Diseño de rotores en bombas centrífugas utilizando el método de optimización topológica y computación paralela en la nube
Autores: Arcentales, Xavier Andrés; Arcentales, Danilo Andrés; Montealegre, Wilfredo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Diseño de rotores en bombas centrífugas utilizando el método de optimización topológica y computación paralela en la nube
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Máquinas de flujo
Algoritmo computacional
MATLAB
Método de elementos finitos
Método de optimización topológica
Computación en la nube paralela
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 21
Citaciones: Sin citaciones
Diseñar máquinas de flujo es un desafío debido a numerosos parámetros geométricos libres. Este trabajo tiene como objetivo desarrollar un algoritmo computacional paralelizado en MATLAB versión R2020a para diseñar el rotor de un flujo radial en una bomba centrífuga utilizando el método de elementos finitos (FEM), el método de optimización topológica (TOM) y la computación en la nube paralela (bare-metal vs. máquina virtual). El objetivo es minimizar una función bi-objetivo que comprende la disipasión de energía y la vorticidad dentro de la mitad de la circunferencia del rotor. Al minimizar solo la disipasión de energía ( = 1, = 0), el rendimiento alcanzado es de 5.88 vatios. Considerando tanto la disipasión de energía como la vorticidad ( = 0.8, = 0.2), el rendimiento es de 5.94 vatios. Estos resultados de topología se extienden a un modelo 3D completo utilizando Ansys Fluent versión 18.2 para validar las funciones objetivo minimizadas por TOM. El algoritmo se paraleliza y se ejecuta en múltiples núcleos de CPU en la nube en dos plataformas diferentes: Amazon Web Services (máquina virtual) y Equinix (máquina bare-metal), para acelerar el proceso de diseño de las palas. En conclusión, las herramientas de optimización matemática ayudan a los diseñadores de ingeniería a lograr diseños no intuitivos y mejorar los resultados.
Descripción
Diseñar máquinas de flujo es un desafío debido a numerosos parámetros geométricos libres. Este trabajo tiene como objetivo desarrollar un algoritmo computacional paralelizado en MATLAB versión R2020a para diseñar el rotor de un flujo radial en una bomba centrífuga utilizando el método de elementos finitos (FEM), el método de optimización topológica (TOM) y la computación en la nube paralela (bare-metal vs. máquina virtual). El objetivo es minimizar una función bi-objetivo que comprende la disipasión de energía y la vorticidad dentro de la mitad de la circunferencia del rotor. Al minimizar solo la disipasión de energía ( = 1, = 0), el rendimiento alcanzado es de 5.88 vatios. Considerando tanto la disipasión de energía como la vorticidad ( = 0.8, = 0.2), el rendimiento es de 5.94 vatios. Estos resultados de topología se extienden a un modelo 3D completo utilizando Ansys Fluent versión 18.2 para validar las funciones objetivo minimizadas por TOM. El algoritmo se paraleliza y se ejecuta en múltiples núcleos de CPU en la nube en dos plataformas diferentes: Amazon Web Services (máquina virtual) y Equinix (máquina bare-metal), para acelerar el proceso de diseño de las palas. En conclusión, las herramientas de optimización matemática ayudan a los diseñadores de ingeniería a lograr diseños no intuitivos y mejorar los resultados.