Optimización de filtros de combustible mediante simulación 3D

Optimización de filtros de combustible mediante simulación 3D

Los filtros de combustible desarrollados para automóviles deben cumplir con requisitos cada vez más estrictos, pero también deben estar listos para el mercado en períodos de tiempo cada vez más cortos. Los diseñadores atrapados entre estas dos demandas ahora tienen soporte en forma de una herramienta de simulación: calcula todas las características relevantes del diseño del filtro (rendimiento de limpieza, vida útil, etc.) y, por lo tanto, permite un desarrollo eficiente y rentable.

Los automóviles contienen numerosos filtros: los filtros de aire de la cabina aseguran que los contaminantes y el polen permanezcan fuera del compartimiento de pasajeros, los filtros de combustible evitan que las partículas sólidas dañen el circuito de combustible y los filtros de aceite y líquido de transmisión eliminan la suciedad del aceite. Quienes desarrollan estos filtros se enfrentan a muchas demandas: sus productos deben soportar intensas fluctuaciones de temperatura y vibraciones, deben caber en un espacio de instalación predefinido y deben cumplir con estándares de calidad cada vez más estrictos – todo mientras los tiempos de desarrollo son cada vez más cortos.

Los fabricantes de filtros suelen obtener el material del filtro y optimizar su producto variando la disposición de los pliegues, el diseño de la carcasa y la posición de las aberturas de entrada y salida. A partir de los diversos diseños, desarrollan prototipos que luego se prueban para determinar las características deseadas, una tarea costosa y que requiere mucha mano de obra. Las simulaciones por computadora ya están en uso, pero a menudo sirven únicamente para calcular el flujo a través del filtro. El rendimiento de limpieza o incluso la durabilidad, es decir, el tiempo que transcurre antes de que sea necesario reemplazar el filtro, solo pueden estimarse aproximadamente de forma empírica.

Simulación del rendimiento de limpieza de filtros de combustible dinámicos

Los investigadores del Instituto Fraunhofer de Matemática Industrial ITWM ahora están poniendo una herramienta de simulación directamente en manos de los desarrolladores de filtros: la “Caja de herramientas de simulación de elementos de filtro – FiltEST”. El Dr. Ralf Kirsch, científico de Fraunhofer ITWM, dice: “Nuestra caja de herramientas permite a los desarrolladores simular los propios procesos de filtrado. Esto les permite hacer afirmaciones realistas sobre el rendimiento de limpieza de un diseño en particular y predecir cuánta suciedad se acumulará con el tiempo”.



Lo que distingue a esta herramienta de simulación es la opción para calcular variables que no se pueden simular con procedimientos estándar, así como su capacidad para analizar cómo cambiarán las características del filtro con el tiempo, considerando, por ejemplo, que el filtro se obstruirá con las partículas que está capturando . ¿Qué tan rápido disminuirá la efectividad del filtro? ¿Qué impacto tiene esto en la disminución de la presión? ¿Y qué efecto tiene esto en el filtrado?

Si uno quisiera calcular esto poro por poro y partícula por partícula, el esfuerzo computacional sería imposible de manejar. Para evitar esto, los investigadores han recurrido a un truco: no simulan cada uno de los poros del medio filtrante, ni calculan las partículas individuales que pasan o permanecen en el filtro. 'En cambio, vemos el medio filtrante como un continuo homogéneo y trabajamos con concentraciones de partículas ”, resume Kirsch.

Eso es porque para el fabricante del filtro, es de poca importancia cuáles de las muchas partículas quedan atrapadas en el filtro. Todo lo que les preocupa es cuántos captura el filtro en general. Esto es precisamente lo que calculan estos modelos: la proporción de partículas que atraviesan el medio filtrante y la proporción que se queda atrás. Además, la simulación puede determinar cuántas partículas se eliminan nuevamente del filtro a lo largo del tiempo, como resultado de los efectos de lavado.

Fuente: Fraunhofer