Flujo de trabajo en ingeniería por proyecto: Del CAD al diseño optimizado

El proceso de ingeniería comienza cuando recibimos el modelo CAD de la pieza o sistema que se va a analizar. Independientemente de si el objetivo es evaluar la resistencia estructural, el flujo de fluidos y/o la transferencia de calor, nos encargamos de adaptar el CAD para la simulación.

Nuestro primer paso consiste en refinar la geometría para que sea idónea para el análisis computacional. Puede ser necesario simplificar detalles innecesarios, cerrar pequeños huecos o realizar ajustes que mejoren la precisión de los resultados. Estas modificaciones garantizan que el proceso de simulación se desarrolle sin contratiempos y proporcione conclusiones sólidas sobre el rendimiento del diseño en condiciones reales.

Trabajamos estrechamente con cada cliente durante esta fase, verificando que cada paso cumpla sus expectativas. Establecemos reuniones de seguimiento y hitos para mantener la transparencia, de modo que se puedan efectuar ajustes cuando sea necesario y evitar costes elevados en fases posteriores.

Una vez listo el modelo CAD, se convierte en una malla, una red de elementos (o celdas, en CFD) que permite calcular cómo interaccionan fuerzas, fluidos o calor con la pieza. La calidad de esta malla influye directamente en la precisión de los resultados.

Una malla bien estructurada captura detalles esenciales y conserva la eficiencia computacional. Si los elementos son demasiado grandes, se pierden características importantes; si son demasiado pequeños, el tiempo de cálculo aumenta drásticamente. Nuestro enfoque equilibra ambos factores, proporcionando simulaciones precisas y rentables sin complejidades innecesarias.

Según los requisitos computacionales, realizamos simulaciones en nuestras instalaciones o mediante nuestro proveedor de computación en la nube de alto rendimiento (CFD FEA Service), optimizando así los recursos en función del tamaño y la complejidad de cada caso. Si existe cualquier inquietud sobre la confidencialidad de la información podemos llevar a cabo acuerdos de privacidad adaptados al cliente.

Tras generar la malla, el siguiente paso es definir las condiciones físicas bajo las cuales se evaluará el modelo. Esto incluye aplicar factores reales como:

• Propiedades de materiales (por ejemplo, límite elástico, calor específico, viscosidad de fluidos)
• Fuerzas y presiones (por ejemplo, cargas estáticas, impactos, caudales de flujo)
• Condiciones ambientales (por ejemplo, rangos de temperatura, restricciones, movimiento relativo)

Un aspecto crucial de esta etapa es la definición de condiciones de contorno, que describen cómo el sistema interactúa con su entorno. En mecánica de sólidos (FEM), puede tratarse de apoyos fijos, contactos entre piezas o cargas distribuidas. En dinámica de fluidos (CFD), implica establecer entradas y salidas de fluido, condiciones de contorno y superficies de intercambio térmico. Definir correctamente estas condiciones resulta fundamental para garantizar resultados fiables.

La exactitud de una simulación depende en gran medida de contar con propiedades precisas tanto de materiales como de fluidos. En mecánica de sólidos, suele incluir:

• Curvas tensión-deformación: Describen cómo se deforma un material bajo carga.
• Dependencia de la velocidad de carga: Relevante en materiales cuyo comportamiento varía con la rapidez de aplicación de la carga (p. ej., materiales viscoplásticos).
• Propiedades de fatiga: Fundamentales para prever el rendimiento a largo plazo de materiales sometidos a cargas cíclicas.

En fluidos, las propiedades clave definen cómo se comportan en distintos regímenes de operación. Por ejemplo, en un líquido de intercambio térmico, los parámetros vitales incluyen:

• Densidad (ρ): Influye en fuerzas de inercia y flotabilidad.
• Viscosidad (μ): Afecta la resistencia al flujo y la formación de turbulencia.
• Calor específico (Cp): Determina la energía necesaria para elevar la temperatura del fluido, incidiendo en su comportamiento térmico.
• Conductividad térmica (k): Regula la eficiencia de la transferencia de calor dentro del fluido.

Una vez completada la configuración, se ejecuta la simulación para obtener resultados numéricos. No obstante, el análisis de ingeniería es iterativo por naturaleza, asimismo en estudios avanzados, pueden surgir inestabilidades numéricas, divergencias o tensiones localmente elevadas que requieran refinar la malla o ajustar parámetros de resolución. Es posible que debamos adaptar los modelos de material (por ejemplo, incluir dependencia de la velocidad de deformación) o adaptar modelos de turbulencia para lograr predicciones más rigurosas en simulaciones CFD.

La depuración suele incluir la revisión de gráficas de convergencia, la comprobación de balances energéticos o la comparación de resultados intermedios con estimaciones analíticas sencillas. Este proceso de refinamiento garantiza que los resultados sean robustos y útiles para la toma de decisiones de diseño.

Idealmente, todo modelo virtual debería validarse contrastando sus resultados con datos experimentales. Este proceso permite ajustar parámetros numéricos (coeficientes de fricción, espesores de capa límite, etc.) y mejorar la exactitud predictiva del modelo. Sin embargo, no siempre es posible contar con datos de ensayo, en ese caso a través de nuestro conocimiento y experiencia llevamos a cabo hipótesis y establecemos escenarios de referencia adecuados. En tales casos, el análisis se centra en comparaciones relativas, evaluando cómo las variaciones de diseño influyen en el comportamiento global del sistema.

La fase final es donde se genera el mayor valor: usar los resultados para optimizar el diseño. Empleando técnicas de optimización avanzadas, conseguimos reducir el peso, incrementamos la eficiencia o reforzamos la durabilidad de forma sistemática. Estas iteraciones pueden implicar ajustar la geometría, modificar la selección de materiales o alterar parámetros de operación para mejorar el rendimiento sin comprometer la seguridad ni la fiabilidad.

Al gestionar todo el flujo de trabajo de ingeniería de simulación—desde la adaptación del CAD hasta la entrega de información fundamentada—puedes concentrarte en los objetivos principales de tu proyecto mientras nosotros nos ocupamos de las simulaciones complejas. Nuestras técnicas avanzadas, junto con tu experiencia en el sector, garantizan que cada iteración de diseño se acerque a un rendimiento óptimo y una mejor relación coste-beneficio.