{"id":4361,"date":"2019-04-10T09:39:46","date_gmt":"2019-04-10T09:39:46","guid":{"rendered":"https:\/\/imercat.com\/clusic\/?p=4361"},"modified":"2019-04-10T09:39:46","modified_gmt":"2019-04-10T09:39:46","slug":"analisis-de-resultados-de-simulaciones-cfd-para-la-validacion-de-sistemas-de-ventilacion-2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/clusterincendis.com\/es\/analisis-de-resultados-de-simulaciones-cfd-para-la-validacion-de-sistemas-de-ventilacion-2\/","title":{"rendered":"An\u00e1lisis de resultados de simulaciones CFD para la validaci\u00f3n de sistemas de ventilaci\u00f3n"},"content":{"rendered":"<p><a href=\"http:\/\/www.solerpalau.com\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">Soler &amp; Palau<\/a> reflexiona sobre l&#8217;\u00fas adequat dels simuladors CFD a l&#8217;hora de fer un disseny prestacional, tot mostrant les seves avantatges i els seus inconvenients.<\/p>\n<hr \/>\n<h3><\/h3>\n<p>La Din\u00e1mica de Fluidos Computacional, m\u00e1s conocida como CFD seg\u00fan sus siglas en ingl\u00e9s, es la herramienta de ingenier\u00eda que permite resolver de forma num\u00e9rica las ecuaciones que gobiernan la din\u00e1mica de fluidos.<\/p>\n<h4>El continuo y r\u00e1pido incremento de la capacidad de c\u00e1lculo de los ordenadores, adem\u00e1s del aumento de proyectos cuyos sistemas de ventilaci\u00f3n requieren de una justificaci\u00f3n m\u00e1s compleja para su aprobaci\u00f3n, han hecho de las simulaciones CFD una herramienta cada vez m\u00e1s habitual y requerida.<\/h4>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>La ventilaci\u00f3n de aparcamientos mediante sistema <em>jet fan<\/em>, la ventilaci\u00f3n de atrios, naves industriales o t\u00faneles son ejemplos de aplicaciones en las que estas herramientas permiten una validaci\u00f3n del funcionamiento del sistema de forma previa a su ejecuci\u00f3n. A su vez, el incremento de proyectos con un criterio de dise\u00f1o prestacional, es decir, con unos objetivos espec\u00edficos a cumplir, contribuye tambi\u00e9n al incremento del uso de simulaciones CFD para justificar los dise\u00f1os efectuados cuya complejidad se ve generalmente aumentada.<\/p>\n<p>De la simulaci\u00f3n CFD no puede esperarse un reflejo totalmente exacto de la realidad, pues en el desarrollo de la misma son necesarias varias simplificaciones que hagan el c\u00e1lculo factible en t\u00e9rminos de tiempo, recursos inform\u00e1ticos y humanos. Por ejemplo, no pueden simularse todas las potenciales ubicaciones de fuego, prever todos los posibles fallos de funcionamiento o, en el caso de tratarse de un aparcamiento, comprobar todas las posibles distribuciones de coches en el interior. Sin embargo, s\u00ed que se pueden esperar unos resultados de la simulaci\u00f3n que permitan validar el funcionamiento general del sistema, siendo una buena praxis la definici\u00f3n del escenario m\u00e1s cr\u00edtico y a la vez probable como representativo para la simulaci\u00f3n y validaci\u00f3n. Por lo tanto, un buen an\u00e1lisis del proyecto y del sistema para identificar qu\u00e9 situaci\u00f3n puede ser la m\u00e1s demandante es un buen primer paso para llevar a cabo una simulaci\u00f3n \u00fatil y efectiva.<\/p>\n<p>Uno de los puntos clave en el proceso de la simulaci\u00f3n CFD es el an\u00e1lisis de los resultados. Al tratarse de una simulaci\u00f3n y no un experimento, es necesario un an\u00e1lisis cr\u00edtico que permita concluir si los resultados pueden considerarse representativos de la realidad y por lo tanto v\u00e1lidos.