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A lbert Einstein dijo una vez: ¡Todo debe hacerse lo más sencillo

posible, pero no más! El modelo de un horno de fusión de

vidrio para calcular la densidad de burbujas, podría estar basado en

este lema. La imagen 3D de la pantalla muestra el variado espectro

cromático del interior del horno. Los colores rojizos signifi can que

sigue habiendo muchas burbujas en la masa fundida de vidrio.

F azer as coisas o mais simples possível, mas sem simplifi car!”

O modelo do tanque de fusão do vidro para calcular a densidade

das bolhas poderia bem ser baseado nesta máxima de Albert

Ein stein. A imagem 3D na tela mostra um espectro brilhante de

cores dentro do tanque. Cores avermelhadas indicam que ainda

há um monte de bolhas no vidro fundido. Áreas azuladas

schott utiliza la modelización y la simulación para perfeccionar de forma orientadasus procesos y productos – mediante la experimentación en el ordenador

A schott usa modelagem e simulação para continuar a desenvolver seus processos e produtos de forma estratégica – com experimentos no computador.

IMAGEN DE L A REALIDAD IMAGENS DA REALIDADE

En este horno de fusión de vidrio modelizado, que se utiliza para calcular la densidad de burbujas, se han invertido más de 20 años de know how. En la representación tridimensional por ordenador, los colores rojizos identifi can zonas de la masa fundida de vidrio con un gran número de burbujas y los azules, zonas con pocas burbujas. schott utiliza este tipo de simulaciones a lo largo de la cadena de proceso completa de la producción de vidrio.

Mais de 20 anos de know-how têm sido investidos neste tanque de fusão modelada de vidro, que é usado para calcular a densidade das bolhas. Na representação

3D em computador, cores avermelhadas mostram áreas em que o vidro fundido tem muitas bolhas. Áreas azuis, por outro lado, contêm

muito menos bolhas. A schott usa essa simulação ao longo de toda a cadeia do processo de produção.

HORNO CON MODELO DE DENSIDAD DE BURBUJAS

TANQUE COM UM MODELO DE DENSIDADE DE BOLHA

Densidad de burbujas (burbujas/kg)Densidade da bolha (bolha/kg)

bajabaixo

altaalto

bajabaixo

altaalto

Relación de mezcla (kg/kg)Lote (kg/kg)

Fuen

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Arrastre de burbujasEntrada de bolhas

Efecto de la pared de reboseEfeito da parede de descarga

SCHOTT SOLUTIONS 2/14 INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO PESQUISA & DESENVOLVIMENTO

THILO HORVATITSCH

31

Cuanto más azulada una zona, menos burbujas contiene. El

Dr. Christoph Berndhäuser, experto en simulación en schott,

comenta: “Este modelo desarrollado para evaluar la calidad del

vidrio y sus posibilidades, acumula más de 20 años de know how.”

Hoy en día schott, realiza simulaciones matemáticas y crea

modelos para optimizar y desarrollar casi todos sus procesos y

productos tecnológicos – tanto en las Unidades de Negocio como en

Investigación. Hay una buena razón para ello: la simulación le ahorra

a la empresa costosas pruebas y permite realizar los experimentos

sobre un modelo, para obtener datos sobre un sistema real o realizar

pronósticos. Pero eso no es todo. Los más recientes métodos de cál-

culo, con la creciente potencia de los ordenadores, permiten realizar

estudios de los parámetros, que apenas hubieran resultado efi cientes,

con ensayos convencionales. Esto proporciona a las empresas tecno-

lógicas una ventaja decisiva en la carrera por satisfacer las mayores

exigencias de calidad y seguir el compás de los ciclos de innovación

cada vez más cortos. De ahí que schott confíe en la simulación y la

modelización a lo largo de la cadena de proceso de producción de

vidrio, desde la fusión, el afi no y la conformación en caliente, pasan-

do por la ceramización y la conformación 3D, hasta la certifi cación

del producto. Gracias al perfeccionamiento y la automatización de

los instrumentos de análisis de datos, se identifi can además interre-

laciones importantes a partir de los datos de producción reales.

denotam que há poucas bolhas. Bem simples, certo? O desen-

volvedor e especialista em simulação da schott, Dr. Christoph

Berndhäuser, esboça um sorriso e lembra que “criamos este

modelo e estas capacidades internamente para avaliar a qualidade

do vidro; realmente, são fruto da expertise desenvolvida ao

longo de 20 anos”.

