Consultoría fluidodinámica
Mecánica de fluidos computacional (CFD)
La simulación numérica de flujo mediante la tecnología de la mecánica de fluidos por ordenador (o CFD en inglés) juega un papel dada día más activo en muchas aplicaciones técnicas. Durante los últimos 15 años la simulación numérica ha ido remplazando paulatinamente los métodos experimentales usados durante mucho tiempo en áreas bien probadas como en la ingeniería aeroespacial. Actualmente el CFD se aplica a prácticamente cualquier área de la ingeniería como la mecánica, química, de procesos o en tecnología médica.
La Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) permite la realización de cálculos detallados de cualquier sistema en el cual intervengan fluidos, mediante la resolución de las ecuaciones fundamentales de conservación de materia, energía y cantidad de movimiento para la geometría particular de cada sistema considerado. Los resultados obtenidos consisten en los valores de todas las variables que caracterizan el sistema (velocidad, presión, temperatura, composición, etc.) en cada uno de los puntos del mismo.
En muchos problemas la dinámica del flujo involucrado es decisiva en la optimización de una tecnología (por ejemplo la reducción de la resistencia aerodinámica de un coche, la mejora de eficiencia en un compresor o las actuaciones de un reactor químico). A partir de estas simulaciones es posible estudiar aspectos relacionados con el flujo tridimensional como la transferencia de calor y mezcla junto a radiación, combustión o dispersión de emisiones. Las simulaciones permiten una nueva perspectiva del problema que no es posible mediante los métodos tradicionales.
Una simulación de CFD consta de 4 etapas: generación del modelo 3D, mallado del dominio, resolución de las ecuaciones y análisis de los resultados. Para ampliar información ver Etapas de una simulación de CFD
Algunos ejemplos de proyectos:
- Medio Ambiente:
- Dispersión de olores de una chimenea en un día típico de verano, en una ciudad española.
- Arquitectura:
- Simulación de la renovación del aire en un edificio de oficinas con inclusión de cargas térmicas como personas, ordenadores, etc. Estudio de la influencia estacional
- Cálculo del campo de temperatura y ventilación en un cine. Análisis de la influencia del público
- Químico y de procesos:
- Estudios fundamentales sobre rotura e interacción entre burbujas. La importancia de estos fenómenos interfaciales es esencial en una gran parte de los reactores químicos
- Optimización y modelado de la aspiración, formado y deposición de planchas de fibra de vidrio para aislamiento
- Optimización de la configuración en un reactor agitado con un distribuidor gaseoso inferior
- Defensa:
- Diseño de elementos que involucran plasma o iones. La simulación de la interacción de campo eléctrico y fluidodinámico sobre los iones es esencial
Técnicas experimentales en mecánica de fluidos
La simulación numérica de un determinado sistema puede no ser la mejor opción en algunos casos. A pesar del crecimiento exponencial tanto del hardware como del software en los últimos años, no es posible aún abordar muchos problemas comunes mediante CFD con pleno éxito. Las razones pueden ser diversas y hay que ser conscientes de las limitaciones del CFD. La experimentación suele ser un complemento ideal a la hora de ajustar modelos o dar una información que las simulaciones no incluyen.
En estos casos debe recurrirse a técnicas experimentales para obtener medidas cuantitativas o cualitativas del campo de velocidad, presión, temperatura, concentración, fases, etc... Lo normal es que las condiciones de operación, tamaño de las instalaciones o practicabilidad hagan imposible o muy difícil una medida directa de las variables de interés y debemos recurrir a instalaciones en laboratorio que reproduzcan los fenómenos a estudiar. El cambio de escala o de condiciones de operación por ejemplo introduce distorsiones de forma que las ecuaciones que gobiernan uno y otro proceso no son exactamente iguales.
Las técnicas de medida son muy diversas y la tecnología actual ha disparado el número de equipos e instrumentación. En mecánica de fluidos la medida puntual y descorrelada de su entorno sólo es útil en medidas promediadas pero es lo normal que los flujos sean turbulentos y haya fenómenos asociados a la turbulencia que tengan algo que decir. Por ello, se buscan técnicas que podríamos llamar globales y que dan información de toda una región fluida. Pueden ser medidas puntuales (hilo caliente o LDV, Laser Doppler Velocimetry) apoyadas en un promediado de fase o medidas zonales tipo PIV (Particle Image Velocimetry). La visualización directa o mediante PLIF (Planar Laser Induced Fluorescence), Schlieren, por humo o tinta o tipo película de aceite también suele ser una técnica excelente cuando se puede utilizar.
Hemos concretado alianzas estratégicas con diferentes instituciones para colaborar y tener a nuestra disposición instalaciones muy especificas (p.e. Túnel de viento) o de gran parte de la instrumentación (láseres, cámaras especiales, etc..). Por ejemplo tenemos acceso a un túnel aerodinámico de capa límite atmosférica (EESCLAT), a otro aerodinámico y a uno de agua, localizados los tres en el DEQ de la URV y a un laboratorio equipado en el CTQ (Centro de Innovación en Tecnología Química), entre otros.
