PRACTICA 3UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRESFACULTAD DE INGENIERIA

DINMICA DE FLUIDOSCOMPUTACIONAL Y MTODO DE LOS ELEMENTOS DISCRETOSESTUDIANTE: MIRANDA BAYRON OMAR GABRIELC.I. 4914894 LPCARRERA: ING. METALURGICAMATERIA: CONCENTRACION DE MINERALESFECHA: 16/03/2015La Dinmica de Fluidos Computacional (CFD)

Este sistema de modelamiento tiene como objetivo la simulacin del flujo de fluidos y los procesos de transferencia de calor. Se basa en la utilizacin de mtodos numricos para resolver las ecuaciones que describen la conservacin de la masa, el momento y la energa en el seno de un fluido.

Son numerosos los sectores industriales en los que se utilizan los mtodos computacionales para el anlisis y diseo (CAD). El hecho de que la CFD se haya desarrollado ms tarde que otros CAD, como los utilizados para el anlisis de tensiones trmicas, es debido a las dificultades inherentes que se presentan en las ecuaciones que describen el flujo de fluidos.

Hoy en da, con las enormes posibilidades de los ordenadores y los desarrollos de los mtodos numricos, la CFD se est convirtiendo en una herramienta muy prctica y eficiente para el anlisis de situaciones en las que estn involucrados fluidos y por consiguiente, en una inestimable herramienta de anlisis y diseo.En los ltimos aos han aparecido en el mercado numerosos paquetes informticos de CFD. Todo esto significa que la CFD ya no debe contemplarse como una herramienta utilizada en universidades y centros de investigacin por especialistas altamente cualificados, sino que es ya empleada en numerosas industrias. Precisamente, el objetivo de Eurocsbil Estudios y Proyectos es atender este mercado y proporcionar el servicio de CFD de la forma ms satisfactoria posible.

La CFD puede ser muy til en un amplio espectro de industrias y puede representar una poderosa ayuda al ingeniero de diseo, de produccin e incluso de mantenimiento. Se est utilizando en sectores tan variados como la industria qumica, aerospacial, metalrgica, elctrica, de transformados metlicos, etc. Es tambin ampliamente utilizada en el estudio de edificios, para predecir el movimiento de aire y el confort, as como para analizar fenmenos termofludicos en el medioambiente, como dispersin de contaminantes en la atmsfera, o de vertidos en los rios, etc.

Bsicamente son tres los tipos de problemas que se pueden resolver:

Simulacin de un equipo existente, con el fin de evaluar cambios en su operacin o en su diseo (ahorros de energa, mejoras en la calidad del producto, mejoras medioambientales), o para diagnosticar problemas operacionales. Mejoras en el diseo de equipos, pudindose evaluar un amplio abanico de opciones de diseo, incrementndose as las posibilidades para la innovacin tecnolgica. Simulacin de procesos, con o sin transiciones de fase, interacciones slido. fluido,etc.

APLICACIONES DE LA CFD EN TURBOMAQUINARIA

Se utiliza el software de CFD para analizar el flujo de lquido, gas o vapor a su paso a travs de los labes y de los diferentes componentes de la turbomquina, con el fin de diagnosticar problemas operacionales o conseguir mejoras en el diseo.

Determinacin de la contaminacin ambiental en el puesto de trabajo. Diseo del sistema de ventilacin de salas de mquinas. Definicin de la calidad del aire interior.

Entre los principales campos de aplicacin podemos citar:

Diseos optimizados de bombas, considerando el flujo en 3D en condiciones no nominales, con visualizacin de las zonas de cavitacin. Diseo de pequeas turbinas hidrulicas, teniendo en cuenta en cada caso sus Particulares exigencias.

EL MTODO DE LOS ELEMENTOS DISCRETOS (DEM)

Este mtodo consiste en discretizar el continuo espacialmente como un conjunto de masas discretas, vinculadas por un arreglo de elementos de reticulado espacial con rigidez equivalente a la porcin del continuo que estas representan, siendo que la fisuracin, fractura y/o fragmentacin de la estructura en estudio se traduce, en el modelo terico de la estructura en estudio, desactivando barras en la zona comprometida, teniendo en cuenta la energa disipada en el proceso. Las ecuaciones de movimiento resultantes son desacopladas (la matriz de masa es diagonal y el amortiguamiento es proporcional a la masa) y se integran en el tiempo mediante un esquema explcito (Mtodo de las Diferencias Finitas Centrales). Este mtodo a sido aplicado con suceso en el estudio de materiales frgiles donde la hiptesis de los medios continuos, base de mtodos numricos tradicionales, como ser el mtodo de los elementos finitos y mtodo de los elementos de contorno, es violada. La relacin constitutiva de cada barra tiene la siguiente forma Fuerza = funcin ( deformacin de la barra ) Esta ley es uniaxial y en general simple. Lo que resulta crucial en el mtodo es poder a travs de esta ley uniaxial representar el comportamiento de una porcin del sistema en estudio.

Es decir, esencialmente, en discretizar espacialmente un medio continuo mediante mdulos regulares de reticulado espacial, En los cuales las barras adoptan una rigidez equivalente al continuo que se desea modelar. Las masas de Ia estructura se concentran en 108 nodos. Con este esquema es posible modelar estructuras nohomog6neas, pudiendo representar satisfactoriamente procesos no lineales complejos como fractura y problemas de contacto.

El modelo consiste en la representacion del continuo mediante Un conjunto de elementos uniaxiles. Este modelo de discretizacion fue desarrollado y verificado por Hayashi (1982), en relacin a su capacidad de representar un medio continuo elstico lineal. La formulacin original y las expresiones para 106 coeficientes elsticos equivalente8 provienen de Nayfeh y Hefzy (1978)(2] cuyo inters Be da en sentido opuesto, o sea, representar paneles formados por mdulos de barras espaciales empleados . En la industria aeronutica, a travs de un medio ortotrpico continuo equivalente, el cual posibilita realizar una discretizacion adecuada con un nmero menor de grados de libertad. La geometria del modulo cubico usado est representada en la Fig.(I), junto con algunas construcciones bsicas. Cada nodo tiene tres grados de libertad. Las masas son unidas por elementos longitudinales y diagonales de longitud Lc y V3Lc/2 respectivamente. Si el medio es istropo elstico y lineal, y coeficiente de poison es 0.25, el area de las barras longitudinales internas es dad por:

para la diagonales: