La dinámica de fluidos computacional está posibilitando simulaciones y cálculos que llevan un paso más allá las posibilidades de diferentes industrias.
A través de la simulación CFD, los ingenieros están pudiendo realizar mejores y más eficientes cálculos que resultan en proyectos con mejores posibilidades de optimización y que prevén potenciales problemas relacionados con la dinámica de fluidos.
Las computational fluid dynamics (CFD por sus siglas en inglés) se convierten así en una herramienta crucial para el análisis y diseño de muy diversas estructuras, que ha traspasado los muros de las universidades y centros de investigación y ya se emplea con fines prácticos.
Desde nuestra experiencia en el desarrollo de tuberías criogénicas, en Cryospain queremos hacer un repaso a las formas en que la dinámica de fluidos computacional está revolucionando los proyectos de ingeniería.
¿Qué es la dinámica de fluidos computacional y cómo funciona?
La dinámica de fluidos computacional o CFD consiste en emplear la simulación numérica y algorítmica para el análisis de fenómenos relacionados con el comportamiento de fluidos en diferentes situaciones, incluyendo transferencias de calor, reacciones químicas, turbulencia, aeroacústica y combustiones, entre otros.
Si bien las ecuaciones que describen la dinámica de fluidos han presentado alta complejidad hasta ahora, la aplicación de dinámica computacional ha permitido resolver este obstáculo, dando paso a las importantes aplicaciones de la simulación CFD hoy.
Respecto al funcionamiento de la dinámica de fluidos computacional, las ecuaciones se basan en una forma con cuatro términos: de tiempo, advectivo, difusivo y fuente. Por otro lado, el método de discretización más difundido es el de los volúmenes finitos, aunque también se aplican los métodos de los elementos finitos y de las diferencias finitas.
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Aplicaciones de la dinámica de fluidos computacional en la ingeniería
La dinámica de fluidos computacional se ha convertido en un importante apoyo a día de hoy para proyectos de ingeniería en las áreas de diseño, producción y mantenimiento.
Así, mediante la simulación CFD es empleada para evaluar problemas o cambios en equipos existentes, además de optimizar el diseño de equipos a través del análisis de una amplia variedad de escenarios e interacciones en la fase conceptual.
Algunas de las industrias que están haciendo uso de las posibilidades de la dinámica de fluidos computacional incluyen:
- Ventilación industrial: la CDF se emplea para definir el movimiento de aire y su calidad en el interior de edificios y diseñar sistemas de ventilación adecuados. Es también aplicable a estudios de movimiento del humo en caso de incendios y evaluación de los sistemas de evacuación.
- Ingeniería medioambiental: permite el análisis de fenómenos termo-fluídicos en la dispersión de contaminantes o vertidos en ríos.
- Equipos termodinámicos: facilita el examen y diagnóstico de transferencias de calor en equipos como cámaras de combustión, calderas, hornos o separadores, entre otros.
- Industria química
- Instalaciones eléctricas: proporciona ayuda en la optimización de procesos de evacuación de calor en tendidos, cuadros, motores, alternadores, y redes.
- Equipos electrónicos: determina temperatura y flujos de calor para optimizar la evacuación de calor, pudiendo analizar materiales, ruidos, vibraciones, ventilaciones y sistemas de enfriamiento.
- Sector metalúrgico
- Turbomaquinarias: el diseño y manufactura de bombas y turbinas es facilitado por la dinámica de fluidos computacional, analizando cómo fluirán las sustancias por los componentes del equipo.
- Industria aeroespacial y automotiva: mediante la simulación CFD es posible visualizar procesos de aerodinámica externa, ventilación o refrigeración, entre otros, abriendo la puerta a diseños más eficientes y seguros.
- Sector hidráulico: se aplica en el diseño y manufactura de tuberías, depósitos, canales o presas, entre otros.
- Ingeniería biomédica: emplea la CFD fluidos para observar el flujo de la sangre.
- Las diferentes industrias también se benefician de la capacidad de la dinámica de fluidos computacional de analizar los efectos de fenómenos atmosféricos como cargas de viento, fuego, explosiones, corrientes oceánicas y meteorología en general.
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Cryospain y la CFD aplicada en la criogenia
El desarrollo de equipos criogénicos también ha experimentado importantes avances gracias a la aplicación de dinámica de fluidos computacional.
Así desde Cryospain hemos utilizado el avanzado software de Ansys para obtener resultados certeros sobre la idoneidad de nuestros diseños de tuberías criogénicas de alto vacío, conexiones y tanques criogénicos.
Esta herramienta nos ha permitido acceder a cálculos como la pérdida de temperatura en estos elementos, además de comprobaciones sobre el diseño del enrutado en la línea criogénica.
De este modo, nos aseguramos de que nuestros equipos estén altamente optimizados para el uso previsto por nuestros clientes: comprobamos que no van a sufrir un deterioro prematuro y trabajamos para evitar roturas y otros problemas causados por un diseño incorrecto.
El empleo de la CFD en Cryospain se une así al resto de nuestros esfuerzos por acceder a las últimas tecnologías y posibilidades en ingeniería criogénica.
El resultado es un trabajo a medida de cada proyecto, en el que nuestros equipos técnicos y de ingeniería se sitúan en la vanguardia del sector.
Adaptamos así nuestros desarrollos y proyectos de consultoría a las condiciones reales a las que se verá expuesto nuestro equipo, generando equipos ajustados a las necesidades de cada cliente.
