drmarcoguevara

Hola a todos, soy ingeniero quimico de la Universidad Nacional de Colombia en Bogota, trabajo haciendo CFD para procesos quimicos y petroquimicos hace mas de dos años en la industria y estas son algunas de las simulaciones dummies con las que aprendí en mi pregrado. Las simulaciones que aca se muestran estan hechas en Ansys Fluent y OpenFoam espero les gusten y se motiven a aprender un poco mas al respecto. Antes que cualquier otra cosa... bueno y ¿que es CFD? CFD por sus siglas en ingles significa Computational Fluid Dynamics o en español dinámica computacional de fluidos, Es un enfoque de modelamiento computacional detallado del comportamiento de los fluidos. En otras palabras se solucionan las ecuaciones diferenciales parciales que describen el comportamiento de los fluidos (o Ecuaciones de Navier-Stokes) por medio de metodos numericos en un espacio tridimensional. La razón por la cual es necesario hacerlo numericamente es porque estas ecuaciones no se pueden solucionar de forma analitica, o directa, excepto para algunos casos muy limitados (que enrealidad no sirven en la vida real!). Como son varias ecuaciones acopladas y hay una gran cantidad de variables, esto sólo se puede realizar en una computadora y cada simulación puede tardar horas o días en completarce. Espero Pronto poder compartir con ustedes algunos tutoriales y videos explicando como hacerlas. Es mi primer post asi que porfavor comenten, acepto todo tipo de criticas. link: https://www.youtube.com/watch?v=D5Wa3wwhJYc&list=UUwZmeRPj1Y_Jtq1YfSajwvg link: https://www.youtube.com/watch?v=jdBXxkAhYrM&list=UUwZmeRPj1Y_Jtq1YfSajwvg link: https://www.youtube.com/watch?v=T0bQhqsT1c8&index=4&list=UUwZmeRPj1Y_Jtq1YfSajwvg link: https://www.youtube.com/watch?v=9q7r0tJ7M8U&index=5&list=UUwZmeRPj1Y_Jtq1YfSajwvg link: https://www.youtube.com/watch?v=r8FEhqE_2fU&index=7&list=UUwZmeRPj1Y_Jtq1YfSajwvg link: https://www.youtube.com/watch?v=vZMKnJZ5ENQ&index=10&list=UUwZmeRPj1Y_Jtq1YfSajwvg

Hola muchachos, bueno como mi otro post tuvo comentarios me animé a escribir este nuevo con algo más de información en cuanto al tema de CFD. En este caso hablare sobre la teoría detras del software para CFD que se puede utilizar para comenzar. espero les sea muy util y se motiven a seguir aprendiendo. Teoría: (Disculpen pero es necesario hablar de esto que es lo aburrido primero) Primero les dire que uno de los aspectos mas importantes a considerar es las fuentes, hay mucha información al respecto lastimosamente la mayoría esta en otros idiomas, y principalmente en inglés. Igualmente los foros son todos en idioma inglés, la verdad no he visto ninguno en español hasta ahora. Aca intentare colocar toda la información de la forma mas sencilla posible y en español para que podamos ponernos en contexto. Uno de los libros que personalmente me resultaron mas utiles para comprender la teoria detras de CFD es el siguiente: "An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method (2nd Edition) H. Versteeg, W. Malalasekra" Les recomiendo la página Bookfi, ahi lo pueden conseguir. En el libro encontraran el detalle pero aca yo les dire lo importante, CFD es simplemente un solver que resuelve un sistema algebraico muy grande. este sistema algebraico no es mas que las ecuaciones de transporte (ecuaciones diferenciales parciales) de las propiedades de los fluidos (Temperatura, Presion, Velocidad, Composición, etc). las ecuaciones minimas que modelan los fluidos son: 1- Ecuación de continuidad. 2- Ecuación de momento ( para las 3 dimensiones x,y,z) Estas 4 ecuaciones son el sistema mas simple que se puede resolver empleando CFD. Adicional a estas hay tantas ecuaciones como fenomenos se desea modelar para cada caso (Transferencia de Calor, transferencia de Masa, reacciones Químicas, cambios de Fase, etc). No pondre ecuaciones aca porque sería aburrido como si lo hubiera hecho un gringo o un europeo. Ahora si las ecuaciones que describen nuestro problema son PDEs (Partial Differential Equations-Ecuaciones Diferenciales Parciales), ¿como las resolvemos si CFD es un solver de sistemas algeraicos?. La solucion es sencilla, hay que discretizar las ecuaciones, expresarlas como un sistema de ecuaciones algebraicas y resolverlo empleando el Algebra matricial. Para continuar debemos hablar primero de la geometría y el dominio, la geometría es simplemente la digitalizacion 3D de lo que se quiere simular, y el dominio es el espacio de esta geometría en donde esta localizado el fluido. Esto es bien importante definir el dominio es clave para lo que sigue. Como se podran imaginar uno siempre trabaja en el dominio no en la geometría, este dominio debe ser dividido en partes pequeñas por medio de una "Malla", la malla es una forma de ver graficamente los elementos (volumenes finitos) que dividen el espacio del dominio en donde se resolveran las ecuaciones antes mensionadas. Volumen finito: Asi entonces se aplican las ecuaciones a cada uno de estos volumenes y se obtiene un "juego" de ecuaciones para cada uno, todo ese monton de ecuaciones tienen como variables las propiedades del fluido (Presión, Temperatura, Velocidad, etc). y estas ecuaciones tienen coeficientes que pueden organizarce en una matriz gigante. El problema se puede resolver sacando la inversa de esta matriz ya que esta debe ser cuadrada, pero los computadores actuales tardarian literalmente decadas resolviendo un problema de estos, para evitar tan larga espera se emplean algoritnos, o metodos numericos(Los que sean ingenieros químicos como yo recordaran en este momento las largas noches en compañia de Gauss-Seidel jejeje), estos métodos estiman una solución al sistema. Así obtenemos el valor de todas las variables del sistema en todo el espacio y a esto es a lo que se le llama CFD. Esta es una Malla para el aire que rodea a un avión: El problema no solo termina ahí, resulta que si no definimos dos cosas muy importantes el sistema esta subespecificado, esto quiere decir que hay demaciadas variables desconocidas (incognitas). Osea tenemos mas Incognitas que ecuaciones. Por ello se benes definir las famosas condiciones de frontera que es que sucede en los limites. Estas condiciones pueden ser, velocidades de entrada, temperatura de una pared o presión e la salida, entre muchas otras. Estas deben definirce con sumo cuidado ya que determinan la calidad de la solución. Las condiciones de frontera tienen siempre dos cosas: localización y magnitud (independientemente de que sean cantidades vectoriales o escalares). Lo que quiero decir es que no se vale definir sólo la velocidad y la dirección de esta, hay que definir tambien en donde esta esta condición. en el caso de una cantidad escalar como la temperatura hay que decir en que lugar del dominio tenemos esa temperatura. ya con esto el problema se puede solucionar. Pero falta algo, el software CFd debe arrancar a solucionar de algun punto, porque siempre hay un momento previo al instante que estamos simulando. es por esto que se requiere de la famosa inicializacion tambien. debemos definir desde donde comienza a iterar nuestro PC para hallar la solución. Esto es analogo a cuando se emplea el método de Newton-Rhapson para resolver ecuaciones algebraicas no lineales. recuerden que si tomabamos un valor inicial cercano a la raiz la solución se lograba rapido con un error pequeño y con pocas iteraciones (a esto se le llama buena convergencia Recuerdenlo!!!!), pero si poniamos un valor lejano el metodo no llegaba muchas veces a dar con la solución (a esto se le llama divergencia Recuerdenlo!!!). Bueno pues es lo mismo si no definimos unas condiciones iniciales para TODO el dominio la convergencia será mala. Bueno muchachos eso es lo que tenia para comentarles hoy, espero mejorar el post con mas información, y hacer muchos mas con mas cosas utiles, el siguiente será sobre el software que existe para hacer este tipo de cosas. Saludos.

