Manufactura brazo robótico, Guías, Proyectos, Investigaciones de Diseño

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Instituto Tecnológico de Cancún

Ingeniería Mecatrónica

Vargas Estrada Carlos Samuel

Trayectoria de herramientas y máquinas

La Dinámica de Fluidos Computacional o CFD (del inglés Computational Fluid Dynamics) es el área de conocimiento que trata sobre la simulación numérica de flujos fluidos, transferencia de calor y fenómenos relacionados tales como reacciones químicas, combustión, aeroacústica etc. El CFD tuvo origen a partir de la combinación de dos disciplinas: mecánica de los fluidos y cálculo numérico. Las ecuaciones que rigen el flujo fluido tienen origen en la mecánica de los fluidos y pueden ser resueltas por medio de diferentes métodos numéricos. La Dinámica de Fluidos Computacional es ampliamente utilizada en los diferentes segmentos de la industria y soporta el proyecto y la fabricación de centenares de productos, tales como aviones, automóviles y navíos, así como los más diversos tipos de equipamientos industriales. La Mecánica de Fluidos Computacional puede ser utilizada desde la fase conceptual de un proyecto, ayudando a determinar la viabilidad y la mejor solución en producto, hasta la etapa de producción, permitiendo representar diversos escenarios.

OpenFOAM

OpenFOAM (Open Field Operation and Manipulation) es un conjunto de software de código abierto para la simulación numérica de flujo de fluidos (CFD, por sus siglas en inglés). Proporciona un entorno flexible y extensible para resolver ecuaciones diferenciales que describen el comportamiento de los fluidos.

• Método numérico
• Solucionadores de sistemas lineales
• Solucionadores de sistemas ODE Computación y Programación
• Sintaxis de la ecuación
• Bibliotecas de funcionalidad
• Computación paralela

SimScale

SimScale es una plataforma de simulación en la nube que abarca diversas disciplinas de ingeniería, incluyendo dinámica de fluidos, análisis estructural y transferencia de calor. Permite a los usuarios realizar simulaciones a través de una interfaz basada en web. Características Acceso en la Nube SimScale opera en la nube, lo que significa que los usuarios pueden acceder a la plataforma desde cualquier lugar con conexión a Internet, sin necesidad de hardware o software especializado en sus dispositivos locales.

Amplia Gama de Simulaciones Ofrece una variedad de herramientas y módulos para realizar simulaciones en áreas como dinámica de fluidos, transferencia de calor, análisis estructural y electromagnetismo. Interfaz Basada en Web La interfaz de usuario es accesible a través de un navegador web, lo que facilita la creación, configuración y ejecución de simulaciones sin necesidad de instalación de software adicional. Colaboración en Tiempo Real Permite la colaboración en tiempo real entre equipos distribuidos geográficamente. Varios usuarios pueden trabajar simultáneamente en un proyecto y visualizar los resultados en tiempo real. Pre y Post-Procesamiento Integrado Proporciona herramientas de preprocesamiento y postprocesamiento integradas para la configuración de simulaciones y la visualización de resultados. Biblioteca de Modelos y Materiales Incluye una biblioteca de modelos y materiales predefinidos que los usuarios pueden utilizar para simplificar la configuración de simulaciones y reducir el tiempo necesario para iniciar un proyecto. Simulaciones Distribuidas Permite la realización de simulaciones distribuidas, lo que significa que los cálculos pueden dividirse entre varios procesadores o incluso servidores para acelerar el tiempo de procesamiento.

Con una precisión y alcance inigualables, ANSYS Fluent es el software CFD elegido por muchas compañías y académicos de todo el mundo. Desarrollado por ingenieros y expertos de renombre de todo el mundo, siempre puede confiar en su solución a medida que desarrolla productos de mejor calidad más rápido con menor riesgo y tiempo de comercialización. ANSYS Fluent es un paquete CFD altamente complejo que satisface las necesidades de cada individuo. Al ser un software diverso, no es práctico analizar cada aspecto fluido en este tutorial. Lo que es posible es brindarle un conocimiento superficial del software para que se familiarice con él. Características Modelos Físicos y Matemáticos Fluent admite una amplia variedad de modelos físicos y matemáticos para representar diferentes fenómenos de flujo de fluidos, incluyendo la turbulencia, la convección térmica, la transferencia de masa, entre otros. Simulación Multiphysics Permite la simulación multiphysics, lo que significa que puede abordar problemas que involucran acoplamiento entre diferentes fenómenos físicos, como fluidos y estructuras. Interfaz Gráfica Avanzada Ofrece una interfaz gráfica avanzada que facilita la creación, configuración y visualización de simulaciones. Los usuarios pueden definir geometrías, condiciones de contorno y parámetros directamente desde la interfaz. Pre y Post-Procesamiento Integrado Incluye herramientas integradas de preprocesamiento y postprocesamiento para facilitar la preparación de simulaciones y el análisis de resultados.

