Grupo de investigación. Resolución Numérica. de Ecuaciones en Derivadas Parciales y. Simulación Numérica en Ingeniería

Transcripción

1 Grupo de investigación Resolución Numérica de Ecuaciones en Derivadas Parciales y Simulación Numérica en Ingeniería

2 SOLUCIÓN a PROBLEMAS REALES Podrá acortar y abaratar el proceso productivo Vehículo innovación progreso eficacia competitividad

3 VENTAJA COMPETITIVA Métodos numéricos Ordenadores Diseño y control

4 ORGANIZACIÓN Y TRABAJO 11 reconocidos Doctores Jóvenes más destacados Investigadores internacionales EXPERIENCIA ESPECIALIZACIÓN Eficacia

5 GARANTÍA EXPERIENCIA y RESULTADOS claridad dedicación compromiso investigando para la industria Ejemplos significativos:

6 DE LA REALIDAD A LA SIMULACIÓN Proceso Industrial Modelo Matemático Simulación Numérica Colaboración resultados experimentación real análisis matemático Predicción VALIDACIÓN

7 DE LA REALIDAD A LA SIMULACIÓN Colaboración

8 SOLUCIÓN a su MEDIDA rápido desarrollo ajuste incompleto pago licencia funcionamiento oscuro

9 SOLUCIÓN a su MEDIDA mayor tiempo desarrollo funcionamiento transparente disposición en planta ajuste total

10 SOLUCIÓN a su MEDIDA

11 SIMULACIÓN ante NUEVAS CONDICIONES Modificación de la geometría o de los datos Control Control del proceso mediante la resolución de problemas inversos

12 LÍNEAS de INVESTIGACIÓN Transferencia de calor Combustión Mecánica de sólidos Mecánica de fluidos Acústica Electromagnetismo Matemáticas financieras

13 PROYECTOS de INVESTIGACIÓN Cubas electrolisis Coladas metales Electrodos metalúrgicos Coladas ferroaleaciones Purificación de materiales Centrales térmicas Hornos de inducción Guías de ondas Física de plasmas

14 PROYECTOS de INVESTIGACIÓN Procesos financieros Daños en tejidos Vibraciones Medios porosos Ruptura materiales Propagación de grietas Burbujas en líquidos Espumas Elastocústica

15 AYUDAS a la FINANCIACIÓN Entidades financieras Administración Pública subvenciones préstamos subsidiarios Regional Nacional Europea * Incentivos fiscales

16 DISEÑO COMPETITIVO Diseñarpara para conseguir conseguir fabricación a a coste costecompetitivo Diseñar para conseguir Diseñar Seguridad Confortabilidad Tiempo Prototipos Ensayos de laboratorio Control

17 Forma de CONTACTO Alfredo Bermúdez de Castro Dpto. Matemática Aplicada Facultad de Matemáticas Campus Sur Santiago de Compostela Web: Universidad de Santiago de Compostela Realización: Alexia López

18 Grupo de investigación Resolución Numérica de Ecuaciones en Derivadas Parciales y Simulación Numérica en Ingeniería

19 AYUDAS a la FINANCIACIÓN Plan Gallego de I+D+i Proyectos de Investigación Industrial Proyectos de Innovación Tecnológica Financiación : 70% Investigación industrial 50% Desarrollo precompetitiva 40% Proyectos Demostración Dotación de Laboratorios y Dptos. de I+D Financiación: 70%

20 AYUDAS a la FINANCIACIÓN Plan Nacional de I+D+i: PROFIT Proyectos de Investigación Industrial 50 / 60% Proyectos de Desarrollo / 35% Proyectos de Demostración. 25 / 35 % Estudios de Viabilidad Técnica.. 50 / 75 %

21 AYUDAS a la FINANCIACIÓN Financiación Nacional: CDTI Proyectos de Investigación Industrial Concertada 60% Proyectos de Desarrollo Tecnológico... 50% Proyectos de Innovación tecnológica.. 25 %

22 AYUDAS a la FINANCIACIÓN Financiación Comunitaria Actividades de Investigación Financiación : 50% costes totales Actividades de Demostración Financiación: 35% costes totales Actividades de Coordinación Financiación: 100% costes coordinación

23 AYUDAS a la FINANCIACIÓN Incentivos Fiscales Actividades de Investigación y Desarrollo Deducción Impuesto Sociedades 30 / 60% Actividades de Innovación Tecnológica Deducción gastos Subcontratos 15 % Deducción gastos de Diseño Industrial.. 10% e Ingeniería de Proceso

