viscosidade com o cisalhamento.
O software foi capaz de modelar o sorvete, a calda e a interface entre os dois com precisão. “No passado, trabalhávamos com outros softwares de simulação onde o processo era muito mais difícil”, afirma Cicalese. “O que mais gostamos em trabalhar com o Simcenter STAR-CCM+ é a variedade de físicas que você pode simular de forma acoplada, desde motores até sorvete.”
Aproveitando o Design Manager, uma tecnologia do Simcenter usada para explorar todo o espaço especificado, a equipe da R&D CFD modelou 2.000 cenários de projeto, alterando a geometria do bico e as leis da física operacional para injetar a calda.
O software buscou automaticamente o projeto ideal com base nas restrições, metas e alcance de parâmetros do design. Ele encontrou o projeto que produziu o melhor padrão de calda e espiral, evitando a prototipagem e a construção de um grande número de variantes para validação no mundo real.
Alcançando velocidade e consistência na produção
Para a produção em massa, o variegado precisava de múltiplos bicos para operar de forma mais rápida.
Todos esses bicos precisam ser alimentados com a mesma quantidade de calda a partir da câmara de alimentação. Dessa forma, o sorvete em cada caixa ficava idêntico em aparência e textura, garantindo a satisfação do cliente.
A equipe usou o Simcenter para analisar automaticamente diferentes geometrias da câmara de alimentação de calda e a distribuição resultante. Após revisar 80 projetos, ele identificou o melhor design para a câmara de alimentação.
Como resultado, todos os bicos recebem a mesma quantidade de calda, o que foi uma conquista significativa. “Você pode automatizar e otimizar tão rápido com o Simcenter HEEDS ou o Design Manager“, acrescenta Cicalese. “Você pode ver como o projeto otimizado dá a mesma espiral bonita à calda em cada bico, em comparação com os padrões irregulares do projeto inicial.”
Causando um impacto global
O projeto aprimorado do variegado da R&D CFD agora está sendo usado em todas as fábricas do cliente. Como previra a simulação, o produto agora tem uma mescla de altíssimo nível. A equipe da R&D CFD vivenciou algo único: eles estavam comendo algo que ajudaram a projetar. “Eu experimentei o gelato e estou muito grato pelo trabalho que fizemos”, diz Cicalese. “Ele parece delicioso e tem um gosto delicioso.”
“Decidimos usar nossas ferramentas de simulação de motores do Simcenter para melhorar o design do variegado. Com a simulação digital, pudemos reduzir o número de protótipos e economizar tempo e custos no projeto. Ela também nos ajuda a analisar centenas de designs.” — Giuseppe Cicalese, Co-fundador, R&D CFD
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