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Simulación basada en Cloud para chimeneas concéntricas de alta temperatura
Nombre organización: DINAK
Otras organizaciones participantes

Universidade da Coruña.

AIMEN.

CESGA.

Fuente de financiación:

Comisión Europea Horizonte 2020.

Tipo de problema / sector: Estructural.

Aplicación: HPC-Cloud.

Empresa:

DINAK es una pyme española experta en el diseño, fabricación e instalación de chimeneas y sistemas de ventilación domésticos e industriales. DINAK necesita mejorar sus capacidades para ser competitiva en el mercado global. La reducción de emisiones de CO2 y un uso más eficiente de la energía requieren del diseño de chimeneas optimizadas. La optimización de chimeneas involucra muchas variables y el testado físico no es viable por motivos de coste y tiempo. DINAK necesita una herramienta sencilla y potente para analizar y evaluar el diseño de chimeneas de evacuación Esta herramienta debería ayudarles a mejorar el diseño de chimeneas concéntricas y obtener conocimiento de los fenómenos físicos involucrados en los procesos de evacuación. El HPC se ha convertido en un componente esencial en una herramienta de diseño así.

Reto:

La reducción de emisiones requiere del diseño de chimeneas optimizadas, proceso en el que la simulación juega un papel muy importante. En un edificio con calderas es necesario instalar un sistema de ventilación para asegurar una evacuación efectiva que cumpla con la normativa y un ratio de renovación de aire adecuado. La chimenea concéntrica diseñada en este experimento es un diseño en contracorriente, en el que los flujos tienen diferentes direcciones: el tubo interno lleva gases de combustión calientes al exterior y el cilindro externo dirige aire fresco del exterior, proveyendo de oxígeno a la caldera. Si la chimenea no está adecuadamente diseñada, no llevará suficiente oxígeno a la caldera y la combustión será ineficiente. Hay muchas variables involucradas en la optimización del diseño de una chimenea y la evaluación física no es viable por cuestiones de tiempo y dinero. En consecuencia, es necesario emplear herramientas numéricas avanzadas. El problema es complejo porque hay muchas variables y la simulación debe ser suficientemente exacta y detallada. El HPC es imprescindible para que el tiempo que tarda la solución sea rápido, apoyado en una interfaz de usuario atractiva para hacer las simulaciones fácilmente accesibles. La implementación de una solución así es la tarea de este experimento.

Solución:

Antes de este experimento DINAK no tenía acceso a simulaciones HPC y no tenía experiencia en su uso. Se necesitaba aproximadamente un mes de trabajo para el diseño y evaluación de una nueva chimenea. Todo nuevo producto requería el trabajo de 3 ingenieros especializados y de 2 técnicos para evaluar las diferentes opciones, diseñar prototipos y fabricarlos y para testar chimeneas completas verificando el concepto de diseño inicial. Ahora tiene una simulación HPC fiable, basada en el paquete de código abierto OpenFoam, por lo que DINAK puede acortar todo el proceso de diseño a una semana. Además, la interfaz de usuario le otorga la capacidad de explorar el espacio de diseño de manera sistemática, lo que puede mejorar la calidad de los diseños resultantes. Este experimento ha demostrado que el diseño de chimeneas concéntricas utilizando recursos de simulación HPC es viable y exacta. Los resultados de esta solución han sido validados con éxito en comparación con software comercial y datos experimentales.

Beneficio:

La simulación HPC permite a DINAK acelerar y optimizar el diseño de chimeneas concéntricas. Un diseño más rápido permitirá a DINAK entrar en nuevos mercados e incrementar su competitividad. La experiencia muestra que la primera empresa con un nuevo diseño de chimenea aumenta su mercado un 5-10%. Actualmente, DINAK desarrolla 3-4 nuevos productos al año y esta ventaja aumentará su facturación aproximadamente 100.000 euros. Antes de este experimento, DINAK requería aproximadamente un mes para el diseño y evaluación de una nueva chimenea. Los costes incluían 3 ingenieros especializados durante 1 mes, 1 técnico durante 1 mes y costes de prototipado. Utilizando simulación HPC durante 1 semana, estos costes se reducen a 1 semana de 1 ingeniero y costes de computación. Esto da a DINAK un ahorro estimado de más de 12.250 euros por diseño, que serán 49.000 euros anuales. El diseño optimizado mediante el uso de HPC permite a los productos de DINAK pasar la evaluación de la Marca CE con una tasa de fallo de cero, con la consecuente reducción de costes. Anteriormente, había 1-2 fallos al año resultando en costes operacionales adicionales de en torno a 6.000 euros.
En base a la experiencia ganada con este experimento, la UDC está planeando ofrecer un servicio de consultoría para desarrollar interfaces de aplicaciones cloud. AIMEN será capaz de ofrecer servicios de consultoría basados en modelización de código abierto. CESGA aumentará sus ventas de ciclos de computación a alrededor de 10.000 horas de CPU anuales y mejorará sus servicios de visualización.

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