24 LÍNEAS de INVESTIGACIÓN Transferencia de Calor Problemas en centrales térmicas Simulación termoeléctrica de cubas electrolíticas Enfriamiento de coladas de aluminio Transporte de calor en coladas electromagnéticas Transformación de calor en purificación de materiales Simulación termoeléctrica de electrodos Innovación en sistemas de colada para ferroaleaciones Estudio de la radiación en hornos de inducción Evaluación del daño en tejidos por explosión de airbag

25 Centrales Térmicas El problema: modelar la combustión de calderas de carbón pulverizado y de fuel-oil Caldera de carbón pulverizado

26 Centrales Térmicas Objetivos: conocer las condiciones de funcionamiento y simular el comportamiento de una central térmica Campo de velocidades y temperaturas (SC3D) Gráfico de velocidades y temperaturas (Fluent)

27 Centrales Térmicas Resultados: software propio que permite predecir el comportamiento del proceso variando las condiciones de funcionamiento Ventana principal de la aplicación SC3D

28 Cubas electrolisis El problema: aumentar el rendimiento energético y alargar la vida de la cuba Planta de producción de aluminio

29 Cubas electrolisis Objetivos: obtener el campo de temperaturas, determinar el talud y disminuir el consumo de energía Distribución de temperaturas en la cuba Flujo de calor a través del cajón Isopotenciales en dominios eléctricos

30 Cubas electrolisis Resultados: software propio que permite predecir el comportamiento del proceso variando las condiciones de funcionamiento Ventana principal del paquete Thelsi

31 Coladas metales Colada clásica El problema: deformación del talón y contracción de las paredes laterales Derramamiento de aluminio en la base de una placa Vista superior del molde durante la colada

32 Coladas metales Colada clásica Objetivos: predecir las deformaciones que sufre una placa de aluminio durante el proceso de colada con el fin de evitar posibles accidentes y obtener las dimensiones finales de la placa Deformación del talón en el arranque Simulación del proceso de colada

33 Coladas metales Colada clásica Resultados: software propio que permite predecir el comportamiento del proceso variando las condiciones de funcionamiento Menú principal y ventana de introducción de datos de las aplicaciones C3D y C2D

34 Coladas metales Colada electromagnética Problema: simular una colada confinada por la sola acción de fuerzas electromagnéticas Objetivos: nuevas formas de inductores y pantallas. Obtener la forma del menisco, el campo de velocidades y disminuir la circulación del metal Forma del menisco Módulo de la corriente inducida en el inductor y la pantalla de colada electromagnética Campo de velocidades

35 Coladas metales Colada electromagnética Resultados: desarrollo del paquete CEM2D que calcula la forma del menisco y el campo de velocidades. Ventana principal del software informático CEM2D

36 Purificación de materiales El problema: controlar la solidificación del material Objetivos: simular el proceso de solidificación mediante la obtención de los parámetros que interfieren en el mismo Isotermas en la cuchara precalentada

37 Purificación de materiales Resultados: elaboración de un código informático que calcula el campo de temperaturas y la forma de la interfase sólido-líquido en la cuchara Frente de solidificación a las 10 horas

38 Electrodos metalúrgicos El problema: determinar los parámetros que intervienen en el proceso de coción para optimizar el diseño funcionamiento del mismo Esquema del electrodo ELSA

39 Electrodos metalúrgicos Objetivos: conocer la distribución de temperaturas, la densidad de corriente y la distribución de tensión en el electrodo Distribución de densidad de corriente en una sección del electrodo ELSA Distribución de temperaturas en una sección del electrodo ELSA Distribución de la máxima tensión principal en la zona del nipple (electrodo ELSA)

40 Electrodos metalúrgicos Resultados: el paquete informático ELSATE permite conocer la distribución de corriente, temperatura y esfuerzos mecánicos en una sección radial de un electrodo metalúrgico Ventana principal y menú de introducción de datos del paquete ELSATE

41 Coladas ferroaleaciones El problema: determinar el diseño idóneo de la placa de cobre y de su refrigeración para evitar su deterioro Parte superior: isotermas en el cobre y en el silicio en un caso desfavorable Parte inferior: la isoterma de fusión del cobre intersaca la placa en varios puntos

42 Coladas ferroaleaciones Objetivos: obtener el campo de temperaturas de la placa y de la lámina de silicio y determinar las zonas del cobre susceptibles de deterioro Tres isotermas para distintos grosores de la lámina de silicio

