SOLIDWORKS-Flow-Simulation

SOLIDWORKS Flow Simulation + HVAC, conoce sus capacidades.

¿Podríamos usar SOLIDWORKS Flow Simulation para simular la dispersión de patógenos en un recinto ventilado con presencia humana?

La crisis sanitaria que estamos atravesando, ha desembocado en un sin fin de estudios relacionados con ella en muchos y diferentes sectores. Desde ensayos clínicos, hasta diferentes pruebas para evitar la propagación del virus que provoca la enfermedad Covid-19.

Una vez más SOLIDWORKS nos lo pone fácil y nos permite con sus herramientas y aplicaciones hacer estudios y simulaciones para diferentes proyectos y situaciones. La crisis sanitaria supone un contexto en el que podemos trabajar con esta herramienta y hacer diferentes casos de estudio.

La respuesta a la pregunta planteada al principio de este post es: ¡sí!, podemos usar SOLIDWORKS Flow Simulation para simular la dispersión de patógenos en un recinto ventilado y con presencia humana. Debes saber que esta herramienta tiene dos módulos complementarios que son el HVAC y el módulo de refrigeración de dispositivos electrónicos.

Pues bien, Con la herramienta de simulación SOLIDWORKS Flow Simulation y su complemento HVAC es posible, entre otros muchos tipos de estudios, obtener trazados de calidad de aire y dispersión de contaminantes en recintos con o sin ventilación y con ocupación humana.

Para ilustrar un poco las capacidades del software para este tipo de casos de estudio, pongo el siguiente ejemplo. Se trata de una sala de aislamiento de un hospital, estimaremos la efectividad del sistema de ventilación con respecto a la eliminación de contaminantes.

SOLIDWORKS Flow Simulation

Los parámetros que reporta el módulo HVAC para estimar la efectividad del sistema de ventilación con respecto a la eliminación de contaminantes son:

  • Efectividad de eliminación de contaminantes (CRE).
  • Índice de calidad del aire local (LAQI).

Para poder realizar la simulación, es preciso definir correctamente las condiciones de contorno con sus parámetros:

  • Caudal de entrada ventilación forzada = 4,8 m3/min
SOLIDWORKS Flow Simulation
  • Caudal de salida ventilación forzada = 2,6 m3/min
SOLIDWORKS Flow Simulation
  • Presión atmosférica rejilla a baño = 101,325 Pa y 19,5 ºC
SOLIDWORKS
  • Caudal de aire exhalado contaminado de paciente = 12 l/min
SOLIDWORKS Flow

Para ver cómo cambia la calidad del aire con respecto al contaminante contenido a través de la habitación, creamos un trazado de corte con el parámetro LAQI del aire exhalado del paciente a una distancia de 1 m del piso, es decir, ligeramente por encima del nivel de la cabeza del paciente. Cuanto mayor sea el valor, menor será la concentración del contaminante y mejor se eliminará. Un valor igual o mayor que 1 indica aire limpio.

SOLIDWORKS Flow Simulation

Puedes echar un vistazo al siguiente video, para ver una animación de este trazado a lo largo de toda la altura de la habitación.

También es posible trazar las trayectorias del flujo exhalado contaminado, podemos representarlo de múltiples formas:

Observa en el siguiente video una animación de este trazado a lo largo de toda la altura de la habitación.

A modo de ejemplo, esto sería un planteamiento sencillo del problema, si quisiéramos ser más finos en la simulación podríamos incluir un caudal de inhalación en la boca de personas sanas, incluso la definición de las propias partículas del virus. HVAC también tiene la capacidad de simular la dispersión de partículas en suspensión, (en ese caso habría que dar datos físicos de dichas partículas).

Por otro lado, hemos simplificado el caso como un estudio Estacionario, esto es, el aire exhalado del paciente es continuo en el tiempo, si quisiéramos considerar un caudal variable en función del tiempo podríamos hacerlo sin problema, en ese caso tendríamos que hacer un estudio Transitorio.

Espero que este artículo os haya resultado interesante, si todavía quieres saber más sobre esta herramienta, puedes echar un vistazo a este otro post donde hablo sobre otras aplicaciones de flow simulation. Si quieres aprender a usar o mejorar tus habilidades con SOLIDWORKS, no dejes de visitar nuestra plataforma de formación online, donde yo mismo soy profesor. Ahí encontrarás cursos de diferentes niveles y duración que te pueden resultar muy interesantes.

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¡Nos vemos en próximos post!

Simulación multifísica secuencial

En la vida real muchos fenómenos físicos no suceden de manera independiente, a menudo se presentan de forma simultánea, mezclando problemas mecánicos, térmicos, de dinámica de fluidos y cinemáticos…

SOLIDWORKS Simulation resuelve este problema desacoplando dichos fenómenos y simulándolos de forma secuencial y dependiente en un proceso muy sencillo.

