El escaneo 3D multi-resolución de los Leo y Artec Ray II consigue ganancias a través de la eficiencia de combustible

El modelo de camión en 3D utilizado para llevar a cabo los análisis aerodinámicos de Airshaper.

Si no trabajas con camiones o logística, es posible que no sepas que un camión semirremolque promedio transporta entre 120 y 150 galones de combustible. Si tenemos en cuenta que sólo en Estados Unidos hay casi tres millones de ellos, está claro que son responsables de quemar mucha gasolina cada día.

Por supuesto, la eficiencia de combustible de estos vehículos está determinada por múltiples factores, como la carga, el estilo de conducción, el tamaño del motor y otros. Pero un área que es fácil de pasar por alto para los fabricantes de camiones en busca de la funcionalidad del diseño es la resistencia aerodinámica.

Generada por todos los vehículos a medida que pasan por el aire, esta fuerza de arrastre sólo se hace más fuerte a medida que viajan a gran velocidad y requiere que usen más caballos de fuerza (y combustible) para acelerar. Dado que el camión promedio usa hasta el 50% de su energía para vencer la resistencia del aire a velocidades de autopista, se cree que unas reducciones de arrastre del 20% podrían generar ahorros de combustible de hasta el 10% por viaje.

Un Artec Ray II se utiliza para escanear en 3D un camión en el aparcamiento de una empresa local de transporte aéreo.

Mejorar la aerodinámica del vehículo a menudo significa realizar análisis CFD para averiguar qué partes son las que causan más arrastre, pero crear un modelo hermético para la primera simulación lleva semanas. Donde Airshaper agiliza el proceso es al permitir a los usuarios identificar las actualizaciones de diseño simplemente cargando y analizando escaneos 3D de Artec altamente detallados, lo que produce resultados en cuestión de horas.

Escaneo de camiones con resolución múltiple

Trabajando desde su sede en Amberes, Bélgica, Airshaper es un desarrollador de software basado en la nube que permite a los usuarios realizar simulaciones aerodinámicas complejas, sin necesidad de hardware de altos requerimientos. A principios de este año, la empresa buscó mostrar el potencial de su plataforma en esta área mediante la digitalización de un camión, sólo para obtener los mejores resultados - necesitaba ser capturado en una resolución vertiginosa: aquí es donde entra Artec 3D.

Trabajando con Airshaper, los especialistas de Artec ayudaron a digitalizar un vehículo completo de larga distancia en menos de dos días de escaneo. El Sistema Visual Inercial (VIS) de prealineación de escaneo del Ray II fue fundamental para ello, al igual que su velocidad de 2 millones de puntos/s y su sistema de tres cámaras de 36 MP incorporado, que permitió al equipo capturar las texturas HDR necesarias para lograr colores realistas.

Al mismo tiempo, el exclusivo Artec Leo inalámbrico, con una pantalla intuitiva incorporada y un amplio campo de visión de 838 x 488 mm, hizo que fuera mucho más fácil moverse y digitalizar piezas grandes como las rejillas del radiador y los parasoles. Según el especialista en escaneo 3D de Artec, Dmitry Potoskuev, navegar por el mismo proceso con un escáner tradicional con cable habría sido una pesadilla.

«Escanear la parte superior de la cabina en una escalera era mucho más simple sin una computadora portátil», dijo Potoskuev. «Lo mismo ocurrió con las piezas entre la cabina y el remolque: la naturaleza inalámbrica del Leo nos permitió arrastrarnos y escanear desde abajo. Toda la parte delantera del camión se escaneó con el Leo, lo que sin duda hizo que la captura de bastantes piezas fuera más fácil de lo que hubiera sido de otro modo».

Dos escáneres 3D Leo de Artec digitalizando la cabina principal del camión.

El proyecto no sólo fue una gran muestra de las capacidades individuales de los Leo y Ray II, sino que mostró cómo se puede combinar el par para crear mallas increíblemente detalladas, utilizando los datos de mayor resolución de ambos. Con el algoritmo Smart Fusion de Artec Studio, incluso es posible fusionar escaneos con solo hacer clic en un botón, en un flujo de trabajo con el potencial de revolucionar la captura de datos a escala.

