Alejandro Fernández @soindieithurts

Desde la introducción de superordenadores en los 80, el uso del CFD o Mecánica de Fluidos por Ordenador para resolver problemas de flujo de fluidos se ha incrementado exponencialmente como herramienta en muchas áreas de la Ingeniería.

Vamos a definir que es el CFD para que tengáis una idea de cómo se emplea: Primero se diseña un objeto que puede ser una pieza, como un alerón por ejemplo, un conjunto de piezas, o bien un vehículo completo.

Ese diseño realizado por ordenador es pasado a la aplicación de CFD que es la que nos mostrará el comportamiento de esa pieza en movimiento y como se comporta el aire que pasa por ella.

Como se darán cuenta, las aplicaciones del CFD son muchas, como por ejemplo en aeronáutica, transportes, construcción, deportes y meteorología.

El desarrollo de la tecnología del túnel de viento en la Fórmula 1, importante como es, queda pequeña frente al crecimiento del CFD. En el túnel se experimenta soplando aire contra un objeto real en un ambiente controlado y midiendo las fuerzas aerodinámicas que se generan. En el CFD ese mismo experimento se realiza a través de la simulación por ordenador.

Flujos de aire saliendo de un F1

Flujos de aire saliendo de un F1

Aunque las ecuaciones empleadas en el CFD se conocían desde los años 30 eran muy difíciles de resolver y sólo se pudieron emplear con la potencia de procesamiento disponible hace 25 o 30 años.

En ese período la Formula 1 ha invertido mucho en el desarrollo de sistemas y programas para CFD, y se sabe que esta herramienta es un requisito indispensable para el éxito. Los equipos han financiado este desarrollo en las mejores universidades del mundo y también han invertido en las empresas que proveen sistemas comerciales de CFD y hacer una realidad el poder predecir el comportamiento de todo cuanto fabrican y a pesar de que son varias las industrias que han hecho crecer al CFD la importancia de la Formula 1 ha sido mas que significante.

Paso de todo el coche por una masa de aire

Paso de todo el coche por una masa de aire

Los motivos por lo que los equipos emplean esta tecnología son 3: Precisión, Previsión y Eficiencia.

Por precisión entendemos que si tenemos un diseño que es difícil de probar a través de la experimentación, el análisis del CFD permite la simulación virtual de su comportamiento y hay varios fenómenos que sólo pueden verse con esta técnica, o sea que el CFD nos permite conocer mas profundamente a los diseños.

La previsión la entendemos al poder someter a nuestro diseño a lo que comúnmente podemos denominar con la pregunta ¿Qué sucede si sucede tal cosa? Entonces jugamos con varios escenarios aerodinámicos, bajo diferentes condiciones y de esta manera predecir su comportamiento antes de construir un prototipo.

Y la eficiencia viene dada en el ahorro de costes al no tener que construir prototipos para que luego nos demos cuenta que no sirven, no cumplen con los reglamentos y que no puede ser mejorado sin tener que fabricarlo de nuevo.

Pero si bien el análisis CFD es muy completo necesita del túnel de viento para ser mas completo y poder fabricar piezas con un alto índice de seguridad de performance, por lo que la correlación de datos entre ambos análisis es clave y la falta de la mencionada correlación fue un factor decisivo en la performance del Ferrari F-138 en 2013 en el que las nuevas piezas pensadas como mejoras, así como llegaban al circuito se iban sin ser probadas.

Otro ejemplo del mal uso de las técnicas han sido los Virgin Racing de 2010 y 2011 en el que Nick Wirth, su director técnico, sólo empleó el CFD sin el túnel de viento, dando como resultado dos coches de muy baja performance y cercanos a ser declarados inconducibles.

El supercomputador Albert

El supercomputador Albert

Como mencionábamos antes, un análisis serio de CFD sólo puede realizarse en superordenadores y como muestra tenemos a Albert, empleado por Sauber hasta hace poco y empleaba 530 procesadores de 64 bits entre otras sorprendentes características. Albert era capaz de realizar 2 billones y medio de operaciones por segundo y ya es obsoleto para este tipo de estudios.

Sólo las mejores empresas en este campo califican como para proveer de programas a la Formula 1 y son CFDesing, Flow Science, Fluent, Ansys, Metacomp Technologies, CD Adapco y Field View.

Desde 2014 se aplica una restricción al uso de tanto el túnel de viento como en el uso del CFD para frenar los gastos en ellos y son las siguientes:

La reducción en el uso del túnel de viento lo reduce a 30 horas y el CFD a 30 teraflops (O sea 30 trillones de operaciones de coma flotante).

El número de pasadas por el túnel se limita a 80 y la ocupación se reduce a 60 horas.

Antiguamente una pasada por el túnel de viento se hacía durante las 24 horas del día los 7 días de la semana y totalizando unas 20 pasadas y la restricción lo deja a un tercio de lo anterior.

Otras técnica empleadas en conjunto con el CFD son lss denominadas FEA y responde a las siglas de Análisis de elementos finitos en inglés y la relativamente joven MFD, o sea Dinámica de Fluidos en movimiento, pero estas serán temas de futuros programas.

Pues hemos visto entonces que es el CFD y su importancia y características en la Fórmula 1. Cualquier inquietud les pido que la hagan a través de twitter o bien empleando el formulario mas abajo.

 

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