CFD: qué es y por qué es esencial para el diseño de vehículos modernos

El flujo de aire presente alrededor de un vehículo puede afectar su comportamiento en la carretera, incluyendo la resistencia al avance, la estabilidad y el ruido producido por el viento.

Para optimizar el diseño aerodinámico de los vehículos, los ingenieros utilizan el CFD, una herramienta de simulación por ordenador que permite analizar el flujo de aire alrededor del vehículo y mejorar su comportamiento en la carretera.

Los ingenieros utilizan el CFD para diseñar y optimizar vehículos, aeronaves, barcos y otros objetos que necesiten moverse por el aire o por líquidos. En el caso de los vehículos, el CFD permite simular el flujo de aire alrededor del vehículo y mejorar su diseño aerodinámico, pero también es esencial para el diseño de componentes específicos. Te contamos más.

Qué es el CFD o Computational Fluid Dynamics

El CFD o Dinámica de Fluidos Computacional es una técnica de simulación numérica utilizada para analizar el comportamiento de fluidos y gases en distintos escenarios, como en la industria aeroespacial, automotriz, naval y energética, entre otras.

En esencia, el CFD utiliza algoritmos y modelos matemáticos para resolver las ecuaciones de movimiento y transporte de fluidos en entorno de interés, como un túnel de viento o un motor de combustión interna.

Esto permite simular el comportamiento de los fluidos en diferentes condiciones de operación y analizar su desempeño sin tener que realizar pruebas costosas en la vida real. El CFD es, por tanto, una herramienta muy útil en la ingeniería moderna y se utiliza ampliamente en el diseño y la optimización de sistemas y componentes que involucran el movimiento de fluidos.

Cómo funciona un programa de CFD

Un programa de CFD funciona mediante la resolución de las ecuaciones de conservación de masa, momento y energía en un dominio tridimensional o bidimensional. Estas ecuaciones son expresiones matemáticas que describen la relación entre la velocidad, la presión, la temperatura y otras variables termodinámicas que caracterizan el comportamiento de los fluidos.

Simplificando mucho, el CFD es un programa que ayuda a los ingenieros a diseñar elementos que necesitan moverse por el aire o por líquidos, como aviones, coches, barcos y tuberías.

El programa usa las matemáticas para entender cómo se mueve el aire o el líquido alrededor de estos objetos, y cómo afecta su movimiento a la eficiencia y seguridad del diseño.

Para hacer esto, el programa divide el aire o el líquido en pequeñas partes y calcula cómo se mueve en cada una de ellas. Luego, el programa utiliza información del diseño para determinar cómo se comportan estas partes en los bordes del objeto.

Finalmente, el programa da a los ingenieros una imagen visual de cómo se mueve el aire o el líquido alrededor del objeto y cómo afecta esto a su rendimiento y comportamiento. Los resultados pueden visualizarse de diferentes formas: mapas de flujo, distribuciones de presión o temperatura y animaciones de la evolución del flujo en el tiempo.

Esta información ayuda a los ingenieros a mejorar el diseño, hacerlo más seguro y más eficiente en el uso del aire o el líquido.

Qué aplicaciones tiene el CFD en la industria automotriz

El CFD es utilizado para numerosas aplicaciones en la industria automotriz. Algunas de ellas son:

• Diseño aerodinámico: el CFD se utiliza para analizar el flujo de aire alrededor del vehículo y mejorar su aerodinámica, reduciendo gracias a ello la resistencia al avance y mejorando la eficiencia del combustible.
• Diseño de motores: para simular la combustión dentro del motor y optimizar su diseño para mejorar el rendimiento y reducir las emisiones contaminantes.
• Diseño de sistemas de refrigeración: también es útil para simular el flujo de líquido refrigerante y aire a través del radiador y los conductos de refrigeración, optimizando el diseño para mejorar la eficiencia y reducir la temperatura del motor.
• Diseño de sistemas de ventilación: otra aplicación relacionada con la automoción es la simulación del flujo de aire dentro del habitáculo del vehículo para optimizar el diseño de los sistemas de ventilación y climatización, mejorando la comodidad y la seguridad de los pasajeros.
• Diseño de sistemas de frenos: simular el flujo de aire a través de los sistemas de frenos permite optimizar su diseño para mejorar la disipación del calor y reducir el desgaste de las pastillas de freno.

Qué importancia tiene el CFD en la aerodinámica de un vehículo

El CFD es fundamental en el estudio aerodinámico de los vehículos, porque permite mejorar la eficiencia, seguridad y rendimiento de los mismos. No en vano, el flujo de aire alrededor del vehículo puede tener un impacto significativo en su comportamiento en la carretera, afectando la estabilidad, la resistencia al avance y el consumo de combustible.

El CFD permite a los ingenieros simular el flujo de aire alrededor del vehículo, proporcionando información valiosa sobre los puntos de alta y baja presión, la distribución de la carga aerodinámica y la formación de vórtices y turbulencias.

Esto ayuda a los ingenieros a optimizar el diseño aerodinámico del vehículo, reduciendo la resistencia al avance y mejorando su eficiencia energética. Además, un diseño aerodinámico optimizado también puede mejorar la estabilidad del vehículo a altas velocidades y reducir el ruido producido por el viento al conducir.

El CFD también es importante para el diseño de componentes específicos del vehículo, como alerones, deflectores y spoilers. Estos componentes se utilizan para manipular el flujo de aire alrededor del vehículo y mejorar la carga aerodinámica, la estabilidad y el rendimiento.

En el pasado, el diseño aerodinámico se basaba principalmente en la experiencia y las pruebas empíricas. Sin embargo, con el avance de la tecnología y el desarrollo de programas de simulación por ordenador, el CFD se ha convertido en una herramienta esencial para el diseño de vehículos modernos.