Hacer visible lo invisible

Lo que no se puede ver también puede modelarse, lo que les proporciona a los equipos de Kiewit nuevos conocimientos sobre el desempeño de sistemas complejos antes de que comience la construcción.

Refrigeración de la nube

En un centro de datos, incluso un grado importa. Con el tiempo, una pequeña diferencia de temperatura puede representar millones de dólares en costos de energía. Para los equipos que planifican centros de datos modernos, esto convierte el diseño térmico en una prioridad temprana importante, con estrategias de refrigeración que pueden influir en el desempeño mucho antes de que comience la construcción.

A medida que aumenta la demanda de nuevos centros de datos en toda América del Norte, esas decisiones son más importantes que nunca. La forma en que el aire circula por un edificio, la disposición de los equipos y el diseño de los sistemas de refrigeración pueden afectar la confiabilidad y los costos con el tiempo.

El calor y el movimiento del aire no aparecen en un plano de planta, pero desempeñan un papel importante en el desempeño. El aire puede filtrarse por las aberturas, evitar los equipos y hacer que el aire caliente de escape recircule hacia zonas donde no debería estar. Si no se abordan, esos problemas pueden aumentar el consumo de energía y limitar el desempeño con el tiempo.

Entonces, ¿cómo se refrigera la nube cuando el flujo de aire dentro de un centro de datos no siempre es fácil de predecir? El modelado mediante la dinámica de fluidos computacional (CFD) proporciona la respuesta.

¿Qué es la dinámica de fluidos computacional?

FASE 1 La CFD ayuda a los equipos a comprender cómo la transferencia de calor afecta el movimiento de gases o líquidos a través de un espacio

FASE 2 Analizar cómo ese movimiento afecta el desempeño, la seguridad y los factores de diseño

FASE 3 Diseñar sistemas más eficientes, fundamentados y confiables

Dónde puede utilizarse

• Análisis de incendios y humo
• Centros de datos
• Proyectos de captura de carbono
• Estanques de evaporación
• Túneles de transporte carretero y ferroviario

• Instalaciones de tratamiento de aguas residuales
• Estaciones de bombeo de efluentes
• Cámaras desarenadoras de vórtice
• Ingeniería química y de procesos

• Análisis de dispersión
• Análisis de explosiones
• Análisis de oscilación de puentes
• Modelado del flujo del concreto
• Intercambiadores de calor
• Sistemas HVAC de edificios

Convertir el flujo de aire en información útil

En Kiewit, ese trabajo comienza temprano para anticiparse a los desafíos del flujo de aire. El equipo interno de CFD de Kiewit Engineering Group Inc. utiliza modelos digitales avanzados para mostrar dónde pueden desarrollarse puntos calientes, cómo circula el aire frío y qué cambios de diseño podrían mejorar el desempeño antes de tomar decisiones clave.

“Con la CFD, podemos probar virtualmente distintos diseños, desde la altura de los techos hasta la distribución de los pasillos, y encontrar la solución más eficiente”, dijo Will Fischer, ingeniero mecánico de Kiewit.

De hecho, en un caso, el modelado mostró que aumentar cinco pies la altura del techo de una sala de servidores mejoró la eficiencia de refrigeración del espacio. Con el tiempo, mejores estrategias de flujo de aire y refrigeración pueden reducir el consumo de energía y ayudar a disminuir la huella de carbono general de una instalación.

El modelado temprano también puede ayudar a los equipos a eliminar equipos innecesarios, aprovechar mejor el espacio y evitar costos adicionales de construcción.

Techos de 12 pies Techos de 17 pies El modelado CFD mostró que los techos más altos mejoran la eficiencia de refrigeración al permitir que el aire caliente ascendiera y se alejara de los equipos.

La ciencia detrás de la simulación

Con la CFD, los ingenieros construyen un modelo 3D de un espacio, ya sea una sala de servidores, un túnel u otro entorno complejo, y lo dividen en millones de celdas digitales. Luego utilizan ecuaciones basadas en la física para predecir cómo se moverán por ese espacio fluidos como el aire, el humo o el concreto.

“La gente piensa que es demasiado técnico, pero en realidad se trata de visibilidad”, dijo Baljinder Bassi, quien dirige el equipo de CFD. “Una imagen vale más que mil palabras”. Un video vale un millón. “La CFD nos permite mostrar, no solo decir”.

Bassi tiene casi 30 años de experiencia en CFD y dirigió el esfuerzo para incorporar esta capacidad internamente en Kiewit, estableciendo el equipo de modelado de la empresa en 2020.

Sin embargo, la herramienta solo es tan sólida como las personas que la utilizan. Bassi explicó que construir correctamente el modelo es solo una parte del trabajo. Saber interpretar los resultados y aplicarlos a un proyecto real es lo que hace útil este trabajo.

“Mi equipo cuenta con experiencia especializada en generación de mallas, simulación numérica y la física específica de cada problema”, dijo Bassi.

Esa experiencia le permite al equipo construir modelos detallados que evolucionan con el diseño y ayudan a los proyectos a tomar decisiones fundamentadas desde la etapa de desarrollo de propuestas hasta la entrega.

Mercados más amplios, la misma experiencia

Si bien la CFD ayuda a mejorar el desempeño del flujo de aire en los centros de datos, en los sistemas de transporte subterráneo cumple una función diferente: proteger a las personas durante una emergencia.

“Utilizamos la CFD para comprender cómo se comportará el humo en un túnel o una estación durante un incendio”, dijo Bassi. “El objetivo es ayudar a controlar ese humo de manera que se proteja la seguridad de las personas y se les proporcione una ruta de evacuación más segura”.

Durante un incendio, los sistemas de ventilación están diseñados para impulsar aire fresco hacia las zonas seguras y, al mismo tiempo, alejar el humo de las rutas de evacuación. Mediante la CFD, el equipo puede modelar cómo se elevará el humo, dónde se acumulará y cómo puede desplazarse el aire para mantener despejadas las rutas de salida.

El mismo enfoque se ha aplicado a sistemas de captura de carbono, infraestructura hidráulica e incluso a la colocación de concreto.

En un proyecto reciente, se pidió al equipo modelar cómo fluiría el concreto dentro de un molde de acero sellado, donde no podían observarse las condiciones durante la colocación.

“En este caso, el cliente no podía ver el interior del molde mientras vertía el concreto”, dijo Bassi. “Quería saber si se formarían bolsas de aire y si el concreto llenaría completamente el espacio”.

El equipo construyó un modelo digital y predijo dónde se desarrollarían vacíos. Cuando posteriormente el equipo del proyecto probó el mismo escenario con modelos físicos, los resultados coincidieron.

Era la primera vez que el equipo aplicaba la CFD de esa manera en un proyecto real, lo que abrió la puerta a nuevas aplicaciones para hacer visible lo invisible. Para los clientes, esto significa tomar mejores decisiones desde el principio, tener menos sorpresas y contar con sistemas que funcionen según lo previsto desde el primer día.

Para obtener más información sobre las capacidades de ingeniería de Kiewit, haga clic aquí.