Hola a todos, antes que nada gracias por visitarme por estos lares, hoy les mostrare una herramienta alternativa a Ansys Fluent/CFX para levara a cabo simulaciones CFD. Se llama OpenFoam, y es una herramienta para Simulación computacional que funciona sobre Ubuntu. Yo personalmente para agilizar el proceso recomiendo que instales la versión CAElinux (http://caelinux.com/CMS/) la cual puede ser descargada del siguiente torrent, el cual corresponde a la versión que creo es mejor para trabajar con OpenFoam: https://drive.google.com/file/d/0B-mr7ocqo5IFSnZYbFJ2QnNBcEU/view?usp=sharing CAElinux es una versión del software Linux, la diferencia con el que se descarga de la página de Ubuntu Linux es que CAE Linux trae preinstalado todo el software que se necesita para hacer ingeniería asistida por computador, de ahí sus siglas (Computer Aided Engineering). Se ve algo así el ambiente gráfico una vez instalado: Bueno si ya instalaron CAE Linux entonces es hora de comenzar, en mis anteriores posts comente que es CFD, en este caso trabajaremos nuestra primera simulación CFD sobre la plataforma Ubuntu con el software OpenFoam. Espero a futuro mostrarles algo en fluent que es más sencillo, pero tiene la desventaja de una licencia exageradamente costosa, por tal motivo comenzaré con OpenFoam que es software libre. La simulación que haremos es la primera que se hace cuando uno está aprendiendo OpenFoam, consiste en un cuadro 2D lleno con agua, y la pared superior se mueve hacia un lado con una velocidad de 1 m/s. el cuadro tiene dimensiones de 0.1 m de lado, corresponde al caso llamado "cavity" y es algo así: Para comenzar lo que debemos hacer es generar una carpeta de trabajo, con el fin de agilizar nuestros desarrollos CFD, ya que OpenFoam nos brinda esta opción, en este caso debemos crear las siguientes carpetas y subcarpetas: “Nombre de Usuario”/OpenFOAM/“Nombre de Usuario”-2.0.1(que es la versión de OpenFOAM que estemos utilizando)/run Para guiarte mejor de acuerdo a tu equipo, abre la terminal de OpenFoam de la siguiente forma: Se abrirá la ventana de la terminal, en la cual teclea el comando “run”, pero recuerda que debe ser en la terminal de OpenFoam no en otra. Y te saldrá un error diciendo que la dirección no se encuentra, esta es la dirección de las carpetas que debes crear: Ahora debes copiar los tutoriales de OpenFoam en la carpeta “run”, estos tutoriales se encuentran en la siguiente ubicación: FileSystems/Opt/ Simplemente la copiamos en la carpeta “run” que creamos anteriormente: Cabe recordar que OpenFoam se maneja en buena parte desde la terminal de Ubuntu, por este motivo te recomiendo repasar los comandos básicos de navegación en carpetas. ( en particular cd y ls). Bueno ahora si a simular, lo primero que haremos es abrir la terminal de OpenFoam, tecleamos el comando “run”, esta vez deberá entrar en esta sin mostrar ningún error. Luego tecleamos el comando “ls”, el cual nos permitirá ver lo que hay dentro de la carpeta, en este caso otra carpeta con el nombre “tutoriales”, así: Tecleamos ahora le comando: “cd tutoriales” para entrar en esa carpeta así: Con el comando “ls” podemos ver que contiene la carpeta tutoriales: Vemos que hay varias carpetas, cada carpeta corresponde a un tipo de sistema. Estos tipos de sistemas son fluidos de varios tipos, compresibles o incompresibles, turbulentos o no, etc, en este caso nuestro sistema corresponde a un fluido incompresible laminar, por esta razón debemos ir a la carpeta “incompressible”. Para ellos tecleamos “cd