La simulación de cargas de viento puede desempeñar un papel fundamental en el diseño de estructuras, particularmente en el diseño de edificios de gran altura donde las fuerzas del viento afectan significativamente la estabilidad estructural, la comodidad de los ocupantes y el entorno circundante. Por lo tanto, se deben visualizar y anticipar los patrones de viento complejos que afectan la distribución de la presión, el flujo de aire y el microclima local para que estos edificios cumplan con los requisitos no solo en términos de estética y atractivo visual, sino también de seguridad y resistencia.
Para incorporar estos factores en sus diseños estructurales, Dlubal Software proporciona RWIND 3, un programa desarrollado específicamente para simular el flujo de aire alrededor de objetos dentro de un túnel de viento virtual. Utilizando un modelo numérico de CFD (Dinámica de fluidos computacional), esta simulación produce cargas de viento precisas para su aplicación en RFEM o RSTAB. Por lo tanto, RWIND 3 puede funcionar como un programa independiente o integrarse con RFEM y RSTAB, lo que permite una solución integral de análisis y dimensionamiento de estructuras.
El siguiente texto describe los beneficios del uso de la dinámica de fluidos computacional (CFD), particularmente en contraste con las pruebas de túnel de viento convencionales. Las principales diferencias entre las pruebas de túnel de viento y CFD radican en sus metodologías, costes, flexibilidad y capacidad para abordar escenarios complejos, que se tratarán más adelante. Por ahora, es clave reconocer que la CFD emplea algoritmos matemáticos y métodos numéricos para modelar digitalmente el comportamiento de los fluidos, utilizando técnicas de discretización para analizar el aire o el movimiento de los fluidos. Las pruebas de túnel de viento, por otro lado, colocan los modelos físicos en un entorno de viento controlado, donde los datos reales del flujo de aire se recopilan a través de sensores y manómetros, proporcionando resultados experimentales directos. Con este contexto, podemos explorar más a fondo cómo estos dos métodos difieren y subrayar los beneficios de la CFD.
1. Rentabilidad
Las simulaciones de CFD pueden ser más rentables que la construcción y el mantenimiento de túneles de viento, especialmente para experimentos complejos que involucran numerosas configuraciones. Aunque la inversión inicial en software CFD y recursos informáticos puede ser sustancial, una vez establecida, se puede realizar una amplia gama de simulaciones sin incurrir en más gastos de material y personal. Además, se necesitan menos recursos para analizar variaciones individuales. Por el contrario, las pruebas en túnel de viento pueden ser costosas, especialmente para modelos grandes o complejos, ya que cada prueba requiere un tiempo y esfuerzo de preparación considerables.
2. Flexibilidad y opciones de modificación
La CFD permite un diseño, iteración y análisis rápidos, lo que permite ajustes fáciles de parámetros como la velocidad del viento, la densidad y la temperatura, así como la inclusión de factores adicionales. Esto permite que las simulaciones se ejecuten y modifiquen rápidamente sin los cambios de configuración física necesarios en las pruebas de túnel de viento, donde los ajustes a menudo implican la creación de nuevos modelos o la modificación de los existentes. La ejecución de múltiples escenarios en un período de tiempo corto es menos factible con las pruebas de túnel de viento, lo que hace que la CFD sea superior en este sentido.
3. Eficiencia del tiempo
Este beneficio surge directamente de la flexibilidad que discutimos anteriormente, permitiendo ajustes rápidos de parámetros sin modificaciones de configuración física. Como se destacó anteriormente, la CFD permite ejecutar múltiples escenarios rápidamente, ofreciendo una clara ventaja en términos de eficiencia del tiempo.
4. Capacidades de simulación
La CFD proporciona una visualización muy detallada de las características del flujo, la distribución de la presión y las variaciones de temperatura con una granularidad notable. Permite un análisis preciso de escenarios que pueden ser difíciles de modelar en un túnel de viento físico debido a las limitaciones de tamaño o velocidad, como velocidades extremadamente altas o geometrías intrincadas. La CFD puede simular estas condiciones sin limitaciones físicas. Si bien los túneles de viento replican físicamente el flujo de aire y, a menudo, proporcionan una mayor precisión en la simulación de interacciones aire-objeto, se limitan a los datos de puntos de medición específicos y ofrecen detalles menos completos en comparación con la CFD.
5. Accesibilidad
Los avances en el desarrollo de software y la computación en la nube han hecho que la dinámica de fluidos computacional (CFD) sea mucho más accesible, abriéndola a un público más amplio. Las herramientas de CFD de código abierto como OpenFOAM, por ejemplo, proporcionan acceso gratuito a capacidades de simulación robustas. Dado que la CFD se puede realizar completamente en un entorno virtual, permite a los investigadores sin acceso a túneles de viento realizar estudios y análisis detallados.
6. Integración con las tecnologías modernas
Otra ventaja de las herramientas de CFD modernas y accesibles es su integración con otro software de ingeniería, lo que agiliza el proceso de trabajo desde el diseño hasta la simulación y permite un enfoque multidisciplinario para el diseño y el análisis. Un buen ejemplo es el uso de herramientas de CFD con los programas RFEM y RSTAB de Dlubal, proporcionando una solución completa para el análisis y dimensionamiento de estructuras.
Conclusiones
Las pruebas de CFD y túnel de viento difieren no solo en la metodología, sino también en los requisitos de recursos y tiempo, flexibilidad, capacidad para manejar escenarios complejos, accesibilidad del usuario e integración con otro software. Este texto destaca los beneficios de la CFD en estas áreas, abordando su alta flexibilidad y detalle con menores costes de funcionamiento, y su capacidad para investigar el comportamiento del aire dentro de estructuras complejas. Sin embargo, es esencial reconocer que, a pesar de estas ventajas, las pruebas en túnel de viento son cruciales para validar los modelos de CFD y capturar fenómenos que pueden ser difíciles de simular con precisión. En resumen, la CFD es particularmente valiosa para estudios de diseño, pruebas de prototipos y análisis de situaciones dinámicas complejas que son difíciles de replicar en un túnel de viento, mientras que las pruebas en túnel de viento sirven como un paso final para validar modelos y realizar evaluaciones aerodinámicas precisas. En la mayoría de los casos, la combinación de CFD con las pruebas de túnel de viento ofrece lo mejor de ambos métodos, aprovechando sus puntos fuertes complementarios.