Ahmed body modificado

He diseñado una geometría que conserva gran parte de las dimensiones del Ahmed body original, como son sus dimensiones generales, los 25º de inclinación del plano trasero o las 4 patas que tenia de 30mm de grosor, aunque con ciertas modificaciones para bajar lo máximo posible la resistencia aerodinámica y eliminar la sustentación positiva o incluso crear algo de downforce (fuerza descendente, como en los Fórmula 1). Para ello he utilizado todos mis conocimientos en aerodinámica y los he puesto en práctica. A ojo calculo que obtendré un Cx de entre 0,1 y 0,14, y una fuerza de sustentación ligeramente negativa. En el Ahmed body original obtuve un Cx de 0,2838 (34,8N) y una sustentación de 41,5N. A esta nueva geometría la llamo "Abner body" :D




Pues bueno, ahora a simular. En el próximo post diré el resultado junto con algunas imágenes.

Simulación del Ahmed Body

El "Ahmed Body" fué definido por primera vez en el trabajo experimental del especialista en aerodinámica Ahmed et Al en el año 1984. Se trata de un cuerpo geométrico que trata de emular de una forma básica la aerodinámica de un vehículo terrestre. En la zona trasera vemos un plano de inclinación variable que emula el parabrisas trasero. Para un ángulo de 25º y una velocidad de 60m/s se obtiene un Cx de 0,285.



He diseñado en CATIA la misma geometría para simularla mediante CFD (tunel de viento virtual) y asi poder comprobar la exactitud de la simulación:



Para que la simulación no ocupase demasiada memoria RAM, he optado por aprovechar la simetría del objeto y de esa manera simular solamente la mitad de la geometría. Haciendo esto consigo la misma resolución de malla y la misma precisión que obtendría con un ordenador que tuviera un 70-80% más de memoria RAM que el que poseo actualmente (de momento tenemos instalados 6GB DDR3 con un Core i7 920 de cuatro nucleos con HT y Turbo Boost, aunque en un futuro quizas practique overclock para que las simulaciones tarden menos tiempo). Como no tengo un ordenador de la NASA ni de un prestigioso equipo de la Fórmula 1, tengo que aguantarme y esperar varias horas (a veces dias completos) a que acabe cada simulación. Cuanto más precisa es la simulación, más memoria RAM consume y más tiempo tarda en terminar. Se puede hacer una simulación que tarde 10 minutos, pero el resultado no será para nada realista ni preciso, normalmente esas simulaciones "de prueba" ofrecen resultados de resistencia aerodinámica que pueden llegar a duplicar o triplicar los valores reales.


Despues de "cortar" el cuerpo por su plano de simetría, procedo a crear el túnel de viento, que es una caja rectangular a la que resto el volumen del cuerpo, para así obtener la forma geométrica del aire que queremos simular:

Normalmente la altura del tunel debe ser 5 veces la altura del vehículo, la anchura del tunel 5-7 veces la del vehículo, y la longitud del tunel 8-10 veces la del vehículo. Entre la entrada del tunel y la parte frontal del vehículo debe haber 1,5-2 veces la longitud del vehículo, y el resto del tunel se dejará para simular las turbulencias que se producen en la parte trasera (¡parte muy importante por cierto!).


Una vez que hemos terminado de modelar el aire que contendrá nuestro tunel de viento virtual, lo guardamos con la extensión .STP en el escritorio. Si no lo guardamos en el escritorio, el siguiente programa nos dará un error (al menos la versión de la que dispongo actualmente).