Gracias a este enfoque podemos secuenciar de múltiples formas estudios provenientes de los tres complementos de simulación: SOLIDWORKS Simulation; SOLIDWORKS Flow Simulation; SOLIDWORKS Motion.

simulación de viento

En el presente post, demostraremos cómo calcular la distribución de presiones debidas a la acción del viento sobre una estructura compleja de grandes dimensiones. A continuación, vamos a transferir esas cargas a SOLIDWORKS Simulation con la finalidad de realizar un análisis estático y así poder determinar su resistencia y estabilidad frente al vuelco.

Para este ejemplo vamos a suponer un viento huracanado de 40 m/s = 144 km/h impactando lateralmente contra un letrero lastrado cuya altura es de 7 metros.

Se trata de averiguar cuál será el lastre mínimo necesario para evitar el vuelco de la estructura.

El análisis conjunto de SOLIDWORKS Flow Simulation y SOLIDWORKS Simulation nos permitirá determinar cuál ha de ser la carga mínima necesaria en las áreas de lastre para mantener estable la torre cuando el viento actúa en una determinada dirección.

NOTA: Tendríamos que realizar este estudio para distintas direcciones de viento, sin embargo, para ilustrar el procedimiento tan sólo desarrollaremos el ejemplo para una sola dirección.

Estos serían los pasos a seguir:

1.- Crear proyecto

Creamos un nuevo estudio utilizando el asistente:

a) Se trata de un Análisis de tipo Externo, se excluyen todas las cavidades internas del modelo y se establece la acción de la gravedad en la dirección correcta.

b) Se toma como fluido el Aire

c) En Condiciones de Contorno dejamos los valores por defecto:

d) Es en el apartado de Condiciones ambientales Iniciales donde especificamos la velocidad de 40 m/s en la dirección correspondiente:

2.- Ajustar Dominio Computacional

Ajustamos las dimensiones del Dominio Computacional para capturar bien todo el fenómeno, recordad que haremos este estudio para el viento actuando en el sentido opuesto al eje global X, por esta razón hemos dado más dimensión al dominio a barlovento:

3.- Establecer los parámetros de la malla global

Ajustamos los parámetros de malla global con valores apropiados:

Simulación multifísica secuencial

4.- Ejecutar estudio

5.- Crear trazados

Creamos trazados de corte para las velocidades y trazados de superficie para las presiones relativas sobre los paramentos del letrero.

calcular distribución de presiones

6.- Exportar resultados a Simulation

En el menú Herramientas, Simulación de flujo, seleccione Herramientas, Exportar resultados a simulación.

7.- Definir un estudio de simulación de SOLIDWORKS

En la pestaña Simulation, seleccionamos Nuevo Estudio.
Nombramos el estudio como Efectos del viento.
En la lista Tipo, seleccionamos el icono Estático.
Hacemos clic en Aceptar.
El árbol de estudio de simulación aparecerá en la parte inferior del FeatureManager.

estudio de simulación

8.- Aplicar las propiedades del material

Hacemos clic con el botón derecho en la carpeta Piezasen el gestor de simulación y seleccionamos Aplicar el material a todos los sólidos…

Debajo de la carpeta DIN Acero (estructural), seleccionamos 1.0044 (S275JR). Hacemos clic en Aplicar y Cerrar.

9.- Importar cargas desde SOLIDWORKS Flow Simulation.

Hacemos clic en el botón derecho en el estudio Efectos del viento en el gestor de simulación y seleccionamos Propiedades…

Hacemos clic en la pestaña Incluir efectos térmicos/de fluidos.

En el apartado Presiones desde un análisis de fluidos, hacemos clic en la casilla de verificación junto a Incluir los efectos de la presión de fluidos desde SOLIDWORKS Flow Simulation.
Hacemos clic en el botón situado a la derecha del campo en blanco, elegimos el archivo de resultados de SOLIDWORKS Flow Simulation y hacemos clic en Abrir.

Hacemos clic en Aceptar.

10.- Crear restricción fija.

Hacemos clic en el botón derecho en Sujeciones en el gestor de simulación y seleccionamos Geometría fija.
Seleccionamos la cara inferior de la placa de anclaje.
Hacemos clic en Aceptar.

geometría fija simulation

11.- Crear malla.

Hacemos clic con el botón derecho en Malla en el gestor de diseño y seleccionamos Crear malla.
Adoptamos la configuración que figura en la captura de pantalla.
Además, aplicamos controles de malla para el fuste del letrero.

mallas simulación

12.- Ejecutar el análisis.