<\/p>\n<p>En primer lugar, ya desde la etapa previa a la elaboraci\u00f3n del modelo, ciertos aspectos fundamentales deben haberse concretado:<\/p>\n<ul>\n<li>\u00bfQu\u00e9 queremos validar con la simulaci\u00f3n? Los <strong>objetivos<\/strong> de la simulaci\u00f3n, qu\u00e9 es lo que se va a comprobar y verificar, son aspectos importantes a tener previamente definidos<\/li>\n<li>\u00bfQu\u00e9 resultados se van a considerar aceptables? De forma previa a la simulaci\u00f3n, la existencia de un <strong>criterio de aceptaci\u00f3n de resultados<\/strong> es importante pues sin ello se dificulta la extracci\u00f3n de conclusiones.<\/li>\n<li>\u00bfSon razonables los <strong>objetivos <\/strong>fijados y sus <strong>criterios de aceptaci\u00f3n<\/strong> para el escenario a simular? Es importante que el escenario definido tenga sentido, tanto f\u00edsico como funcional, para asegurar que la simulaci\u00f3n ser\u00e1 \u00fatil.<\/li>\n<\/ul>\n<p>De una forma previa al an\u00e1lisis de resultados, ciertos aspectos del modelo pueden ayudar a comprobar si \u00e9stos ser\u00e1n realmente representativos de la situaci\u00f3n real:<\/p>\n<ul>\n<li>Analizar si las simplificaciones geom\u00e9tricas asumidas en el modelo restan alg\u00fan aspecto caracter\u00edstico y significativo de la arquitectura y geometr\u00eda del proyecto.<\/li>\n<li>Comprobar que las <strong>condiciones de contorno<\/strong> se corresponden con el caso objeto de estudio y su modelado es representativo y realista. Se entienden por condiciones de contorno aquellas restricciones sobre variables del c\u00e1lculo que determinan la soluci\u00f3n final y que caracterizan el escenario a simular. Ejemplos de condiciones de contorno ser\u00edan: velocidad de entrada de aire en un punto de aporte mec\u00e1nico, velocidad de salida en un punto de extracci\u00f3n, superficie abierta a la atm\u00f3sfera, ubicaci\u00f3n y modelo de jet fan (en caso de estar presentes), carga de fuego, etc.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Se debe ser especialmente cuidadoso con simulaciones de incendio, puesto que la modelizaci\u00f3n del mismo puede tener un efecto notable sobre los resultados. Aspectos caracter\u00edsticos del fuego a definir ser\u00edan:<\/p>\n<ul>\n<li>Dimensiones del incendio.<\/li>\n<li>Carga de fuego y curva de incendio.<\/li>\n<li>Material a quemar.<\/li>\n<li>P\u00e9rdidas por radiaci\u00f3n.<\/li>\n<li>Par\u00e1metros de generaci\u00f3n de humo.<\/li>\n<\/ul>\n<ul>\n<li>An\u00e1lisis del <strong>mallado<\/strong>. El c\u00e1lculo CFD se basa en la divisi\u00f3n del dominio a resolver en peque\u00f1os vol\u00famenes, llamados celdas, en los que se resuelven las ecuaciones correspondientes para obtener los valores de las variables (velocidad, presi\u00f3n, temperatura&#8230;) en cada punto. El n\u00famero de celdas puede variar entre centenares de miles a millones en funci\u00f3n de la dimensi\u00f3n del proyecto. Cuanto mayor sea el n\u00famero de celdas, mayor precisi\u00f3n, o resoluci\u00f3n (en analog\u00eda a la calidad de imagen), podr\u00e1 obtenerse en los resultados. Par\u00e1metros a analizar son:\n<ul>\n<li>El <strong>tama\u00f1o de celda<\/strong>. Unas celdas demasiado grandes no detectar\u00e1n correctamente el efecto que tengan sobre el movimiento de aire elementos que sean m\u00e1s peque\u00f1os o del mismo orden que la celda. A su vez, un tama\u00f1o de celda demasiado peque\u00f1o puede implicar un tiempo de