Hoje, a schott realiza simulações matemáticas e constrói

modelos que otimizam e desenvolvem quase todos os seus processos

tecnológicos e produtos – tanto em suas Unidades de Negócios

quanto em pesquisa. E por uma boa razão: muitas vezes, a simulação

poupa recursos dispendiosos com testes de desempenho, e permite

que estes sejam realizados em um modelo para obter insights sobre

um sistema específi co ou projetar cenários. E não é só isso: os mais

recentes procedimentos computadorizados, combinados com seus

recursos avançados, permitem amplas variações de parâmetros,

o que difi cilmente poderia ser realizado com efi cácia em testes

convencionais. Isso dá às companhias de tecnologia uma vantagem

decisiva na corrida para atender as demandas cada vez maiores por

qualidade e manter-se nos ciclos de inovação cada vez mais curtos.

É por isso que a schott conta com simulação e modelagem em

toda sua cadeia de processo na produção do vidro; desde a fusão,

afi nagem e moldagem a quente, até o recozimento, a ceramização,

a modelagem 3D, e inclusive a certifi cação do produto. Importantes

inter-relações também são identifi cadas usando os atuais dados de

produção, graças ao aprofundamento e à automação dos instru-

mentos de análise de dados. E a companhia já está com os olhos

voltados para temas interessantes para simulações futuras – incluindo

modelagem de materiais com vidros, vitrocerâmicos e plástico

Foto : schott/ A. Sell

Los experimentos de laboratorio reales con el crisol, hacen una aportación impor-tante al desarrollo de los modelos de simulación. Los parámetros y valores obtenidos en los mismos se traducen luego a las dimensiones reales del horno de fusión.

Experimentos reais de laboratório com cadinho de fusão dão uma importante con-trubuição para o desenvolvimento de modelos de simulação. Os parâmetros e valo-res obtidos são, então, transferidos para as dimensões reais do tanque de fusão.

32

Como certas propriedades mecânicas ou químicas do vidro podem

ser melhoradas seletivamente? O objetivo é olhar cada vez mais

profundamente “dentro do coração do vidro”, exatamente como

o fundador da companhia, Otto Schott, disse certa vez. A modelação

multiescala oferece abordagens promissoras para atingir esta meta.

O ponto de partida é perceber que muitos dos processos diferentes,

durante os quais as propriedades do material tomam formas dife-

rentes, acontecem em grandes escalas espaciais e temporais. Valores

como temperatura ou tensões podem ser modelados do metro ao

milímetro em macroescala. Porém, a modelagem microestrutural,

atomística ou mesmo baseada no elétron estende-se por todo o

caminho, até abaixo do nível nanométrico. Esses cálculos ainda não

chegaram ao limite. É objetivo da pesquisa aprofundar gradualmente

os vários níveis, no sentido de amarrá-los em um modelo multiescala

consistente e, assim, podermos descrever e prever as características

do material de forma mais abrangente. A schott já está no caminho

de atingir esta meta. Trabalhamos com modelos topo lógicos

que ligam as diferentes estruturas do vidro e suas propriedades

específi cas. <

¿Cómo se pueden mejorar determinadas propiedades mecánicas

o químicas del vidrio? Aquí se trata de mirar “dentro del corazón

del vidrio”, igual que hiciera una vez el fundador de la empresa,

Otto Schott. La modelización multiescala ofrece planteamientos

prometedores para conseguirlo. El punto de partida es que los

numerosos procesos en los que toman forma o manifi estan las

propiedades del material, se desarrollan a escalas de espacio y

tiempo amplias. Valores como temperatura o esfuerzos se pueden

modelizar en el rango de los m. a mm. de la macroescala. Sin

embargo, la modelización microestructural, atómica o basada en

electrones, se extiende hasta por debajo del nivel nanométrico.

