Evaluar la seguridad de las máquinas frigoríficas mediante análisis fluidodinámicos CFD

Desafíos operativos

✔ Desarrollar nuevos productos más sostenibles desde el punto de vista medioambiental

✔ Evaluar la seguridad de la máquina con refrigerantes inflamables

✔ Reducir los costes de la experimentación para las pruebas de seguridad

Clave del éxito

✔ Confiar en SmartCAE para desarrollar un método de estudio basado en análisis CFD que permitiera simular las fugas de gas inflamable

Resultados obtenidos

✔ Identificar y desarrollar las mejores soluciones ya durante la fase de diseño

✔ Utilizar el Digital Twin de la máquina para probar todas las posibles situaciones de peligro

✔ Aprovechar los resultados de los análisis como documentación para el análisis de riesgos

Las nuevas normativas internacionales impulsan a las empresas a desarrollar productos cada vez más sostenibles desde el punto de vista medioambiental. En el sector de los sistemas de refrigeración, este impulso hacia la sostenibilidad se traduce en requisitos de ahorro energético y en el uso de gases refrigerantes naturales que tengan un impacto bajo o incluso nulo en caso de dispersión en la atmósfera. Sin embargo, el uso de gases naturales, con la excepción del CO₂, implica gestionar sustancias inflamables que pueden generar situaciones peligrosas en caso de fuga al medio ambiente. En esta entrevista descubrimos cómo, para RIVACOLD, la colaboración con SmartCAE ha resultado clave para verificar la seguridad de las máquinas frigoríficas mediante análisis fluidodinámicos CFD.

RIVACOLD es la empresa líder del Grupo VAG (Vitri Alceste Group) y opera en el sector de la refrigeración industrial y comercial. Giuseppe Vitri, Innovation Manager de RIVACOLD, nos cuenta brevemente la historia de esta importante empresa italiana.

“RIVACOLD nació en 1966 en Vallefoglia, en la provincia de Pesaro. Actualmente cuenta con unos 1700 empleados y se encuentra en continua expansión. La evolución constante de las tecnologías y el uso de nuevos refrigerantes naturales impulsan a la empresa a ampliar y diversificar su producción, entrando en nuevos segmentos de producto y creando nuevos departamentos de investigación, ingeniería y ensamblaje.”

“Rivacold también representa un punto de referencia para el desarrollo económico, social y cultural del territorio en el que opera”, continúa Vitri. “Un territorio al que la empresa presta una gran atención desde hace años, como demuestran las numerosas actividades que lleva a cabo. De hecho, Rivacold colabora con escuelas y universidades para desarrollar proyectos y facilitar la incorporación de los jóvenes al mundo laboral. También participa activamente en iniciativas deportivas, culturales y benéficas relacionadas con la provincia. Una de las grandes pasiones de los últimos años ha sido su participación como patrocinador del Campeonato del Mundo de Motociclismo, ayudando a jóvenes pilotos a introducirse, crecer y alcanzar sus objetivos en este deporte.”

Preguntamos a Vitri cuáles son los desafíos relacionados con el diseño del producto en este ámbito, desde un punto de vista técnico.

“El desafío consiste en desarrollar nuevos productos que sean más sostenibles desde el punto de vista medioambiental y, por tanto, ofrecer al mercado máquinas que tiendan a dejar de utilizar los refrigerantes tradicionales. Actualmente se utilizan refrigerantes naturales que suelen ser de tres tipos: inflamables, ligeramente inflamables o no inflamables, como el dióxido de carbono, por ejemplo.”

“Un refrigerante inflamable, como el propano, reúne las dos características principales para responder adecuadamente a los nuevos requisitos: sostenibilidad en términos de emisiones directas asociadas a una posible fuga, que no tiene impacto a nivel medioambiental; y sostenibilidad en términos de emisiones indirectas, es decir, del consumo energético.”

Cuando se habla de refrigerantes inflamables surgen problemas relacionados con la seguridad de la máquina: se trata de un aspecto obligatorio para poder comercializar un equipo.

“Es cierto que la máquina frigorífica es un circuito cerrado y hermético”, continúa Vitri, “pero si se producen averías o fallos de funcionamiento, podrían generarse situaciones que provoquen una fuga de refrigerante. Al tratarse de gases inflamables, es necesario comprender cómo la liberación de estas sustancias puede generar problemas de seguridad en los alrededores de la máquina o en el interior de la propia máquina.”

“Por tanto, durante el diseño debemos evaluar cuáles son las concentraciones de refrigerante inflamable tanto en el interior como en el exterior de la máquina, para comprobar que no se generen situaciones capaces de provocar la ignición del gas.”

“En el interior evaluamos la criticidad de todos nuestros componentes y tomamos decisiones específicas en función del tipo de aplicación, para evitar que se den simultáneamente las condiciones necesarias para alcanzar una concentración suficiente para generar inflamabilidad y la presencia de una fuente de ignición, como podrían ser principalmente un fallo eléctrico o un sobrecalentamiento.”

