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| La necesidad de los análisis CAE y CFD en el Diseño de Motores 2T diesel | ||||||||||||||||||||||
Con la aparición de la herramientas de diseño por ordenador (CAD 3D y 2D) y simulación por elementos finitos (CAE y CFD) se ha permitido un gran avance en el proceso de diseño de motores de dos tiempos diesel.
Todos parámetros que determinan la arquitectura de un motor pueden ser optimizados en las búsqueda de un más perfecto funcionamiento. La forma de comprobar y validar esta optimización es por medio de pruebas de funcionamiento. Antiguamente era necesario contruir prototipos de motores donde se analizaba su funcionamiento con las modificaciones implemementadas, lo cual tenía un elavadísimo coste que limitaba el llevar a cabo dichas mejoras. Actualmente contamos con las herramientas CAD, CAE y el CFD, que nos van a permitir optimizar el diseño de un motor antes de contruirlo, por medio del diseño virtual por ordenador y posteriormente las simulaciones, podremos predecir su comportamiento. El ahorro de costes en tiempo y dinero es incomparable, además de la evolución del diseño mucho más rápida. 
El cálculo de esfuerzos y la resistencia de los materiales de los
elementos que componen el motor son validados por medio de análisis FEM,
o cálculo por elementos finitos a partir de los modelos 3D previamente
realizados por ordenador, lo que se conoce como CAD 3D, es decir los
componentes son creados virtualmente por ordenador a escala real,
posteriormente todos estos elementos, ordinariamente compuestos por
miles de elementos son ensamblados en conjuntos y subconjuntos, para
crear un motor completo realizado por ordenador. Posteriormente se
analizan por medio del CAE el comportamiento de estos elementos, se le
aplican a las geometrías las propiedades de materiales con las que están
fabricados, condiciones de contorno, restricciones y cargas, etc. Se
realizan miles de simulaciones FEM para validar el comportamiento de
cada uno de los elementos que componen el motor. A continuación se
muestra el comportamiento del cigueñal de un motor sometido a las cargas
que recibirá durante su funcionamiento real una vez contruido, el
análisis muestra el nivel de tensiones que recibe el material en cada
punto de su geometría.
Los motores de dos tiempos en general presentan un inconveniente que
tiene una gran influencia en el desarrollo de su ciclo de
funcionamiento, este problema viene motivado por el hecho de tener que
realizar las cuatro fases del ciclo de funcionamiento (expansión,
escape, admisión y compresión) en una sola vuelta del cigüeñal, por
tanto los periodos necesarios para cada una de las fases son
necesariamente más cortos que en un motor de cuatro tiempos. De todas
ellas, las etapas más críticas son el escape-admisión, que es cuando se
renueva la carga dentro del cilindro, es por ello que en el diseño del
motor es sumamente importante que dichas etapas se lleven a cabo de
forma óptima, para que el motor pueda desarrollar buenas prestaciones.
La figura siguiente muestra el ciclo abierto de un otor de dos tiempos, representado por medio de un diagrama presión-volumen. PMS es punto muerto superior. PMI es punto muerto inferior.  En la siguiente figura, se muestra el esquema de barrido y renovación de la carga del motor MAN S50MC. La circulación de aire (color rojo) y gases de escape (color azul). 
Tal y como se puede observar en la figura anterior, el aire entrante se
utiliza para expulsar fuera o barrer los gases de escape y mientras
tanto llenar el espacio con aire fresco. Durante el proceso, una
cantidad de aire externo es usado para limpiar el cilindro de gases de
combustión. El aire entrante a presión dentro del cilindro se llama aire
de barrido, y las lumbreras a través de los que entrase son llamadas
lumbreras de admisión o de barrido. El barrido de los motores de dos
tiempos se caracteriza por dos problemas típicos: las pérdidas por
short-circuit y mixing. Short-circuit (cortocircuito) consiste en
expulsar parte de la carga de aire fresco directamente al escape y
Mixing (mezcla) consiste en que hay una pequeña cantidad de gases
residuales que permanecen atrapados sin ser expulsados, los cuales se
mezclan con parte de la carga de aire fresco. A fin de reducir estos
problemas, el aire de barrido que entra dentro del cilindro a partir de
las lumbreras de admisión debe estar perfectamente dirigido.
La siguiente figura, obtenida mediante un análisis CFD con OpenFOAM, muestra la distribución de velocidades del flujo en el interior del cilindro durante la renovación de la carga. 