Mallado Automático y Adaptable Proporciona capacidades de generación de mallas automáticas y adaptables para optimizar la resolución de la simulación y reducir el tiempo de preparación del modelo. Amplia Gama de Aplicaciones Se utiliza en diversas aplicaciones industriales, como la aerodinámica de vehículos, la optimización de diseños de componentes, el análisis de sistemas de refrigeración, entre otros. Modelado de Combustión Incorpora modelos avanzados de combustión para simular procesos de combustión en motores, quemadores y otros dispositivos. Acoplamiento Fluido-Estructura (FSI) Permite el acoplamiento fluido-estructura para simular la interacción entre el flujo de fluidos y las estructuras sólidas, como en casos de vibraciones inducidas por fluidos. Simulación de Turbulencia Incluye modelos avanzados para simular fenómenos turbulentos, lo que es esencial en aplicaciones como la aerodinámica de vehículos y el diseño de turbinas.

MVLab

El MVLab: Laboratorio Virtual de Materiales constituye un completo entorno virtual de trabajo, donde pueden ensayarse las propiedades de los materiales: ensayos de durezas, de tracción, de compresión, de termofluencia, de resistividad eléctrica, de histéresis magnética, etc. La aplicación consta de un entorno amigable que permite elegir infinidad de condiciones de ensayos y materiales, con unos resultados realistas (dentro de unos propósitos siempre didácticos).

Plataforma en Línea Acceso a través de una plataforma en línea que facilita la colaboración y el acceso desde diferentes ubicaciones geográficas. Experimentación Remota La posibilidad de realizar experimentos físicos de forma remota, a menudo utilizando dispositivos controlados a través de la interfaz digital. Simulaciones Virtuales Herramientas para realizar simulaciones virtuales que complementan o interactúan con los componentes físicos del laboratorio. Interactividad y Retroalimentación en Tiempo Real Funciones que permiten a los usuarios interactuar con los experimentos y recibir retroalimentación en tiempo real, ya sea en el entorno físico o virtual.

PhET

PhET Interactive Simulations, comúnmente conocido como PhET, es un proyecto educativo que desarrolla simulaciones interactivas gratuitas para la enseñanza y el aprendizaje de ciencias y matemáticas. Estas simulaciones están diseñadas para ser utilizadas en entornos educativos, desde escuelas primarias hasta niveles universitarios, y están destinadas a hacer que conceptos abstractos sean más accesibles y comprensibles.

Características Interactividad Las simulaciones de PhET son altamente interactivas, permitiendo a los estudiantes manipular variables, observar resultados y experimentar con conceptos científicos y matemáticos en un entorno virtual. Diversidad de Temas PhET cubre una amplia gama de temas, incluyendo física, química, biología, matemáticas y ciencias de la tierra. Cada simulación está diseñada para abordar conceptos específicos en estas áreas. Acceso Gratuito Todas las simulaciones de PhET están disponibles de forma gratuita para educadores y estudiantes. Pueden ser utilizadas en línea o descargadas para su uso sin conexión. Adaptabilidad a Diferentes Niveles Las simulaciones de PhET están diseñadas para ser adaptables a diferentes niveles educativos, desde la escuela primaria hasta la educación superior. Visualización Clara de Conceptos PhET utiliza gráficos y animaciones de alta calidad para representar de manera visual los conceptos científicos y matemáticos, lo que facilita la comprensión. Soporte Multilingüe Muchas de las simulaciones están disponibles en varios idiomas, lo que facilita su uso en contextos educativos en todo el mundo.

Bibliografía.

Linux. (26 de mayop de 2020). OpenFOAM: Código abierto para la Dinámica de Fluidos Computacionales. https://blog.desdelinux.net/openfoam-codigo-abierto- dinamica-fluidos-computacionales/ Amrita Pathak. (19 de 09 de 2023). Los 10 mejores programas de análisis CFD para el desarrollo avanzado de productos. https://geekflare.com/es/best-cfd- analysis-software/ Matthew. (enero 17). Tutorial de ANSYS Fluent: todo lo que necesitas saber. https://sunglass.io/tutorial-de-ansys-fluent-todo-lo-que-necesitas-saber/ Anón. Laboratorio Virtual de Materiales. http://www.derematerialia.com/laboratorio- virtual-de-materiales/ Anón. Acerca de PhET. https://phet.colorado.edu/es/about