INTRODUCCIÓN AL CFD (COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS)

La puesta a punto de una herramienta de CFD (Computational Fluid Dynamics) es la última línea de investigación que se está desarrollando en el Departamento de I+D de Asociación Unitec. Gracias al esfuerzo de aprendizaje en el manejo de la herramienta informática Airpak v2.1 y con la ayuda del curso impartido por Fluent, el área de conocimiento referente a fluido-dinámica está experimentando un gran avance.

Podríamos decir que la Dinámica de Fluidos Computacional es el análisis a través de la simulación virtual del movimiento de los fluidos y de los fenómenos que a él se le pueden asociar: transferencia de masa, transferencia de calor, cambios de estados, mezcla, combustión, etc.

Con el simple ejercicio de observar el día a día nos damos cuenta de la cantidad de situaciones en los que podría resultar interesante conocer el comportamiento del fluido: el aire que ventila nuestra habitación, el agua con el que nos duchamos y que bebemos, la combustión que se produce en el coche que conducimos, la climatización de la oficina donde trabajamos o incluso la homogeneización de la temperatura de la piscina donde nadamos y la forma de hacerlo más rápido, etc.

Pero trasladando el ejercicio de observación al área industrial nos podríamos preguntar ¿a qué sectores y cómo podría beneficiar esta modelización?. La respuesta es prácticamente inmediata: allí donde la aerodinámica y la hidrodinámica tiene relevancia; dónde se da conducción de fluidos en procesos industriales; donde se produce combustión y transferencia de masa y energía como son los intercambiadores, bombas y turbinas, ventiladores, compresores; en la climatización de edificios y vehículos, donde el estudio de los efectos climatológicos sobre edificaciones son relevantes; en el estudio de dispersión de contaminantes, etc.

El comienzo del análisis matemático de un flujo fluido comenzó a desarrollarse a principios del siglo XVIII con la aparición en el panorama científico de Laplace, Bernouilli y Euler, que establecieron las ecuaciones de la Mecánica de fluidos. Fue durante el siglo XIX cuando Navier y Stokes desarrollaron las ecuaciones que definen el comportamiento de fluidos viscosos. Pero quien desarrolló, a comienzos del pasado siglo XX, la teoría de la capa límite fue Plandtl. Ésta fue obtenida como una simplificación de la solución de Reynolds para las ecuaciones de Navier-Stokes. Este fue un punto de inflexión en el estudio de fluidodinámica debido a que pudo aplicarse en áreas técnicas, no sólo académicas, como venía realizándose hasta entonces. El primer estudio que se presentó con aplicación industrial fue la cuantificación analítica del empuje experimentado sobre un buque por la formación de olas (Michell 1898).

Fue en los años 70 del siglo XX cuando comenzó, con la aparición de los procesadores de gran potencia, el desarrollo de algoritmos de resolución numérica de las ecuaciones de Navier-Stokes. Desde entonces, métodos de diferencias finitas, elementos finitos y volúmenes finitos se han ido aplicando obteniendo resultados muy satisfactorios.

Por lo tanto, la aparición de una nueva vía de investigación en lo que concierne a la dinámica de fluidos es un hecho patente, que va de la mano de la experimentación. En definitiva, permite el ahorro de recursos humanos y técnicos, así como la optimización de los tiempos de diseño.

Dominios web de interés:
http://www.fluent.com/
http://airpak.fluent.com/index.htm
http://www.cfd-online.com/

Artículos de interés:
http://www.fluent.com/solutions/articles/ja075.pdf
http://www.fluent.com/about/news/newsletters/02v11i1/a16.htm
http://airpak.fluent.com/solutions/a6.htm
http://airpak.fluent.com/solutions/a3.htm
http://airpak.fluent.com/solutions/a15.htm
http://canal.etsin.upm.es/publicaciones/jiber3.pdf

Alberto Linares de la Puerta
Dpto. I+D Asociación Unitec
alp@asociacionunitec.com

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