Estos cálculos siguen topando todavía con sus límites. El objetivo

de la investigación es descender gradualmente por los diferentes

niveles, con el fi n de enlazarlos fi nalmente en un modelo multi-

escala consistente, que permita describir y predecir las caracte-

rísticas del material. schott está en vías de alcanzar este objetivo,

trabajando en modelos topológicos, que enlazan diferentes

estructuras del vidrio, ya sea en forma de cadena, plano o espaciales,

con propiedades específi cas. <

Modelización multiescala: Mirando al corazón del vidrioModelação multiescala: ver o coração do vidro

(veja à p. 32). Um tema central nos próximos anos será a melhoria

contínua de modelos avançados para avaliar a qualidade do vidro,

aumentando ainda mais o know-how nas áreas de refi nação química

para a fusão de tanques e a termodinâmica do vidro. “Nossos

clientes esperam que façamos avaliações precisas da qualidade dos

nossos processos de produção e produtos. Para materiais como

vidros e vitrocerâmicos, isso signifi ca o número, tamanho e

composição das bolhas por quilo que ainda houver”, explica o

La empresa tiene en el visor simulaciones futuras, que incluyen la

modelización de vidrios, vitrocerámicas y plásticos (ver la pág. 32).

Clave en los próximos años será mejorar continuadamente los

modelos avanzados para evaluar la calidad del vidrio, mediante la

ampliación del know how en los campos de la química de afi no

para hornos de fusión y de la termodinámica del vidrio. “Nuestros

clientes esperan de nosotros una evaluación coherente de la calidad

de nuestros procesos de producción y productos, lo que incluye

FísicaFísica

Nivel electróniconível eletrônico

QuímicaQuímica

Nivel atómiconível atômico

Ciencia de materialesCiência de Materiais

Nivel microestructuralnível microestrutural

IngenieríaEngenharia

Nivel macrométricomacroescala

Modelo multiescala de materiales técnicosModelagem multiescala de materiais técnicos

nm µm mm m

Fuen

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Cam

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SCHOTT SOLUTIONS 2/14 INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO PESQUISA & DESENVOLVIMENTO

33

Dr. Bernd häuser, mostrando seu colorido modelo da qualidade

na tela. Para projetar a qualidade em tanques reais, as distribuições

de temperatura e o fl uxo interno são calculados com o uso de

programas especiais de cfd (Computational Fluid Dynamics) e,

então, o número de bolhas é avaliado com base em modelos da

qualidade desenvolvidos internamente pela companhia. Ensaios

laboratoriais dentro de um cadinho de fusão dão importantes

contribuições para o desenvolvimento desses modelos. Eles

mostram que a distribuição do tamanho das bolhas depende do

agente de refi no utilizado, sua concentração, temperatura e o tempo

de espera para cada vidro analisado. Estes parâmetros e valores

permeiam o modelo da qualidade e são transferidos para o tama-

nho real do tanque de simulação.

Os chamados marcadores são usados para descrever como as

bolhas se comportam dentro do tanque. 100.000 dessas marcas de

simulação passam através de vários padrões de fl uxo modelado e

zonas de temperatura nos diferentes caminhos, dependendo do

design e da confi guração do forno. As estatísticas fornecem infor-

mações sobre o tamanho e a distribuição das bolhas durante e ao

fi nal do processo de fusão e refi nação. “O próximo nível de simulação

também incluirá a reação das bolhas ao processo de refi nação, uma

vez que as condições físicas e químicas mudam durante o processo,

a depender da carga de bolha”, explica o Dr. Berndhäuser.

Estes tipos de questões e insights também marcam o ponto de

partida para abordagens otimizadas na construção e confi guração

dos tanques de fusão, especialmente na transição para químicas de

refi no mais amigáveis ao meio ambiente, que não contenham metais

pesados. Atualmente, a área de pesquisas da schott está conduzindo

um projeto de aprofundamento neste quesito. Porém, uma coisa já

está clara: os avanços no campo da simulação defi nitivamente

não tornarão mais fácil pôr em prática a máxima de Einsteins sobre

simplicidade. <

christoph.berndhaeuser@schott.com

determinar el número de burbujas por kg que siguen conteniendo

nuestros vidrios y vitrocerámicas, su tamaño y composición”,

explica el Dr. Berndhäuser. Para pronosticar la calidad en los hornos

de fusión reales, se calculan las distribuciones de temperatura y los

patrones de fl uencia en su interior, con ayuda de programas dfc

(Dinámica de Fluencia Computacional), para luego evaluarlos p. ej.

en cuanto al número de burbujas, tomando como referencia los

modelos de calidad propios. Las pruebas de laboratorio reales con

el crisol contribuyen al desarrollo de estos modelos. Muestran la

distribución (tamaños) de burbujas en función del agente de afi no

utilizado y su concentración, de la temperatura y del tiempo de

retención para cada tipo de vidrio estudiado. Estos parámetros y

valores revierten en el modelo de calidad y son traducidos al

tamaño real del horno en la simulación.

