15ene2021 Promoción de QuickField hasta fin de marzo2021:
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¿QUÉ es QuickField?
QuickField es un programa que utiliza el Análisis por Elementos Finitos (FEA) para simular y analizar problemas de campos electromagnéticos, térmicos, y deformaciones en sólidos. Es desarrollado por Tera Analysis Ltd., combinando módulos de análisis con un interfaz muy cómodo y asequible en poco tiempo de aprendizaje. El modelado de un problema se realiza a través de herramientas sencillas. También se pueden importar geometrías desde un sistema CAD. QuickField puede crear un mallado automático, o definir diferentes densidades de nodos en los puntos del modelo que lo necesiten (refinado de malla automático). QuickField usará su propia tecnología (Geometric Decomposition Method™), para crear una malla que pase con suavidad entre zonas con diferente densidad de nodos. Además, el programa permite determinar y modificar las fuentes de campo y las condiciones de contorno con independencia total de la malla generada. QuickField tiene capacidades también en 3D.
El postprocesado es especialmente rápido y potente, y ofrece la visualización gráfica de muchas de las magnitudes involucradas en el problema. QuickField también calcula una gran cantidad de valores físicos derivados, incluidas magnitudes integradas alrededor de contornos que se pueden definir libremente. El análisis multifísica de diferentes tipos de problemas (electromagnéticos y térmicos, térmicos y de deformaciones, etc.) también es posible con QuickField, además de la integración con problemas de circuitos eléctricos, que heredan las características electromagnéticas de los elementos definidos en el modelo FEA. Una serie de aplicaciones incluidas en el paquete de instalación permiten realizar tipos de análisis adicionales dentro de la misma interfaz. De QuickField puede descargarse una licencia educacional o solicitar un trial. La descarga debe realizarse aquí.
Para todas las licencias de QuickField tenemos disponible un libro de texto (Applied Electromagnetics, de James R. Claycomb) como acompañamiento teórico. Para la evaluación también disponemos de un manual en castellano.
Ejemplos
En la página web del fabricante hay numerosos ejemplos con bastante detalle que se pueden consultar (ver página de soluciones de QuickField). En el libro "Applied Electromagnetics" también se pueden encontrar ejemplos con mucho detalle para usar en educación y para tener ejemplos de verificación. Son importantes estos ejemplos si no se está familiarizado con las magnitudes de campo electromagnético y como simple entrenamiento.Es posible desarrollar modelos nuevos, pero lo normal es que ya existan ejemplos similares de los que podemos aprender detalles de modelado y tener respaldo de resultados de cálculo. Es importante echar un vistazo detallado a estos ejemplos. En la web todos los ejemplos están ordenados en la Example Gallery. Podemos seleccionar el tipo de análisis, la clase de modelo y el tipo de aplicación y obtener un listado de ejemplos que se adapte a nuestra selección.
En el campo industrial hay numerosas aplicaciones. Se citan a continuación unas cuantas tomadas de la web de QuickField, donde se puede encontrar una información muy detallada. Se mencionan los tipos de análisis y magnitudes que se pueden calcular.
ACTUADORES: Electrostático (Intensidad de campo y distribución de voltaje, cálculo de la matriz de capacitancias); Campo magnético en DC y AC ( campo magnético y distribución de flujo dentro del actuador, cálculo de fuerzas magnéticas, momentos, inductancias); Magnético transitorio (campo magnético variable en el tiempo y corrientes de distribución, cálculo de parámetros dinámicos del actuador); Esfuerzos combinados con campo magnético (tensiones y deformaciones unitarias, deformaciones y análisis de rotura).
AISLAMIENTO TÉRMICO DE EDIFICIOS: Flujos de calor y tensiones asociadas a los cambios de temperatura. CABLES: Electrostática (Intensidad de campo y distribución de voltaje, cálculo capacitancias); Conducción en DC y AC (corrientes de fuga activa y reactiva, pérdida de potencia en el aislamiento); Electrodinámico (Intensidad de campo eléctrico y distribución de voltaje en el tiempo); Magnética DC y AC (cálculo de la inductancia del cable); Transferencia de calor (asociada con conducción de continua o alterna); Tensiones ( distribución de tensiones y deformaciones dentro del cable).
Muy recomendable echar un vistazo a los videos de ejemplo.
CONDENSADORES: Electrostática ( Intensidad de campo y distribución de voltaje, cálculo capacitancias); Conducción corriente continua (cálculo del factor de disipación, distribución de corriente activa y reactiva); Electrodinámica (Intensidad de campo eléctrico y distribución de voltaje en el tiempo); Transferencia de calor (distribución de temperaturas, evaluación de la estabilidad térmica, evaluación de calentamiento localizado).