“Sin embargo, una posible fuga no afecta únicamente al interior de la máquina, sino que también es necesario establecer una serie de requisitos en términos de instalación, para que quien la instale adopte todos los criterios de seguridad. Esto significa establecer restricciones de instalación, principalmente relacionadas con la ausencia de fuentes de ignición. Como es fácil imaginar, cuanto menores sean las restricciones de instalación —por ejemplo, la distancia mínima entre dos unidades adyacentes—, mayor será la facilidad de comercialización del producto en el mercado.”

Poder verificar las restricciones de instalación de la máquina requeriría realizar ensayos extremadamente costosos sobre el prototipo, además de complejos y peligrosos debido a la inflamabilidad del refrigerante. Por este motivo, RIVACOLD decidió recurrir a SmartCAE para simular este fenómeno mediante análisis fluidodinámicos computacionales CFD.

“La realización de este tipo de análisis para comprender plenamente el comportamiento de nuestra máquina requiere, evidentemente, experiencia y conocimientos tanto sobre el fenómeno que se quiere simular como sobre la herramienta de análisis utilizada para modelarlo. RIVACOLD cuenta con diversas competencias específicas sobre el producto y sobre el fenómeno, pero actualmente no tenemos mucha experiencia en este tipo de análisis”, nos explica Vitri.

“Por este motivo, decidimos recurrir a quienes ya tienen experiencia. Internamente realizamos algunas simulaciones sencillas, pero preferimos recurrir a universidades o, como en este caso, a una empresa como SmartCAE, que trabaja específicamente en el ámbito de la simulación por ordenador. Queríamos asegurarnos de desarrollar un modelo de la máquina lo más fiel posible a la realidad. Posteriormente, somos capaces de verificar los flujos y así se ha hecho para comprobar la validez de la simulación.”

Giuseppe Vitri nos describe brevemente cómo se desarrolló el proyecto y cómo fue trabajar con SmartCAE:

“El desarrollo del proyecto no se limitó a proporcionar a SmartCAE la información y esperar el resultado. Hubo un trabajo de colaboración muy intenso, en el que los datos y los modelos se compartieron, analizaron y debatieron a medida que avanzaba el proyecto. Revisar conjuntamente y debatir sobre la física del fenómeno, que no es en absoluto sencillo de simular, fue el verdadero valor añadido de la colaboración con SmartCAE.

Nos pusimos a analizar conjuntamente los posibles resultados obtenidos, a debatir sobre los valores reales o las tendencias observadas y a comprobar si todo se había planteado correctamente. El modelo se sometió a revisión para intentar obtener el comportamiento físico más preciso posible.”

Estas simulaciones tienen un gran valor para RIVACOLD, ya que contribuyen a completar el expediente técnico de la máquina.

“Estos modelos se incorporan, desde el punto de vista documental, al análisis de riesgos. No se trata de un estudio en sí mismo: el análisis forma parte del expediente técnico en materia de seguridad. No es una simple simulación, sino una simulación que, en determinados aspectos, permite complementar y sustituir los ensayos experimentales. Debido a la peligrosidad de las pruebas, no es posible comprobar todas las condiciones posibles, especialmente en el caso de las máquinas de mayor tamaño.”

El uso de la simulación fluidodinámica CFD ha permitido a RIVACOLD evaluar el efecto de diferentes opciones de diseño sobre la seguridad de la máquina mucho antes de fabricar el prototipo. Preguntamos a Vitri cuáles son los principales beneficios obtenidos con este enfoque.

“Con este método de trabajo hemos obtenido varios beneficios. En primer lugar, la reducción de los tiempos de desarrollo. Gracias a la simulación, hemos evitado fabricar determinados tipos de prototipos que no habrían funcionado. Normalmente, para las máquinas pequeñas se fabrican los prototipos y después se modifican, pero las modificaciones pueden ser muy numerosas: para obtener la solución óptima, pueden ser necesarios incluso 10 o 15 cambios.”

“Gracias a la simulación y al enfoque basado en el Digital Twin del producto, conseguimos obtener la información que necesitamos para orientar el diseño sin necesidad de fabricar el prototipo.

Esto nos permite eliminar todos los riesgos asociados a la gestión y manipulación de gases inflamables durante la fase de pruebas.”

Vitri concluye confirmando que está muy satisfecho con la elección realizada.

“Estamos muy satisfechos de haber encontrado en SmartCAE el socio adecuado para nuestro proyecto. No solo son expertos en simulación por ordenador, sino que la gran ventaja es que no se limitan a realizar simplemente los análisis solicitados. A lo largo del proyecto hemos tenido muchas oportunidades de intercambiar opiniones con los expertos de SmartCAE. Este intercambio ha sido de gran ayuda para desarrollar un modelo de la máquina lo más fiel posible a la realidad. El hecho de tener una mentalidad abierta y estar dispuestos a cuestionar el propio enfoque ha sido un aspecto que nos ha gustado especialmente y por el que recomiendo contar con el apoyo de SmartCAE.”

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