Bien, ahora abrimos el Star-CCM+ y pinchamos en File-> New simulation...
Nos aparecerá el siguiente cuadro de diálogo:


Si nuestra máquina tiene más de un núcleo, escogemos "Parallel" y en "Compute processes" ponemos el número de núcleos de nuestro procesador. Si tenéis un Intel con HT, entonces ponéis el número de procesadores lógicos menos 1 para que no ralentice demasiado el equipo; en mi caso tengo 4 núcleos con HT, es decir, 8 núcleos lógicos, le resto 1 y quedan 7:




Al escoger este modo, conseguimos que todos los núcleos se pongan a trabajar en equipo (en paralelo) para que la simulación tarde mucho menos. Pero tiene varias desventajas:

1º Tengo dos versiones del Star-CCM+, una de 32 bit y otra de 64 bit. La de 64 bit en general va más rápido y te permite utilizar más de 3GB de RAM, por lo que se pueden hacer simulaciones precisas. Pero la versión que yo tengo de 64 bit no permite trabajar en paralelo, solo en serie.

2º Para poder trabajar en paralelo, hay que instalar previamente el MPICH.

3º Aunque estemos trabajando en paralelo, hay muchas funciones del programa que sólo pueden trabajar en serie (es decir, son funciones "no paralelizables"), una de la más importante es la creación de malla, tanto la superficial como la malla 3D polihédrica (la que divide el tunel en millones de pequeños cuadraditos para calcular la velocidad y presión en cada uno de esos cuadraditos). A esa división del espacio se le llama discretización, y suele llevarse el 5%-20% de todo el tiempo de cálculo.

4º Este modo consume algo más de RAM, y no deja casi nada de potencia de cálculo para otros programas. El micro puede calentarse más de la cuenta si la refrigeración no es buena.



Una vez que hemos creado la simulación dándole a aceptar, le damos a File-> Import Surface Mesh... (muchas de estas instrucciones están en forma de iconos en la barra de herramientas)


Bueno, como veo que el tutorial me esta quedando muy largo, me voy a centrar en el Ahmed Body y más adelante explicaré los restantes pasos...

El resultado de la simulación, con 6.005.000 de nodos y la memoria a tope (cada millón de nodos consume 1GB de RAM) me ha dado un resultado de Cx = 0,2838, lo que supone un error con respecto al valor real de un 0,4%... nada mal ehh? :)

Ahora unas fotitos que siempre queda bonito jejeje:

Conducción eficiente

El precio del barril de petróleo esta por las nubes, y por las nubes están también los niveles de CO2 en la atmósfera, lo que está afectando al cambio climático. El consumo de los vehículos, por tanto, es el enemigo en esta guerra. En este post trataré de dar soluciones y trucos para gastar menos dinero en combustible y contaminar menos.

El primer consejo es evitar el uso del coche. Hay mundo más allá del coche, nuestros antepasados no murieron por no tener coche y dudo que alguien pueda morir hoy día por dejar de utilizarlo. Existen las bicicletas, ideales para recorridos de 10Km o inferiores (es el medio de transporte que uso yo), y luego esta también el transporte público (autobús, metro, tren, etc.). Estoy convencido de que gran parte de la población podría prescindir del cohe sin sufrir por ello malas consecuencias. De hecho el usar la bici puede incluso mejorar la salud y el tono muscular...


Otra de las ventajas de usar la bici o el transporte público es la descongestión de tráfico en las calles. En la siguiente imagen podemos ver el mismo número de personas en bici, en coches o en autobús:



Supongamos que necesitamos imperativamente el coche, que no tenemos otra alternativa. En ese caso mi primera recomendación es comprar un coche que consuma poco. En el siguiente enlace aparecen los coches que menos consumen del mercado ordenados por consumo, tanto gasolina como diesel:
Coches gasolina y diesel de menor consumo.

Como regla general, siempre es mejor elegir un coche que sea ligero y aerodinámico, y que no tenga un motor demasiado potente. Con 75Cv de potencia se pueden cubrir las necesidades de cualquier usuario.


