Webinar - Seminario: Simulación multifísica en Ciencia e Ingeniería

Ingenieros y científicos de todo el mundo utilizan el software COMSOL Multiphysics para simular diseños, dispositivos y procesos en todos los campos de la ingeniería, la fabricación y la investigación científica. Se trata de una plataforma de simulación que abarca todos los pasos en el flujo de trabajo de modelado, desde la definición de geometrías, propiedades de material y la física que describe fenómenos específicos, hasta la resolución y el postprocesado de modelos para producir resultados precisos y fiables. La simulación multifísica brinda la capacidad de tener en cuenta todas las físicas acopladas que afectan el comportamiento del sistema que está tratando de predecir. Si desea introducirse en los conceptos básicos de la simulación multifísica, esta sesión es la oportunidad perfecta. En ella, conoceremos el funcionamiento básico del software COMSOL Multiphysics a través de un ejemplo en vivo.

Tras una breve descripción de los módulos de electromagnetismo desarrollaremos el modelado de un inductor 3D.
Los inductores se utilizan en muchas aplicaciones como filtros pasa-baja o para la adaptación de impedancias de carga predominantemente capacitivas. Se utilizan en un amplio rango de frecuencias desde estática hasta varios MHz. Los inductores generalmente contienen un núcleo magnético para aumentar la inductancia, al mismo tiempo que mantiene su tamaño pequeño. El núcleo magnético también reduce la interferencia electromagnética con otros dispositivos, ya que el flujo magnético tiende a permanecer dentro de él. En primer lugar, realizaremos una simulación magnetostática para obtener la resistencia y la inductancia DC. Veremos también cómo se puede acoplar con las físicas de fluidos y transferencia de calor para el análisis térmico del inductor. En segundo lugar, obtendremos los parámetros del circuito AC que se obtienen analizando la impedancia dependiente de la frecuencia. A altas frecuencias, los efectos capacitivos y el efecto pelicular son significativos. El efecto pelicular modifica la distribución de corriente en el devanado, por lo que la resistencia aumenta y la inductancia también cambia.

Tras una breve descripción de los módulos de fluidos y transferencia de calor desarrollaremos el modelado de un cabezal de inyección de tinta. Modelaremos el flujo de fluido dentro de un chorro de tinta usando una interfaz de Flujo Laminar Bifásico.
Las impresoras de inyección de tinta son herramientas importantes para la impresión de texto e imágenes porque combinan bajo coste y alta resolución con una velocidad aceptable. El principio de funcionamiento de la tecnología de inyección de tinta es expulsar pequeñas gotas de líquido desde un cabezal a una hoja de papel. Las propiedades importantes son la velocidad y la resolución de las imágenes finales.
Los diseñadores juegan con ciertos parámetros para optimizar el rendimiento de una impresora. Por ejemplo, pueden variar la geometría del cabezal de chorro de tinta y el tipo de tinta para crear gotas de diferentes tamaños. El tamaño y la velocidad de las gotas expulsadas también dependen, en gran medida, de la velocidad a la que se inyecta la tinta en la boquilla. Las simulaciones numéricas pueden ser útiles para mejorar la comprensión del flujo de fluido y predecir el diseño óptimo para una aplicación específica.
Aunque inicialmente se inventó para producir imágenes en papel, la técnica de inyección de tinta se ha adoptado desde entonces en otras áreas de aplicación. Los instrumentos para la deposición precisa de microgotas a menudo emplean inyectores de tinta. Estos instrumentos se utilizan dentro de las ciencias de la vida para el diagnóstico y el análisis y descubrimiento de fármacos. También se han utilizado como impresoras 3D, para sintetizar tejidos a partir de células vivas y para la fabricación microelectrónica. Para todas estas aplicaciones, es importante poder controlar con precisión el rendimiento de la inyección de tinta.

Tras una breve descripción de los módulos de mecánica estructural combinaremos las herramientas del módulo de acústica y del módulo de mecánica estructural para modelar un transductor piezoeléctrico Tonpilz con un tornillo prensado.
Un transductor Tonpilz se utiliza para emisiones de sonido de alta potencia y de frecuencias relativamente bajas. Es una de las configuraciones de transductores más populares para aplicaciones tipo SONAR. El transductor consta de anillos piezo-cerámicos apilados entre una masa superior y una masa inferior que están conectadas mediante un perno central. Este ejemplo muestra cómo incorporar el efecto de una pretensión en el tornillo. La geometría del tornillo se importa desde la biblioteca de piezas. La respuesta en frecuencia muestra los efectos estructurales y acústicos, como la deformación, las tensiones, la potencia radiada, el nivel de presión acústica, la curva de respuesta de voltaje de transmisión (TVR) y el índice de directividad (DI) del haz de sonido.

Tras una breve descripción de los módulos de ingeniería química nos centraremos en la deposición química de vapor de GaAs para ilustrar el modelado de un reactor para deposición química de vapor (CVD).
La CVD es un proceso importante en la industria electrónica. Consiste en la deposición de una película delgada sobre un substrato, al permitir que las moléculas y los fragmentos moleculares se adsorban y reaccionen en la superficie. La combinación de la cinética detallada de las reacciones químicas con los modelos de transporte en un reactor CVD nos proporciona un modelado realista del proceso de deposición. Tales simulaciones, a su vez, minimizan la gran cantidad de costosas pruebas y prototipos que se requieren usualmente durante el diseño de un reactor de este tipo.