¿Qué es el CFD (Computational Fluid Dynamics?

El CFD es una tecnología por ordenador que simula los flujos de aire, la carga aerodinámica, la resistencia aerodinámica, y otros datos importantes para hacer un estudio de los flujos de aire de los Fórmula 1 como la vorticidad del aire.

Es como un túnel de viento digital. Es tan simple como eso. Lo que no es nada sencillo es interpretar todos los datos y valores que da el CFD para mejorar las piezas aerodinámicas y hacer el coche más rápido.

El CFD es una tecnología muy útil si lo que se quiere es ahorrar costes.

El CFD es una tecnología por ordenador que simula los flujos de aire, la carga aerodinámica, la resistencia aerodinámica, y otros datos importantes para hacer un estudio de los flujos de aire de los Fórmula 1 como la vorticidad del aire. Es como un túnel de viento digital. Es tan simple como eso. Lo que no es nada sencillo es interpretar todos los datos y valores que da el CFD para mejorar las piezas aerodinámicas y hacer el coche más rápido.

Programas de CFD

  • Ansys– es un programa muy complejo y con muchas opciones, pero es uno de los mejores en CFD es totalmente recomendable si ya tienes una experiencia en la simulación por CFD
  • SimScale– es un programa más simple que Ansys, pero no hay que confundirse y pensar que es muy básico porque tiene un gran número de parámetros y la simulación es muy buena. Es el programa que yo he utilizado personalmente y la simulación es muy buena. La parte positiva de este programa es que es en línea y no hay que instalar nada en el ordenador, además es totalmente gratis.
  • Autodesk CFD– este es un programa muy básico y con muy pocas opciones, así que si lo quieres para hacer alguna simulación esta bien, pero si quieres algo más serio te recomendaría que usaras alguno de los dos anteriores.

Hay muchos más programas, pero creo que con estos vas más que servido.

¿Qué necesitas para hacer una simulación por CFD?

Para poder utilizar estos programas es necesario que tengas un diseño en 3D y un ordenador un poco potente, tampoco nada del otro mundo, pero si uno decente y que no vaya lento porque estos programas piden mucho al ordenador.

Para ello necesitarás un programa para poder crear el objeto que quieres simular, personalmente te recomiendo que utilices AutoCad. AutoCad es el programa por excelencia, pero esta empresa tiene diferentes programas, el que yo utilicé y el que te recomiendo es AutoCad Fusion 360. Este programa es muy bueno porque es relativamente fácil de utilizar (yo hice un Fórmula 1 sin tener ni idea de como usar este programa), y además es totalmente gratis y puedes ver tu proyecto una vez terminado en línea y lo puedes guardar en la nube para que no se pierda nunca, también tienes una comunidad donde puedes descargarte modelos 3D hechos por otras personas. Para conseguir este programa gratis tienes que crearte una cuenta de estudiante en AutoCad, esta cuenta tiene una duración de 3 años.

Haz clic aquí para conseguir la prueba gratuita de AutoCad Fusion 360.

Si te decantas por utilizar SimScale y haces la simulación tienes a tu disposición un apartado para poder visualizar los flujos de aire, no te lo recomiendo porque es muy lento y no esta nada optimizado. En lugar de eso puedes utilizar Paraview. Para descargarlo es muy sencillo porque una vez has hecho la simulación en SimScale ellos mismos en su apartado de post visualización te proporcionarán el enlace al programa totalmente gratis.

Paraview es un programa complejo, pero es perfecto para poder observar todo tipo de datos y poder extraer conclusiones precisas. Puedes configurar el programa para que te de los flujos de aire, datos de carga aerodinámica y de resistencia aerodinámica, vorticidad, turbulencias, etc.

¿Cómo hacer una simulación por CFD?

Aquí te hago un pequeño resumen de cómo hacer una simulación por CFD en SimScale, es un resumen muy por encima, para que tengas una idea básica de cómo se hace. En otros programas será un poco diferente, pero lo básico es lo mismo en todos lo programas.