Supongamos que ya tienes coche y que no lo piensas cambiar por otro de menor consumo. Pues no acaba todo aquí, existen unos consejos y trucos con los que se puede ahorrar un 15-20% de combustible comparándolo con una conducción "normal". Podemos ver de que se trata en este video explicativo:





Si os interesa asistir a uno de estos cursos de conducción eficiente, tan sólo teneis que visitar el siguiente enlace y solicitar por teléfono o correo electrónico un curso:
www.conduccioneficiente.es

Otra opción es mirarse el siguiente documento que explica toda la teoría detrás de la conducción eficiente:
Manual conducción eficiente 1
Manual conducción eficiente 2

Curso "Aerodinámica y CFD de competición"

El pasado 29 de Enero 2011 viajé a Castellón (Valencia) para realizar un curso de aerodinámica y CFD de competición, en el que aprendimos muchas cosas sobre el tema. El curso lo realizó Timoteo Briet Blanes (licenciado en matemáticas y doctorado en ingenieria industrial, con amplia experiencia en el mundo de la competición) en el hotel Jaume I, en la sala de exposiciones y reuniones.

Fuimos en torno a 26 ingenieros de toda españa, cada uno con sus propios proyectos, como por ejemplo mi compañero de mesa, que estaba construyendo una moto prototipo junto con su universidad, aunque no me acuerdo del nombre del proyecto. Aqui una foto de la clase:


Las próximas entradas de este blog van a disponer de un atractivo más: voy a enseñar poco a poco varias de las cosas que he aprendido, incluso quizas os enseñe a hacer simulaciones CFD (tunel de viento virtual)



Como extra pongo unas fotos de un autobús eléctrico que me encontré por allí, parece ser que transporta los estudiantes desde Castellón hasta la universidad, aunque tambien se puede ir en bici los dias soleados. Aerodinámicamente hablando tiene un diseño interesante:


Las fotos estan realizadas con la Canon EOS 1000D

Sorprendente video de un delfín

Me encantan los delfines, son muy aerodinámicos, son muy inteligentes, juguetones, curiosos por naturaleza... tienen algo que me cautiva.


Os muestro un video precioso que me ha encantado. Espero que lo disfruteis tanto como yo:

Análisis CFD del Aero-Camión 1

Como ya comenté en dos entradas anteriores (esta y esta), estoy diseñando una carrocería para camiones lo más aerodinámica posible, para de esa forma bajar el consumo de los mismos. Todavía no entiendo porqué hacen los camiones tan poco aerodinámicos, cuando practicamente la mitad del consumo de un camión de largas distancias es debido a la resistencia aerodinámica:


Los camiones actualmente ofrecen coeficientes de resistencia aerodinámica demasiado altos (Cx de 0.70), generando muchas turbulencias a su paso (lo que puede desestabilizar a los conductores que vienen en dirección contraria) y aumentando el consumo considerablemente.

En esta gráfica realizada por la NASA podemos observar la gran relevancia que tiene la aerodinámica en el consumo de un camión. Observamos los consumos que arrojarían varios camiones con distinta aerodinámica a distintas velocidades:



En esta entrada voy a exponer los resultados del análisis en tunel de viento virtual (CFD) que ha sido llevado a cabo por un Ingeniero Senior en Aerodinámica (CFD y WTT ), que trabaja en una importante empresa Aeroespacial, quien desinteresadamente y de forma totalmente altruista (muchas gracias :) se ha ofrecido para realizar una simulación de mi diseño "Aero Camión 1", el cual es totalmente utópico, es decir, sería difícil de poder llevar a la práctica:




Esta geometría ha sido realizada en CATIA, un programa muy potente de diseño 3D muy utilizado en la industria aeroespacial y automotriz.

Aquí podemos ver algunas imágenes de la simulación (Draft significa borrador):








Ahora un video bastante ilustrativo:


La simulación se ha hecho de la mitad del camión para aprovechar la simetría y ahorrar tiempo de cálculo. No se ha tenido en cuenta el efecto suelo ni se han añadido las ruedas o los retrovisores a la simulación para simplificar. La malla utilizada es lo suficientemente fina como para obtener un resultado aproximado al real. No obstante, se debe tomar como eso, un resultado orientativo.


Por último voy a poner la opinión del Ingeniero Senior en Aerodinámica (CFD y WTT ), experto en la materia que puede arrojar algo de luz con respecto a este diseño:

"Como opinión, es difícil en un análisis tan rápido y sin haber comparado con otro para ver exactamente que diferencias y mejoras aporta este nuevo diseño.
Sin embargo, no parece haber desprendimientos sobre la superficie, lo cual generaría un aumento notable de la resistencia.
La parte frontal en forma de perfil reduce la superficie y mejora el gradiente de presiones que ves en las imágenes.


Donde están los Cps, verás la mancha roja delante, esa es una zona de baja velocidad y alta presión, esos cambios de presión causan resistencia, lo mismo pasa en la parte trasera en donde el flujo se desprende generando un flujo turbulento y de baja velocidad, esas zonas de alta presion ayudan a subir la resistencia.
Este diseño a priori, parece ser bastante idóneo para un camión de largo recorrido, tu ya puedes comparar de forma aproximada la resistencia de este modelo y compararlo con los qe ya existen y hasta estimar el consumo."


Es cierto que este diseño no se puede llevar a la práctica, es demasiado utópico. Quizás más de uno esté pensando ¿para que lo ha hecho entonces?
Un tal Eduardo Galeano escribió una vez:

"La utopía está en el horizonte. Camino dos pasos, ella se aleja dos pasos y el horizonte se corre diez pasos más allá.
¿Entonces para qué sirve la utopía?
Para eso, sirve para caminar"

Auto a energía eólica más rápido que el viento

Un grupo de estadounidenses han construido un vehículo que utiliza la energía del viento para propulsarse – curiosamente – más rápido que el viento.

El auto ha alcanzado una velocidad máxima 2,86 veces superior al viento viajando en el mismo sentido de la corriente, en un asunto que despierta debate entre los teóricos de la aerodinámica.


El vehículo, creado por Rick Cavallaro y la San Jose State University (con auspicio de Google), está construido principalmente con espuma y otros materiales ligeros pero resistentes, y posee un diseño muy eficiente aerodinámicamente hablando, capaz de aprovechar al máximo los flujos de aire. La clave de cómo logra moverse más rápido que el viento está en su propulsor, dice Cavallaro.

“Los escépticos creen que el viento mueve la hélice, y que el auto mueve las ruedas, y que eso hace andar al vehículo”, dice. Sin embargo, lo que ocurre es que las ruedas también hacen giran la hélice.

Las ruedas mueven la hélice, que mueve al auto que mueve las ruedas, que mueven la hélice… “no es una máquina de movimiento perpetuo, pero es un círculo de retroalimentación que utiliza el viento como fuente energética”, explica Cavallaro.

Construir un sistema de transmisión que pudiese transferir energía desde las ruedas a la hélice les llevó más de un año de prueba y error para poder soportar la carga. El equipo enfrentó mucho escepticismo por este proyecto, lo que finalmente los llevó a construir este prototipo real. Podemos ver un video de su funcionamiento:


Pero, ¿como es posible viajar propulsado por el viento, más rápido que el viento?

Eso mismo me preguntaba yo, pues la mayoria de los sistemas que conozco para moverse con el viento, no son capaces de superar la velocidad del viento, salvo contadas excepciones como algunos veleros. Pero duplicar la velocidad del viento... parece difícil.

Investigando dí con la fórmula, la cual dice en resumidas cuentas que el "ventilador" que tiene arriba no sirve para capturar la energía del viento como hacen las turbinas o los molinos de viento, sino que propulsa el auto a partir de la energía de las ruedas. Es decir, cuando hay viento, el viento empuja al coche y este acelera, moviendo a su vez las hélices. A medida que la velocidad del coche aumenta, lo hace tambien la velocidad de rotación de las ruedas, y como estas están conectadas a las hélices, tambien aumenta la velocidad de rotación de las hélices. El vehículo alcanzará la velocidad máxima cuando se consiga un balance entre las fuerzas, tanto las que empujan como las que frenan.

