15-12-2021 | Publicado por Joaquín Martí
A medida que crece la preocupación con las emisiones y las pandemias, el sistema de acondicionamiento de aire de los vehículos (HVAC: Heating, Ventilation and Air Conditioning) debe asegurar no sólo confort sino también seguridad. La calidad del aire en el habitáculo depende de la del aire circundante y del funcionamiento del sistema HVAC. Algunos contaminantes pueden proceder del vehículo precedente, pero también preocupan los emitidos por los propios ocupantes. El sistema debe garantizar la seguridad de los viajeros, además de satisfacer requisitos de prestaciones y eficiencia, con normativa que obliga a reducir los refrigerantes contaminantes y manteniendo los costes bajo control.
El filtro de aire, que atrapa las partículas del aire entrante, es uno de los componentes más importantes e infravalorados del sistema. Existen distintos niveles de filtrado y, en función del que se busque, el aire puede pasar por más de un filtro. El Minimum Efficiency Reporting Value (MERV) describe la capacidad de interceptar partículas entre 0,3 y 10 micras; los niveles MERV van de 1 a 16, donde los valores más altos denotan mayor eficiencia. Para vehículos se utilizan mucho los filtros HEPA (High Efficiency Particulate Air), que interceptan el 99,97% y 99,95% de los contaminantes en EEUU y Europa respectivamente.
El diseño del habitáculo para agilizar la limpieza de su aire debe hacerse en una etapa temprana, pues luego hay poca flexibilidad. Esto puede abordarse de forma virtual, simulando en detalle el filtro para evaluar el transporte de contaminantes, eficiencia del filtrado, ciclo de vida del filtro y fracción retenida de contaminantes en un tiempo razonable.
Las soluciones SIMULIA permiten simular escenarios del mundo real y ensayar virtualmente distintos diseños de filtros y configuraciones de habitáculo. La simulación también suministra información sobre el efecto de la ubicación del ventilador, el nivel de filtrado y la colmatación en aspectos como la aerodinámica, el confort térmico y acústico, y la eficiencia energética.
PowerFLOW utiliza un solver muy preciso basado en la metodología Lattice-Boltzmann con modelización de partículas para simular el flujo, transporte de contaminantes, acumulación en el filtro y pérdida de presión. El diseño del filtro queda integrado en el marco de la simulación del confort interior. En los cálculos, se inyectan los contaminantes y el filtro se representa con una pantalla que controla la fracción pasante en función de sus características. Ello aporta información sobre la eficiencia del sistema/filtro e incorpora los efectos de la colmatación. Pueden verse más detalles aquí 
El diseño de un filtro obliga a un equilibrio delicado entre la eficiencia de filtrado y la caída de presión. El flujo se ve afectado por la progresiva colmatación del filtro. Los filtros menos finos, como un MERV8, permiten el paso de más partículas, pero hay que sustituirlos con menor frecuencia y pueden usar ventiladores menos potentes. Los finos, como los MERV12 y MERV13, interceptan más partículas, pero se colmatan antes y requieren ventiladores más potentes. La colmatación del filtro gobierna su ciclo de vida y la eficiencia del sistema. La eficiencia y la calidad del aire mejoran con filtros más finos, pero también aumentan la resistencia al flujo y el consumo energético, y deben cambiarse con más frecuencia.
La simulación puede también predecir la antigüedad de cada partícula, indicativa de la tasa de desaparición. A medida que el sistema va operando, la simulación determina la fracción de partículas capturadas. El tiempo empleado en la eliminación de contaminantes se calcula con modelos detallados del habitáculo para evaluar la tasa real de supresión. La respiración del conductor y los pasajeros se especifican como emisiones. En la simulación, los contaminantes salen del habitáculo por los orificios de recirculación y el aire limpio vuelve al habitáculo a través de los orificios de entrada.
Inicialmente el aire interno puede contener contaminantes de procedencia interna o externa. A lo largo de la simulación las partículas mayores se depositarán en superficies. Los aerosoles ligeros circularán en la cabina; algunos saldrán por los orificios de recirculación y atravesarán el filtro donde los contaminantes se filtran y acumulan, limpiando el aire que vuelve a entrar en el habitáculo. El proceso continúa hasta que la mayor parte de los aerosoles han sido filtrados. La ubicación de filtros y orificios juega un papel importante; en zonas húmedas de flujo lento, los aerosoles pueden quedar atrapados y permanecer largo tiempo. La simulación orienta la selección y ubicación de filtros, y evalúa la demora en la limpieza del aire.
En suma, PowerFLOW de SIMULIA puede modelizar el transporte y filtrado de contaminantes. También permite evaluar y mejorar las prestaciones y la calidad del aire que el sistema HVAC produce.
Se puede optimizar la ubicación de los filtros para reducir el mantenimiento, minimizar el tiempo de limpieza y mejorar la calidad del aire del habitáculo; y ajustar las características del filtro para obtener las mejores prestaciones de confort acústico y térmico, así como de consumo energético. Se puede predecir el tiempo que lleva la eliminación de contaminantes, así como la evolución temporal de sus concentraciones, para asegurar la seguridad de los ocupantes.
Las soluciones SIMULIA permiten hacer frente a los nuevos retos de calidad de aire interno, mientras se maximizan el confort de los pasajeros y la eficiencia energética. Si quieres saber más, en Principia disponemos de los profesionales con el deseo de ayudar y la competencia para hacerlo con éxito.
Las imágenes interiores que ilustran este artículo han sido tomadas del blog de SIMULIA de Dassault Systèmes (https://blogs.3ds.com/simulia)
