Simcenter FLOEFD para simular los ensayos de cualificación del producto mediante análisis fluidodinámicos

• Mejorar la comprensión del funcionamiento del producto para desarrollar soluciones innovadoras
• Reducir el número de iteraciones experimentales necesarias para la certificación del producto
• Acortar el time-to-market, manteniendo bajo control los costes de prototipado

• Confiar en SmartCAE para desarrollar el método de estudio basado en análisis CFD que permite simular los ensayos de certificación del producto

• Prever las prestaciones del producto durante la fase de diseño mediante ensayos virtuales
• Reducción del 40 % de los tiempos asociados a las pruebas
• Reducción del 30 % de los costes de prototipado

Cuando se habla de eficiencia energética, son muchos los ámbitos en los que los productos deben certificarse para minimizar el desperdicio de energía.

También en el sector de las cocinas industriales se presta especial atención al correcto dimensionamiento de los sistemas de extracción de las campanas. Los filtros de cocina deben ofrecer una capacidad de captación adecuada de las gotas de aceite arrastradas por los vapores de cocción y, al mismo tiempo, garantizar pérdidas de carga mínimas al flujo de aire que los atraviesa. La simulación fluidodinámica CFD permite evaluar ambos fenómenos mediante ensayos virtuales del filtro capaces de reproducir las condiciones de los ensayos de certificación experimentales.

Hemos hablado con Luca Pelagagge (Director Técnico) y Alessandro Giacani (Diseñador) de SIFIM, quienes nos han contado su experiencia con el uso del software de análisis fluidodinámico computacional Simcenter FLOEFD.

SIFIM nació en 1995 en Monsano, en la región de Las Marcas, fundada por un equipo de profesionales y amigos: Tino Sopranzetti, Oreste Bastari, Doriano Gagliardini, Luca Pelagagge y Claudia Sanchioni. La empresa diseña y fabrica filtros y componentes de alta calidad para la industria de los electrodomésticos, las cocinas tanto domésticas como industriales, la iluminación y la climatización. Se trata de una empresa en crecimiento que en 2019 abrió su primera sede fuera de Europa, en Florida.

“Los desafíos a los que se enfrenta SIFIM, más allá de las particularidades de nuestro producto, son similares a los que afronta la mayoría de las empresas manufactureras”, afirma Pelagagge. “Para la certificación del producto debemos caracterizar el filtro de acuerdo con las normativas. Con el método experimental tradicional, esto requiere fabricar una muestra y utilizar un banco de pruebas, con costes elevados y tiempos de respuesta largos para cada intento que no da los resultados esperados. Nuestro objetivo, cuando nos planteamos incorporar una solución CFD, era poder predecir el comportamiento del filtro sin recurrir al prototipo ni al ensayo experimental. Esto también permitiría al diseñador experimentar rápidamente con sus ideas sin tener que enfrentarse a las dificultades asociadas a la producción y a los ensayos. Por ello, probamos la solución en Simcenter FLOEFD, un software de análisis fluidodinámico CFD que permite integrar la simulación en el CAD. Esta elección resultó de gran ayuda para facilitar el trabajo del diseñador, que dispone del modelo geométrico y del modelo analítico dentro del mismo entorno.”

“Antes de utilizar Simcenter FloEFD, realizábamos los diseños con el CAD 3D y, a partir de ellos, fabricábamos los prototipos. El número de prototipos variaba en función del proyecto, pero hablamos de al menos 6-7 prototipos. Después, en el laboratorio se realizaban las pruebas de pérdidas de carga y eficiencia, y se seleccionaba el mejor diseño. Ahora, gracias a la simulación CFD, hemos pasado de 6-7 a tan solo 2 muestras, reduciendo los tiempos de prototipado y pruebas en aproximadamente un 70 %.”

Los beneficios del análisis fluidodinámico no se limitan únicamente a reducir el número de prototipos, sino que también ayudan a mejorar la comprensión del funcionamiento del producto.

“Los ensayos de laboratorio proporcionan únicamente el dato global, como la pérdida de presión entre la entrada y la salida en función del caudal. En cambio, mediante el análisis fluidodinámico obtenemos los mapas de velocidad y la trayectoria del flujo. Por tanto, en comparación con el enfoque experimental, obtenemos mucha más información sobre lo que ocurre en el interior del filtro”, añade Giacani. “La posibilidad de visualizar gráficamente los flujos y, por tanto, también las distintas turbulencias, nos permite identificar nuevas ideas para mejorar el producto.”

“Si quisiéramos obtener estos datos de forma experimental, tendríamos que utilizar trazadores, como el humo, y disponer de una cámara de pruebas transparente, o bien montar una especie de túnel de viento, es decir, utilizar equipos de los que no disponemos y que tienen costes muy elevados”, concluye Giacani. “Por el contrario, con los análisis CFD ahora podemos obtener datos más completos que antes, como, por ejemplo, observar específicamente qué sucede entre un listón y otro en el interior del filtro. Los análisis CFD nos permiten obtener un producto filtrante que consume menos energía. Por tanto, para nuestros clientes esto se traduce en instalaciones con grupos motor-ventilador más pequeños y con una mayor eficiencia.”

