Evaluación mediante Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) de la capacidad de ventilación del laboratorio de Motores como medida de prevención de la propagación del SARS-CoV-2
Para analizar la capacidad de ventilación del laboratorio de Motores de la Universidad de Almería (0.04 del Edificio Científico Técnico II-A) se ha usado el programa de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) Ansys Fluent. Para ello, se tomaron las medidas del laboratorio y se creó un modelo geom...
| Main Author: | |
|---|---|
| Other Authors: | |
| Format: | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Language: | Spanish / Castilian |
| Published: |
2023
|
| Subjects: | |
| Online Access: | http://hdl.handle.net/10835/14815 |
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|---|---|
| author | Fernández Hidalgo, Rubén |
| author2 | Molina Aiz, Francisco Domingo |
| author_facet | Molina Aiz, Francisco Domingo Fernández Hidalgo, Rubén |
| author_sort | Fernández Hidalgo, Rubén |
| collection | DSpace |
| description | Para analizar la capacidad de ventilación del laboratorio de Motores de la Universidad de Almería
(0.04 del Edificio Científico Técnico II-A) se ha usado el programa de Dinámica de Fluidos
Computacional (CFD) Ansys Fluent. Para ello, se tomaron las medidas del laboratorio y se creó un
modelo geométrico en tres dimensiones en el programa de diseño asistido por ordenador Solidworks.
Para la validación del modelo numérico, se llevaron a cabo tres ensayos experimentales en el
laboratorio (los dos primeros sin alumnos y el tercero durante una clase con 19 estudiantes), en los
que se midieron la velocidad del aire, la temperatura y humedad y la concentración de CO2, en dos
ventanas de entrada de aire y en la puerta de salida. También se midieron las temperaturas de las
superficies del laboratorio para utilizarlas como condiciones de contorno del modelo de CFD. Las
diferencias entre los valores medidos y simulados con CFD en la puerta de salida fueron inferiores al
10% para todos los parámetros analizados. Una vez validado el modelo de CFD, se realizaron varias
simulaciones con el objetivo de optimizar la capacidad de ventilación del laboratorio. Se consideró que
la mejor combinación de apertura de ventanas es la que permite mantener la menor concentración de
CO2 posible y la mayor tasa de renovaciones de aire por hora.
En las simulaciones de CFD, observaremos distintos parámetros del movimiento del aire en el
interior del laboratorio, desde que entra por las ventanas hasta que sale por la puerta, como la
velocidad, la concentración de CO2, la humedad relativa, la temperatura o la humedad absoluta. Estos
parámetros nos permitirán analizar el nivel de ventilación y, por lo tanto, podremos evaluar el riesgo
de contagio si alguno de los alumnos estuviese infectado con el virus SARS-CoV-2. Las simulaciones de
CFD permiten observar el recorrido que sigue el aire en el interior del laboratorio, como se mueve
entre los alumnos, mostrando las zonas donde la concentración de CO2 es mayor, y por tanto el riesgo
de contagio entre alumnos es máximo. Pudimos observar cómo en una de las esquinas se estanca el
aire, concretamente en la esquina que une la pared norte con la del pasillo (observado una
concentración de CO2 de 470 ppm cercana al máximo admisible de 500 ppm). Otra observación fue
que cuando la velocidad del aire de entrada entre las ventanas tiene cierta diferencia, este se ve
sometido a una mayor turbulencia y, por tanto, su recorrido en el interior del laboratorio es mayor
hasta que sale por la puerta.
Las simulaciones con programa Ansys Fluent han permitido determinar la mejor opción para la
ventilación del laboratorio. En las últimas simulaciones realizadas con diferentes combinaciones de la
apertura de las ventanas, se determinó que la mejor opción, que reduce la concentración máxima de
CO2 interior, se correspondía con la apertura de 4 ventanas más próximas al lado norte. De esta
manera, podremos minimizar el riesgo de contagio entre los alumnos.
