El CFD (Computational Fluid Dynamics), o Dinámica de Fluidos Computacional en español, es una metodología utilizada para el cálculo del flujo de fluidos en diversas aplicaciones. A través de esto, es posible obtener diferentes tipos de resultados, tales como velocidad, presión y temperatura del flujo de un fluido.
El CFD se basa en el método numérico de volúmenes finitos que es capaz de resolver un conjunto de ecuaciones diferenciales que gobiernan el flujo de un fluido newtoniano, conocidas como ecuaciones de Navier-Stokes. Esta metodología abarca tres áreas principales de conocimiento: Computación, Mecánica de Fluidos y Cálculo Numérico de ecuaciones diferenciales.
Aplicación del CFD en Ingeniería
La mayoría de los problemas de ingeniería que son de interés para la industria implican el cálculo de flujos complejos, como flujos turbulentos que involucran intercambios térmicos, flujos con regímenes de velocidad supersónica, flujos bifásicos con reacciones químicas, generación y propagación de ondas acústicas, entre otros.
Cada tipo de flujo presenta sus particularidades y desafíos de modelado CFD y, en algunos casos, los resultados se pueden obtener después de horas de simulación, mientras que en otros pueden tardar días, meses o incluso años. Sin embargo, el tiempo de simulación depende del enfoque numérico utilizado, el nivel de precisión requerido para los resultados y la capacidad de procesamiento computacional disponible.
Principales características del CFD
Actualmente, la mayoría de las empresas que utilizan CFD como herramienta de desarrollo de productos optan por los programas comerciales. Estos programas tienen como principal ventaja la disponibilidad de una amplia biblioteca de métodos numéricos y modelos de turbulencia, ampliando la cantidad de tipos de flujo que pueden ser simulados por el usuario.
Sin embargo, la desventaja es que pueden calcular un resultado que no es coherente con la realidad si el usuario no utiliza un enfoque numérico apropiado para el tipo de flujo que se calcula.
Por este motivo, la experiencia del ingeniero en el CFD, junto con una completa validación experimental, son fundamentales para que el CFD sea utilizado en su máximo potencial, proporcionando resultados confiables e importantes para la toma de decisiones estratégicas durante el proceso de desarrollo del producto.
¿Qué son las aplicaciones de CFD en FanTR?
El uso de CFD es fundamental para FanTR durante el proceso de desarrollo de sus ventiladores axiales, ya que permite cálculos aerodinámicos precisos. Todos los productos desarrollados por la empresa se optimizan con la ayuda de CFD y se validan mediante pruebas experimentales.
Después del modelado en 3D de la geometría del ventilador, es posible calcular el flujo de aire en su interior, identificar fuentes de pérdida de eficiencia y corregir el problema mediante la creación de una geometría más apropiada.
Además del estudio del ventilador en sí, en algunos casos específicos, es necesario utilizar el CFD para calcular el flujo en el sistema de ventilación en el que se instalará el ventilador. Generalmente, el flujo en el sistema de ventilación se calcula aguas arriba o aguas abajo del ventilador cuando existe un problema potencial que debe ser revisado cuidadosamente por ingeniería. Estos problemas pueden incluir obstáculos que pueden perturbar el flujo de entrada y perjudicar el funcionamiento del ventilador, o también obstáculos en la salida que generan pérdida de carga adicional al sistema, algo que puede no haber sido previsto por el cliente.
Podemos ofrecer soporte personalizado al cliente utilizando CFD. Eventualmente, ocurren imprevistos y el equipo puede estar expuesto a condiciones de operación adversas, diferentes de las previstas originalmente. En estas situaciones, podemos ayudar al cliente, realizando simulaciones de su operación en ambientes virtuales y controlados. De esta forma, es posible orientar al cliente sobre las mejores medidas a tomar para minimizar el problema.
FanTR también se destaca por sus laboratorios experimentales y estaciones de prueba, que brindan resultados precisos. Es importante mencionar que FanTR tiene una amplia biblioteca de resultados experimentales, construida a lo largo de los años, que es fundamental para validar los modelos de CFD aplicados a los ventiladores utilizados en diferentes mercados y rangos de operación. Esto garantiza una gran asertividad en las decisiones tomadas en función de los resultados obtenidos por el CFD.
¿Qué tan importante es el uso de CFD para FanTR?
El CFD juega un papel clave en la reducción del tiempo de desarrollo de nuevos productos en FanTR, aumentando así la competitividad en el mercado de ventiladores.
El uso del CFD permite traer innovaciones al mercado de forma más ágil, en lugar de seguir un largo programa de pruebas experimentales. Esto se debe a que es posible simular y comparar la eficiencia de varias geometrías y elegir la mejor opción, reduciendo así la cantidad de pruebas experimentales y, en consecuencia, el costo asociado con el desarrollo del producto.
Además, el uso de CFD permite a FanTR estudiar y visualizar detalles importantes del flujo del ventilador que son difíciles de capturar en los experimentos, pero que son fundamentales para el desarrollo de nuevas tecnologías que contribuyan a aumentar la eficiencia energética y reducir la emisión de ruido.
Entre las numerosas ventajas de usar la herramienta CFD, es importante enfatizar que el CFD no reemplaza las pruebas reales que validan el rendimiento del ventilador. Incluso con la ayuda de la herramienta, es necesario realizar pruebas experimentales para garantizar la fiabilidad de los resultados y la seguridad del producto.
