Apresentamos uma abordagem comparativa de 3 dos principais softwares de análise numérica computacional utilizados para projeto de transformadores: ANSYS, FEMM e COMSOL.
É possível separar estes softwares em duas categorias: ANSYS e COMSOL na categoria de softwares comerciais, pagos, que resolvem problemas multifísicos e tridimensionais (3D) e o FEMM na categoria software aberto, grátis, (com algumas ressalvas de uso comercial) que resolve problemas monofísicos e bidimensionais (2D). Serão abordadas a seguir algumas das principais características dessas ferramentas.
O pacote comercial da ANSYS traz ferramentas muito estáveis e consolidadas para a solução de problemas de engenharia. São softwares com interfaces bastante simplificadas e com uma determinada facilidade de construir modelos geométricos no próprio software. Muitos parâmetros automáticos (sem a necessidade de intervenção direta do usuário) são aplicados para a geração da malha e das condições de contorno, facilitando a obtenção dos resultados. Entretanto, essa característica que ajuda na convergência de problemas complexos acaba limitando algumas análises mais específicas que, por vezes, são necessárias. A plataforma da ANSYS (WORKBENCH) foi estruturada para resolver as principais necessidades de acoplamentos multifísicos acoplando os módulos de análise de cada física que, inicialmente, foram construídos separadamente.
O COMSOL, por sua vez, é uma ferramenta que está construída considerando a necessidade de acoplamento multifísico, gerando uma grande flexibilidade ao lidar com problemas acoplados e interdependentes. É possível trabalhar com a análise das físicas de maneira bastante integrada no COMSOL, embora estas configurações de acoplamento não sejam triviais e exigem um conhecimento técnico bastante aprofundado do problema envolvido e de métodos numéricos para obter a convergência do problema. Não existe almoço grátis! A excelente flexibilidade da plataforma do COMSOL exige um conhecimento técnico mais aprofundado para se obter resultados satisfatórios. Por esse motivo que, muitas vezes, o uso do COMSOL é mais comum por pesquisadores, projetistas experientes e desenvolvedores de soluções tecnicamente complexas e o ANSYS seja considerado uma ferramenta mais ajustada às demandas da indústria, onde nem sempre se tem disponível mão-de-obra técnica qualificada o suficiente para manipular adequadamente o software COMSOL.
E por último, o FEMM que é uma ferramenta extremamente poderosa, considerando os seus recursos disponíveis. Um fato curioso sobre o software: imagine uma ferramenta livre e grátis (salvo algumas condições comerciais expostas nos termos de uso), que tem um instalador com menos de 8 Megabytes e que resolve problemas complexos de transformadores de potência e outros equipamentos elétricos que custam dezenas de milhões de reais? Este é o software FEMM. Se é possível modelar o problema usando condições adequadas no FEMM, os resultados obtidos são equivalentes aos obtidos utilizando os softwares comerciais ANSYS e COMSOL. Obviamente existem menos recursos de geometria e malha no FEMM, mas se trata de uma ferramenta que resolve muito bem os problemas eletromagnéticos e térmicos que se propõe em geometria 2D usando as condições de simetria planar e axissimétrica.
Ainda, é possível destacar que, por muitas vezes, é considerada inválida e sem sentido a comparação do software FEMM com os gigantes ANSYS e COMSOL, principalmente em função da quantidade maior de recursos disponíveis nos softwares comerciais pagos. Entretanto, com a evolução da experiência técnica da Equipe da TRINSE em projetos de transformadores, foi percebido que é possível obter resultados fantásticos usando a ferramenta FEMM. De um modo geral, conhecendo o comportamento eletromagnético do transformador, é possível resolver mais de 90% das necessidades de análise numérica utilizando o FEMM através do uso de estratégias adequadas para a determinação das condições de contorno e de simetria utilizando geometrias 2D.
Obviamente as ferramentas mais completas oferecem recursos fundamentais para problemas mais complexos. Muitos casos e problemas típicos em transformadores não podem ser resolvidos com simetrias de geometrias 2D (planar e axissimétrica), então, nestes casos é necessário usar softwares que trabalham com geometrias 3D. Nestes casos, também, a preferência por usar ferramentas da ANSYS ou da COMSOL vai depender da experiência e afinidade do usuário com tais softwares. De um modo geral, considerando o universo de simulações numéricas para projetos de transformadores, incluindo webinars, fóruns de discussão e treinamentos disponíveis, é possível concluir que, basicamente, os mesmos resultados serão obtidos com quaisquer ferramentas de análise numérica, desde que suas definições de parametrização das variáveis de entrada sejam atendidas adequadamente.
No final das contas, é conveniente destacar que mais do que conhecer os recursos de uma ferramenta de análise numérica é importante conhecer o comportamento físico que se está modelando com estas ferramentas. Com isso, vem à tona a frase de Lewis Carroll que sempre aparece pelos feeds do LinkedIn:
“Se você não sabe para onde ir, qualquer caminho serve!”
Que podemos transformar, considerando o mundo da análise numérica em transformadores, para a seguinte frase:
“Para quem não sabe o que está calculando, qualquer resultado serve!”