Descubriendo el ahorro de combustible

Una vez que el equipo tuvo una malla precisa para camiones, analizar su rendimiento aerodinámico fue tan simple como cargarla en la plataforma Airshaper, basada en la nube. A partir de ahí, pudieron elegir entre tres ajustes preestablecidos de complejidad del proyecto, configurar parámetros de simulación e implementar sus algoritmos de «túnel de viento virtual» para analizar todo, desde el flujo de aire hasta las salidas de ruido.

Cuando el informe de Airshaper estuvo listo unas horas más tarde, los resultados fueron asombrosos. Resultó que el camión usaba 76,000 vatios (102 caballos de fuerza, aunque esta cifra probablemente esté más cerca de 200 cuando se tiene en cuenta la potencia para afrontar fuerzas como la resistencia de los neumáticos) superando la resistencia aerodinámica a velocidades de autopista.

A través de imágenes detalladas en 3D, la plataforma de Airshaper también reveló los principales responsables de la resistencia. En este caso, la cabina, los deflectores de flujo y los parasoles se identificaron como elementos aerodinámicos vitales, pero fueron los espejos y el techo los que causaron turbulencias particularmente perturbadas.

Para que se deslizara por el aire más fácilmente, se sugirió que se reposicionaran los espejos, se limitaran las aberturas del techo y los alerones estuvieran mejor alineados para la deflexión del aire. Wouter Remmerie, de Airshaper, ha elogiado el escaneo 3D por desbloquear estos conocimientos, ya que permitió al equipo capturar el camión en pedazos y descomponerlo para un «análisis de arrastre parte por parte».

Un gráfico que indica los puntos más altos de fricción superficial generados por el camión escaneado en 3D a medida que viaja a través del aire.

«Teníamos una gran cantidad de detalles con los que jugar y esto se capturó directamente en la simulación», dijo Remmerie. «A pesar de que se produce una cierta pérdida de detalle a medida que se pasa de la realidad al escaneo, y del escaneo a la malla, conseguimos capturar todos los pequeños detalles fantásticamente bien. En el modelo, los espejos y la parrilla estaban claramente definidos, incluso se podían ver las roscas de los neumáticos».

A continuación: ¿aumentar la autonomía de los vehículos eléctricos?

Con la plataforma de Airshaper ya utilizada para optimizar la aerodinámica y evitar costosos rediseños o tener que ajustar piezas después de la compra, por parte de incondicionales como Tesla y Morgan, Remmerie ahora anticipa que encontrará más casos de uso en vehículos eléctricos (EV).

Los vehículos eléctricos pueden ser más sostenibles que los vehículos de gasolina, pero siguen gastando mucha energía al cortar el aire. Remmerie dice que hacerlas solo un 10% más aerodinámicas podría generar un ahorro de energía del 5%, suficiente para reducir el tamaño y el peso de sus baterías a bordo.

Dice que esta cifra está respaldada por análisis en torno a vehículos eléctricos como el Tesla Semi. Un estudio reciente de Airshaper mostró cómo el cambio en la posición de los espejos, la forma de la cabina y la alineación del remolque hicieron que el Semi fuera menos arrastrado que otros camiones. Como tal, se espera que el análisis de la competencia, con la ayuda del escaneo 3D, pronto se convierta en un atractivo importante para los clientes de la empresa.

«Si está diseñando un nuevo camión y alguien más produce un vehículo con una autonomía masiva, querrá comprender cómo lo lograron a través del escaneo 3D», concluyó Remmerie. «Ese es uno de los beneficios clave de la tecnología aquí: puedes analizar un camión existente, descubrir cómo aborda la aerodinámica y tomar esas lecciones para mejorar tu propio vehículo».

«Solíamos tener un mercado maduro, pero con los vehículos eléctricos y los camiones, las cosas se están abriendo de par en par nuevamente. Por lo tanto, comprender los nuevos diseños de vehículos con escaneo 3D será cada vez más importante».

¿Te interesa saber más? Puedes ver el informe completo del camión en 3D de Aishaper aquí.