Actualmente se utilizan los “trazadores” para describir cómo se

comportan las burbujas en un horno. 100.000 de estos marcadores

simulados, recorren los diferentes patrones de fl uencia y zonas de

temperatura, que dependen del diseño y la confi guración del

horno. A continuación, una estadística informa del tamaño y la

distribución de las burbujas en los procesos de fusión y afi no.

“El siguiente nivel de simulación incluirá también el efecto retroac-

tivo de las burbujas sobre el proceso de afi no, porque las condiciones

físico-químicas cambian a lo largo del proceso en función de la

carga de burbujas”, explica el Dr. Berndhäuser.

Este tipo de preguntas y observaciones marcan también el

punto de partida de los planteamientos optimizados para la

construcción y confi guración de hornos de fusión, especialmente

el cambio a productos químicos de afi no libres de metales pesados,

más respetuosos con el medio ambiente. El Dpto. de Investigación

de schott está estudiando a fondo este tema. Una cosa ya es

segura: los avances en las simulaciones no harán más fácil cumplir

el lema de la simplicidad de Einstein. <

christoph.berndhaeuser@schott.com

Claro como el vidrio: la muestra de vidrio de la derecha contiene un número de burbujas considera-blemente menor que la de la izquierda. Este tipo de resultados de laboratorio constituyen en última instancia la base para los programas de simulación y los modelos de calidad.

Cristal claro: a amostra de vidro à direita contém consideravelmente menos bolhas que a outra, à esquerda. Estes tipos de resultados laboratoriais são a base para programas de simulação e modelos da qualidade.

Foto

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solutions: Profesor Kob, ¿dónde

se está utilizando hoy en día con

éxito la simulación por ordenador?

Kob: Principalmente en las in-

dustrias química y farmacéutica,

que empezaron a utilizarla hace más

de 20 años. Allí se utilizó primero a

nivel atómico, para investigar las

propiedades de las moléculas. Tam-

bién se aplica desde hace tiempo

para mejorar metales y materiales

poliméricos. Pero en los últimos

diez años se está imponiendo tam-

bién en la industria del vidrio.

solutions: ¿En qué medida ha

progresado la simulación del vidrio

en comparación con la de otros ma-

teriales?

Kob: Está ganando terreno rápi-

damente. Sin embargo, los metales

tienen una estructura cristalina or-

denada, por lo que resulta relativa-

mente sencillo simularlos. Además,

las preguntas que se plantean en torno a los polímeros son a

menudo más sencillas, porque conocemos su estructura local.

Con un material amorfo como el vidrio puede resultar relativa-

mente difícil predecir la estructura y sus cambios, por ejemplo

al intercambiar tan solo uno de los elementos de la composi-

ción. Por esta razón, la simulación atómica resulta más difícil

en este caso, pero también especialmente valiosa.

solutions: ¿Cuándo será posible utilizar la modelización

para diseñar a medida los materiales y sus propiedades?

Kob: Esto se está haciendo ya en los sectores farmacéutico

y químico, para optimizar productos. Estoy convencido de que

pronto las ideas ya no se probarán primero con ensayos de labo-

ratorio, sino mediante una simulación por ordenador. El mate-

rial no se obtendrá en el laboratorio hasta haber visto resultados

óptimos. Esto ya se está haciendo y se convertirá en una práctica

estándar en la industria del vidrio en un plazo de cinco a diez

años, al menos en las grandes empresas como schott, que

disponen de recursos sufi cientes para investigar. <

solutions: Prof. Kob, onde as

simulações por computador são

usadas com sucesso atualmente?

Kob: Principalmente nas indús-

trias química e farmacêutica, que

começaram a usar este recurso há

20  anos. Primeiro, as simulações

foram usadas nestas áreas no nível

atômico, para aprender mais sobre

as propriedades das moléculas. Tam-

bém têm sido aplicadas para melho-

rar metais e materiais polimétricos

já há algum tempo. Mas, nos últi-

mos 10 anos, a indústria do vidro

tem melhorado o uso dessa aborda-

gem.

solutions: Quão avançada a

simulação do vidro está em compa-

ração a outros materiais?

Kob: Ganha terreno rapida-

mente! Os metais têm uma estru-

tura cristalina ordenada e podem ser

simulados com relativa facilidade.

E as questões que se colocam sobre plásticos são normalmente

simples, porque sua estrutura é mais conhecida. Entretanto,

com materiais amorfos como o vidro, a estrutura e suas mudan-

ças podem ser relativamente imprevisíveis considerando-se que

até mesmo um único elemento da fórmula pode ser trocado.

Por isso, simulações atomísticas são mais difíceis neste caso,

mas particularmente valiosas também.

solutions: Quando será possível usar a modelagem para

materiais projetados e suas propriedades em fase de projeto?

Kob: Isso já está em curso para otimizar produtos nas

indústrias farmacêutica e química. Também estou convencido

que, em um futuro próximo, uma ideia será testada antes em

simulação por computador, ao invés de laboratórios. Um mate-

rial não será produzido em laboratório até que tenhamos visto

resultados promissores. Isso já está acontecendo e tornar-se-á

prática padrão na indústria de vidro dentro de cinco a dez

anos – ao menos, nas grandes empresas que têm sufi cientes

recursos de pesquisa, como a schott. <

El profesor Walter Kob, Premio Otto Schott a la Investigación 2007 y especialista en la simulación por ordenador aplicada a la ciencia de materiales, habla sobre la situación actual y las perspectivas de futuro.

O Prof. Dr. Walter Kob, vencedor do Prêmio de Pesquisa Otto Schott 2007 e especialista em simulação por computador para uso em ciências de materiais, fala sobre a situação atual e as perspectivas futuras.

“La simulación será pronto el estándar”“Simulação por computador logo será padrão”

Walter Kob, Profesor de Física en la Universidad de Mont-pellier (Francia), habló en noviembre pasado ante más de 50 participantes en el panel internacional de expertos de schott sobre “Simulación por ordenador de estructuras y propiedades de materiales.”

Prof. Dr. Walter Kob, Professor de Física na Universidade Montpellier, França, falou para 50 participantes do painel de especialistas da schott sobre “Simulação por Computador de Propriedades e Estruturas de Materiais”, em novembro.

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SCHOTT SOLUTIONS 2/14 ENTREVISTA ENTREVISTA

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THOMAS H. LOEWE

P avos, carne fresca o pizza congelada – estos alimentos no esta-

rían disponibles en los supermercados si no fuera por la moder-

na refrigeración. Para ofrecer los alimentos de forma bien visible y

a la temperatura óptima, los comercios de alimentación utilizan a

menudo las denominadas islas de congelación, unas vitrinas de

grandes dimensiones, fácilmente accesibles para el cliente. Hasta

ahora, muchas de ellas carecían de tapa. Esto hacía difícil mantener

la cadena de frío, especialmente en países más calurosos como

Brasil. A la vista de la escalada de los precios energéticos y de la

creciente importancia de la higiene y la calidad de los alimentos,

muchos comercios de alimentación están cambiando a las islas de

P erus inteiros, carnes frescas ou pizza congelada: nada disso

estaria disponível nos supermercados sem a refrigeração

moderna. Para manter os alimentos expostos na temperatura ideal,

as redes varejistas de alimentos geralmente usam as chamadas ilhas,

grandes expositores horizontais que oferecem fácil acesso para

o cliente. No passado, expositores abertos eram comuns em todo o

mundo, o que sempre tornou mais desafi adora a tarefa de manter

a obrigatória corrente de ar frio ininterrupta, especialmente em

países muito quentes, como o Brasil. Com o aumento dos custos de

energia e a crescente importância da higiene e qualidade dos

alimentos, muitos varejistas estão agora em busca de ilhas de

Las tapas correderas y puertas de vidrio de schott mantienen los alimentosmás frescos y rebajan los costes energéticos de la refrigeración comercial.

O sistema push lids de tampas e portas para freezer da schott mantém os alimentos congelados frescos e ajuda a economizar energia em freezers comerciais.

Frío más seguroFique frio!

ENERGYSAVINGIDEAS

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Fuente Fonte : Vectorstock /Designagentur Wagner

SCHOTT SOLUTIONS 2/14 REFRIGERACIÓN COMERCIAL REFRIGERAÇÃO COMERCIAL