UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR MAYOR DE SAN MARCOS M ARCOS (Universidad del Perú, Perú, Decana de América) América ) FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA DE FLUIDOS
INFORME TÉCNICO ANSYS N° 1
TURBOMÁQUINAS I
MAYO 2017
PROFESOR DEL CURSO : Ph D
Ing. Miguel Ángel Ormeño Valeriano
ESTUDIANTE: Acuña Raza, Alexander Tayner CÓDIGO: 14130213
ÍNDICE
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I.
INTRODUCCIÓN………………………………………………….…….…..Pág. 3 INTRODUCCIÓN………………………………………………….…….…..Pág. 3
II.
OBJETIVOS……...………………………………………………….…………Pág. 4 OBJETIVOS……...………………………………………………….…………Pág. 4
III.
MARCO TEÓRICO………………………………………………….…….…Pág. TEÓRICO………………………………………………….…….…Pág. 5 5
IV.
DESARROLLO DE LA TAREA……………………….……………………Pág. 8 TAREA……………………….……………………Pág. 8
V.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES………………….. RECOMENDACIONES…………………..……Pág. ……Pág. 30 30
VI.
RECOMENDACIONES……………………………………………….. RECOMENDACIONES……………………………………………… ..……Pág. ……Pág. 31 31
VII.
REFERENCIAS………..……………………………………………….………Pág. EFERENCIAS………..……………………………………………….………Pág. 32 32
INTRODUCCIÓN El presente informe se basará en exponer lo realizado en las dos primeras clases de simulación utilizando el software ANSYS. Describiendo los pasos realizados para lograr un simulación correcta, entendiendo el software para así poder utilizarlo en el ámbito profesional a futuro. ANSYS como ya lo describimos es un software de simulación, basado en el análisis de elementos finitos, que debe ser considerado como un ecosistemas de softwares, ya que aunque tiene herramientas propias, muchas de ellas fueron adquiridas de otros programas. Pero en sí es el programa de simulación casi por excelencia que se utiliza actualmente debido a su amplia gama de simulación y a su gran exactitud con la realidad. El proceso de simulación es muy necesario actualmente porque permite a una empresa saber si el producto que desarrolla funcionará correctamente en el ámbito real, para así poder darse cuenta si se es necesario realizar algunas modificacion mo dificaciones es con el fin de obtener menores perdidas y una mayor eficiencia.
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OBJETIVOS
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Conocer el entorno del software ANSYS Exponer las herramientas utilizadas en el proceso de diseño de nuestra pieza 3D Realizar una simulación Reconocer las ventajas y desventajas que pueda presentar el software ANSYS
MARCO TEÓRICO ANSYS Inc.
ANSYS es un ecosistema de programas CAE para diseño, análisis y simulación de partes por elementos finitos FEA, incluye las fases de preparación de meshing o mallado, ejecución y post proceso, el programa ejecuta análisis de piezas sometidas a fenómenos físicos usadas en ingeniería y diseño mecánico , puede resolver problemas físicos sometidos a esfuerzos térmicos, fluidos, vibración y aplicaciones específicas, brevemente se describen sus módulos principales por disciplina.
CARACTERÍSTICAS INTEGRADO
Permite la asociación de distintas tecnologías para el desarrollo de un producto sin abandonar una única plataforma. Además su integración permite la asociación con los softwares más avanzado de CAD. Por último, su sistema de integración permite incluirse sin dificultad en sistemas de documentación propios de cada empresa. MODULAR
ANSYS permite que los clientes instalen una única aplicación para la solución de un problema específico. A medida que el usuario avanza en la solución, este puede necesitar análisis más complejos, hasta llegar al procesa de validación. Los distintos módulos de ANSYS permiten solucionar los problemas por partes.
EXTENSIBLE ANSYS propone "aplicaciones verticales" o adaptaciones más específicas según las requiera el cliente. Estas adaptaciones pueden automatizar procesos que realiza normalmente un cliente hasta aplicaciones más complejas que se adaptan a determinados sectores industriales.
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ANSYS WORKBENCH
Es una plataforma de software desde donde se crean los proyectos de análisis CAE en diferentes disciplinas, Workbench despliega gráficamente el intento de la simulación en ingeniería y se establecen las relaciones entre fenómenos físicos y sus módulos incluyendo multifísico. La plataforma ANSYS Workbench incluye software y componentes para diferentes fenómenos.
DINÁMICA DE FLUIDOS
ANSYS Fluido, CFD, CFX, FENSAP-ICE y el software relacionado son Computational Fluid Dynamics, herramientas de software utilizadas por los ingenieros de diseño y análisis. Estas herramientas pueden simular flujos de fluido en un entorno virtual, por ejemplo, los de dinámica de fluidos de cascos de barcos; motores de turbina de gas (incluyendo los compresores, cámara de combustión, turbinas y dispositivos de poscombustión); la aerodinámica del avión; bombas, ventiladores, HVAC sistemas, recipientes de mezcla, limpiadores de vacío, etc. ANÁLISIS ESTRUCTURAL
ANSYS Autodyn es la simulación por ordenador herramienta para simular la respuesta de los materiales de corta duración cargas severas de impacto, alta presión o explosiones. ANSYS Mechanical es un análisis de elementos finitos herramienta para el análisis estructural, incluyendo lineal, no lineal y estudios dinámicos. Esta simulación por ordenador producto proporciona elementos finitos a comportamiento del modelo, y soporta modelos de material y solucionadores de ecuaciones para una amplia gama de problemas de diseño mecánico.
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ELECTRÓNICA
ANSYS HFSS es un análisis de elementos finitos herramienta para la simulación de los campos electromagnéticos de onda completa. HFSS incorpora elementos finitos, ecuación integral, y métodos híbridos para resolver una amplia gama de microondas, RF y digitales de alta velocidad aplicaciones. ANSYS Maxwell es un análisis de elementos finitos herramienta para la simulación de campo electromagnético, principalmente para los ingenieros encargados de diseño y análisis de dispositivos electromagnéticos y electromecánicos, incluyendo motores, actuadores, transformadores, sensores y bobinas. ANSYS Maxwell incorpora método de elementos finitos solucionadores de resolver, de dominio de frecuencia estática, y los campos electromagnéticos y eléctricos variables en el tiempo. ANSYS SIwave es una plataforma de diseño especializado para la integridad de potencia, integridad de la señal y la interferencia electromagnética análisis (EMI) de paquetes electrónicos y PCB. ANSYS Emag MULTIPHYSICS
Vivimos en un mundo en el que múltiples fuerzas físicas están en juego, y los productos que producen son a menudo objeto de muchas de estas fuerzas físicas simultáneamente. fuerzas de fluido, los efectos térmicos, la integridad estructural y la radiación electromagnética pueden todos rendimiento impacto de los productos y procesos industriales. Si intenta aislar las múltiples fuerzas en juego, no se puede obtener una predicción precisa del comportamiento. ANSYS soluciones multifísicos pueden ayudar a los ingenieros examinan estos efectos en combinación y el aislamiento, el logro de la solución más alta fidelidad cuando es necesario. Usando ANSYS Explicit STR, AUTODYN, LS-DYNA
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DESARROLLO DE LA TAREA PLANO XY , SKETCHING
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MODIFICAMOS LAS UNIDADES Y EN LA HERRAMIENTA CIRCLE (DENTRO DE DRAW) DIBUJAMOS UNA CIRCUNFERENCIA EN EL ORIGEN
