Uso de Herramientas CFD como Apoyo al Aprendizaje de la Mecánica de los Fluidos en la Universidad

Abstract

Es sabido que la Dinámica de Fluidos Computacional o CFD en notación inglesa, es una herramienta cada vez más utilizada por los ingenieros de diseño en el ámbito de la Mecánica de Fluidos. Es por tanto, cada vez más importante que en los estudios de grado se inicie al alumno en la formación relacionada con el uso de estas herramientas numéricas. Luego, el objeto de este trabajo es la incorporación de herramientas de CFD como un complemento para mejorar el dictado de la cátedra Mecánica de los Fluidos y Máquinas Fluidodinámicas de cuarto año de la carrera de Ingeniería Electromecánica de la Facultad Regional Mendoza Universidad Tecnológica Nacional, FRM UTN. Si bien ésta metodología aún no ha sido incorporada a la cátedra, este trabajo se realiza en vistas de poder hacerlo en un futuro muy próximo.
Se cree que una buena metodología para la introducción de CFD en la enseñanza dentro de los cursos de grado es relacionarla con algunas de las prácticas de laboratorio tanto de pérdidas de carga primarias como secundarias en geometrías fijas y variables que se realizan en la FRM UTN como primer paso, para luego extenderlas a casos en donde la contraparte experimental no existe aún en el laboratorio.
Para cumplir este objetivo se simularon tuberías rectas, codos, placas orificio y tubos Venturi con diversas dimensiones y condiciones de trabajo. Para modelar la turbulencia se utilizaron modelos considerados como Standard en las simulaciones de flujos industriales. Se seleccionaron estas geometrías por ser relativamente simples, lo que permite no perder la perspectiva a la hora de observar el flujo en su interior. Una mayor complejidad de las geometrías puede producir gradientes adversos de presión o desprendimiento de capa límite, lo que conlleva una simulación incorrecta del flujo turbulento usando estos modelos Standard, implicando así, el uso de modelos para la turbulencia mucho más complejos y que no siempre garantizan mejores resultados, lo que a priori no es objeto del presente trabajo.
Se contrastaron los resultados numéricos obtenidos en las simulaciones numéricas con sus contrapartes experimentales, observando pequeñas discrepancias. Pese a estas discrepancias, producto del modelado del flujo turbulento, algunas ya ampliamente conocidas dentro de la comunidad CFD, las simulaciones obtenidas tienen un cierto grado de realidad y permite mostrarle al alumno la compleja fenomenología que implica el estudio en detalle del flujo de fluidos, la cual no siempre es intuitiva.