Holistic Engineering

La simulación al servicio del desarrollo eficiente de productos 

Holistic Engineering

Con ayuda de simulaciones, las operaciones más diversas, como la circulación en una válvula o la carga de un componente mecánico, se calculan en superordenadores.

De esta forma, se puede predecir el funcionamiento de un producto antes de que se haya fabricado el primer prototipo. Hoy en día es posible simular la mayoría de fenómenos físicos. De ahí que la variedad de métodos de simulación que se emplean en Festo sea tan grande.

La simulación en Festo

Festo cuenta con una gran experiencia en la aplicación eficiente de métodos modernos. Los primeros pasos en esta dirección se dieron en 1983, cuando la tecnología informática aún estaba en su fase inicial. En la actualidad, la simulación se ha convertido en parte integral de todos los procesos de investigación y de desarrollo de la empresa. Los procedimientos continúan perfeccionándose con rapidez y precisan un método de trabajo científico.

Las simulaciones suelen requerir mucho tiempo y, por tanto, es crucial que tanto el hardware como el software utilizados sean eficientes. Por este motivo, los cálculos de mayor escala se transfieren a grupos de ordenadores más potentes. Festo trabaja con programas de fabricantes conocidos en una gran variedad de ámbitos de aplicación.

Resistencia de los componentes y deformación

Los componentes que se someten a carga se deforman: unas veces más, como las juntas de goma; y otras, menos, como las tapas de aluminio para cilindros. Para calcular estas deformaciones, se emplea el método de los elementos finitos (finite element method), abreviado como MEF en español o FEM en inglés. Los especialistas en simulación del Departamento de Investigación respaldan el desarrollo en:

  • mecanismos y sistemas,
  • electrónica, magnética, piezotecnología
  • software y modelos

Circulación e intercambio de calor

En la neumática y la automatización de procesos, la circulación por los componentes determina su funcionamiento de forma esencial. Tanto el caudal como la pérdida de presión, las fuerzas de flujo y la eficiencia se simulan mediante la mecánica de fluidos computacional (computational fluid dynamics, CFD), método que también se utiliza, por ejemplo, en la construcción de aviones y automóviles.

La simulación de flujos plantea diferentes retos:

  • En neumática, por ejemplo, el flujo a menudo alcanza una velocidad supersónica en secciones transversales estrechas, lo que limita el caudal. En estos casos, la simulación puede ofrecer pistas para su optimización.
  • En el flujo de fluidos en la automatización de procesos, la cavitación (es decir, la formación de burbujas de vapor) supone un problema que debe solucionarse.
  • En los componentes electrónicos, el flujo combinado con la refrigeración de componentes desempeña un papel importante.

Moldeo por inyección y fundición a presión

Tanto en el moldeo por inyección de plásticos como en la fundición a presión de aluminio se inyecta material líquido caliente en un molde de acero, donde después se enfría y se solidifica. De esta forma es posible fabricar moldes complejos con un coste reducido.

El plástico fundido es muy espeso. Sin embargo, el aluminio fundido es muy fluido, con lo que se genera un flujo turbulento en el que puede quedar atrapado aire y formarse huecos no deseados que pueden reducir la estabilidad.

Mediante la simulación se puede predecir si el molde se llenará bien, si el componente se deformará o dónde se formarán burbujas de aire. De este modo es posible adaptar los componentes, las herramientas y los parámetros de trabajo para minimizar o evitar efectos no deseados.

Software y modelos CAE

  • FEM no lineal/mecánica estructural: Abaqus Standard y Abaqus Explizit
  • Evaluación de la resistencia a la fatiga: Femfat
  • FEM para tecnología de microsistemas: Ansys Multiphysics
  • FEM para electrodinámica: Ansys Maxwell
  • CFD/Mecánica de los fluidos: Ansys CFX y StarCCM+
  • CFD/Refrigeración de componentes electrónicos: FloTherm
  • Simulación de moldeo por inyección: Moldex3D, Moldex eDesign
  • Simulación de fundición a presión: Flow3D

Simulación de sistemas

¿Con qué rapidez se puede mover un objeto de A a B mediante la técnica de propulsión neumática o eléctrica? ¿Qué componentes de Festo son aptos para ello y qué ajustes son necesarios? ¿Qué tiempos de ciclo se pueden alcanzar?

Todas estas preguntas se pueden responder mediante la simulación del comportamiento dinámico de sistemas de propulsión lineales y rotativos, así como de mecanismos y sistemas de manipulación.

Para ello, se calculan todas las magnitudes cinemáticas y dinámicas como posiciones, velocidades, aceleraciones, presiones, fuerzas, momentos y caudales o flujos. Para ello, Festo emplea un software de simulación propio que contiene modelos verificados de todos los productos relevantes del catálogo de Festo.

Gracias a la combinación con software de simulación multicuerpo comercial, es posible diseñar también mecanismos y sistemas de manipulación.

Además del dimensionamiento de aplicaciones específicas para el cliente, estas herramientas también se emplean para elaborar análisis dinámicos para el desarrollo y el perfeccionamiento de productos de Festo, y asistir así a los desarrolladores de productos y diseñadores en su trabajo.

Software y modelos de simulación de sistemas

  • MKS/Dinámica de sistemas multicuerpo: MSC Adams
  • Sistemas de propulsión neumático/mecánicos y electromecánicos: CACOS (software desarrollado por Festo)
  • Simulación de sistemas físico-técnicos y desarrollo de reguladores: Matlab/Simulink