Este proyecto busca mejorar la eficiencia de un equipo de purificación de aire de uso hospitalario y reducir su sonoridad. Para ello se emplea primero la simulación CFD, que permite estudiar el flujo y la uniformidad de la velocidad en las propuestas de diseño. Tras ello se realiza un estudio combinando métodos experimentales y simulación FEM para optimizar la acústica del equipo.
Para este proyecto se emplea Cradle CFD en la parte de simulación fluidodinámica y Actran para el estudio acústico mediante simulación FEM.
Los equipos de purificación estudiados cuentan con una cámara de reacción con lámparas de luz ultravioleta y compuestos desinfectantes para eliminar los microorganismos y contaminantes del aire. Para maximizar la eficacia, es importante que el flujo permanezca en la cámara el mayor tiempo posible y haga contacto con las superficies cubiertas con los compuestos. Además, se debe garantizar un buen caudal de circulación para conseguir la desinfección de las salas en un tiempo adecuado.
Para los estudios con simulación CFD introducimos en los modelos las curvas de los ventiladores proporcionadas por el fabricante. De esta forma podemos calcular el caudal que obtendremos teniendo en cuenta la pérdida de carga del diseño que estemos analizando.
El estudio de la cámara actual indica que la uniformidad del flujo tiene amplio margen de mejora, como muestra la siguiente imagen:
Para conseguir un diseño más optimizado, consideramos en primer lugar una modificación de las entradas y salidas que produzca un flujo más uniforme en la cámara. Esto nos lleva a trabajar con ventiladores de tipo axial.
Tras varias iteraciones obtenemos una distribución de las lámparas y una configuración de entradas y salidas que mejora en gran medida la uniformidad del flujo en la cámara. Este diseño con los ventiladores seleccionados también consigue un aumento del caudal proporcionado con la alimentación nominal, y permitirá una reducción en el consumo eléctrico de estos equipos.
La siguiente imagen muestra el campo de velocidades en un corte vertical de uno de los diseños estudiados:
En la siguiente fase del proyecto buscamos optimizar la sonoridad de la máquina, reduciendo el nivel de presión acústica generado.
En primer lugar, se caracterizan experimentalmente las fuentes sonoras de los ventiladores originales y los propuestos. Esto permitirá introducirlas en el modelo numérico para obtener resultados realistas a las diferentes frecuencias del espectro audible.
Con las fuentes caracterizadas, se procede a la simulación del equipo actual. Estos estudios consideran las fuentes sonoras de los ventiladores y el ruido provocado por el aire pasando a través de la cámara de reacción, esta última evaluada con el método aeroacústico SNGR. Los resultados se obtienen en función de la frecuencia, pudiendo calcularse después los resultados globales con las ponderaciones necesarias:
Los resultados del modelo numérico se comparan con mediciones experimentales realizadas en nuestras oficinas con los equipos reales en funcionamiento. La diferencia entre los resultados numéricos y experimentales de la sonoridad global del equipo es menor de 1dB. Esto permite validar la metodología de simulación y aportar confianza a los resultados que se obtengan en los nuevos diseños.
Aplicando la metodología validada se estudian diferentes configuraciones de los elementos que rodean a la cámara de reacción dentro de la máquina. Este proceso concluye con un diseño que obtiene reducciones significativas respecto al equipo original en todos sus modos de funcionamiento.
Con el diseño final definido, se fabrica un prototipo mediante impresión 3D para comprobar experimentalmente las mejoras obtenidas. Los resultados obtenidos en los ensayos reflejan mejoras muy similares a las que predicen los modelos numéricos, con una precisión de nuevo cercana a 1dB en la comparativa. También se realizan medidas de caudal con un anemómetro de hilo caliente para verificar que el caudal sea apropiado.
El proceso de optimización concluye con resultados muy satisfactorios en cuanto a mejora del flujo y reducción de la sonoridad, con valores de ruido unos 8 dBA inferiores al diseño original.
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