  1. Crear el modelo 3D que quieras simular: para este paso puedes utilizar AutoCad Fusion 360.
  2. Ir al software de CFD: en este caso SimScale.
  3. Subir el archivo 3D al CFD.
  4. Hacer el mallado del modelo 3D: el mallado es, como su propio nombre indica, crear una malla del modelo 3D. Hay diferentes tipo de mallado, de uno muy preciso a uno poco preciso. El más preciso te permitirá que la malla permita una simulación muy precisa, porque cada cuadrado de la malla es como un sensor que detecta todos los parámetros. El menos preciso es óptimo para ordenadores menos potentes, pero la simulación será menos precisa porque los bordes no serán tan suaves y quedarán como estriados. Entenderás esto una vez hagas el mallado por primera vez.Hacer el mallado del modelo 3D: el mallado es, como su própio nombre indica, crear una malla del modelo 3D. Hay diferentes tipo de mallado, de uno muy preciso a uno poco preciso. El más preciso te permitirá que la malla permita una simulación muy precisa, porque cada cuadrado de la mall es como un sensor que detecta todos los parámetros. El menos preciso es óptimo para ordenadores menos potentes, pero la simulación será menos precisa porque los vordes no serán tan suaves y quedarán como estriados. Entenderás esto una vez hagas el mallado por primera vez.
  5. Crear una especie de caja: esto significa que creamos como una especie de túnel del viento donde la simulación se llevará a cabo.Crear una especie de caja: esto significa que creamos como una especie de túnel del viento donde la simulación se llevará a cabo
  6. Comenzar a hacer el mallado: este proceso lleva mucho tiempo, así que no tengas prisa, yo he tardado hasta 12 horas en que se haga el mallado. El tiempo depende de qué objeto simules y lo rápido que sea tu ordenador. Si simulas un objeto pequeño es muy rápido, pero si simulas un Fórmula 1 entero (como es mi caso) tardará mucho tiempo.
  7. Una vez el mallado tendremos que marcar qué es el suelo, qué es la entrada y salida de aire y qué es el techo y el objeto que esta dentro de esta caja.
  8. Escoger el tipo de simulación.
  9. Establecer los parámetros iniciales y las «boundary conditions», que son las condiciones a las que se llevará a cabo la simulación.
  10. Iniciar la simulación: este proceso lleva mucho tiempo, así que no tengas prisa, yo he tardado hasta 12 horas en que se haga la simulación. El tiempo depende de qué objeto simules y lo rápido que sea tu ordenador. Si simulas un objeto pequeño es muy rápido, pero si simulas un Fórmula 1 entero (como es mi caso) tardará mucho tiempo.
  11. Estudiar los datos obtenidos en la simulación: para ello puedes utilizar el programa Paraview.Estudiar los datos obtenidos en la simulación: para ello puedes utilizar el programa Paraview.

Te enlazo un vídeo para que puedas ver gráficamente cómo se hace una simulación por CFD y que te queden más claros los puntos anteriores.

¿Por qué los equipos de Fórmula 1 utilizan CFD?

CFD es una tecnología muy útil si lo que se quiere es ahorrar costes.

La Fórmula 1 es un deporte muy caro y los equipos (sobretodo los pequeños) sufren para poder seguir en la competición a causa de la falta de dinero. Lo túneles de viento son estructuras gigantescas y que requieren mucho dinero para ponerlos en marcha. Además, para usar los túneles del viento los equipos hacen unas maquetas de los coches para introducirlas dentro. Por si no fuese caro poner en marcha el túnel del viento además hay que hacer una maqueta. Y aquí es donde nace el CFD, una alternativa más barata al túnel del viento.La Fórmula 1 es un deporte muy caro y los equipos (sobretodo los pequeños) sufren para poder seguir en la competición a causa de la falta de dinero. Lo túneles de viento son estructuras gigantescas y que requieren mucho dinero para ponerlos en marcha. Además, para usar los túneles del viento los equipos hacen unas maquetas de los coches para introducirlas dentro. Por si no fuese caro poner en marcha el túnel del viento además hay que hacer una maqueta. Y aquí es donde nace el CFD, una alternativa más barata al túnel del viento.

El problema de estos software es que no son tan precisos como el túnel del viento y los equipos se gastan mucho dinero en desarrollar estos programas.

La FIA, al ver los problemas económicos de los equipos decidió limitar las horas que estos se podían pasar probando sus piezas aerodinámicas en el túnel del viento y en CFD. Las horas que los equipos pueden usar túneles de viento es menor que las que se pueden pasar usando CFD.

Por lo tanto, el CFD es útil para reducir costes porque los túneles del viento son muy caros y complejos. Una buena muestra de ello es que McLaren tiene que usar el túnel del viento de Toyota porque el suyo esta obsoleto, en otras palabras, McLaren tiene que transportar el coche y todo lo necesario hasta el túnel de Toyota, la cual cosa solo hace que aumentar los costes.

Ventajas del CFD

  • Reduce costes.
  • No es necesaria tanta logística como un túnel del viento porque las piezas no tienen que ser transportadas de un lado a otro.
  • Es más rápido de usar.
  • Se puede hacer una simulación por CFD en cualquier lugar, en cambio para usar el túnel del viento tienes que estar allí para poder utilizarlo, esto es útil si es necesario hacer cualquier tipo de simulación durante un gran premio y no se puede ir del circuito al túnel del viento.

Desventajas del CFD

  • No es tan preciso como el túnel del viento.

Es la única desventaja que tiene el CFD, por eso se esta convirtiendo en la alternativa perfecta del túnel del viento.

Lo idóneo es combinar los dos para que se complementen entre ellos y así poder extraer conclusiones más precisas de como interactua el coche con los flujos de aire y así optimizar el coche. El problema del túnel del viento y del CFD es que si no están bien diseñados pueden aparecer problemas de correlación, eso es que los datos reales (los que se recogen en la pista) no coinciden con los datos de las simulaciones. Eso es un gran problema porque habrás estado desarrollando un coche mal porque los datos de las simulaciones no coinciden con los datos reales. Para solucionar ese problema es necesario modificar el túnel del viento y el software de CFD para que coincidan a la perfección con los datos reales, que al fin y al cabo esos no fallan nunca.

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Categorías: Aerodinámica

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