MÁQUINAS ELÉCTRICAS: Magnetismo continua (simulación de motores de continua, SRM y síncronos con sus piezas; calculo de saturación magnética, fuerzas y momentos); Magnetismo alterna (simulación de motores de inducción y corriente alterna, campo magnético rotativo y corrientes de distribución, cálculo de inductancias dinámicas, corrientes no sinusoidales. Tranferencia de calor (acoplada con problema magnético), distribución de temperaturas, evaluación de sobrecalentamiento localizado. Análisis de tensiones (acoplado con problema magnético), distribución de tensiones y deformaciones en las piezas de las máquinas eléctricas, análisis de fallo.
ANÁLISIS EMC (Compatibilidad Electromagnética): Electrostática (Intensidad de campo eléctrico y distribución de voltaje, cálculo de capacitancia propia y mutua); Magnetismo alterna (campo magnético en alterna y corrientes de distribución; cálculo de impedancias, inductancia propia y mutua).
SISTEMAS DE ALTO VOLTAJE: Electrostática (Intensidad de campo eléctrico y distribución de voltaje); Conducción DC y AC (distribución de corriente activa y reactiva, cálculo de factor de disipación, pérdidas resistivas); Eléctrico transitorio (intensidad de campo eléctrico y distribución de voltaje en el tiempo)
SISTEMAS DE CALENTAMIENTO POR INDUCCIÓN: Magnético AC (valor y distribución de campo, corrientes de Eddy y distribución de temperatura generada, análisis del efecto superficie); Transferencia térmica (acoplado con campos magnéticos, distribución de temperaturas.
AISLADORES: Electrostática (intensidad de campo E y distribución de voltaje); Conducción alterna y continua (distribución de corriente de fuga activa y reactiva; cálculo del factor de disipación, pérdidas resistivas); Transferencia térmica (acoplado a conducción AC/DC, distribución de temperaturas, evaluación del sobrecalentamiento local); análisis de tensiones (acoplados con problemas eléctricos, tensiones y deformaciones en el interior de aisladores.
SISTEMAS MAGNÉTICOS: Magnético AC (campo magnético y distribución de corriente, cálculo de impedancias, fuerzas y momentos); Magnético DC (distribución de campo, inductancias, reluctancias del circuito magnético, fuerzas y momentos); Magnético transitorio (campo magnético variable en tiempo y corrientes, sistemas magnéticos con fuentes de corrientes puntuales).
DISEÑO DE PCBs: Electrostático (campo eléctrico y voltaje, cálculo de la matriz de capacitancias); Magnético AC (distribución de campo magnético, inductancias, impedancias); Transferencia de calor (distribución de temperaturas, evaluación del sobrecalentamiento localizado).
SUPERCONDUCTORES: Magnético DC (flujo y campo magnético, penetración real del campo en el superconductor, cálculo de fuerzas y momentos magnéticos)
TRANSFORMADORES: Magnético AC (cálculo de pérdidas de potencia, fuerzas magnéticas, voltajes inducidos, distribución de corrientes de Eddy); Magnético transitorio (análisis de puesta en carga y apagado, diseño de transformador de pulso); Transferenica térmica (acoplada con transitorio magnético AC, distribución de temperaturas, evaluación del sobrecalentamiento local); Análisis de tensiones (acoplado con análisis magnético AC ó DC y con transferencia térmica, tensiones y deformaciones en el núcleo y devanados)
LÍNEAS ELÉCTRICAS: Magnético AC (distribución de corriente y campo electromagnético, inductancias de transmisión de línea); Magnético transitorio (puesta en tensión y a tierra de la linea, cálculo de parámetros de la línea con corrientes no sinusoidales); Electrostático (campo eléctrico y distribución de voltaje, cálculo de la matriz de capacitancia de la linea).
Módulos y paquetes
QuickField se puede adquirir con distintas configuraciones de análisis. Cada paquete se compone del editor de modelos (preprocesador), editores de datos, solvers y postprocesadores. Los solvers, editores y postprocesadores dependen del tipo de análisis que se quiera llevar a cabo. La lista completa de opciones sería la siguiente:ANÁLISIS MAGNÉTICO:
DC MAGNETICS /MAGNETOSTÁTICA:
El módulo de DC Magnetics o magnetostática puede utilizarse para analizar problemas que requieran el cálculo del campo magnético estático causado por una combinación de corrientes directas (localizadas o distribuidas), imanes permanentes y también campos externos definidos por condiciones de contorno. DC Magnetics es similar a AC magnetics pero en donde la frecuencia es suficientemente pequeña en términos del problema como para considerarla estática. Pero a diferencia de AC Magnetics el módulo de DC magnetics permite incluir en el campo del modelo cualquier número de materiales magnéticos no lineales e imanes permanentes con fuerza coercitiva conocida. DC Magnetics se utiliza para el diseño y análisis de dispositivos tales como solenoides, motores eléctricos, blindajes magnéticos, imanes permanentes, discos duros y problemas similares.
