Análisis Térmico con SOLIDWORKS

¿Como realizar un estudio térmico?

SolidWorks Simulation cuenta con análisis térmicos, el cual permite que logremos analizar cómo será el comportamiento calorífico de nuestros diseños y así poder efectuar cambios de diseño en una etapa temprana del flujo de trabajo.

Plantearemos un ejemplo en el cual realizaremos un análisis térmico de una bombilla, es común ver en la vida diaria bombillos funcionando varias horas al día sin embargo te has preguntado ¿qué parámetros se deben tomar en cuenta para asegurar una correcta distribución de temperaturas?

En el siguiente ejemplo práctico pondremos a prueba un bombillo hecho de aleación 2014 y cristal, el cual tendrá una potencia calorífica de 50W y veremos qué resultados podemos visualizar terminado el estudio.

Comenzaremos partiendo de un modelo 3D realizado con SOLIDWORKS.

Seguido de esto, se selecciona un nuevo estudio y en el apartado de simulación avanzada elegimos la opción térmica.

Comenzaremos el estudio colocando los materiales requeridos para la pieza o ensamble, dando clic derecho sobre el sólido y seleccionamos la opción “Aplicar/Editar material”.

En este caso:

• El bulbo será de un material de cristal el cual encontramos en: SolidWorks Materiales / Otros no metales / Vidrio.
• La caja será de un material de aleación 2014 el cual encontramos en: SolidWorks Materiales / Aleaciones de aluminio / Aleación 2014.
• El cristal protector será de un material de cristal el cual encontramos en: SolidWorks Materiales / Otros no metales / Vidrio.

Para agregar la temperatura del bulbo, damos clic derecho sobre “Cargas térmicas” y seleccionamos la opción “Potencia calorífica”.

Seleccionamos la cara del bulbo y establecemos una potencia calorífica de 50w.

Agregamos las siguientes radiaciones emitidas por la potencia calorífica, dando clic derecho sobre la opción “Cargas térmicas” y seleccionando la opción “radiación”.

• Con una emisividad de 0.7 Kelvin para la parte del bulbo.

• Con una emisividad 0.1 Kelvin para la parte interna de la caja.

• Con una emisividad 0.97 Kelvin para la parte interna del cristal.

• Con una emisividad 0.97 Kelvin para la parte externa del cristal, colocaremos una temperatura externa de 25 °C y un factor de vista de 1.

Agregamos la transferencia de calor por convección emitidas por la potencia calorífica, dando clic derecho sobre la opción “Cargas térmicas” y seleccionando la opción “convección”.

• Con una temperatura ambiente de 315 Kelvin para la parte externa de la caja como temperatura ambiente, y colocaremos un coeficiente de convección de 50 W/(m^2.k).

• Con una temperatura ambiente de 298 Kelvin para la parte externa del cristal como temperatura ambiente, y colocaremos un coeficiente de convección de 70 W/(m^2.k).

Agregamos una malla fina basada en curvaturas para lograr un resultado más preciso y colocaremos una la malla calidad borrador para reducir el tiempo del estudio, se dará clic derecho sobre la opción “Malla” y seleccionando la opción “Crear malla”.

• Siguiente colocamos una densidad de malla fina.
• Colocamos una malla basada en curvaturas.
• En el apartado de avanzado elegimos calidad de malla “borrador”.

Finalmente, ejecutamos el estudio térmico.

Teniendo el estudio finalizado obtendremos un trazado de distribución térmico, donde se puede apreciar tanto con una distinción de colores en el modelo, al igual que con una gráfica, los cambios de temperatura a través del modelo.

Además, en el apartado de trazado térmico se encontrarán diferentes opciones a visualizar en el modelo.

• Por ejemplo, trazado de flujo de calor

El cual nos ayuda a visualizar y analizar en que parte del modelo se aprecia mayor flujo de calor, es decir el flujo que existe de la parte caliente a una parte fría.

• Por ejemplo, gradiente de temperatura.

El cual nos ayuda a visualizar y analizar en que parte del modelo existe un mayor cambio de temperatura respecto a la distancia.

Podemos cdoncluir que esta herramienta es de gran utilizad para realizar validaciones de diseño, donde influyan las altas temperaturas o en donde los componentes sean afectados por los cambios de temperatura, de igual forma es una gran herramienta para ahorrar tiempos y costos en generar prototipos físicos que posiblemente serán destruidos, lo cual generara altos costos y demoras en la entrega.