Reducción de la resistencia al arrastre en ascensores de alta velocidad (Parte 1) | Ingeniacity, S.L. Ingeniería de Innovación

Reducción de la resistencia al arrastre en ascensores de alta velocidad (Parte 1)

Aerodynamic simulation

Tamara

Reducción de la resistencia al arrastre en ascensores de alta velocidad

En las últimas décadas la construcción de rascacielos cada vez más altos ha conllevado la preocupación por transportar a los usuarios de la manera más rápida posible. A nadie le gusta esperar a que suba el ascensor hasta la planta deseada, y por esta razón los diseñadores siempre han buscado aumentar la velocidad de los mismos sin perjudicar el confort de los pasajeros del ascensor.

Con velocidades de hasta 20 m/s, se plantea la siguiente pregunta: ¿Yendo a velocidades tan altas el arrastre con el aire no supondría un problema? La respuesta es sí. De hecho, en los últimos años se está poniendo un énfasis en el ahorro energético de los edificios, y uno de los puntos de mayor consumo de energía es el conjunto de los elevadores o ascensores, así que se fomenta la búsqueda de soluciones para reducir el consumo energético de los mismos.

Se planteó por tanto como conseguir este objetivo, y, para ello, se partió de los diseños estándar de ascensores que hay en el mercado. En concreto, nos centraremos en los ascensores interiores, donde los efectos aerodinámicos son más importantes.

El punto de partida fue modelar un ascensor estándar, a partir de modelos comerciales existentes. Uno de los primeros detalles que resaltan es la posición del ascensor en el hueco. Debido a que en una de las paredes del hueco están las puertas de cada piso, el ascensor debe situarse más cerca, esto tendrá consecuencias importantes en el movimiento del aire a través del hueco del ascensor.

Para simular el comportamiento aerodinámico del ascensor se usaron técnicas CFD. Simulando a una velocidad de 5.6 m/s (20 km/h) ascendente, se obtuvo una fuerza de arrastre de unos 183 N (18.7 kgf). En nuestro caso, para poder entender la fenomenología existente, todos los casos se realizaron de forma transitoria, observando así mejor el comportamiento del aire al pasar por el ascensor.

Uno de los fenómenos más importantes que ocurren en los ascensores de alta velocidad interiores es el llamado efecto pistón. Este efecto ocurre cuando un cuerpo se mueve a través de un conducto donde el cuerpo ocupa una parte muy importante del área de la sección del conducto, debido a esto, el aire queda “atrapada” y existe una alta presión enfrente del cuerpo. Este fenómeno es muy común en estaciones de metros y en la entrada de trenes en túneles.

En la imagen anterior se observa el estancamiento del aire en la zona superior del ascensor (zona roja intensa), y la consiguiente zona de depresión en la zona de la cabina (zona azul). Aguas abajo se recupera la presión (zona naranja clara). Cuanta mayor sea la zona azul, mayores serán las fuerzas de arrastre generadas sobre el ascensor, ya que una baja presión indica pérdida de energía del fluido.

En el caso de la velocidad se pueden observar las estelas, las estelas son zonas de velocidad baja que son consecuencia de la pérdida de velocidad del fluido. Debido a las esquinas rectas del ascensor, el aire no puede mantenerse pegado a la superficie y se desprende causando los contornos que se observan en la imagen anterior. Otro efecto importante ocurre en el estrecho hueco entre la pared de las puertas y el ascensor, debido al estrecho margen que hay, el aire se acelera provocando un efecto “suelo” similar al que ocurre en los coches. Este efecto puede volver inestable al ascensor causando vaivenes, de tal manera que en muchos ascensores de alta velocidad se instala un control de vibraciones.

Las lineas de corriente muestran muy bien el comportamiento turbulento de la estela del ascensor.

Existe una alta concentración de vórtices que se alternan dando lugar a una estela caótica.

Con esta imagen se pretende visualizar los vórtices por medio de los contornos de isosuperficies según el criterio Q.

Si esta entrada del blog te ha parecido interesante, no te pierdas la segunda parte en la que mostraremos la mejora propuesta por Ingeniacity.