Análisis electrostático en 3D con QuickField 6.0

Tera Analysis Ltd. presentó la nueva versión 6.0 de QuickField, cuya principal novedad es la posibilidad de realizar análisis de problemas electrostáticos en 3D.

Con esta versión se inicia la progresión de QuickField hacia el dominio 3D. El objetivo de Tera Analysis es el de ofrecer una herramienta cada vez más competitiva y potente sin sacrificar la facilidad de uso. Por ello, el editor del modelo en 3D no es más que el editor en 2D al que los usuarios de QuickField están acostumbrados, con el añadido de una práctica vista en 3D del modelo. La definición del modelo geométrico sigue siendo muy intuitiva, ya que se realiza definiendo capas para cada bloque desde el modelo en 2D.
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Cálculo de capacitancias con QuickField, webinar del 3 de abril, 2012


Tera Analysis Ltd. organizó el martes 3 de abril un webinar para mostrar las posibilidades que encierra su principal producto, QuickField, a la hora de calcular capacitancias de conductores en modelos de variada complejidad. La clase remota fue moderada por Vladimir Podnos, Director de Márketing y Soporte, e impartida por Alexander Lyubimtsev , Ingeniero de Soporte.

El postprocesado de QuickField incluye una herramienta llamada “Capacitance Wizard”, con la que se puede calcular la capacitancia de un conductor de manera muy sencilla. Ofrece realizar el cálculo de dos maneras diferentes: a través del cálculo de la energía electrostática almacenada en el conductor (ya que ), o a través del cálculo de su carga ( para luego aplicar ). Así, podemos obtener el valor de la capacitancia de un conductor tan solo con seleccionarlo en una lista que ofrece el Capacitance Wizard con todos los conductores definidos en el problema, o dibujando un contorno alrededor suyo, según el método de cálculo que hayamos elegido. 

Sin embargo, problemas tan simples suelen ser raros, y por ello la mayor parte del webinar estuvo dedicado a problemas con dos o más conductores. En particular se dedicó una sección a diversos tipos de condensadores: esféricos, planoparalelos y cilíndricos. En estos casos se calcula la capacitancia con la fórmula . ΔV es en este caso la magnitud que se haya por medio del postprocesado de QuickField, una vez más con el simple gesto de trazar una línea. 

Se empezó con situaciones ideales, en las que no existen efectos de borde. Se demostró la concordancia (con una precisión de tres decimales) entre los valores de la capacidad que se pueden obtener con QuickField, y los valores que se obtienen al utilizar las ecuaciones que expresan la capacitancia en función de las dimensiones de cada tipo de condensador. A continuación se demostró la simulación de condensadores con efectos de borde, y se mostró cómo afectan dichos efectos a la capacitancia. La diferencia entre el valor real y el valor teórico de la capacitancia puede llegar al 20%, por eso se mostró cómo optimizar ésta diferencia de tal manera que pueda llegar a porcentajes que consideremos aceptables. Para ello se echó mano de una aplicación que se puede lanzar desde la interfaz de QuickField y que viene incluida en el paquete de instalación, llamada Label Mover. 

Como ejemplo final de este método de cálculo de capacitancia, y las cuestiones prácticas asociadas a él, se le aplicó a un sistema de dos cables conductores paralelos de diámetros diferentes. 

En la tercera parte del webinar se demost el cálculo de la capacitancia en una línea de transmisión de potencia de tres fases, un problema muy común en el diseño de redes eléctricas. Al ser un sistema de varios conductores, hay que considerar las capacitancias mutuas de los conductores. Normalmente se podría calcular cada uno de los términos de la matriz de capacitancias mutuas anulando todas las fuentes del campo menos una y calculando el término correspondiente a esa situación. Sin embargo, con tres conductores la matriz tiene ya nueve términos, y el cálculo sería muy lento y engorroso. Por ello es mejor utilizar otra herramienta incluida en el paquete de instalación de QuickField, llamada “CMatrix”. Esta herramienta se abre directamente desde el menú “Herramientas” (Tools) del programa, y es capaz de calcular rápidamente todos los elementos de la matriz con solo seleccionar los conductores en la lista que nos ofrece. 

El webinar terminó con un cálculo sencillo de la capacitancia de un sistema de dos capas de espiras, una situación típica en el diseño de transformadores. 

De esta manera, podemos ver que QuickField ofrece sencillas y rápidas soluciones a problemas muy diversos de cálculo de capacitancias, cubriendo desde situaciones teóricas a situaciones prácticas frecuentes.