En el ámbito de la simulación y el modelado, la integración de MATLAB y COMSOL Multiphysics ha potenciado la forma en que ingenieros y científicos abordan problemas complejos. La capacidad de combinar la capacidades de MATLAB con la versatilidad de COMSOL permite a los usuarios crear y ejecutar modelos multifísicos detallados, optimizando procesos y obteniendo resultados precisos en una amplia gama de aplicaciones.

Sinergia de potencias: MATLAB y COMSOL Multiphysics

MATLAB es conocido por su capacidad para realizar cálculos numéricos avanzados, análisis de datos y desarrollo de algoritmos. COMSOL Multiphysics, por otro lado, es una herramienta para la simulación multifísica que permite modelar fenómenos interconectados, como la mecánica de fluidos, la transferencia de calor, y la electroquímica. Al integrar estos dos entornos, los usuarios pueden llevar a cabo simulaciones más complejas y personalizadas, aprovechando lo mejor de ambos mundos.

Ejecución de modelos desde MATLAB

Una de las características más importantes de esta integración es la capacidad de ejecutar archivos de modelos de COMSOL directamente desde MATLAB. Esto se realiza mediante la API de LiveLink™ for MATLAB®, que permite controlar COMSOL Multiphysics desde MATLAB, facilitando la automatización de tareas y la implementación de scripts personalizados para manejar simulaciones complejas.

Por ejemplo, los usuarios pueden escribir scripts en MATLAB para definir parámetros de entrada, ejecutar simulaciones y procesar resultados, todo de manera automatizada. Esto no solo ahorra tiempo, sino que también minimiza errores humanos y mejora la reproducibilidad de los experimentos.

Ejemplos destacados de la biblioteca de aplicaciones de COMSOL

La biblioteca de COMSOL ofrece una amplia variedad de ejemplos que demuestran las capacidades de integración con MATLAB. Aquí destacamos algunos casos de uso interesantes:

Activación y desactivación de dominios en simulación térmica

El calentamiento de un objeto desde regiones alternadas es un ejemplo donde la técnica de activar y desactivar la física en dominios puede ser útil. Este ejemplo muestra cómo aplicar esta técnica usando LiveLink for MATLAB [1]. En el modelo se desea estudiar la distribución del calor en una placa grande de cobre calentada por una placa de acero que se mueve entre varias ubicaciones. La placa de acero caliente permanece en cada punto de la base durante dos minutos antes de ser movida al siguiente. En la Figura 1, la placa de cobre se muestra en naranja. Las cuatro ubicaciones de la placa de acero están presentes en la geometría, pero solo una está activa en un momento dado. Se asume que la placa caliente se mueve instantáneamente cada dos minutos, desactivando el dominio anterior y activando uno nuevo. Los dominios activos se muestran en azul y están marcados con un círculo relleno. El calor se transfiere entre la placa de acero, con una temperatura inicial de 500 K, y la placa de cobre a través de una capa delgada con resistencia térmica. La placa de cobre se enfría por el contacto térmico con la capa de resistencia, simulando el proceso de calentamiento en diferentes ubicaciones.

Figura 1. Geometría del modelo con la placa de cobre en naranja y la placa de acero activa en azul, marcada con un círculo relleno.

Distribución de temperatura en un termo al vacío

Este ejemplo resuelve la distribución de temperatura dentro de un termo al vacío que contiene café caliente. El objetivo principal es ilustrar cómo usar funciones de MATLAB para definir propiedades de materiales y condiciones de contorno directamente dentro del modelo de COMSOL. Se utilizan dos funciones de MATLAB para definir la conductividad térmica dependiente de la temperatura de la carcasa del termo y el material aislante de espuma, mientras que una tercera función define el coeficiente de transferencia de calor que corresponde a una refrigeración por convección natural para una placa vertical y el aire circundante. Se asume simetría axial para esta simulación, reduciendo la geometría del modelo a la sección transversal 2D del termo al vacío. El termo consiste en una carcasa de acero aislada con un material de espuma y un tapón de nailon. En la pared interior se aplica una temperatura constante, asumiendo que el termo está lleno de café a temperatura constante. A partir de la distribución de temperatura en la pared del termo al vacío mostrada en la Figura de la cabecera, se puede ver que la mayoría de los gradientes de temperatura están en la espuma, lo que demuestra que el material funciona bien para aislar el termo al vacío

Automatización y eficiencia

La integración de MATLAB y COMSOL Multiphysics no solo facilita la ejecución de simulaciones complejas, sino que también permite una automatización eficiente de los flujos de trabajo. Los usuarios pueden desarrollar algoritmos en MATLAB que automaticen la generación y ejecución de múltiples escenarios de simulación, optimizando así los diseños y reduciendo el tiempo necesario para obtener resultados fiables. Ver Livelink for MATLAB [3].

Conclusión

La combinación de MATLAB y COMSOL Multiphysics representa un avance significativo en el campo de la simulación y el modelado. Esta integración permite a los ingenieros y científicos abordar problemas multifísicos con mayor precisión y eficiencia, ofreciendo soluciones innovadoras en diversas áreas de la ingeniería y la ciencia. Con ejemplos prácticos y aplicaciones en el mundo real, esta sinergia de herramientas continúa impulsando el avance tecnológico y la optimización de procesos en múltiples industrias.

Referencias

[1] Galería de aplicaciones de COMSOL: Domain Activation and Deactivation
[2] Galería de aplicaciones de COMSOL: Temperature Distribution in a Vacuum Flask
[3] LiveLink for MATLAB