Además de optimizar el producto, la simulación fluidodinámica también contribuye a reducir los tiempos globales de desarrollo.

“Antes, como ya hemos comentado, se fabricaban 6-7 prototipos. De estos, se seleccionaba uno para realizar pruebas internas exhaustivas. Posteriormente, el prototipo seleccionado también debía ser probado por el organismo de certificación. En el desafortunado caso de que el filtro no superara la prueba del organismo, era necesario realizar modificaciones y repetir todas las pruebas desde el principio”, explica Giacani. “Las pruebas de las que hablamos requieren 2-3 semanas, por lo que repetir el ensayo en el organismo de certificación, además de suponer un coste adicional, también implica un considerable alargamiento de los plazos de aprobación del producto.”

“Lo mismo ocurre con los prototipos internos. Para fabricar un prototipo se necesitan 4-5 días, más unos diez días para realizar las pruebas”, nos explica Giacani. “Si las pruebas de nuestro laboratorio no dan resultados satisfactorios, tenemos que fabricar otro prototipo y empezar de nuevo. También hay que tener en cuenta que el departamento de prototipos se ocupa tanto de los prototipos como de pequeñas producciones, por lo que no siempre las máquinas están disponibles para que el diseñador pueda realizar sus pruebas. Con la simulación, en cambio, empleamos 4 horas para comprender cómo funciona un diseño. Hablamos de 4 horas frente a las 3 semanas que necesitábamos antes, lo que supone una reducción drástica de los tiempos. Además, la posibilidad de ejecutar los análisis durante la noche permite aumentar aún más la eficiencia. A menudo dejamos los cálculos ejecutándose por la noche, de modo que por la mañana, cuando llegamos a la empresa, todo está listo para ser revisado.”

Giacani nos cuenta sus impresiones como usuario de Simcenter FloEFD.

“Personalmente, Simcenter FloEFD me ha parecido muy intuitivo y fácil de usar. Valoro especialmente los controles para la creación de la malla, ya que nos permiten obtener resultados más efectivos y realistas. También me resulta muy útil la posibilidad de exportar los resultados con el visor: esto ha agilizado mucho nuestro trabajo y ha facilitado considerablemente el intercambio de datos con quienes no tienen acceso al modelo CAD, como el departamento comercial o los clientes.”

La rapidez de ejecución de los ensayos virtuales ha resultado especialmente útil, sobre todo para operaciones difíciles de realizar en la práctica, como determinados plegados, perforaciones o cortes.

“Para realizarlos físicamente, el operario necesitaría medio día solo para preparar la máquina. Con Simcenter FloEFD, todo es mucho más sencillo y directo. Basta con actualizar la geometría en el CAD y volver a ejecutar el análisis para comprobar inmediatamente si tiene sentido o no seguir por ese camino. En particular, hemos estimado que, desde que adoptamos Simcenter FloEFD, los tiempos totales de desarrollo de un nuevo filtro, desde la idea inicial hasta la certificación por parte del organismo externo, se han reducido aproximadamente un 40 %, y los costes, alrededor de un 30 %.”

Implementar una nueva tecnología en una empresa nunca es una tarea sencilla. Gracias a la facilidad de uso de Simcenter FloEFD y al apoyo metodológico de SmartCAE, SIFIM ha conseguido poner en producción la simulación CFD en un tiempo extremadamente reducido.

“La elección de Simcenter FloEFD también se vio favorecida por el apoyo que SmartCAE nos proporcionó durante todas las fases de selección e implementación de la tecnología CFD en nuestro workflow”, explica Pelagagge. “El punto de partida fue un análisis conjunto de los requisitos establecidos por la normativa y de las funciones disponibles en el software. A partir de ahí, los expertos de SmartCAE desarrollaron un workflow que, partiendo de la geometría CAD típica de uno de nuestros filtros, nos permite reproducir los ensayos experimentales y obtener las mismas mediciones habituales: salto de presión y capacidad de captación del prototipo.”

Para SIFIM, el uso de la simulación desempeñará un papel importante a la hora de consolidar su cuota de mercado gracias a la innovación del producto.

“Sin duda, nuestro objetivo es elevar el nivel tecnológico del producto, haciéndolo más eficiente también desde el punto de vista energético”, afirma Pelagagge. “Esto, además de una mayor eficiencia y un menor consumo energético, también supondría menores costes de mantenimiento para el usuario final. Nuestro proyecto de futuro es utilizar la fluidodinámica para agilizar la fase de desarrollo de nuestros productos y crear algo nuevo que nos permita diferenciarnos dentro del mercado.”

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