c\u00e1lculo demasiado elevado para no obtener diferencias significativas en los resultados. El uso de refinamientos de tama\u00f1o de celda en \u00e1reas m\u00e1s cr\u00edticas es una buena t\u00e9cnica para optimizar el n\u00famero de celdas. El tama\u00f1o de celda es uno de los criterios que puede ser usado para determinar qu\u00e9 simplificaciones geom\u00e9tricas pueden ser asumidas o no. Al final de este art\u00edculo puede encontrarse un ejemplo de dos simulaciones realizadas cambiando \u00fanicamente el tama\u00f1o de la celda (ver Figura 1 y Figura 2).<\/li>\n<li>La <strong>forma de la celda<\/strong>. Generalmente, para las aplicaciones de validaci\u00f3n de sistemas de ventilaci\u00f3n se usan mallados estructurados regulares formados por prismas rectangulares. Sin embargo, para la resoluci\u00f3n de las ecuaciones gobernantes de la din\u00e1mica de fluidos se considera la forma c\u00fabica como la m\u00e1s adecuada.<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n<p>Finalmente, una vez se han obtenido los resultados, ciertos criterios pueden ser aplicados previa extracci\u00f3n de conclusiones:<\/p>\n<ul>\n<li>Analizar si los resultados son f\u00edsicamente razonables. Errores en el mallado o en la definici\u00f3n de las condiciones de contorno podr\u00edan llevar a resultados que f\u00edsicamente no son posibles para el escenario simulado.<\/li>\n<li>Analizar las condiciones de contorno. Algunos aspectos a comprobar podr\u00edan ser:\n<ul>\n<li>\u00bfEs el caudal de aire que atraviesa cada punto mec\u00e1nico de aporte\/extracci\u00f3n el que deber\u00eda ser?<\/li>\n<li>\u00bfLos caudales de aire fluyendo a trav\u00e9s de las superficies abiertas son coherentes para equilibrar el sistema en cada punto?<\/li>\n<li>En caso de introducirse detectores de humo o de temperatura en la simulaci\u00f3n, \u00bfse corresponde el momento de detecci\u00f3n con el de activaci\u00f3n del sistema?<\/li>\n<li>\u00bfFuncionan dentro de la simulaci\u00f3n los distintos equipos (jet fans, cortinas, puertas cortafuegos) como se esperar\u00eda?<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<li>Analizar las distribuciones de variables:\n<ul>\n<li>\u00bfEs apropiada la escala en la que se muestran los resultados?<\/li>\n<li>\u00bfSon representativos los valores mostrados para el an\u00e1lisis de resultados?<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n<p>Una vez validados los puntos anteriores, se puede proceder al an\u00e1lisis de resultados para extraer las conclusiones del estudio.<\/p>\n<ul>\n<li>\u00bfSe cumplen los criterios de aceptaci\u00f3n previamente definidos?<\/li>\n<li>\u00bfSe cumplen por lo tanto los objetivos del sistema?<\/li>\n<li>\u00bfSe considera que los resultados son aceptables y por lo tanto que la simulaci\u00f3n es v\u00e1lida y representativa para la verificaci\u00f3n del sistema?<\/li>\n<\/ul>\n<p>En caso afirmativo, podr\u00eda darse el estudio por acabado, mientras que de lo contrario podr\u00eda ser necesaria alguna iteraci\u00f3n adicional en el proceso de dise\u00f1o y\/o modificar alguno de los datos de la simulaci\u00f3n para obtener resultados representativos.