May 31, 2007

CFD: Um mundo feito na ponta da agulha

Quando pensamos em CFD, uma das primeiras coisas que imaginamos é o que realmente podemos fazer com o CFD. A rigor, a Fluidodinâmica Computacional nada mais é do que a resolução das equações de Fenômenos de Transporte utilizando técnicas numéricas. De forma mais básica, é a solução numérica de diversas propostas da física. Oras, como quase tudo pode ser descrito pela física, concluí-se que CFD pode resolver quase qualquer problema, certo ? Errado.

O CFD é um mundo, não há dúvidas, mas a nossa capacidade de resolver problemas é muito, mas muito limitada mesmo. Utilizando o rigor matemático que as equações que descrevem os problemas físicos exigem, o máximo que se conseguiu até hoje foi resolver um escoamento de uma única fase, em um tubo, em média velocidade de escoamento e no regime estacionário. Ok, mas como foi que chegamos aos escoamentos reativos multifásicos polidispersos radiantes que se observam em alguns textos científicos por aí? Como o CFD pode resolver esses casos, se eu disse que não era capaz de resolver nem o mais simples dos problemas?

A resposta é simples. Se utilizando apenas o rigor matemático tudo fica muito complexo para ser resolvido e limitado aos casos que nós temos plena consciência do que realmente está acontecendo, mas usando modelos podemos estender as aplicações dos nossos problemas as mais diversas áreas do conhecimento, desde que o modelo seja capaz de fazer essa descrição.

Para resolver qualquer coisa um pouco mais sofisticada que seja, dentro de uma capacidade computacional instalada limitada (estou falando de qualquer cluster que você consiga listar até hoje, pelo menos) nós somos obrigados a apelar para modelos. Modelos de interação entre fases, modelos de interação de partículas, modelos de turbulência, modelos de constantes de transferência de massa/calor, modelos termodinâmicos, etc. Eu poderia listar um página imensa só falando de tipos modelos sem entrar no mérito da questão de qual tipo modelo devemos usar em cada caso, ou de qual modelo devemos usar em cada tipo de modelo escolhido para compor a modelagem do problema.

Percebe onde quero chegar ? O CFD é um mundo definido por regras matemáticas, limitado ao conhecimento que temos dos fenômenos e distorcido pelos modelos, que só são modelos, por que não são perfeitos (do contrário não seria modelo). Acaba que o CFD que realmente conseguimos usar/entender/aplicar é mundo feito na ponta de uma agulha.

Como se isso tudo não bastasse, mesmo os casos mais simples, onde os modelos funcionam bem (quando comparado a experimentos rigorosamente controlados), nós ainda temos a questão numérica.

A solução CFD de um determinado problema consiste em desenvolver duas etapas distintas e integradas, a seleção apropriada dos modelos que descrevem o problema e nas verificações da qualidade da solução numérica (que envolve várias etapas: da seleção do método numérico a verificação solução propriamente dita).

São questões distintas porque um problema bem modelado pode não estar bem resolvido, e um problema numericamente bem resolvido pode não estar bem modelado. São integradas porque o método numérico selecionado pode estar intimamente relacionado com a modelagem utilizada, assim como a convergência da solução numérica, ou até a tolerância aos erros numéricos, podem estar relacionados com o problema resolvido.

Bom, se os métodos numéricos estão intimamente relacionados com os modelos, portanto, não é possível ser exclusivista, é preciso conhecer os dois lados da questão: modelagem e solução matemática.

Em outros tópicos, ao longo do tempo, é bem provável que cada um de nós venha abordar/apontar boa parte das questões que tangem a modelagem à solução numérica dos problemas (provavelmente conforme vamos enfrentando os problemas do dia-a-dia). Cada um com o seu carrapato africano particular para esse novo, extraordinário e realmente imenso mundo que é o CFD, mesmo tendo sido feito na ponta de uma agulha.

May 25, 2007

O Carrapato Africano

Quando próximos de sua aposentadoria, pesquisadores famosos são convidados a ministrar palestras sobre diferentes assuntos com o puro intuito de prestigiá-los pelo anos despendidos em seu trabalho. Usualmente, os pesquisadores são convidados a ministrar sobre temas gerais associados a sua área de trabalho, onde eles podem falar sobre sua grande experiência.
Este foi o caso de um pesquisador, assumidade mundial pelo seu conhecimento sobre a vida e morte do carrapato africano. Ele conhecia cada detalhe sobre o carrapato africano, como seus hábitos alimentares, sua reprodução, os efeitos de sua picada, etc. Talvez até as preferências de filmes e músicas do atrópode...

Contudo, o congresso tratava especificamente da disseminação da AIDS no mundo e os organizadores ficaram apreensivos ao convidar o pesquisador para a palestrar sobre um tema fora de sua área e tão específico. Porém, muito educado, o pesquisador aceitou o convite prontamente e os organizadores ficaram aliviados com sua resposta.
No dia de sua apresentação no congresso, a sala estava cheia. Todos ansiosos para ver aquele senhor de cabeça branca falar sobre suas idéias e opniões dos problemas e possíveis soluções para a AIDS no mundo. O pesquisador, muito bem vestido, começou sua palestra:

"Fiquei ao mesmo tempo surpreso e feliz por ter sido gentilmente convidado para palestrar sobre um assunto tão importante. Pois bem, como todos vocês sabem, a AIDS é um grande problema no mundo moderno. Em específico, a AIDS se encontra em um nível crítico na África. E por falar na África, é de lá que vem o carrapato africano. Este artrópode pode ser visto como um dos mais interessantes seres vivos e ........"

E foi uma das mais brilhantes palestras do congresso... Mas descrevendo as idas e vindas do carrapato africano.

E esta é a idéia do Notas em CFD... É o nosso carrapato africano. Diversos assuntos podem ser abordados nesse espaço, de modo formal ou informal, com dicas, opniões, esclarecimentos, situações do dia a dia, etc. Mas eventualmente vamos cair em algo relacionado a fluidodinâmica computacional, sua metodologia, suas diversas ferramentas e até de sua validação experimental.

Espero que gostem! E não se sintam acanhados, podem comentar a vontade!!

Ps.: E para os curiosos, aqui tem informações sobre o famoso Carrapato Africano (bichinho feio esse).