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Simulación dinámica de fluidos

Y abiertamente, se debe decir que esta no es una pregunta trivial. En los años 70, las compañías Boing y AirBus se encontraban en la disputa por conquistarlos vuelos transatlánticos; el núcleo del problema de ingeniería yacía en el aumento súbito del arrastre que experimentaban los aviones. Si el diseño lograba un arrastre bajo a velocidades cercanas al sonido, existiría una ventaja competitiva debido a la rapidez del vuelo y la reducción en el consumo de combustible. El fenómeno, al igual que cualquier problema de flujo transsónico, no era posible de resolver analíticamente y la alternativa usual era la experimentación. No obstante, los túneles de viento no eran capaces de replicar las condiciones reales de vuelos a las cuales se sometía el ala de los aviones. Fue así como el CFD sirvió para brindar una solución una vez los recursos tradicionales habían quedado cortos. Con esta herramienta se logro reducir el tiempo de diseño de 3 años a 1 año, aunque los resultados realmente estaban muy lejos de ser exactos.

Y es que dependiendo del problema al cual se someta la técnica, su aplicación y exactitud debe ser ajustada, de modo que se obtengan los resultados esperados.

Hoy, tanto el método como el procesador ha cambiado, siendo los volúmenes finitos y las unidades multiprocesadoras de cómputo los abanderados en la solución de sistemas de EDPs. El CFD se posiciona como una alternativa rentable al alcance de la industria de pequeña y mediana escala, mediante software ejecutable en computadores personales, tanto de escritorio como portátiles. El boom tecnológico que se ha presentado en los últimos 10 años en tarjetas gráficas, ha permitido el desarrollo de nuevos algoritmos, tanto de visualización como de cómputo; que fomentan la creatividad e igualmente presentan una ventaja competitiva en la industria. Basta con echar un vistazo a la estadística de uso e inversión en el desarrollo de códigos en CFD, para dimensionar su éxito y la ventaja competitiva que este ofrece.

La dinámica de fluidos computacional ó “CFD” de las siglas en ingles “Computational Fluid Dynamics” es un campo de investigación en el estudio de flujos líquidos y gaseosos, en el cual se implementan unidades de procesamiento masivas para la solución de sistemas algebraicos que representan las ecuaciones diferenciales parciales (EDP) constitutivas del medio continuo. Mediante esta es posible obtener en detalle las características de un flujo, ya sea su distribución de temperatura, su campo de velocidad, su presión o inclusive su efecto sobre superficies sólidas, como la sustentación o el arrastre.

Probablemente en este momento usted se pregunte,

¿cuándo es necesario usar la simulación por dinámica de fluidos computacional?

En la infancia del CFD (1906) las unidades de procesamiento eran estudiantes de primaria, que realizaban operaciones aritméticas básicas deforma masiva; mucho ha cambiado en este aspecto al día de hoy, no obstante, el fin último de la técnica siempre ha sido la solución de problemas de ingeniería. En ese entonces se trataba del diseño de una presa, era necesario implementar un método con mayor exactitud a las aproximaciones analíticas formuladas en ese entonces; ya se habían visto algunos colapsos de presas en países como Egipto o el Reino Unido a causa de esto. Fue por ello por lo que Fry Richardson recurre a la proposición de Euler de implementar las diferencias finitas en la solución de ecuaciones diferenciales parciales.

Contacto

Felipe Rico
Computational Fluid Dynamics
David Díaz
Simulación Estructural