Buscar
  • MSc. Tania Marie Arispe Angulo

¿Cómo conseguir sistemas de ventilación más eficientes a través de herramientas CFD?

Los sistemas de Calefacción, Ventilación y Aire Acondicionado - HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning) son ampliamente utilizados en diversos procesos industriales y en procesos de climatización de ambientes residenciales, comerciales e industriales. Estos conjuntos de sistemas aportan varios beneficios que van mucho más allá del confort térmico.

En este artículo hablaremos específicamente de los sistemas de ventilación forzada, que constan de un conjunto de componentes (ventiladores, conductos de insuflación o escape, dampers, filtros, colectores de contaminantes y supresores de ruido, entre otros) que permiten el movimiento del aire dentro de un determinado ambiente. Todos estos componentes deben ser diseñados o modificados adecuadamente y analizados en su conjunto, asegurando así el confort térmico y el cumplimiento de los estándares de calidad del aire requeridos para cada aplicación.

Los sistemas de ventilación en entornos industriales, comerciales y residenciales son extremadamente necesarios, ya que permiten la circulación del aire y la oxigenación del ambiente. Esto, además de hacer el ambiente más agradable y con estándares adecuados para los diferentes procesos industriales y el confort térmico de las personas, evita la concentración de partículas de polvo, olores y contaminantes como dióxido de carbono, gases nocivos, sustancias inflamables o explosivas, disolventes y contaminantes presentes en el aire. Todo este conjunto de contaminantes, representan un riesgo para la seguridad del entorno laboral y la salud de las personas (ya que pueden provocar enfermedades respiratorias y alérgicas u otros daños graves y permanentes a la salud). En entornos industriales, estos agentes contaminantes pueden contaminar los productos o incluso comprometer la calidad de los productos en un determinado proceso industrial.

Por tanto, las aplicaciones de los sistemas de ventilación van desde usos para el confort térmico y reducción de contaminantes y/o agentes nocivos en determinados ambientes, hasta diversas aplicaciones industriales, tales como: refrigeración de motores eléctricos o máquinas sometidas a altas temperaturas, ventilación de ambientes con el fin de prevenir el deterioro de los productos, creación de salas climatizadas con aire tratado y controlado para equipos electrónicos sensibles, entre otros.

Y es por eso que un buen diseño de un sistema de ventilación o la optimización de un sistema existente es tan importante. Porque es precisamente en esta fase de diseño e/o reingeniería que es posible considerar los diferentes factores que inciden en el comportamiento del sistema y su desempeño en el entorno para el que fue diseñado. Así, es posible obtener sistemas de ventilación que, además de consumir menos energía, promueven la eliminación de sustancias contaminantes de manera eficiente y permiten controlar las condiciones de ciertos procesos. Esto permite minimizar los riesgos para la salud, evitar la contaminación de los productos que se manipulan y garantizar el confort térmico y la eficiencia del sistema.


¿Cómo ayudan las herramientas computacionales a diseñar sistemas de ventilación más eficientes?

Una forma de diseñar, optimizar y garantizar sistemas de ventilación eficientes, es incorporar herramientas computacionales, tales como la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD), en técnicas de diseño tradicionales (cálculos analíticos, aproximaciones, etc.).

Tradicionalmente, el enfoque analítico para dimensionar los sistemas de ventilación se ha basado en los márgenes y consideraciones de seguridad para garantizar el cumplimiento de los requisitos. Sin embargo, en algunos casos, el resultado de este enfoque es la especificación de equipos sobredimensionados que, en consecuencia, aumentan los costos iniciales y el consumo de energía.

De esta forma, una metodología que combina el enfoque analítico y las técnicas CFD, aplicadas a proyectos de sistemas de ventilación o mejora del rendimiento de los sistemas existentes, constituye una herramienta muy poderosa.

Esta metodología híbrida permite, además de garantizar un diseño eficiente, predecir con precisión el desempeño de un sistema de ventilación, evaluar y mejorar su desempeño a través de la modelación de fenómenos físicos, condiciones ambientales y geometría detallada.