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CON LA HERRAMIENTA DIMENSION MODIFICAMOS EL DIAMETRO DE LA CIRCUNFERENICA
TENIENDO NUESTRA CIRCUNFERENCIA HECHA EMPEZAMOS CON LA EXTRUSIÓN
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ESTRUDE GENERATE
PODEMOS MODIFICAR EL TAMAÑO DE LA EXTRUSIÓN, CON LA SECCIÓN DIRECTION
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PERO LO DEJAMOS EN SYMETRIC
DE LA MISMA FORMA EN QUE GENERAMOS LA EXTRUSIÓN, DIBUJAMOS UN CÍRCULO CON EL MISMO DIÁMETRO EN EL PONTO ORIGEN Y GENERAMOS UNA EXTRUSIÓN PERPENDICULAR A LA YA HECHA
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CERRAMOS NUESTRA GEOMETRIA Y ARRASTRAMOS LA VENTANA MESH AL PLANO DE TRABAJO. AQUÍ UNIMOS LAS SECCIONES DE GEOMETRY
(ANTIGUAMENTE EL MALLADO ERA DIFÍCIL EN EL 2005-ANSYS ACELERO ESTE PROCESO DEL MALLADO, ES LO MAS IMPORTANTE JUNTO A LA GEOMETRÍA ES LO MAS IMPORTANTE EN LA SIMULACIÓN)
DENTRO DEL MESH INGRESAMOS NOMBRES A NUESTRAS SECCIONES DE INGRESO, SALIDA Y BORDE (MURO). SELECCIONAMOS NUESTRA SECCIÓN A TRATAR Y CON CREATE NAME SELECTION LO NOMBRAMOS
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(SI PUSIMOS NOMBRE A LA ENTRADA , PONERLO OTRA VEZ NOMBRE COMO SALIDA ES UN PROBLEMA AL SIMULAR)
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CON EL BOTÓN GENERATE, GENERAMOS EL MALLADO
EN LA SECCIÓN DEFAULTS Y SIZING PODEMOS MODIFICAR EL TAMAÑO DE LOS ELEMENTOS FINITOS, PARA ASÍ PODER OBTENER UN MEJOR MALLADO
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GENERAMOS LA NUEVA MALLA
(FIRST LAYER ES EL GROSOR DE LA CAPA LIMITE MÁXIMO DE CAPA 12)
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FINALMENTE LA VENTANA DE DETAILS NOS QUEDA ASÍ:
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EN NUESTRA SECCIÓN DE SALIDA MODIFICAREMOS EL NÚMERO DE LAYELS PARA UN MEJOR MALLADO DEBIDO A QUE AL SER UNA SECCIÓN DE BORDE NECESITA UNA MAYOR CANTIDAD DE ELEMENTOS FINITOS
TAMBIEN PODEMOS MODIFICAR EL SIZING, RESULTANDO:
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(SIZING PARA CAMBIAR LOS TRIÁNGULOS DEL MALLADO)
(EL CURSOR NOS DA UN TAMALLO QUE NOS DARA LA MALLA , TENGO UNA IDEA DEL TAMAÑO)
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DESPUÉS DE ESTAR CONFORME CON NUESTRO MALLADO PODEMOS TRAZAR UNA LÍNEA TRANSVERSAL PARA VER EL TAMAÑO DE LOS ELEMENTOS FINITOS QUE HEMOS CREADO CON EL MALLADO
EN LA VENTANA SECTION PLANES PODEMOS UTILIZAR OTRAS HERRAMIENTAS PARA OBTENER OTRO TIPO DE VISTA DE LOS ELEMENTOS FINITOS
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SALIMOS DEL MESH Y ARRASTRAMOS LA VENTANA CFX AL ÁREA DE TRABAJO. AQUÍ UNIMOS NUESTRO MESH CON EL SETUP
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EN LA VENTANA OUTLINE, VAMOS A LA SECCIÓN DE DEFAUL DOMAIN PARA MODIFICAR CIERTOS DATOS
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EN LA SECCIÓN DE FLUID MODELS, CAMBIAMOS LAS CARACTERÍSTICAS DEL FLUIDO Y EL MISMO
CON LAS CARACTERÍSTICAS GENERALES YA MODIFICADAS A SEGÚN NOSOTROS, EMPEZAMOS A INSERTAR LAS CARACTERÍSTICAS DE NUESTRAS SECCIONES (ENTRADA1,2 , SALIDA Y TUBERÍA)
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INSERTAMOS LA VELOCIDAD DE ENTRADA DEL FLUIDO EN LAS SECCIONES DE ENTRADA (INLET) Y EN LA SECCIÓN DE SALIDA (OUTLET) HACEMOS CERO LA PRESIÓN PARA QUE LA VELOCIDAD DE SALIDA SEA LA REAL
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SALIMOS DEL SETUP Y VAMOS A SOLUTION PARA CORRER LAS ITERACIONES NECESARIAS PARA LA SOLUCIÓN DE NUESTRA SIMULACIÓN.
