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La mecánica de fluidos computacional, muchas veces denominada CFD por sus siglas en inglés (Computational Fluid Dynamics), es un conjunto de técnicas usadas para resolver numéricamente las ecuaciones que gobiernan el comportamiento de los fluidos.
Esto nos permite estudiar, comprender y visualizar múltiples fenómenos relacionados con el flujo de líquidos y gases con los que obtener datos que permiten tomar mejores decisiones en ingeniería.
Las ecuaciones que rigen el comportamiento de los fluidos presentan gran complejidad matemática. Sin embargo, gracias al aumento de la capacidad de cálculo de los ordenadores en las últimas décadas, su resolución mediante técnicas de cálculo numérico es cada vez más precisa y eficiente. Esto ha permitido su generalización a muchas industrias que pueden beneficiarse de la simulación CFD como una herramienta para el diseño, cálculo y optimización de sus instalaciones, productos y procesos.
Las ecuaciones fundamentales de la mecánica de fluidos se conocen como ecuaciones de Navier-Stokes. Estas expresan matemáticamente la conservación del momento y la masa de los fluidos newtonianos. Son un conjunto de ecuaciones en derivadas parciales no lineales, cuya solución analítica sólo puede obtenerse para geometrías y casos muy sencillos.
Sin embargo, para estudiar el comportamiento de los fluidos en problemas complejos como los que suelen encontrarse en ingeniería, es posible recurrir a técnicas de cálculo numérico para resolver de forma aproximada pero precisa este conjunto de ecuaciones.
Así surgen numerosas técnicas numéricas entre las que destacan el método de elementos finitos (FEM) y los métodos de volúmenes finitos (FVM). La formulación matemática de estos dos métodos es muy diferente, pero en ambos un punto clave es que las ecuaciones no se resuelven en toda la región de estudio, sino únicamente en un conjunto de puntos con los cuales se define un mallado, conformado por pequeñas regiones que denominamos celdas o elementos. Por sus propiedades de conservación entre otras características, hoy en día son más habituales los códigos basados en volúmenes finitos.
El desarrollo de estas técnicas matemáticas junto con otros métodos numéricos permite actualmente resolver las ecuaciones del movimiento del fluido con muy buena precisión, representando fenómenos complejos como la presencia de lámina libre, la transferencia de calor o la turbulencia. También se pueden combinar los modelos CFD con otros fenómenos físicos como en las simulaciones de interacción fluido-estructura, los estudios de arrastre de partículas mediante DEM (Discrete Element Method) o estudios donde se tienen reacciones químicas complejas.
Hay que hacer también mención de los nuevos métodos de simulación CFD basados en “Lattice-Boltzmann”, los cuales permiten mejoras importantes en la fase de modelización del problema y de la representación física de la turbulencia. Cómo contrapartida, tenemos un mayor coste computacional y un nivel de validación menor que el de los métodos basados en Navier-Stokes.
La simulación CFD puede proporcionar respuestas y datos de interés en multitud de sectores industriales. Los resultados que se obtienen de una simulación CFD van mucho más allá de los habituales mapas de colores que suelen mostrarse. Los modelos son capaces de evaluar las temperaturas y presiones en zonas críticas, obtener la pérdida de carga por tramos en sistemas de flujo, calcular parámetros de arrastre y sustentación, etc.
Por ello existen muchos problemas de ingeniería donde es útil emplear la simulación CFD como parte del proceso de trabajo. Algunos ejemplos son:
En ICEMM llevamos ya 20 años realizando trabajos de simulación y cálculo en distintos sectores industriales donde las técnicas de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) son de aplicación. Entre otros proyectos realizados, tenemos experiencia en:
Para ello contamos con múltiples softwares de simulación que nos permiten utilizar las tecnologías más avanzadas de cálculo y proporcionar un servicio eficiente y de calidad.
También contamos con amplia experiencia en estudios estructurales mediante el método de elementos finitos (FEM) que nos permiten dar un servicio completo a aquellos clientes que requieren estudios u optimizaciones de sus productos en este ámbito.
Nuestro enfoque está centrado en el cliente y en las necesidades específicas del proyecto o desarrollo, donde aplicamos nuestra experiencia y capacidades técnicas para ayudar a obtener un producto más seguro y de máxima calidad con ayuda de la simulación.
