¿Qué es el Software de Análisis de Termofluidos?
El software de análisis de termofluidos es una herramienta informática utilizada para simular y analizar el flujo de fluidos y la transferencia de calor. Estos programas resuelven ecuaciones modelizadas en un ordenador, permitiendo estudiar fenómenos complejos relacionados con líquidos y gases.
A diferencia de los experimentos reales, la simulación proporciona una representación visual clara y permite el análisis cuantitativo de variables como la velocidad del fluido, la presión, la temperatura y los cambios de estado. Esto resulta útil para seleccionar la trayectoria óptima del flujo, determinar la forma de un objeto y estimar la temperatura máxima durante la configuración de la simulación.
El software de análisis de termofluidos es una herramienta valiosa para evaluar diseños y condiciones de funcionamiento. Permite una evaluación precisa y eficiente de la eficacia de diferentes configuraciones, lo que ayuda a optimizar el rendimiento y la seguridad en sistemas que involucran fluidos y transferencia de calor.
En resumen, el software de análisis de termofluidos es una herramienta computacional que permite representar, analizar y comprender el flujo de fluidos y la transferencia de calor mediante simulación. Proporciona información valiosa para la toma de decisiones y la mejora de diseños en diversos campos de aplicación.
Usos del Software de Análisis de Termofluidos
El software de análisis de termofluidos se utiliza en diversos campos de la ingeniería y la industria, así como en las industrias espacial y aeroespacial. La simulación es eficaz porque el calor y los fluidos son difíciles de visualizar realmente.
Además, en las industrias espacial y aeronáutica, no es posible realizar muchos experimentos reales debido al costo y a consideraciones físicas. Por eso es muy importante analizar mediante simulación y verificar las posibilidades en distintos entornos.
Por ejemplo, en los equipos aeronáuticos se realizan simulaciones con programas de análisis de termofluidos cuando se diseña la forma de la aleta de cola. Esto es útil para seleccionar la forma óptima de la cola. El software de análisis de termofluidos también se utiliza para una amplia gama de otras aplicaciones, como el movimiento de fluidos a través de tuberías, los cambios de presión y la rotación de palas de tornillos, etc.
Principios del Software de Análisis de Termofluidos
Las tres ecuaciones básicas de los termofluidos son la ecuación de continuidad (conservación de la masa), la ecuación de conservación del momento (ecuación de Navier-Stokes) y la ley de conservación de la energía (conservación de la energía). El software de análisis de termofluidos obtiene diversas magnitudes físicas resolviendo por ordenador las ecuaciones basadas en estas leyes físicas.
1. Ecuación de Continuidad (Conservación de la Masa)
Se trata de la regla según la cual un fluido no surge de la nada, es decir, no brota del espacio vacío ni desaparece repentinamente en él.
2. Ley de Conservación del Momento (Ecuaciones de Navier-Stokes)
Se trata de una ley que establece que la intensidad del movimiento de un objeto no cambia a menos que se le aplique alguna fuerza externa. En la práctica, se deriva de las ecuaciones de movimiento de Newton.
3. Ley de Conservación de la Energía
Es la ley según la cual la energía tampoco aumenta ni disminuye por sí misma a menos que se le aplique una fuerza externa. La energía incluye la energía interna, como la temperatura, y la energía cinética, como la velocidad, pero la suma de ambas es la misma.
Configuración del Software de Análisis de Termofluidos
Los programas comerciales de análisis de termofluidos suelen constar de una parte de creación del modelo, una parte de ejecución de la simulación y una parte de postprocesamiento. Sin embargo, algunos programas sólo incluyen la parte de ejecución de la simulación (solver) o se dedican a la parte de creación del modelo.
1. Parte de Preprocesamiento
El preprocesamiento es la creación de la geometría para un análisis de termofluidos. En muchos casos, se pueden utilizar formatos de archivo como STEP, IGES y Parasolid creados en CAD 3D.
El software de análisis de termofluidos también ofrece la posibilidad de establecer condiciones de contorno, como qué partes de la estructura creada son zonas de entrada de fluidos y cuáles son zonas de temperatura constante. Para realizar los cálculos, la geometría del modelo se representa mediante una malla.
Crear una malla limpia es un factor importante para aumentar la velocidad y la precisión del análisis. El software de creación de modelos ofrece una función para seleccionar fácilmente el tamaño, etc. y generar automáticamente una malla de alta calidad.
2. Parte de Análisis
Es la parte comúnmente conocida como solver. El software de análisis de termofluidos en sentido estricto se refiere a esta parte.
El solver está equipado con funciones para resolver ecuaciones de continuidad, ecuaciones de conservación del momento, ecuaciones de conservación de la energía, etc.
Hoy en día, los solvers están equipados con la capacidad de resolver modelos más complejos y realizar cálculos a mayor velocidad en respuesta a las mejoras en el rendimiento de los ordenadores.
3. Parte de Postprocesado
Los resultados de los análisis pueden visualizarse mediante modelos 3D, lo que permite una comprensión más intuitiva de los mismos. La función de análisis tiene diferentes características según el producto.
A partir de los resultados del cálculo, pueden crearse diagramas de contorno que muestran la distribución de la presión y la temperatura en diferentes colores, diagramas vectoriales que muestran el flujo con flechas y diagramas de flujo con líneas.
Tipos de Software de Análisis de Termofluidos
En primer lugar, existen dos métodos principales para representar fluidos: la discretización de un espacio. El método de los elementos finitos y el método de los volúmenes finitos son métodos muy conocidos.
Por otro lado, también existe el método de partículas, que representa el fluido como un conjunto de partículas. Dado que existen diversos métodos, técnicas y funciones específicos de CAE, es necesario establecer el método y las condiciones más adecuados para cada simulación, en función del fenómeno que se desee simular, y es importante seleccionar un software que disponga de estas funciones.
Los programas informáticos de análisis de fluidos térmicos pueden ser sencillos y estar diseñados para un fácil manejo, o pueden ser multifuncionales, como los que utilizan los profesionales del análisis de fluidos térmicos. Aunque varían de una empresa a otra, se muestra una lista aproximada de funciones. Es importante tener en cuenta qué fenómenos se quieren analizar y qué se necesita. Además, existen diferencias en las estructuras de los precios de las licencias. Seleccione el software más adecuado tras aclarar la finalidad de uso y las funciones necesarias.