To analyse the ventilation capacity of the Engine Laboratory of the University of Almería (0.04 of
the Technical Scientific Building II-A) the Ansys Fluent Computational Fluid Dynamics (CFD) software
has been used. To do this, the laboratory measurements were taken and a three-dimensional
geometric model was created in the Solidworks computer-aided design program. For the validation of
the numerical model, three experimental tests were carried out in the laboratory (the first two without
students and the third during a class with 19 students), in which air velocity, temperature and humidity
and CO2 concentration were measured, in two air intake windows and in the exit door. The
temperatures of the laboratory surfaces were also measured to be used as boundary conditions of the
CFD model. The differences between the values measured and simulated with CFDs at the exit door
were less than 10% for all the parameters analyzed. Once the CFD model was validated, several
simulations were carried out with the aim of optimizing the ventilation capacity of the laboratory. We
considered that the best combination of window opening was the one that allowed maintaining the
lowest concentration of CO2 possible and the highest rate of air renewals per hour.
In the CFD simulations, we will observe different parameters of the movement of air inside the
laboratory, from the moment it enters through the windows until it leaves through the door, such as
air velocity, CO2 concentration, relative humidity, temperature or absolute humidity. These
parameters will allow us to analyse the level of ventilation and, therefore, we can evaluate the risk of
contagion if any of the students were infected with the SARS-CoV-2 virus. CFD simulations allow
observing the path that the air follows inside the laboratory, as it moves between the students,
showing the areas where the concentration of CO2 is higher, and therefore the risk of contagion
between students is maximum. We were able to observe how in one of the corners the air stagnates,
specifically in the corner that joins the north wall with that of the corridor (observing a CO2
concentration of 470 ppm close to the maximum allowable of 500 ppm). Another observation was that
when the velocity of the inlet air between the windows has a certain difference, it is subjected to
greater turbulence and, therefore, its path inside the laboratory is greater until it leaves through the
door.
Simulations with an Ansys Fluent program have made it possible to determine the best option for
laboratory ventilation. In the latest simulations carried out with different combinations of the opening
of the windows, it was determined that the best option, which reduces the maximum concentration
of indoor CO2, corresponded to the opening of 4 windows closer to the north side. In this way, we can
minimize the risk of contagion among students |
| format | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| id | oai:repositorio.ual.es:10835-14815 |
| institution | Universidad de Cuenca |
| language | Spanish / Castilian |
| publishDate | 2023 |
| record_format | dspace |
| spelling | oai:repositorio.ual.es:10835-148152023-12-15T12:24:05Z Evaluación mediante Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) de la capacidad de ventilación del laboratorio de Motores como medida de prevención de la propagación del SARS-CoV-2 Fernández Hidalgo, Rubén Molina Aiz, Francisco Domingo Dinámica de Fluidos Computacional Computational Fluid Dynamics Ventilación en laboratorios Ventilation of the laboratory Prevención de la propagación del SARS-CoV-2 Prevention of spread of SARS-CoV-2 Para analizar la capacidad de ventilación del laboratorio de Motores de la Universidad de Almería (0.04 del Edificio Científico Técnico II-A) se ha usado el programa de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) Ansys Fluent. Para ello, se tomaron las medidas del laboratorio y se creó un modelo geométrico en tres dimensiones en el programa de diseño asistido por ordenador Solidworks. Para la validación del modelo numérico, se llevaron a cabo tres ensayos experimentales en el laboratorio (los dos primeros sin alumnos y el tercero durante una clase con 19 estudiantes), en los que se midieron la velocidad del aire, la temperatura y humedad y la concentración de CO2, en dos ventanas de entrada de aire y en la puerta de salida. También se midieron las temperaturas de las superficies del laboratorio para utilizarlas como condiciones de contorno del modelo de CFD. Las diferencias entre los valores medidos y simulados con CFD en la puerta de salida fueron inferiores al 10% para todos los parámetros analizados. Una vez validado el modelo de CFD, se realizaron varias simulaciones con el objetivo de optimizar la capacidad de ventilación del laboratorio. Se consideró que la mejor combinación de apertura de ventanas es la que permite mantener la menor concentración de CO2 posible y la mayor tasa de renovaciones de aire por hora. En las simulaciones de CFD, observaremos distintos parámetros del movimiento del aire en el interior del laboratorio, desde que entra por las ventanas hasta que sale por la puerta, como la velocidad, la concentración de CO2, la humedad relativa, la temperatura o la humedad absoluta. Estos parámetros nos permitirán analizar el nivel de ventilación y, por lo tanto, podremos evaluar el riesgo de contagio si alguno de los alumnos estuviese infectado con el virus SARS-CoV-2. Las simulaciones de CFD permiten observar el recorrido que sigue el aire en el interior del laboratorio, como se mueve entre los alumnos, mostrando las zonas donde la concentración de CO2 es mayor, y por tanto el riesgo de contagio entre alumnos es máximo. Pudimos observar cómo en una de las esquinas se estanca el aire, concretamente en la esquina que une la pared norte con la del pasillo (observado una concentración de CO2 de 470 ppm cercana al máximo admisible de 500 ppm). Otra observación fue que cuando la velocidad del aire de entrada entre las ventanas tiene cierta diferencia, este se ve sometido a una mayor turbulencia y, por tanto, su recorrido en el interior del laboratorio es mayor hasta que sale por la puerta. Las simulaciones con programa Ansys Fluent han permitido determinar la mejor opción para la ventilación del laboratorio. En las últimas simulaciones realizadas con diferentes combinaciones de la apertura de las ventanas, se determinó que la mejor opción, que reduce la concentración máxima de CO2 interior, se correspondía con la apertura de 4 ventanas más próximas al lado norte. De esta manera, podremos minimizar el riesgo de contagio entre los alumnos. To analyse the ventilation capacity of the Engine Laboratory of the University of Almería (0.04 of the Technical Scientific Building II-A) the Ansys Fluent Computational Fluid Dynamics (CFD) software has been used. To do this, the laboratory measurements were taken and a three-dimensional geometric model was created in the Solidworks computer-aided design program. For the validation of the numerical model, three experimental tests were carried out in the laboratory (the first two without students and the third during a class with 19 students), in which air velocity, temperature and humidity and CO2 concentration were measured, in two air intake windows and in the exit door. The temperatures of the laboratory surfaces were also measured to be used as boundary conditions of the CFD model. The differences between the values measured and simulated with CFDs at the exit door were less than 10% for all the parameters analyzed. Once the CFD model was validated, several simulations were carried out with the aim of optimizing the ventilation capacity of the laboratory. We considered that the best combination of window opening was the one that allowed maintaining the lowest concentration of CO2 possible and the highest rate of air renewals per hour. In the CFD simulations, we will observe different parameters of the movement of air inside the laboratory, from the moment it enters through the windows until it leaves through the door, such as air velocity, CO2 concentration, relative humidity, temperature or absolute humidity. These parameters will allow us to analyse the level of ventilation and, therefore, we can evaluate the risk of contagion if any of the students were infected with the SARS-CoV-2 virus. CFD simulations allow observing the path that the air follows inside the laboratory, as it moves between the students, showing the areas where the concentration of CO2 is higher, and therefore the risk of contagion between students is maximum. We were able to observe how in one of the corners the air stagnates, specifically in the corner that joins the north wall with that of the corridor (observing a CO2 concentration of 470 ppm close to the maximum allowable of 500 ppm). Another observation was that when the velocity of the inlet air between the windows has a certain difference, it is subjected to greater turbulence and, therefore, its path inside the laboratory is greater until it leaves through the door. Simulations with an Ansys Fluent program have made it possible to determine the best option for laboratory ventilation. In the latest simulations carried out with different combinations of the opening of the windows, it was determined that the best option, which reduces the maximum concentration of indoor CO2, corresponded to the opening of 4 windows closer to the north side. In this way, we can minimize the risk of contagion among students 2023-12-15T12:24:05Z 2023-12-15T12:24:05Z 2022 info:eu-repo/semantics/doctoralThesis http://hdl.handle.net/10835/14815 es Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacional http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ info:eu-repo/semantics/openAccess |
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