TENIENDO LOS RESULTADOS, SALIMOS Y VAMOS A LOS RESULTADOS
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CON LA HERRAMIENTA LOCATION, GENERAMOS UN PLANO (SELECCIONAMOS EL QUE QUQUERAMOS) Y LO MODIFICAMOS PARA QUE MUESTRE LO QUE NECESITEMOS VER.
EN NUESTRO CASO, VEREMOS VELOCIDAD. PERO SIGUE SIENDO MODIFICABLE O BIEN GENERAMOS OTRO PLANO Y SELECCIONAMOS OTRA VARIABLE
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CON LA HERRAMIENTA STREAMLINE, SELECCIONAMOS LA SECCIÓN DE INICIO Y EL NÚMERO DE PUNTOS PARA NUESTRA SIMULACIÓN
FINALMENTE CON LA HERRAMIENTA ANIMATION DAMOS RIENDA SUELTA A LA SIMULACIÓN.
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CONCLUSIONES
El entorno de ANSYS para una persona cualquiera requerirá de práctica ya que aquí la mayor parte de una buena simulación depende del modelista. El programa en sí no avanza sin que el usuario ingrese los datos necesarios y modifique otros parámetros. En el desarrollo del modelado a mi parecer la parte mas importante depende del mallado, ya que si esta no se realiza correctamente los valores resultantes no serán los exactos para aplicarlos a la realidad. Por otro lado tengo que aceptar que el entorno en general es bastante agradable para un usuario nuevo pero insisto que es necesario la práctica para un buen desarrollo en el software.
En general las herramientas utilizadas en estas dos primeras clases fueron las mas sencillas. Al momento de realizar la Geometría pienso que el diseño en el propio software ANSYS puede usarse para piezas sencillas, pero será mejor realizarlas en otros softwares como Inventor o Rhino que ofrecen un mejor desempeño en este aspecto gracias a su sencillez en el proceso y la amplia gama de herramientas para el diseño. En el mallado la parte principal fue modificar el tamaño de los elementos finitos para un mejor desempeño en los cálculos. A la hora de hacer el Setup, el proceso de ingresar los datos de entrada y salida fue sencillo y ni que decir en la parte de Solution. Finalmente en los resultados vemos lo que tanto nos costó realizar, Generar planos para observa la variación de un parámetro deseado o bien la simulación en sí.
La simulación realizada fue sobre la variación de un fluido (agua) en un conducto T si es que existen dos entradas y una sola salida.
Las desventajas encontradas fueron: Si importamos geometrías al ANSYS, este acepta pocos formatos La geometría importada necesariamente tiene que ser de un sólido completo ya que ANSYS no acepta espacios en blanco Un mallado incorrecto repercute a la hora de los resultados La densidad de los elementos finitos también repercute en los resultados
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RECOMENDACIONES
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Diseñar un sólido correcto bien dentro o fuera de ANSYS, sin espacios en blanco que puedan repercutir con el software.
Generar un correcto mallado de acuerdo con el modelado a realizar
Para lograr interactuar de mejor forma con el programa recomiendo practicar mucho simulando cosas sencillas.
La enseñanza de cursos de simulación hoy en día es muy necesaria ya que es imprescindible en el ámbito profesional y mucho mas de un futuro Ing. Mecánico de Fluidos ya que programas como ANSYS son muy requeridos. Es por eso que recomiendo difundir la enseñanza de softwares como este.