El motor MAN B&W 7S50MC cuenta
con 7 cilindros en línea, con un diámetro de cilindro de 500 mm y una
carrera de 1910 mm, suma una cilindrada total de 375 litros y desarrolla
una potencia máxima de 9.988 kW a 127 rpm. Cada cilindro posee en su
parte baja 16 lumbreras de admisión y en la culata posee una gran
válvula de escape para permitir la exhaustación de los gases quemados.
 Las características técnicas del motor MAN B&W 7S50MC son las siguientes:
Por medio del análisis CFD proporciona información completa sobre el
fenómeno en el interior del cilindro y la influencia de multitud de
factores. En el campo de los motores marinos medianas y grandes, el
análisis CFD es especialmente útil porque un prototipo experimental es
extremadamente costoso y la construcción de un modelo a escala a veces
no es suficientemente preciso.
La siguiente figura muestra las fracciones másicas de gases de escape (color azul) y aire (color rojo) para un recorrido desde 90º hasta 270º de ángulo de cigüeñal. 
FORMACIÓN RECOMENDADA:
Para análisis CFD recomendamos el
software gratuito OpenFOAM, que permite reproducir y simular el
comportamientode un motor en lo referente a la mecánica de fluidos. Si
desea recibir un curso de formación para aprender a manejar el
programa de CFD de uso libre OpenFOAM, le recomendamos que realice el
curso de Technical Courses:
Para realizar anáisis FEM le recomendamos el software gratuito Code_Aster, que permite reproducir y simular el comportamientode un motor en lo referente a la resistencia estructural. Si desea recibir un curso de formación para aprender a manejar el programa FEM Code_Aster, le recomendamos que realice el curso de Technical Courses: - Curso online de Code_Aster
FUENTES:
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| Publicado el 2016-12-29 10:26:38 por Carlos Rodríguez | Abrir | ||||||||||||||||||||||
| Code_Aster, software para análisis CAE por elementos finitos |
El software Code_Aster
está orientado al análisis de elementos finitos y simulación numérica en mecánica estructural y multifísica. |
| Publicado el 2016-04-14 12:56:15 por | Abrir |
| Software gratuito para cálculo por Elementos Finitos |
OpenFOAM
- Tipo de FEM: CFD
- Tipo de Licencia: GNU General Public License
- Desarrollador: The OpenFOAM Team - Sistema operativo: Unix/Linux
- Descarga: OpenFOAM
El
software OpenFOAM (Open Field Operation and Manipulation) es el programa
CFD (Computational Fluid Dynamics) de uso libre más importante de la
actualidad. Tiene un gran número de usuarios en la mayoría de áreas de la
ingeniería y de la ciencia, tanto en organizaciones comerciales como académicas.
El OpenFOAM incluye una extensa librería
con más de 80 solvers y 170 tutoriales con los que se puede
resolver prácticamente cualquier problema, entre ellos los siguientes:
- Problemas básicos de mecánica de fluidos computacional.- Flujo comprensible. - Reacciones químicas. - Combustión. - Turbulencia. - Transferencia de calor. - Motores y turbomáquinas. - Dinámica de sólidos. - Flujo supersónico. - Electromagnetismo. - Flujos multifásicos. - Otros... 
Code_Aster
- Tipo de
FEM: Linear & non-linear static/dynamic, thermal & fluid analysis
- Tipo de Licencia: GPL
- Desarrollador: Electricité de France (EDF) - Sistema operativo: Linux, Solaris and IRIX 64 bits
- Descarga: Code_Aster
Code_Aster
es un software para el análisis de elementos finitos y simulación
numérica en mecánica estructural y multifísica.
Fue desarrollado por la empresa francesa Électricité de France (EDF), para el estudio y mantenimiento de plantas y redes eléctricas. Fue liberado bajo la GNU General Public License en octubre de 2001. La mayoría de la documentación disponible se encuentra en francés. 
Code_Aster es
el solver o motor de procesamiento, por lo que no incluye el preprocesamiento
y posprocesamiento, es decir el mallado del objeto y presentación de las
soluciónes del estudio.
Su aplicación abarca
múltiples disciplinas: análisis tridimensinal mecánico y térmico
principalmente, hidrodinámica, metalurgia, hidratación, secado... ya sean
condiciones estacionarias o transitorias, y tanto en procesos lineales como no
lineales. Además, posee herramientas específicas para fatiga, deformación,
fractura, contacto, geotecnia, materiales porosos, etc. Además, la combinación
de estas características con los programas específicos de preprocesado y
posprocesado, como por ejemplo el SALOME-MECA, le permiten disponer de una
funcionalidad completa para el desarrollo de estudios multidisciplinares.