43 Coladas ferroaleaciones Resultados: software propio que permite predecir el comportamiento del proceso variando las condiciones de funcionamiento Interfaz de colada y cuadro de diálogo de introducción de datos

44 Hornos de inducción El problema: simulación de un horno de inducción que permita mejorar su diseño y controlar sus parámetros de funcionamiento En el interior: material a calentar Espira

45 Hornos de inducción Objetivos: conocer la distribución de la temperatura y de la densidad de corriente en el conjunto crisol-metal Resultados: desarrollo de un modelo termoeléctrico estacionario que permite la simulación de un horno cilíndrico Distribución de temperaturas en una sección radial del conjunto crisol-silicio Distribución de densidad de corriente en el conjunto crisol-silicio

46 Daños en tejidos El problema: evaluar el riesgo de quemaduras en la piel como consecuencia de la explosión de un airbag Evolución de la temperaturas sobre las cuatro capas

47 Daños en tejidos Objetivos: clasificar la quemadura producida a partir de la evolución de las temperaturas en las distintas capas de la piel Evolución del daño con respecto al tiempo en el punto más externo del estrato córneo Evolución de las temperaturas en los puntos más internos de cada una de las capas

48 Daños en tejidos Resultados: elaboración de la aplicación BREAB, que permite determinar la evolución de la temperatura en la piel, simular el daño en los tejidos y clasificar la quemadura producida Ventana principal de la aplicación BREAB

49 LÍNEAS de INVESTIGACIÓN Combustión Combustión en calderas de carbón

50 LÍNEAS de INVESTIGACIÓN Mecánica de sólidos Deformaciones termomecánicas en coladas de aluminio Simulación mecánica de electrodos Estudio de propiedades de materiales cerámicos Detección y localización de grietas

51 Ruptura materiales El problema: estudio del módulo de ruptura de distintos materiales para poder predecir las condiciones de ruptura de forma rápida y económica Ensayo de flexión en tres puntos

52 Ruptura materiales Objetivos: obtener el módulo de ruptura de nuevos materiales a partir de la simulación numérica del ensayo de flexión en tres puntos Maya utilizada, condiciones de funcionamiento

53 Ruptura materiales Resultados: obtención de un modelo matemático para el ensayo de flexión en el que se tuvo en cuenta la no linealidad que aparece en las condiciones de contorno Tensiones en una viga cilíndrica Tensiones en una viga rectangular Temperaturas en una viga cilíndrica Temperaturas en una viga rectangular

54 Propagación de grietas El problema: detección de daños en estructuras mediante test no destructivos Objetivos: proporcionar una herramienta que permita conocer el estado de una estructura con el mínimo coste y la posible evolución de cualquier anomalía para controlar su seguridad Norma Von Mises de las tensiones antes y después de alcanzar una fisura para una onda de Rayleigh

55 Propagación de grietas Resultados: obtención de un modelo matemático válido y su simulación numérica teniendo en cuenta el posible contacto entre los labios de la grieta Desplazamientos en una estructura dañada Desplazamientos en una estructura sin daños

56 LÍNEAS de INVESTIGACIÓN Mecánica de fluidos Movimiento de metales líquidos sometidos a campos electromagnéticos: - coladas electromagnéticas - hornos de inducción Movimiento de gases en calderas de carbón Física de plasmas Movimiento de burbujas de gas en líquidos Llenado de moldes con espumas

57 Burbujas en líquidos El problema: dificultad de distinción entre dos líquidos, con marcadas diferencias de densidad y viscosidad, en el momento de interacción entre ambos Objetivo: simular el movimiento de burbujas en un fluido incomprensible Contorno de la burbija (curva de nivel cero) Distribución de la densidad

58 Burbujas en líquidos Resultados: código en 2D que permite localizar la burbuja en el interior del fluido, controlando la difusión numérica que se produce en la interfase gaslíquido Presión Campo de velocidades

59 Espumas Problema: dificultad de control sobre el comportamiento del material, con el consiguiente riesgo de que sus propiedades pierdan calidad Resultados: de forma teórica se han establecido constantes para algunas versiones del problema Módulo de la velocidad en la expansión de la espuma

60 LÍNEAS de INVESTIGACIÓN Acústica Interacción fluido-estructura: - cálculo de vibraciones - simulación en elastoacústica - control activo-pasivo del ruido Propiedades acústicas de medios porosos

61 Vibraciones El problema: calcular las frecuencias propias de una estructura acoplada a un fluido incomprensible Estructura deformada