El uso de herramientas CFD en proyectos de ventilación permite probar virtualmente el sistema, incluso antes de que exista el espacio físico, mediante simulaciones de flujo de fluidos.

Las simulaciones permiten evaluar prácticamente cualquier característica geométrica y visualizar el comportamiento de la velocidad del flujo de aire, distribución de temperatura, entre otros. Estos análisis, a su vez, permiten implementar mejoras en la etapa de diseño para asegurar sistemas más eficientes. Los análisis también se pueden extender a los sistemas existentes, lo que permite optimizarlos.

Debido a que los análisis y las pruebas se realizan de forma virtual, los costos y recursos utilizados son mucho más bajos que realizar análisis físicos.


Algunos usos de la simulación CFD en diseños de proyectos de ventilación

  • Una aplicación muy importante de la simulación CFD en proyectos de ventilación es el uso de esta herramienta en el diseño de algunos componentes, como ventiladores y/o sopladores, ya que permiten obtener las curvas de rendimiento y evaluar su comportamiento aerodinámico mediante distribuciones de presión, velocidad y líneas de corriente. Estos análisis permiten diseñar ventiladores más eficientes.

  • Diseño u optimización de sistemas de admisión de aire. Estos sistemas juegan un papel importante en la mejora de la calidad del aire para varios componentes de ingeniería, como turbinas y compresores de gas, motores diesel y otros. El análisis de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) ayuda a comprender y optimizar el comportamiento del flujo a través del sistema de entrada completo, incluidos todos los componentes (filtro de aire, conductos, etc.). En la fase de diseño inicial, un análisis CFD puede ayudar, probando varias modificaciones geométricas, para mejorar las características del flujo.

  • Optimización de ambientes climatizados. En el diseño de ambientes climatizados, las simulaciones CFD permiten predecir el comportamiento del flujo de aire en un ambiente dado, en términos de distribuciones de presión, velocidad, temperatura, etc. También permiten realizar comparaciones de diferentes configuraciones o posicionamiento de los lugares de entrada y salida de aire, con el fin de garantizar el confort térmico y las condiciones adecuadas para la salud de las personas.

  • Mapeo de la dispersión de gases o contaminantes en ambientes cerrados. Las simulaciones CFD permiten realizar estudios para caracterizar contaminantes y gases nocivos, como humo, dióxido de carbono y partículas de aerosoles en el medio ambiente. Estos análisis nos permiten identificar las regiones donde existe una mayor concentración de estos contaminantes y tomar decisiones para mejorar la ventilación.

  • Evaluación de diversas estrategias de ventilación en interiores. Para reducir los niveles de contaminación o eliminar áreas de alta concentración de agentes nocivos, es importante que los sistemas de ventilación estén diseñados para asegurar la calidad del aire y la eliminación de agentes contaminantes que pueden causar problemas de salud. En el contexto actual, esta aplicación es especialmente importante ya que el riesgo de contraer COVID-19 es mayor en ambientes masificados con ventilación inadecuada. En estos entornos, el virus parece propagarse de manera más eficiente, a través de gotículas respiratorias o aerosoles. Por tanto, es fundamental controlar la ventilación de los ambientes para mejorar la calidad del aire, evitar la concentración de contaminantes y reducir el riesgo de problemas de salud.


Así, podemos ver que existen varias aplicaciones de los sistemas de ventilación en la industria y en la climatización de ambientes que se pueden mejorar mediante herramientas CFD.



Y tú, ¿tienes en mente algún sistema de ventilación que pueda mejorarse en tu empresa o en tu entorno de trabajo?

Aleph siempre busca mejoras para desarrollar soluciones eficientes y rentables. ¡Contáctanos!


#SistemaVentilación #HVAC #CFD #Optimización #Proyecto #AmbientesClimatizados

94 vistas0 comentarios

Entradas Recientes

Ver todo