Hacemos clic con el botón derecho en Efectos del viento en el gestor de simulación y seleccionamos Ejecutar.

13.- Ver el trazado de tensiones y desplazamientos.

Para ver los resultados, expandimos la carpeta Resultados y hacemos doble clic en Tensiones1 y en Desplazamietos1.

14.- Momento volcador

Ahora consultamos las fuerzas de reacción en la cara que hemos fijado de la placa de anclaje. Para ello, en el menú contextual de la carpeta Resultados, seleccionamos Enumerar fuerza resultante…

En el PropertyManager elegimos Fuerza de cuerpo libre, para así poder seleccionar un punto de referencia que nosotros hemos creado y nombrado como O, luego seleccionamos la cara fija de la placa.

Al pulsar el botón Actualizar obtenemos el momento de reacción Mz respecto al punto O, si ahora dividimos este valor por la distancia entre centros de gravedad de los pesos de lastre, obtendremos el par de vectores F equivalente.

15.- Conclusión.

Por tanto, para mantener el letrero en equilibrio para esta hipótesis de viento (40 m/s en dirección -X), el peso del lastre P tendrá que ser mayor o igual que F para evitar la componente ascendente.

«P ≥ F = Mz / d = 1,33 x 105 / 3,36 = 39.583 N» 

Luego, la masa en kilogramos del lastre para el extremo desfavorable tendrá que ser no menor de:

«P / g = M ≥ 3.958 kg»

¿Qué es y cómo funciona SOLIDWORKS Flow Simulation?

flow simulation

Seguidores de Juego de tronos: Prepárense, se acercan los dragones. Ahora, la única persona que puede salvar el reino o ver arder sus ciudades es el ingeniero-guerrero John Snow. Aunque los incrédulos piensan que no sabe nada, Johnn conoce a la perfección un arma especial: SOLIDWORKS Flow Simulation. Con esta potente herramienta de CFD, John ha trabajado duro para crear un escudo preparado para resistir el imponente fuego de un dragón. Al enfrentarse al fuego de un dragón, o se gana o… se arde. 😉

¿Qué es SOLIDWORKS Flow Simulation?

Esta herramienta puede simular con eficacia el flujo de fluidos, así como la transferencia de calor y las fuerzas de esos fluidos fundamentales para el éxito del diseño.

Fue impulsado por fines de ingeniería con el objetivo de eliminar la complejidad de la dinámica de fluidos computacional (CFD). Así, los ingenieros pueden aprovechar los datos de la CFD y tomar unas decisiones técnicas más enfocado a la ingeniería concurrente.

Como siempre, SOLIDWORKS escucha a los usuarios y en las últimas versiones ha ofrecido nuevas mejoras que los propios usuarios han solicitado para agilizar aún más la determinación del impacto de un flujo de líquido o gas durante la fase de diseño.

Funcionalidades

A continuación os contamos algunas de sus funcionalidades más destacables:

Condiciones para el componente de nivel bajo: Importar condición en el modelo

Flow Simulation tiene la capacidad de importar desde las condiciones del modelo definidas para otros proyectos (como propiedades de material, potencia térmica, etc.), lo que ayudará a simplificar de manera drástica lo que es la definición del proyecto. Básicamente lo que hace es crear una biblioteca de modelos con condiciones predefinidas.

Cambio instantáneo entre momentos transitorios

Si lo que deseas es explorar los resultados transitorios sin esperar los tiempos de carga, FLOW Simulation contiene un modo de posprocesamiento transitorio. Lo único que debes hacer es mover un control deslizante y los resultados se actualizarán inmediatamente.

Optimización de múltiples parámetros

Al estudio paramétrico se ha añadido la optimización de múltiples parámetros. Ahora podemos realizar un estudio de optimización para más de una variable de entrada. Por ejemplo, puede seleccionar como variables parámetros de simulación o geometría.  Y además, para cada una de esas variables, puede definir el rango de variación y el objetivo de optimización de destino, como maximizar, minimizar o hacer coincidir un valor.

Otros módulos complementarios para Flow Simulation:

Módulo de HVAC: este módulo ofrece funciones de simulación adicionales que permiten llevar a cabo análisis avanzados de comodidad térmica y de radiación térmica.
Módulo de refrigeración electrónica: Proporciona una amplia biblioteca de materiales y modelos virtuales electrónicos para llevar a cabo simulaciones de refrigeración.

A modo de resumen, te nombramos las soluciones que incluye SOLIDWORKS Flow Simulation:

  • Dinámica de fluidos computacional (CFD)
  • Análisis de flujo de fluidos
  • Factores de comodidad térmica
  • Gestión térmica de dispositivos electrónicos
  • Visualización de simulación
  • Análisis térmico de fluidos
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