A eficiência de uma planta de Captura Direta de Carbono (DAC) despencou sem aviso prévio. A modelagem 3D forense com ANSYS Fluent e Revit descobriu a causa: o material granulado do silo compactou-se de forma assimétrica sob seu próprio peso e ciclos térmicos. Essa deformação, um claro sintoma de fadiga de materiais, criou canais preferenciais de ar que desviavam o contato com o filtro químico, anulando a capacidade de adsorção e revelando um ponto cego no design original.
Compactação assimétrica e simulação de fluxos preferenciais com ANSYS Fluent 🔍
A análise começou com a reconstrução geométrica do silo usando Revit e a digitalização com Artec Studio para capturar a deformação real do leito granular. Ao importar a geometria deformada para o ANSYS Fluent, a simulação CFD demonstrou que a porosidade localizada nas zonas de menor compactação atuava como uma autoestrada para o gás. As linhas de fluxo, visualizadas no pós-processamento, mostravam que o CO2 evitava as regiões densas onde residia o adsorvente químico. Esse fenômeno, semelhante à formação de trincas por fadiga cíclica em metais, reduziu a superfície de contato efetiva em mais de 40%, explicando a perda drástica de eficiência.
Lições para a simulação de fadiga em materiais granulares ⚙️
Este caso demonstra que a fadiga não é exclusiva de metais ou polímeros. Os leitos granulares, submetidos a cargas estáticas e vibrações operacionais, experimentam um rearranjo plástico que compromete sua função. Incorporar modelos de compactação dinâmica em simulações CFD prévias ao projeto permitiria prever esses canais preferenciais. A chave está em tratar o leito granular como um material vivo que se fatiga com o tempo, uma abordagem que pode economizar milhões em eficiência na próxima geração de plantas DAC.
Como você modelou o contato viscoelástico entre partículas de zeólita e o leito granular para que o CFD revelasse a fadiga diferencial que causou a perda de eficiência no silo DAC?
(PS: A fadiga de materiais é como a sua depois de 10 horas de simulação.)