incompressible”. Damos “ls” para ver que hay dentro de esa carpeta: Ahora bien, estas son más subcarpetas, las cuales corresponden a los solvers que maneja OpenFoam, para el caso de flujos incompresibles tenemos los que se ven en la pantalla, el nuestro para el caso del cuadro con la pared superior móvil es icoFoam, así que entramos en la carpeta de este solver tecleando en la terminal el comando: “cd icoFoam”, cuidado con las mayúsculas, ya que el software es muy sensible a estas cosas. Ahora dentro de IcoFoam damos “ls” para ver qué casos tenemos, el nuestro se llama “cavity, así que entramos en esa carpeta con el comando “cd cavity”. Con “ls” podemos ver las carpetas que componen todo tipo de simulación en OpenFoam (0, Constant, system), en próximos posts explicare el detalle de cada una en diferentes casos en este momento solo nos interesa saber que deben aparecer estas 3 al menos. También podemos ir a verlas desde el explorador de archivos, pero no podremos ejecutar el software de simulación si no es desde la terminal. De todas formas a modo exploratorio ahí esta: Bueno viene lo emocionante, vamos a generar la malla, como es un tutorial ya los datos para la generación de la malla están en las carpetas del caso “cavity” así que lo único que debemos hacer es ejecutar el comando de OpenFoam que toma esta información y genera la malla 3D, así que tecleamos, estando en la carpeta cavity, el siguiente comando “blockMesh”: Si todo salio bien deberá salir algo así: Para ver cómo quedó la malla, tecleamos el comando “paraFoam”, este abre un programa llamado ParaView que es para pre y pos procesamiento en CFD ( en mis otros post explico que es pre y pos procesamiento), en este caso nos servirá para visualizar cualitativamente la malla: Se abre el software, ten un poco de paciencia: Para ver la malla, simplemente le damos donde dice “apply” y arriba en la cinta de opciones le Seleccionamos en el menú desplegable “Wireframe”. Y ahí tenemos nuestra malla. Ahora podemos cerrar la ventana de ParaView, no pasa nada. Volvemos a la terminal ya con nuestra malla vamos a correr el solver, para ello tecleamos el nombre del solver que si recuerdan era icoFoam, en este orden de ideas no debemos hacer más que teclear: “icoFoam”. Al terminar la simulación deberá aparecer algo así: Para ver los resultados utilizamos nuevamente nuestro programa ParaView, tecleando “paraFoam”, este software deberá funcionar sin problema, ya que viene preinstalado también con el CAElunix. Esperamos a que se abra el programa, y damos en ”apply” igual que la vez anterior. Ahora vamos a ver la velocidad para ello en el menú desplegable seleccionamos el campo de velocidad denotado por la letra “u” como se ve a continuación: En este momento estamos viendo el primer instante del fenómeno simulado, para poder ver el desarrollo del fenómeno a lo largo del tiempo establecido de la simulación debemos darle play jejeje, esto lo hacemos de la siguiente forma: Y vemos la velocidad de la siguiente forma: Ahora puedes seleccionar la presión seleccionando la letra “p” en vez de la letra “u”, la diferencia entre las dos p’s y las dos u’s que aparecen es que las que se ven más suavisadas corresponden a los valores de la variable en los nodos de la malla con los espacios intermedios interpolados y suavizados, mientras que los que se ven como pixelados, son los resultados cuando los miramos en el medio de los elementos de la malla. Ahondaremos más sobre estos temas menudos y técnicos en futuros posts, espero que les haya gustado, saludos.