Fuerzas que empujan: Las hélices
Fuerzas que frenan: Resistencia aerodinámica del auto + fuerza que se pierde en las ruedas para mover las hélices

Lo que ocurre es que la hélice esta empujando aire que ya esta siendo empujado por el viento, por lo tanto la fuerza de propulsión de las hélices se debe sumar a la fuerza del viento, por lo que se puede vencer la resistencia de las ruedas y de resistencia aerodinámica del auto.

Si no hubiera viento, la fuerza de propulsión de las hélices no serían capaces por sí sola de vencer a las otras fuerzas resistivas, pero al haber viento, se suman sus fuerzas por lo que si la hélice es buena y el viento es abundante, la suma de las fuerzas puede ser increiblemente alta.

Aqui vemos un pequeño esquema del inventor:

Automotive X Prize: Primeros resultados

Ya han sido publicados los primeros resultados interesantes de la competición Automotive X Prize (competición de coches ecológicos de la que ya hemos hablado con anterioridad)

De los 26 vehículos que entraron en esta fase, tan sólo 17 han conseguido pasar las pruebas de consumo, autonomía, maniobrabilidad etc. Algunos equipos han tenido problemas técnicos que los han dejado fuera de la competición, pero otros simplemente no cumplian con los requisitos de eficiencia y seguridad que se exigen para poder gana la competición.

Ahora voy a hacer un TOP 10 con los vehículos más eficientes (en su categoría). Primero la categoría alternativa (dos pasajeros o más, tres o más ruedas):

1º Li-ion motors - Wave II con 182,3MPGe (1,29l/100Km equivalente)

2º y 3º X-Tracer team Switzerland - e-Tracer con 180MPGe y 171,6MPGe respectivamente (1,31l/100Km y 1,37l/100Km)



4º Tata motors - Indica Vista EV X con 134,3MPGe (1,75l/100Km)


5º FVT Racing - eVaro con 129,8 MPGe (1,81l/100Km)


6º RaceAbout con 128,1MPGe (1,84l/100Km)


7º Aptera 2e con 112,3MPGe (2,09l/100Km)



He de decir que algunos datos de consumo no son resultados finales, es decir, algunos de estos datos llevan incluidos penalizaciones por haber incumplido alguna norma, como es el caso de Aptera, cuyo consumo sin estas penalizaciones es de 140,1MPGe (1,68l/100Km). En la final de esta competición los equipos ya habrá aprendido la lección y mostrarán resultados reales, sin trucos. Uno de estos "trucos" que parece haber sido penalizado es no seguir una linea recta en las frenadas, sino subir una pequeña pendiente del circuito ovalado en el que compiten al frenar. Esto es un tipo de frenada regenerativa gravitacional, lo que mejora un poco las cifras de consumo, pero que en la vida real no depende del coche ni del conductor, sino del recorrido (que tenga muchas o pocas cuestas).

Vamos ahora a continuar con la siguiente categoría, cuatro pasajeros y cuatro ruedas. Esta categoría es la que más participantes tenía, pero es con diferencia la más difícil. De hecho sólo han quedado tres vehículos participantes, todos ellos prototipos hechos de cero utilizando las más altas tecnlogías. Sólo han quedado los más aerodinámicos y eficientes en general, y aún asi de los que quedan sólo uno supera la cifra de 100MPG obligatoria para ganar el premio final. Veamos los vehículos:

1º Illuminati Motor Works - Seven con 119,8MPGe (1,96l/100Km)



Actualización: parece ser que el equipo Illuminati ha roto la transmisión en la prueba de aceleración, por lo que no puede seguir participando en la competición. Era el único vehículo de su categoría eléctrico, y el único capaz de superar 100MPGe.

2º y 3º Edison2 Team - The Very Light Car con 80,3MPGe y 67,3MPGe (2,93l/100Km y 3,5l/100Km respectivamente, penalizaciones incluidas). Uno de ellos fué capaz de superar los 100MPGe pero ha sido penalizado.