AC MAGNETICS:
El módulo de AC magnetics se utilizaría para el resolver el campo magnético causado por corrientes armónicas alternativas o corrientes inducidas por campos magnéticos armónicos (corrientes de Eddy), efectos de proximidad, calcular impedancias, perdidas por efecto Joule o fuerzas electromagnéticas. Como un tipo específico de simulación electromagnética, se requiere que todos los voltajes y corrientes en el problema veríen con la misma frecuencia, y que todos los medios tengan propiedades lineales. De otro modo la formulación deja de ser armónica y los problemas requieren de un análisis transitorio (ver más adelante). Además AC magnetic resuelve en mucho menos tiempo y se puede usar como una primera aproximación a problemas electromagnéticos más complejos. La simulación de campo magnético en AC magnetics puede realizarse integrada con un circuito eléctrico. Es ideal para diseñar dispositivos de caentamiento por inducción, transformadores, solenoides, motores eléctricos y muchos otros tipos de inductores.
MAGNÉTICO TRANSITORIO:
El módulo magnético transitorio está diseñado para el análisis de procesos transitorios en campos electromagnéticos a frecuencias bajas y medias. Incluye características de ambos módulos DC y AC magnetics. El módulo transitorio en QuicjField combina DC magnetics con integración en el dominio del tiempo. Por tanto todas las características de DC magnetics son totalmente aplicables a este módulo.
ANÁLISIS ELÉCTRICO:
ELECTROSTÁTICA: Análisis de campos eléctricos causados por cargass conocidas y distribución de voltajes. Los campos pueden ser estáticos -esto quiere decir que no se puede definir una corriente de voltaje variable ni tampoco ser analizada. El campo eléctrico en estas situaciones no estáticas se puede simular utilizando los módulos de DC, AC o el módulo de transitorio magnético, dependiendo de los detalles de formulación del problema. La simulación electrostática en Quickfield incluye la posibilidad de analizar la trayectoria de partículas cargadas en el campo eléctrico. Se puede utilizar este módulo para analizar sistemas de aislamiento, cables y condensadores, tubos electrónicos, equipos de alto voltaje. También se usa para estudiar la compatibilidad electromagnética (o EMC), investigaciones biomédicas y otras varias aplicaciones. Desde la versión 6.0 el análisis electrostático se puede realizar en modelos 2D, axisimétricos y en modelos 3D extruidos. Desde la versión 6.1 ya es posible el análisis 3D con geometrias importadas en formato STEP.
DC CONDUCTION: El módulo de DC conduction (flujo de corriente) permite calcular la distribución de corriente eléctrica en un medio conductor. En QuckField las corrientes pueden estar inducidas por voltajes aplicados a los conductores, o la densidad de corriente conocida en condiciones de contorno. El análisis DC conduction complementa otros tipos de análisis de campo disponibles en QuickField (Electrostática y AC conduction). Este tipo de análisis se puede utilizar para diseñar y analizar varios sistemas de conductores, como conectores a tierra, PCBs, objetos biológicos o en investigaciones biomédicas, etc..
AC CONDUCTION:
El módulo AC Conduction nos permite calcular campos eléctricos causados por voltajes y corrientes armónicas en el contorno. El medio dieléctrico se asume no ideal con una pequeña pero no nula conductividad eléctrica. Generalmente las magnitudes de interés en AC conduction son voltajes, corrientes activa y reactiva, campos eléctricos, pérdidas por efecto Joule, capacitancias, y fuerzas eléctricas. Este análisis se complementa con el electrostático y DC, tomando en consideración efectos resistivos y capacitivos. Este módulo se puede utilizar para el diseño y análisis de una variedad de sistemas conductores como condensadores, aislamientos de cables y otras aplicaciones técnicas.
CAMPO ELÉCTRICO TRANSITORIO:
El módulo eléctrico transitorio puede utilizarse para estudiar la distribución de campo en objetos sometidos a fuentes puntuales, como puede ser una sobretensión creada por un rayo. Se puede aplicar también al diseño de modernas soluciones de aislamiento que incluirían elementos ecualizadores de campo no lineales, protección de varistores para sobretensiones, y otras aplicaciones que incluyen varistores de óxido de zinc, cerámicos semiconductores y materiales similares.
ANÁLISIS DE TENSIONES Y TÉRMICO:
Adicional a los tipos de análisis anteriores QuickField también incorpora análisis térmico estacionario y transitorio y el análisis de esfuerzos. Desde la versión 6.2 estos tipos de análisis ya pueden realizarse en modelos 3D importando geometrías en STEP. Estos tipos de análisis se pueden acoplar a cálculos magnéticos o térmicos.