Aplicaciones de simulación fluidodinámica

INDUSTRIA 4.0

El pasado Febrero publicamos un artículo en la revista Conecta Industria dirigida por Juan Martinez Baragaño y que se está convirtiendo en un referente para todas las noticias relacionadas con la industria en Asturias y que dirigida a todos los sectores.

En este caso, nuestra compañera Tamara Fernández, socia de Ingeniacity, quiso escribir sobre las aplicaciones de la simulación fluidodinámica en la industria.

LAS CFD ENGLOBAN NUMEROSAS E INTERESANTES UTILIDADES PARA LOS SECTORES DEL TRANSPORTE, LA ENERGÍA, INGENIERÍA CIVIL, SECTOR MÉDICO E INDUSTRIAL

Estamos rodeados de gases y líquidos, fluidos que se mueven en torno a nosotros rigiéndose por unas ecuaciones, las de Navier-Stokes. Ecuaciones, que a pesar de haber sido formuladas en el siglo XIX, aún no se han conseguido resolver y se definen como uno de los “problemas del milenio”.

Aún así, lo que sí se conoce es la forma de predecir el comportamiento de los fluidos, y no es otra que utilizar ordenadores que mediante algoritmos y métodos numéricos discretizan las ecuaciones, permitiendo resolverlas de forma aproximada. Este es el principio básico de la simulación fluidodinámica, conocida por sus siglas en inglés, CFD (Computational Fluid Dynamics).

“El sector del transporte es sólo la punta del iceberg”

Quizás, la aplicación más conocida de estas herramientas sea la del estudio de la aerodinámica de vehículos. Aún sin salir de este sector, las aplicaciones son múltiples. No sólo podemos utilizar la simulación fluidodinámica como herramienta de diseño para mejorar la aerodinámica del vehículo y por tanto reducir su consumo o para diseñar elementos, como alerones, que aumenten la carga aerodinámica; sino que mediante CFD podemos determinar los niveles de ruido, el flujo de aire en el interior del vehículo, simular la ventilación de los frenos, lubricación en los sistemas de transmisión, etc. Es importante aclarar, que cuando hablamos de vehículos, no nos referimos a coches de competición, que es la primera imagen que se nos viene a la cabeza al pensar en simulación fluidodinámica, sino a cualquier vehículo de transporte, desde autocares, trenes, aviones, barcos (en este caso, se suelen hacer al mismo tiempo la simulación hidrodinámica de la parte sumergida y la aerodinámica de la parte expuesta al viento) o camiones, hasta ascensores.

Además, la realidad es que el sector del transporte es sólo la punta del iceberg, son muchos los sectores en los que estas herramientas tienen aplicación.

Uno de los sectores donde su uso está muy extendido es de energía. La posibilidad de resolver problemas multifase la convierte en una herramienta de interés en el sector Oil&Gas. En el campo de las energías renovables se utiliza tanto para analizar los flujos en turbinas eólicas e hidroeléctricas como para determinar la distribución de cargas y presiones, debidas al efecto del aire, sobre paneles solares.

“Quizás, el uso menos conocido es el que tiene que ver con el sector médico”

En ingeniería civil, estas herramientas permiten simular el comportamiento del aire en torno a edificios, puentes o cualquier estructura; o simular el comportamiento de las olas en el caso de puertos. Además, al igual que se hace en el sector del transporte, es muy importante su utilización para analizar sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado en el interior.

Quizás, el uso menos conocido es el que tiene que ver con el sector médico, en el que se utiliza por ejemplo para el diseño de stents, que se utilizan para tratar problemas del sistema cardiovascular; diseño de válvulas artificiales o para optimizar prótesis al simular la lubricación entre las partes que están en contacto.

En cuanto al sector industrial, se utiliza para el diseño de válvulas y otros elementos hidráulicos, estudio del comportamiento de redes de fluidos, intercambiadores de calor, simulación de la refrigeración de circuitos electrónicos, refrigeración industrial, aplicaciones de moldeo e inyección y para simular operaciones de mezclado industrial.

El uso del CFD permite la solución de amplios problemas que ocurren en la industria, además de permitir mejoras notables en diseño. Año tras año el uso de estas herramientas se expande y permite el acceso a soluciones que antes estaban fuera del alcance de la mayoría de empresas.