A simulação de cargas de vento pode desempenhar um papel crítico no dimensionamento estrutural, particularmente no dimensionamento de edifícios altos, onde as forças do vento afetam significativamente a estabilidade estrutural, o conforto dos ocupantes e o ambiente envolvente. Por isso, os padrões de vento complexos que afetam a distribuição de pressão, o fluxo de ar e o microclima local devem ser visualizados e previstos para que estes edifícios cumpram os requisitos em termos de estética e visual, mas também de segurança e resistência.
Para integrar estes fatores nos seus dimensionamentos estruturais, a Dlubal Software oferece o RWIND 3, um programa desenvolvido especificamente para simular o fluxo de ar em torno de objetos num túnel de vento virtual. Utilizando um modelo CFD (Computational Fluid Dynamics) numérico, esta simulação produz cargas de vento precisas para aplicação no RFEM ou no RSTAB. Assim sendo, o RWIND 3 pode funcionar de forma autónoma ou integrar-se nos programas RFEM e RSTAB, proporcionando uma solução estrutural abrangente.
O texto seguinte resume as vantagens da utilização do CFD, sobretudo quando comparada com os testes convencionais em túnel de vento. As principais diferenças entre os ensaios CFD e o túnel de vento residem nas suas metodologias, custos, flexibilidade e capacidade de abordar cenários complexos que serão discutidos mais tarde. Por agora, é fundamental reconhecer que a CFD utiliza algoritmos matemáticos e métodos numéricos para modelar digitalmente o comportamento do fluido, utilizando técnicas de discretização para analisar o movimento do ar ou do fluido. Os testes em túnel de vento, por outro lado, colocam modelos físicos num ambiente de vento controlado, onde são recolhidos dados reais do fluxo de ar através de botões e parâmetros, fornecendo resultados experimentais diretos. Com este contexto, podemos explorar ainda mais as diferenças entre estes dois métodos e destacar as vantagens do CFD.
1. Economia
Especialmente para experiências complexas com inúmeras configurações, as simulações CFD podem ser mais económicas do que a construção e manutenção de túneis de vento. Embora o investimento inicial em software CFD e recursos computacionais possa ser substancial, uma vez estabelecido, é possível realizar uma vasta gama de simulações sem incorrer em mais custos com materiais e pessoal. Além disso, são necessários menos recursos para analisar as variações individuais. Em contrapartida, os testes em túnel de vento podem ser dispendiosos, especialmente para modelos grandes e complexos, e cada teste requer um tempo e esforço de preparação consideráveis.
2. Flexibilidade e opções de modificação
A CFD permite um dimensionamento, uma iteração e uma análise rápidos, permitindo ajustes fáceis de parâmetros como a velocidade do vento, a densidade e a temperatura, bem como a inclusão de fatores adicionais. Isto permite que as simulações sejam executadas e alteradas rapidamente sem as alterações da configuração física necessárias nos testes em túnel de vento, onde os ajustes geralmente implicam a criação de novos modelos ou a alteração de modelos existentes. A execução de vários cenários num curto espaço de tempo é menos viável com os testes em túnel de vento, tornando o CFD superior a este respeito.
3. Economia de tempo
Esta vantagem resulta diretamente da flexibilidade que discutimos anteriormente, que permite ajustes rápidos de parâmetros sem alterações físicas na configuração. Conforme destacado anteriormente, o CFD permite executar vários cenários de forma rápida, oferecendo uma clara vantagem em termos de eficácia de tempo.
4. Capacidades de simulação
O CFD fornece uma visualização altamente detalhada das características do fluxo, distribuição de pressão e variações de temperatura com notável granularidade. Permite a análise precisa de cenários que podem ser difíceis de modelar num túnel de vento físico devido a restrições de tamanho ou velocidade, tais como velocidades extremamente elevadas ou geometrias complicadas. CFD pode simular estas condições como livres de limitações físicas. Enquanto os túneis de vento replicam fisicamente o fluxo de ar e geralmente fornecem maior precisão na simulação de interações ar-objeto, eles estão limitados aos dados de pontos de medição específicos e fornecem menos detalhes abrangentes em comparação com a CFD.
5. Acessibilidade
Os avanços no desenvolvimento de software e na computação em nuvem tornaram a dinâmica de fluidos computacional (CFD) muito mais acessível, abrindo-a a um público mais vasto. Ferramentas CFD de código aberto como o OpenFOAM, por exemplo, fornecem acesso gratuito a capacidades de simulação sólidas. Uma vez que o CFD pode ser totalmente realizado em um ambiente virtual, permite aos investigadores, sem acesso a túneis de vento, realizar estudos e análises detalhados.
6. Integração com tecnologias modernas
Outra vantagem de ferramentas CFD modernas e acessíveis é a sua integração com outros softwares de engenharia, simplificando o fluxo de trabalho desde o dimensionamento até à simulação e permitindo uma abordagem pluridimensional do dimensionamento e da análise. Um exemplo típico é a utilização de ferramentas CFD com os programas RFEM e RSTAB da Dlubal, que fornecem uma solução completa para a análise e o dimensionamento de estruturas.
Notas finais
Os testes CFD e de túnel de vento diferem não apenas na metodologia, mas também nos requisitos de recursos e tempo, flexibilidade, capacidade de lidar com cenários complexos, facilidade de utilização e integração com outro software. Este texto destaca as vantagens da CFD nestas áreas, abordando a sua alta flexibilidade e detalhe com os custos de utilização mais baixos, bem como a capacidade de analisar o comportamento do ar em estruturas complexas. No entanto, é essencial reconhecer que, apesar destas vantagens, os ensaios em túneis de vento são cruciais para validar modelos CFD e captar fenómenos que podem ser difíceis de simular com precisão. Em resumo, a CFD é particular Na maioria dos casos, a combinação de CFD com ensaios em túnel de vento oferece o melhor dos dois métodos, alavancando as suas forças complementares.