62 Vibraciones Resultados: diseño del modelado matemático del problema y la resolución numérica del cálculo de esas vibraciones estructurales dando la posibilidad de corregir el diseño y ahorrar costes Desplazamientos en el fluido Presión en el fluido

63 Elastoacústica El problema: cálculo de vibraciones de un problema de acústica estructural y control activo del ruido Ejemplo experimental de un problema de control activo de ruido

64 Elastoacústica Objetivos: elaborar códigos para el cálculo numérico de vibraciones elastoacústicas y resolver problemas de control activo de ruido Visualización del campo de presiones en el fluido antes del Control activo de ruido Visualización del campo de presiones en el fluido después del Control activo de ruido

65 Elastoacústica Resultados: software compuesto por un módulo de simulación y un interfaz gráfico Ventana de estilo de visualización del paquete generado

66 Medios porosos El problema: obtener un modelo matemático que describa el comportamiento macroscópico de un medio poroso y estudiar su comportamiento desde el punto de vista de la acústica Modelo obtenido para el material poroelástico no disipativo (poro abierto)

67 Medios porosos Objetivos: obtención de los modelos M.Biot para un material poroelástico y estudio del comportamiento de distintos medios porosos para predecir su respuesta frente a la propagación de ondas acústicas 10 1 Relative error in the fluid displacement Relative error Order h 10 3 Relative error in the porous pressure Relative error Order h 2 Relative error Relative error in the porous displacement Relative error Order h 2 Relative error Relative error in the interface pressure Relative error Order h h (mesh size) Relative error h (mesh size) Relative error h (mesh size) h (mesh size) Curvas de convergencia para los campos del fluido y del medio poroso

68 Medios porosos Resultados: obtención de diferentes modelos que tratan el problema de un medio poroso con estructura periódica y parte elástica, en los casos disipativo y no disipativo, tanto con poro abierto como cerrado Fig1: Curva de respuesta de un medio poroso con parte sólida rígida Fig2: Curva de respuesta de un medio poroso con parte sólida elástica

69 LÍNEAS de INVESTIGACIÓN Electromagnetismo Coladas electromagnéticas Simulación de electrodos metalúrgicos Hornos de inducción Guías de ondas electromagnéticas Modelado de plasmas magnéticamente confinados

70 Guías de ondas El problema: Diseño de dispositivos que permitan el guiado de ondas electromagnéticas en función de su geometría, del índice de refracción de los materiales que los constituyen y de la frecuencia de las ondas emitidas. Objetivo: Cálculo de los modos guiados en guías de ondas cerradas y abiertas. Esquema de una guía de ondas electromagnética

71 Guías de ondas Resultados: Guías metálicas: Propuesta, análisis e implementación de un método de elementos finitos que evita la aparición de modos espurios. Modos guiados de diversos tipos de guías metálicas

72 Guías de ondas Resultados: Dispositivos de óptica integrada: Propuesta, análisis e implementación de un método de elementos finitos que permite el cálculo de modos guíados en guías abiertas estratificadas Esquema de un dispositivo de óptica integrado Modo guiado de una guía estratificada

73 Guías de ondas Resultados: Fibras ópticas: Cálculo de modos guiados y curvas de dispersión Fibra óptica (fuente: Curvas de dispersión de una fibra óptica con salto de índice

74 LÍNEAS de INVESTIGACIÓN Matemáticas financieras Procesos financieros

75 Procesos financieros El problema: deducir la ecuación que rige los precios del producto financiero y calibrar los distintos parámetros del modelo para aproximar una solución Resultados: valores puntuales Ventana principal de la aplicación

76 Procesos financieros Resultados: desarrollo de técnicas numéricas para la resolución de estos modelos a través de una aplicación informática Resultados gráficos

77 Física de plasmas El problema: búsqueda de energías alternativas que causen el menor daño medioambiental con el mínimo coste posible Stellerator: plasma confinado mediante bobinas helicoidales Superficies equipotenciales del flujo magnético

78 Física de plasmas Resultados: análisis matemático y la simulación de modelos bidimensionales de plasmas magnéticamente confinados en dispositivos de fusión tipo tokamak o stellerator Flujo poloidal promediado calculado numéricamente en un stellerator

79 INTEGRANTES Doctores

80 INTEGRANTES Doctores

81 INTEGRANTES Becarios

82 INTEGRANTES Colaboradores externos

83 INTEGRANTES Colaboradores externos