Angie Lizeth Espinosa Sarmiento
Estudiante de doctorado en Ingeniería Mecánica, Universidade Federal de Itajubá
Itajubá, MG, Brasil
Docente del Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca
Rio de Janeiro, RJ, Brasil
[email protected];
angie.sarmiento@cefet­rj.br

Dinámica de fluidos computacional (CFD): una herramienta para atender la demanda educativa y laboral en el campo de la ingeniería

La predicción y representación del comportamiento de diversos sistemas, así como la relación entre las variables de este, son objeto de estudio de la ingeniería. El análisis anterior permite un mejor diseño del proceso en cuestión, teniendo siempre como objetivo la optimización de su operación. Usualmente, los ingenieros realizan experimentos que les posibilitan comprender el sistema directamente o construyen modelos matemáticos que lo representen.

La elaboración de modelos matemáticos está basada en la comprensión de fenómenos físicos básicos que gobiernan el comportamiento del problema estudiado. Resolviendo tales modelos para un conjunto de condiciones dado, es obtenida una solución matemática del sistema de ecuaciones resultante. Este procedimiento es conocido como método analítico.

Existe una tercera forma de abordar estos sistemas: el uso de métodos propios de la dinámica de fluidos computacional (computational fluid dynamics, CFD). Su concepto básico consiste en encontrar los valores de las variables asociadas al flujo de un determinado sistema en un gran número de puntos. Estos puntos están generalmente conectados entre sí en lo que se denomina dominio computacional. El sistema de ecuaciones diferenciales que representan el problema analizado —compuesto por las expresiones de conservación de la masa, momento y energía— se convierte mediante algún procedimiento en un sistema de ecuaciones algebraicas que representan la interdependencia del flujo en esos puntos y sus puntos vecinos. La solución de este último conjunto se traduce en el conocimiento de estas variables en todos los puntos de la malla.

De este modo, la CFD puede definirse como el área de la computación científica que estudia métodos computacionales para la simulación de problemas que comprenden fluidos en movimiento, con o sin transferencia de calor, así como sus fenómenos asociados, tales como reacciones químicas. 2 Esta técnica es muy poderosa y se aplica en un gran número de áreas: procesos industriales, aerodinámica de aviones y vehículos, hidrodinámica de barcos, motores de combustión interna y turbinas a gas, turbomáquinas, refrigeración de microcircuitos eléctricos, calefacción o ventilación, distribución de contaminantes en el aire, ingeniería biomédica (patrones de flujo de la sangre a través de arterias y venas), entre otros.