<\/p>\n<p>A modo de conclusi\u00f3n, un an\u00e1lisis cr\u00edtico de los resultados de una simulaci\u00f3n CFD es muy importante y necesario para comprobar que \u00e9stos son fiables y as\u00ed poder extraer conclusiones s\u00f3lidas sobre el funcionamiento del sistema. Debe tenerse especialmente en cuenta que diferencias entre resultados representativos y resultados no v\u00e1lidos pueden ser sutiles en algunos casos y podr\u00edan ser pasadas por alto sin un an\u00e1lisis riguroso. Por lo tanto, al ser la seguridad contra incendios un asunto cr\u00edtico en el dise\u00f1o de un proyecto, hay que ser cuidadoso y responsable en el uso de las simulaciones CFD y as\u00ed poder extraer con m\u00e1xima eficiencia todas las posibilidades que ofrece esta poderosa herramienta.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/clusterincendis.com\/wp-content\/uploads\/2018\/06\/imatge1_sensetitol-1.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"wp-image-3607 size-medium aligncenter\" src=\"https:\/\/clusterincendis.com\/wp-content\/uploads\/2018\/06\/imatge1_sensetitol-1-450x314.jpg\" alt=\"\" width=\"300\" height=\"209\" \/><\/a><\/p>\n<h5>Figura 1. Ejemplo para simulaci\u00f3n CFD de un sistema jet fan para ventilaci\u00f3n de aparcamiento.<\/h5>\n<h6>Dos opciones distintas de mallado: la primera, a la izquierda, muestra una malla c\u00fabica de tama\u00f1o de celda 0.8&#215;0.8&#215;0.8m mientras que en la segunda opci\u00f3n, a la derecha, se muestra una malla de celdas c\u00fabicas de dimensiones 0.2&#215;0.2&#215;0.2m.<\/h6>\n<h6>N\u00f3tese como las columnas presentan unas dimensiones caracter\u00edsticas menores que las aristas de las celdas en el primer caso.<\/h6>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/clusterincendis.com\/wp-content\/uploads\/2018\/06\/imatge2_sensetitol-1.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"wp-image-3608 size-medium aligncenter\" src=\"https:\/\/clusterincendis.com\/wp-content\/uploads\/2018\/06\/imatge2_sensetitol-1-450x366.jpg\" alt=\"\" width=\"300\" height=\"244\" \/><\/a><\/p>\n<h5>Figura 2. Distribuciones de velocidades obtenidas tras la simulaci\u00f3n CFD para los mallados mostrados en la Figura 1.<\/h5>\n<h6>Ambos cortes muestran la distribuci\u00f3n de velocidades en escala de 0 a 1 m\/s en un plano horizontal a 2.6m sobre el suelo, cortando a los jet fans.<\/h6>\n<h6>N\u00f3tese como en el primer caso, correspondiente al mallado de 0.8&#215;0.8&#215;0.8m, los resultados no pueden capturar el efecto de las columnas sobre el desarrollo de las plumas de los jet\u00a0 fans. \u00c9ste queda de manifiesto al no haber velocidades de aire m\u00e1s bajas tras las columnas, como deber\u00eda esperarse dada la obstrucci\u00f3n que \u00e9stas representan al flujo de aire.<\/h6>\n<h6>Sin embargo, el mallado de 0.2&#215;0.2&#215;0.2m s\u00ed que muestra esta obstrucci\u00f3n: puede verse como el desarrollo de la pluma de los jet fans queda afectada por la presencia de las columnas, apareciendo zonas de aire con velocidades m\u00e1s bajas detr\u00e1s de ellas, como es de esperar.<\/h6>\n<h6>Por lo tanto, los resultados de la primera simulaci\u00f3n no pueden considerarse fiables, al no ser razonables desde un punto de vista f\u00edsico. Dicha falta de realismo en la soluci\u00f3n obtenida se puede atribuir a que el tama\u00f1o de celda usado para esta simulaci\u00f3n no era el apropiado, pues elementos geom\u00e9tricos significativos, como lo son las columnas, no quedaban representados dentro de la simulaci\u00f3n.<\/h6>\n<p><em>\u00a0<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Soler &amp; Palau reflexiona sobre l&#8217;\u00fas adequat dels simuladors CFD a l&#8217;hora de fer un disseny prestacional, tot mostrant les seves avantatges i els seus inconvenients. 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