Modelo de Motor Virtual: Optimización del proceso de cálculo

Abstract

La continua expansión del mercado automovilístico requiere una optimización de los distintos elementos que componen los motores con el fin de conseguir unas elevadas prestaciones así como unos bajos niveles de contaminación que cumplan las normativas europeas e internacionales cada vez más restrictivas. Para llevar a cabo esta optimización se recurre frecuentemente al modelado de los componentes del motor. De este modo se consigue observar tendencias fácilmente sin necesidad de llevar a cabo numerosos ensayos experimentales. La simulación del flujo en el interior de conductos es un aspecto clave en este modelado, pues permite conocer cómo viajan las ondas de presión y temperatura y cuando llegan a los distintos componentes del motor. La importancia de este proceso de cálculo radica en que requiere un coste computacional relativamente elevado si lo comparamos con otros elementos. Para llevar a cabo este cálculo se utilizan métodos numéricos, pues las ecuaciones que gobiernan el comportamiento del flujo en el interior de conductos no poseen solución analítica salvo en casos sencillos. Por ello, una buena elección del método numérico a emplear permite, o bien reducir el tiempo de cálculo manteniendo la precisión, o bien mejorar la calidad de los resultados haciendo uso del mismo tiempo de cálculo. Dos métodos ampliamente utilizados en este aspecto son los métodos de diferencias finitas y los de volúmenes finitos. Aunque tradicionalmente se han impuesto los primeros por requerir menor tiempo de cálculo, los métodos de volúmenes finitos presentan una ventaja fundamental: son conservativos. El avance de la informática, fundamentalmente del cálculo en paralelo, requiere estudiar si en la actualidad los métodos de volúmenes finitos no suponen un coste computacional tan elevado y, por tanto, representan una ventaja frente a los métodos de diferencias finitas. Por ese motivo, en el presente trabajo se comparan distintos métodos numéricos en cuanto a precisión, pérdida de masa y tiempo de cálculo, extrayéndose conclusiones útiles para la simulación del flujo en el interior de conductos y su aplicación en un modelo de motor virtual