El término Dinámica Computacional de Fluidos (CFD, por sus siglas en inglés) se refiere a un grupo de modelos matemáticos que permiten calcular la temperatura, la velocidad y otras características de fluidos contenidos en un ámbito determinado. En el campo de la arquitectura los programas CFD pueden usarse para responder cuestiones como las siguientes:

• ¿Qué distribución de temperaturas se puede esperar en un atrio bajo condiciones de verano con cielo despejado?
• ¿La disposición de los difusores de suministro generará un adecuado movimiento del aire?
• ¿Se lograrán condiciones de confort adecuadas con una determinada ubicación de los radiadores?
• ¿La ventilación natural permitirá conseguir niveles satisfactorios de confort durante el verano?
• ¿Hay zonas con aire viciado dentro del edificio?
• ¿Qué efecto tendrá la forma del edificio en la velocidad y los patrones de movimiento del viento?

Módulo CFD 3D de DesignBuilder

El Modulo CFD de DesignBuilder es una herramienta concebida para predecir de manera efectiva el movimiento del aire y la distribución de temperaturas, entre otros aspectos, en los ambientes arquitectónicos. Emplea los mismos métodos que los programas de CFD genéricos, pero a una fracción de su costo y sin la necesidad de conocimientos altamente especializados.

Emplear programas CFD convencionales puede exigir una gran cantidad de tiempo, así como un cuidado extremo para establecer de manera correcta las características geométricas y las condiciones de límite. Con el Módulo CFD de DesignBuilder estas tareas se simplifican al máximo, ya que las características geométricas y las condiciones de límite pueden generarse automáticamente. Parámetros como las temperaturas, los flujos de calor y las tasas de ventilación, previamente calculados con el Módulo EnergyPlus, pueden establecerse de forma casi directa, simplemente especificando el momento del análisis CFD.

La interfaz del Módulo CFD incluye “botones” virtuales que generan los procesos de análisis a partir de datos predeterminados, los cuales a su vez se derivan de reglas previamente definidas. Esta aproximación permite desarrollar análisis CFD suficientemente realistas sin la necesidad de conocimientos muy especializados. Los usuarios más experimentados, sin embargo, pueden modificar los datos de entrada de acuerdo a sus requerimientos particulares.

Algunas de las características más destacadas del módulo CFD:

• Las mallas tridimensionales CFD se generan automáticamente a partir de la geometría del modelo y las condiciones de límite, empleando algoritmos que buscan una convergencia óptima.
• El sistema de cálculo ha sido desarrollado en torno al algoritmo SIMPLER, que pertenece a una de las familias de solución CFD más empleadas. La turbulencia se puede simular mediante el modelo k-e, el cual ha sido ampliamente investigado y documentado. Se planea incluir en el futuro otros modelos para aplicaciones específicas.
• La interfaz incorpora herramientas para simular un amplio rango de condiciones de límite: difusores de suministro, extractores, zonas de temperaturas, entre otras. También se provee una biblioteca de componentes que permite incluir elementos como radiadores, unidades fan-coil, muebles y ocupantes en cualquier punto del modelo, incorporándolos al análisis.
• Las condiciones de límite pueden definirse automáticamente a partir de una simulación previa con el Módulo EnergyPlus.
• Los resultados 3D y 2D se muestran mediante el sistema de gráficos OpenGL de DesignBuilder, proporcionando imágenes atractivas y de fácil lectura de vectores de velocidad, contornos de temperatura, e iso-superficies, entre otros.

Validación

El módulo CFD de DesignBuilder ha sido contrastado con el programa Phoenics, uno de los paquetes genéricos de CFD más usados y reconocidos actualmente, mediante un estudio independiente desarrollado por la Universidad de Northumbria. Dicho estudio muestra que, considerando los mismos datos de entrada, DesignBuilder produce resultados muy cercanos a los de Phoenics.

Si deseas conocer el estudio (en inglés) puedes descargarlo aquí: