Semana de la Multifísica 2020

Breve descripción de las herramientas y funcionalidades para electromagnetismo: módulo de AC/DC.

CASO PRÁCTICO: 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.

Breve descripción de las herramientas y funcionalidades para dinámica de fluidos computacional: módulo de CFD y módulo de microfluídica.

CASO PRÁCTICO: Cabezal de inyección de tinta. 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.
Modelaremos el flujo de fluido dentro de un chorro de tinta usando una interfaz de Flujo Laminar Bifásico.

Breve descripción de las herramientas y funcionalidades para ingeniería química: módulo de ingeniería de reacciones químicas.

CASO PRÁCTICO: Deposición química de vapor de GaAs. La deposición química de vapor (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.

Breve descripción de las herramientas y funcionalidades para mecánica estructural: módulo de acústica y módulo de mecánica estructural.

CASO PRÁCTICO: 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.

Integración de físicas distintas en un modelo: uso acoplado de módulo de óptica de rayos, módulo de transferencia de calor, módulo de microelectromecánica y módulo de mecánica estructural.

CASO PRÁCTICO: Análisis STOP de un sistema de lentes Petzval con radiación de superficie a superficie. Este modelo muestra un análisis integrado del rendimiento estructural-térmico-óptico (STOP) de un sistema óptico de lentes Petzval en presencia de gradientes térmicos. El conjunto de la lente se coloca dentro de un recinto de termo-vacío donde la temperatura exterior es significativamente diferente a la del interior. El conjunto de lentes está expuesto a este entorno a través de un par de ventanas donde se produce radiación de superficie a superficie. Se analizan los gradientes térmicos resultantes y el campo de desplazamiento estructural dentro del sistema óptico, junto con el efecto sobre la calidad de la imagen.