 CALCULIX
- Tipo de FEM: Finite element analysis
- Tipo de Licencia: GPL (free
software)
- Desarrollador: Guido Dhondt & Klaus Wittig - Sistema operativo: Linux, Iris, Windows.
- Descarga: http://www.calculix.de/
El
programa Calculix fue diseñado para solucionar problemas lineales y no-lineales
estáticos, dinámicos y térmicos. Usa solamente elementos 3D (tetraedros y
hexaedros)
Fue
un proyecto realizado por trabajadores de MTU Aero Engines in Munich, Alemania
Consta
de dos módulos independientes pero totalmente compatibles. Uno es el módulo de
cálculo basado en ABAQUS, y el otro modulo de pre y post proceso compatible con
diferentes formatos: nastran, abaqus, ansys, code-aster, dolfyn, duns, ISAAC y OpenFOAM.
ELMER
- Tipo de
FEM: Multiphysical simulation software.
- Tipo de Licencia: GNU
General Public License
- Desarrollador: Finnish Ministry of Education's CSC - Sistema operativo: Linux, Windows, GPL, Mac OS X
- Descarga: https://www.csc.fi/web/elmer
El programa Elmer fue desarrollado por el Ministerio de
Eduacación de Finlandia. Permite Resolver los siguientes modelos físicos:
fluidos dinámicos, estructuras mecánicas, electromagnetismos, térmicos y
acústicos.
Está compuesto por los siguientes módulos principales;
 SALOME-MECA
- Tipo de Licencia: GNU LGPL license
- Desarrollador: Electricité de France (EDF) - Sistema operativo: Unix, GNU/Linux
- Descarga: http://www.salome-platform.org/downloads/
Salome-Meca
es un software que permite la realización del preproceso y postproceso
de cálculos numéricos. Al ser una aplicación libre se pueden implementar en
ella diferentes módulos. Su gran flexibilidad permite utilizar diferentes tipos
de archivos como: IGES, STEP, BREP, MED, UNV, DAT, STL. Integrándose totalmente
en un sistema de diseño CAD.
En su versión más básica, el Salome-Meca esta integrado por
los siguientes módulos:
- Módulo Geométrico
- Módulo de Mallado
- Módulo Post-Proceso
La
mayor parte de los usuarios utilizan el Salome Meca como herramienta de mallado
y visualizador de resultados de los cálculos numéricos realizados con programas
de código abierto como pueden ser OpenFOAM, Code_ASTER, CAELINUX, etc.
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Technical Courses está especializado en la
impartición de actividades formativas en todo el mundo, destinados a
cubrir la necesidades de cualificación de personal técnico, nuestros
cursos se encuentran estrechamente ligados a las tendencias del mundo
laboral y las necesidades formativas de las empresas.
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| Publicado el 2016-03-21 14:00:55 por C.Rodriguez | Abrir |
| Salome-Meca, para preproceso y postproceso de cálculos numéricos |
Salome-Meca es una plataforma de código abierto basado en la licencia GNU LGPL, y orientado a la realización del preproceso y postproceso de cálculos numéricos. Al ser una aplicación libre se pueden implementar en ella diferentes módulos. Ejemplo de ello es Code_Aster que aporta un módulo de cálculo para problemas mecánicos y Code Saturne que aporta un modulo de CFD. Su gran flexibilidad permite utilizar diferentes tipos de archivos como: IGES, STEP, BREP, MED, UNV, DAT, STL. Integrándose totalmente en un sistema de diseño CAD.  Las implicaciones de que sea software libre son las siguientes: • Libertad de usar el programa, con cualquier propósito. • Libertad de estudiar cómo funciona el programa y modificarlo, adaptándolo a tus necesidades. • Libertad de mejorar el programa y hacer públicas esas mejoras a los demás, de modo que toda la comunidad se beneficie. Este programa integra las herramientas necesarias para realizar estudios científicos de problemas multi-físicos; térmicos, fluidos, mecánicos,...  En su versión más básica, el Salome-Meca esta integrado por los siguientes módulos: Módulo Geométrico: Este módulo está construido para poder realizar la definición geométrica de nuestros casos a estudiar. Incluye diferentes herramientas para la creación y edición de elementos básicos y complejos de modelos de CAD. Módulo de Mallado: Mediante el mallado convertimos los objetos y grupos de objetos geométricos creados anteriormente en elementos compuestos de pequeños elementos; nodos, aristas y mallas. Pudiendo así aplicar el método de los elementos finitos sobre ellos. Módulo Post-Proceso: Salome-Meca se han decidido definitivamente por el módulo ParaView una potente herramienta de PostProcesado que nos permite analizar los resultados del cálculo por elementos finitos. Permite entre más cosas el realizar filtros sobre todas las variables importadas del estudio de cálculo. Diferentes representaciones de estas variables; iso líneas, umbrales, líneas, gráficas, cortes,...  Uno de los puntos fuertes del Salome-Meca es la gran interoperatibilidad que tiene con otros programas de CAD y CAE:
LINKS: FORMACIÓN RELACIONADA: - Curso de Mallado y Postprocesado con SALOME-MECA |
| Publicado el 2015-02-01 17:05:45 por Carlos Rodríguez & Javier Moreiras | Abrir |
| Blender 3D para modelado, render y animación de buques. |
El programa Blender 3D es en la actualidad uno de los programas más utilizados para modelado 3D, render y animación. Como se puede observar en las imágenes, el programa permite crear geometrías 3D de buques, que posteriormente se les aplicará los colores, textura e iluminación adecuados para crear una composición fotorealista del buque navegando en su escenario natural. Además de lo anterior, se puede dar animación y sonido a los modelos 3D, por ejemplo se puede hacer que el buque navegue y se aproxime a la costa o a otro buque, y dispare los cañones, incluyendo el fogonazo y sonido de los cañones al efectuar los disparos.
El programa Blender 3D es un programa informático de uso libre (gratuito), multiplataforma, dedicado
especialmente al modelado, animación y creación de gráficos
tridimensionales. Está desarrollado bajo licencia GPL y es compatible
con todas las versiones de Windows, Mac OS X, GNU/Linux, Solaris,
FreeBSD e IRIX.
Las posibilidades que proporciona Blender lo hacen comparable en muchos casos a otros programas
comerciales como Maya, 3D Studio, Rhinoceros, etc, pero contando con la
ventaja de ser totalmente gratuito y existir gran número de tutoriales,
aunque en este momento la mayoría de la documentación está en inglés.
Además, las múltiples ventajas que tiene Blender hacen que sea una herramienta que se pueda equiparar en muchas de sus funcionalidades a otras aplicaciones con licencia, y en muchos casos que resultan inalcanzables para pequeños
estudios o diseñadores autónomos. Entre sus capacidades podemos
destacar las siguientes:
- Modelado 3D mediante herramientas sencillas. - Modelado 3D de figuras complejas. - Creación de imágenes fotorrealistas a partir de modelos 3D - Simulaciones físicas y de movimiento. - Posibilidad de creación y composición de animaciones y video.
La forma más común de modelar un casco 3D es a partir del plano de formas.En el link siguiente se puede ver los trabajos realizados
por un diseñador naval trabajando con Blender;
http://www.skipskompetanse.no
Con unos conocimientos básicos
de Blender 3D, cualquier usuario con un poco de dedicación puede
realizar presentaciones fotorealistas y también animaciones con sonido, que muestren a la perfección el modelo e
incluso sus mecanismos. Para ello será necesario aprender a dominar un serie
conceptos y procedimientos con los que Blender generará animaciones de
calidad de forma sencilla.
 MODELOS 3D CON BLENDER DEL ACORAZADO BISMARCK :
En la actualidad diversos autores han creado modelos 3D de los
acorazados de la clase Bismarck y de otros buques de guerra famosos. Los
modelos mostrados acontinuación han sido creados por medio del software
libre (gratuito) Blender 3D,
el cual permite modelar la geometria tridimensional del buque para
posteriormente crear renderizados fotorealistas superponiendo un
escenario, condiciones de iluminación y textura de materiales para
recrear la ambientación real del buque en su medio marino. Además este
software también dispone de un módulo para crear vieoanimaciones (Videoanimaciones con Blender 3D)
donde se puede recrear el buque navegando, incluyendo además efectos
sonoros y de iluminación, para recrear con mayor realismo la animación.
- Model 3D of the Battleship Tirpiz (Blender)    FORMACIÓN RECOMENDADA:
Si desea adquirir las habilidades y competencias necesarias para crear
modelos 3D de buques le recomendamos los siguientes cursos
técnicos:
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| Publicado el 2014-12-20 18:53:22 por Carlos Rodríguez | Abrir |
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