BUENOS DÍAS A TODOS MUCHACHOS EL DÍA DE HOY COMPARTO CON USTEDES MI TRABAJO DE GRADO DESARROLLADO EMPLEANDO CFD PARA OBTENER EL TITULO DE MAGISTER EN INGENIERÍA EN LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. ESPERO QUE ESTE LES SIRVA PARA ADENTRARSE EN EL USO DE ESTA HERRAMIENTA CAE EN TEMAS APLICADOS A LA INGENIERÍA EN LATINOAMERICA. TITULO: DISEÑO DE UN EQUIPO DE RECUPERACION DE LGN EMPLEANDO CFD AUTOR: ING. MARCO ANDRES GUEVARA LUNA ABSTRACT: En el proceso convencional para el tratamiento de gas natural se emplean tres etapas: endulzamiento, deshidratación y control de punto de rocío (HDP: Hydrocarbon Dew Point). Este proceso permite llevar el gas natural a especificaciones según las entidades de regulación locales . Desarrollos recientes muestran que es posible implementar un solo equipo capaz de realizar la deshidratación y el control de Dew Point en una misma unidad de proceso, disminuyendo así la cantidad de equipos requeridos y el consumo energético asociado a la operación. La compañía holandesa Twister Bv ha desarrollado equipos supersónicos compactos de tratamiento de gas natural pero se desconoce toda la información relacionada con la geometría de sus internos. Con el fin de diseñar uno de estos equipos y mejorar su rendimiento, en este trabajo y en asocio con la compañía colombiana HNA ingeniería Ltda, se empleó la Dinámica Computacional de Fluidos (CFD) para diseñar un equipo de Recuperación de Líquidos de Gas Natural (LGN) y en especial determinar la geometría de los internos. Se empleó la información disponible para definir la geometría del equipo, a pesar de que esta es muy limitada. Se evaluaron varias geometrías posibles para este equipo considerando todos los detalles de sus internos, los resultados fueron comparados con la información experimental disponible correspondiente al perfil de presión del equipo . La modelación CFD se desarrolló en estado transitorio, incluyó el comportamiento multifásico de los fluidos, la turbulencia, y la termodinámica. Para el desarrollo de estas simulaciones se utilizó un computador con 128 Gb de RAM y 2 procesadores Intel Xeon 16 core 2.0 GHz. Uno de los fenómenos más complejos de modelar en CFD es la turbulencia. La literatura recomienda emplear el modelo de turbulencia RSM para simular la turbulencia en este tipo de flujos. Pero este modelo demanda grandes recursos computacionales. Una alternativa es emplear el modelo k-ԑ RNG modificado, sin embargo este modelo no ha sido probado. Los resultados de este trabajo indican que el modelo k-ԑ RNG modificado produce prácticamente los mismos resultados que el modelo RSM pero con una reducción de hasta un 25% en el tiempo de computo. Adicionalmente, se determinó el valor adecuado del Factor de giro (Swirl Factor) con el cual se obtienen resultados más precisos con el modelo k-ԑ RNG modificado. Se plantearon geometrías adicionales con el fin de mejorar la eficiencia del equipo en términos de la separación de LGN. El diseño final es un equipo para la recuperación de LGN con una eficiencia de remoción de líquidos de gas natural de 75%, la cual es un 11% más alta que la reportada por Twister BV Una de las mayores preocupaciones cuando se trabaja con este tipo de equipos en los cuales las velocidades de los fluidos son muy altas, es la pérdida de material debida a la erosión. Por tanto, en este trabajo también se evaluaron las regiones de mayor daño al equipo por erosión, se estimó la pérdida de material media debida a este fenómeno natural de la operación. Finalmente, se concluye que es posible diseñar y mejorar el desempeño de este tipo de equipos empleando la tecnología CFD. Esto abre las puertas a procesos más eficientes, y por lo tanto ambientalmente más amigables, a la vez que representa oportunidades de desarrollo como temas de investigaciones futuras en áreas como procesos, mecánica, materiales y recubrimientos y control y automatización de procesos. La implementación de este tipo de procesos permitirá obtener ventajas competitivas frente a otras tecnologías de tratamiento de gas natural. LO PUEDEN VER Y DESCARGAR COMPLETO EN EL LINK A CONTINUACIÓN: http://www.bdigital.unal.edu.co/48414/1/marcoandresguevaraluna.2015.pdf Espero que les sirva y les sea util para seguir mejorando en sus vidas profesionales y académicas. SALUDOS DESDE COLOMBIA AHORA SI : ESTO ES QUE VINIERON VAGOS