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Aplicaciones de la
Dinámica de Fluidos
Computacional (CFD)en la
Industria Automotriz
Luis M. Hurtado
Senior Manager CAE, Safety & Body.
General Motors de México
Principales Centros de Ingeniería de General Motors
Warren
Oshawa
Rüsselsheim
Seúl
Shanghai
TREC
Toluca
GM North America
GM LAAM
GM Europa
GM IO
São Paulo
Automotive Frontiers.
Puerto Elizabeth
Bangalore
Melbourne
General Motors de México – Centro de Ingeniería
Regional de Toluca (TREC)
Ingeniería Asistida por
Computadora (CAE) en el
TREC, tiene la
responsabilidad para Norte
América de:
 Transferencia de Calor
bajo cofre y piso,
tuberías de
enfriamiento,
deflectores de aire,
deposito de
anticongelante, ductos y
módulos de aire
acondicionado.
 Interiores (excepto
Panel de Instrumentos y
asientos)
Automotive Frontiers.
Áreas de ingeniería en el TREC
TREN MOTRIZ
[PERCENTAGE]
ELECTRICO
[PERCENTAGE]
CHASIS
5%
SISTEMAS
TERMICOS Y
ACONDICONAMIEN
TO DE AIRE
INTERIORES
[PERCENTAGE] (PUERTAS,
CAJUELA,
ALFROMBRAS,
ACUSTICOS
[PERCENTAGE]
CARROCERIA &
EXTERIORES
[PERCENTAGE]
¿Qué es el Análisis de Elemento / Volumen Finito?
Es un método de aproximación matemático en el que una geometría (superficie, volumen,
etc.) se discretiza o divide en múltiples elementos que poseen sus propias características
mecánicas, de manera que cada elemento se analiza por separado para entender su
rendimiento bajo condiciones de carga específicas (presión, calor, fuerza, continuidad
eléctrica, etc.) y su resultante cuando todos los elementos están integrados para
representar una entidad completa.
El método de los Elementos Finitos requiere cálculos complejos mediante métodos numéricos.
Pre-Procesamiento
Solución
Pos-Procesamiento
• General Motors anunció recientemente una de las mas
grandes inversiones en instalaciones de Tecnologías de
la Información (IT) para la industria automotriz; con la
apertura de 4 instalaciones en los EE.UU. donde se
atenderán sus centros regionales a nivel mundial.
• Consolidación de 23 centros de datos regionales a solo
dos globales.
Austin, Texas
• Servidores (HPC) centralizados para aplicaciones CAE.
Atlanta, Georgia
Warren, Michigan
Chandler, Arizona
Experimentación vs. Simulación
Simulación
Experimentación
Es una descripción cuantitativa del
fenómeno utilizando herramientas
de medición.
Es una predicción cuantitativa del
fenómeno utilizando modelos
computacionales.
•
•
•
•
•
•
•
•
Costoso.
Lento.
Secuencial.
Un solo propósito.
Automotive Frontiers.
Bajo costo.
Rápido.
Paralelo.
Multi-propósito.
Chevrolet Volt
Chevrolet Volt
Aplicaciones en la Industria Automotriz
• General Motors aprovecha en gran medida su proceso de desarrollo con el
análisis virtual usando CAE​​. La lista de aplicaciones CAE llega a casi todos los
diferentes campos de desempeño
 Seguridad (Pasivo y Activo).
 Dinámica de vehículos.
 Transferencia de Calor.
 Optimización de estructuras.
 Electrificación.
 Ruido y Vibración.
 Sistemas de Chasis (Frenos, Combustible, Tren Motriz, Sistema de Inducción
y Escape, Estructuras).
 Aerodinámica.
 Predicción de cargas.
 Fabricación de herramientas (Moldes, Estampado).
…
Automotive Frontiers.
Dinámica de Fluidos Computacional (CFD)
Es una rama de la mecánica de fluidos que se encarga de estudiar las leyes
físicas que gobiernan el flujo de fluidos en diferentes condiciones. Utiliza
métodos numéricos y algoritmos para resolver y analizar problemas que
involucran el flujo de sustancias, transferencia de calor y reacciones
químicas.
Automotive Frontiers.
Camaro ZL-1
Diagrama de Flujo de Trabajo en CFD
1.
Geometría del modelo.
2.
Mallado de superficie.
3.
Malla de volumen.
4.
Condiciones de frontera.
5.
Solución (Servidores)
6.
Pos-procesado, análisis y
síntesis.
7.
Reporte
Automotive
Frontiers.
Geometría
Malla de
Superficie
Malla de Volumen
Ejemplos de CFD…..
ANALISIS DE MODELO DE CABINA
(Estado Estable y Transitorio)
• Caída de presión.
• Balance de flujo de aire.
• Dirección de flujo de aire.
Ejemplos de aplicación de CFD
• Capacidad de drenado de agua.
• La ingestión de partículas (Agua, Nieve, Arena, Polvo) en el sistema de aire acondicionado.
Automotive Frontiers.
Cabina – Análisis de CFD.
• Deshielo de parabrisas y ventanas laterales en estudios transitorios.
Cabina – Análisis de CFD.
• Calentamiento de la cabina en estado transitorio.
Ejemplos de CFD…..
FEAF (Flujo de aire delantero) y Aerodinámica Externa
• Sellado de intercambiadores de
calor, ventilador CRFM
• Impactos en la zona de Fascia
• Predicción CMM en Radiador
Análisis UH & UB THERMAL (Estado estable y Transitorio)
• Manejo térmico de zonas a alta
temperatura.
Sistema de Refrigeración del Motor
Sistema de Refrigeración del Motor
Radiador
Bomba
de agua
Motor
Depósito de
refrigerante
Calefactor
Magueras
y tubería
Termostato
Recipiente de anticongelante
Flujo de refrigerante en el deposito
Radiador
Radiador
El flujo de refrigerante depende de las revoluciones por minuto del motor.
Para ayudar a purgar el aire
del sistema el refrigerante
fluye todo el tiempo en
este.
Nivel de refrigerante dentro
del deposito.
Depósito de refrigerante
Entrada
Tank 1 - Input
Salida
Diseño Base
Simulación
Prueba física
Correlación
Propuesta de Diseño
Simulación
Prueba física
Correlación
Propuesta Final
Diseño Base
Vs.
Simulación bajo condiciones de operación
CAE en el futuro del Desarrollo del Producto Automotriz
Mejorar la precisión, la
previsibilidad y la
eficiencia de las
herramientas CAE
Reducir el uso de
hardware
(características físicas)
para desarrollar y
validar
Optimizar soluciones.
Aumentar la
caracterización de
materiales y técnicas
de modelado
Aumentar el uso de
CAE para reducir el
tiempo de desarrollo
del producto
Automotive Frontiers.
CAE en el futuro del Desarrollo del Producto Automotriz
Core Hours usage by Functional Groups
Jan 20, 13
Mar 3, 13
Automotive Frontiers.
Apr 14, 13
May 26, 13
Jul 7, 13
Aug 18, 13
Week of Start Time
Sep 29, 13
Nov 10, 13
Dec 22, 13
Feb 2, 14
Areas de oportunidad; GM – Academia
Reto de formar talento altamente calificado técnicamente, para mantener
el acelerado ritmo de crecimiento de la Industria en México
• Incrementar la oferta de talento de las Universidades en México
• Trasladar la especialización técnica, como CAE, de la industria al
salón de clase.
• Incrementar la infraestructura para desarrollar, probar e innovar.
(Software y hardware)
Incrementar la colaboración entre la Industria, las Universidades y
Centros de Investigación.
Automotive Frontiers.
¡Gracias!
Contacto:
[email protected]