Volver a la base de datos de conocimientos

95x

001973

Mahyar Kazemian, M.Sc.

01-08-2025

Validación de resultados de simulación mediante el método de frecuencia de aciertos definido en WTG-Merkblatt M3

El artículo presenta un método de validación para los resultados de CFD basado en el enfoque de tasa de aciertos definido en el WTG-Merkblatt M3. Evalúa si los resultados de la simulación caen dentro de desviaciones absolutas o relativas especificadas con respecto a los valores de referencia. El método se aplica a un ejemplo con 12 puntos de medición, logrando una tasa de aciertos del 90%, cumpliendo así con los criterios de aceptación para el valor medio.

Introducción

En el contexto de las simulaciones numéricas de viento y la validación de modelos, la fiabilidad de los resultados calculados debe demostrarse a través de una comparación sistemática con datos de referencia. La Sección 5.3.2 del WTG-Merkblatt introduce un método cuantitativo para este propósito utilizando el enfoque de tasa de aciertos. Este método proporciona una evaluación binaria para cada punto de datos verificando si la desviación entre el resultado de la simulación y el valor de referencia se encuentra dentro de una tolerancia absoluta o relativa definida. La tasa de aciertos q se calcula entonces como el cociente entre los puntos validados con éxito y el número total de puntos considerados. Este enfoque permite una valoración objetiva y reproducible de la calidad de la simulación, especialmente para cantidades distribuidas espacialmente como presiones superficiales o coeficientes de fuerza.

Definición de la Tasa de Aciertos

Según la Sección 5.3 de WTG, en el campo de la teoría de fiabilidad, la probabilidad de fallo a menudo se determina usando una función de confianza que solo reconoce los valores 0 y 1. De manera análoga, en la VDI 3783-9, se define una tasa de aciertos q para modelos de predicción, basada en el número de valores de resultado "correctamente" calculados P_i en comparación con los valores de referencia suficientemente significativos O_i como se define a continuación:

\begin{matrix} q = \frac{n}{N} = \frac{1}{N} \cdot \sum_{i = 1}^{N} n_{i} \\ n_{i} = \{\begin{cases} 1, & si |\frac{P_{i} - O_{i}}{O_{i}}| \leq W_{rel} o |P_{i} - O_{i}| \leq W \\ 0, & en caso contrario \end{cases} \end{matrix}

N	Número total de puntos de datos
n_i	Función indicadora (1 si la predicción es "correcta", 0 en caso contrario)
P_i	Valor previsto
O_i	Valor de referencia o valor medido
W_rel	Desviación relativa permitida
Simetría axial	Desviación absoluta permitida

Función de evaluación para valores distribuidos (métrica de validación)

La Tabla 1 (como la Tabla 5.1 en el WTG-Merkblatt M3) define criterios de referencia para validar los resultados del coeficiente de presión en simulaciones CFD. Establece desviaciones máximas permitidas (10–20%) y requiere una tasa de aciertos superior al 90% para valores medios, RMS y extremos. Estos umbrales ayudan a garantizar que los datos de simulación coincidan estrechamente con los valores de referencia y apoyen una evaluación de calidad consistente.

Tabla 1: Criterios de Evaluación Ejemplares para Coeficientes de Fuerza y Presión

Valor Considerado	Desviación Máxima (W)	Tasa de Aciertos (q)
Valor Medio del Coeficiente de Presión	10%	>90%
Valor RMS del Coeficiente de Presión	20%	>90%
Valor Extremo del Coeficiente de Presión No Estacionario	20%	>90%

Ejemplo: Evaluación de 12 Puntos de Medición en una Superficie

Consideremos 12 valores de referencia medidos O_i y los valores de simulación correspondientes P_i. Hemos utilizado la tolerancia de desviación relativa de W=10% para utilizar valores promedio.

1 12 puntos de medición

Tabla 1: Evaluación de la Tasa de Aciertos para el Valor Medio de 12 Puntos de Medición

Punto (i)	Valor de Referencia (O_i)	Valor Simulado (P_i)	Desviación Relativa W_rel %	Tasa de aciertos (1 = Sí, 0 = No)
1	0.72	0.75	4.17	1
2	0.68	0.70	2.94	1
3	0.81	0.85	4.94	1
4	0.77	0.73	5.19	1
5	0.66	0.69	4.55	1
6	0.74	0.71	4.05	1
7	0.85	0.80	5.88	1
8	0.70	0.66	5.71	1
9	0.81	0.88	8.64	1
10	0.76	0.69	9.21	1
11	0.82	0.75	8.54	1
12	0.69	0.80	15.94	0

Tasa de Aciertos: q=11/12≈91.7%

Cumple con el requisito mínimo (>90%) para validar valores medios. Solo el punto 12 excede la tolerancia (10%).

Conclusión

El método de tasa de aciertos ofrece una forma simple y transparente de evaluar la calidad de los resultados de simulación cuantificando cuántos valores se encuentran dentro de desviaciones aceptables respecto a los datos de referencia. Es particularmente útil para la validación de coeficientes de presión y fuerza en simulaciones de viento o estudios aerodinámicos. Sin embargo, la selección de umbrales apropiados y la segmentación de datos (por ejemplo, por regiones o dirección de flujo dominante) juegan un papel crucial en una evaluación significativa.

Autor

El Sr. Kazemian es responsable del desarrollo de productos y marketing para Dlubal Software, en particular para el programa RWIND 2.

;