Este documento introduce el concepto de análisis térmico en relación con el diseño de productos. Describe los principios de la conducción, convección y radiación de calor y cómo se pueden simular las condiciones térmicas utilizando software de validación de diseño. Explica cómo el análisis térmico es importante para una variedad de productos, incluidos dispositivos electrónicos, máquinas, implantes médicos y electrodomésticos.

1. Resumen
En este informe técnico definimos y luego detallamos el concepto de análisis térmico en relación con el diseño de
productos. Analizamos los principios de la conducción, la convección y la radiación utilizando productos reales como
ejemplos. Además, describimos maneras de realizar análisis térmicos, específicamente la utilización del software de
validación del diseño para simular condiciones térmicas. También enumeramos las capacidades deseadas en el software
de validación de diseño térmico, y demostramos mediante ejemplos cómo solucionar desafíos de diseño mediante los
productos de SolidWorks.
Análisis térmico
IN F ORM E T ÉCNICO

2. Introducción al análisis térmico
Para reducir el coste y el tiempo del desarrollo de productos, el prototipado y las
pruebas tradicionales fueron reemplazadas en la última década, en gran parte,
por un proceso de diseño basado en la simulación. Este proceso, que reduce
la necesidad de crear prototipos físicos mediante procesos largos y costosos,
permite a los ingenieros predecir con éxito el rendimiento del producto con
modelos informáticos fáciles de modificar (Figura 1).
Figura 1: Comparaci�n de procesos de dise�o de productos tradicionales y de simulaci�n.
Las herramientas de verificación del diseño son valiosísimas en el estudio
de problemas estructurales como desviaciones, deformaciones, tensiones
o frecuencias naturales. Sin embargo, el rendimiento estructural de los nuevos
productos sólo es uno de los numerosos cambios que enfrentan los ingenieros
de diseño. Otros problemas comunes se relacionan con aspectos térmicos, como
el sobrecalentamiento, la falta de estabilidad en las cotas, las tensiones térmicas
excesivas y otros desafíos relacionados con el flujo de calor y las características
térmicas de sus productos.
Los problemas térmicos son muy comunes en los productos electrónicos. El diseño
de ventiladores de refrigeración y disipadores de calor debe equilibrar la necesidad
de lograr un tamaño pequeño con una adecuada extracción del calor. Al mismo
tiempo, la ajustada disposición de los componentes debe seguir garantizando
un flujo de aire suficiente para evitar la deformación o la rotura de las placas
de circuitos impresos bajo una tensión térmica excesiva (Figura 2).
Figura 2: El empaquetamiento de componentes electrnicos requiere un análisis minucioso
de la extraccin del calor expulsado por los mismos al ambiente.
.
Análisis térmico 2

3. Los desafíos térmicos también abundan en el diseño tradicional de máquinas.
Entre los ejemplos obvios de productos que deben analizarse en relación con
la temperatura, la disipación de calor y las tensiones térmicas están los motores,
los cilindros hidráulicos, los motores eléctricos o las bombas; en resumen, toda
máquina que utilice energía para realizar algún tipo de trabajo útil.
Es posible que los candidatos menos obvios para el análisis térmico sean las
máquinas de procesamiento de materiales, donde la energía mecánica se convierte
en calor, que afecta no sólo a la pieza mecanizada sino también a la máquina
misma. Esta situación es importante no sólo en el equipo de mecanizado de
precisión, donde la expansión térmica puede afectar la estabilidad dimensional
de la herramienta de corte, sino también en máquinas de alta potencia como
trituradoras, donde los componentes pueden estar expuestos a temperaturas
y tensiones térmicas excesivas (Figura 3).
Figura 3: El sobrecalentamiento potencial de una trituradora industrial es un factor importante
que se debe considerar en el diseño de su transmisin y rodamientos.
Como tercer ejemplo, se debe analizar el rendimiento térmico de la mayoría de los
dispositivos médicos. Los sistemas de administración de medicamentos deben
garantizar la temperatura correcta de la sustancia administrada mientras que los
dispositivos quirúrgicos no deben someter el tejido al punto de choque térmico
excesivo. De manera similar, los implantes en el cuerpo no deben interrumpir
el flujo de calor corporal interno, mientras que los implantes dentales deben
soportar, además, cargas térmicas y mecánicas externas críticas (Figura 4).
Figura 4: Los implantes dentales no deben afectar las condiciones térmicas del tejido
circundante y además deben sorportar las tensiones térmicas.
Análisis térmico 3

4. Finalmente, se debe analizar el rendimiento térmico de todos los electrodomésticos
como cocinas, neveras o frigoríficos, batidoras, planchas y cafeteras, en resumen,
todo lo que funcione con electricidad, a fin de evitar el sobrecalentamiento.
Esto se aplica no sólo a los productos de consumo que funcionan con corriente
alterna (CA), sino también a los dispositivos que funcionan a pilas, como los
juguetes a control remoto y las herramientas eléctricas portátiles (Figura 5).
Figura 5: Para lograr la refrigeracin adecuada de una batería de alta capacidad en una
herramienta inalámbrica, es necesario conocer las condiciones térmicas.
Utilización de la validación del diseño para el análisis térmico
Todos los problemas de diseño térmico anteriores y muchos otros pueden
simularse con el software de validación del diseño. Puesto que la mayoría de
los ingenieros de diseño ya se encuentran familiarizados con este método
para el análisis estructural, su aplicación al análisis térmico requiere una
mínima formación adicional. Las simulaciones estructurales y térmicas se
basan exactamente en los mismos conceptos, siguen los mismos pasos bien
definidos y comparten múltiples analogías (Figura 6).
Además, puesto que los análisis térmicos en modelos de CAD se realizan
de la misma manera que los análisis estructurales, una vez que se ha creado
un modelo de CAD, se puede completar una verificación térmica con un mínimo
esfuerzo adicional.
Los análisis térmicos pueden realizarse para buscar la distribución de temperatura,
el gradiente de temperatura y el flujo de calor en el modelo, además del calor
intercambiado entre el modelo y su entorno.
Figura 6: Analogías entre la validaciÓn estructural y térmica del diseño.
Análisis térmico 4

5. Figura 7: Resultados típicos suministrados por la verificaciÓn térmica del diseño.
Figura 8: Características principales de tres mecanismos de transferencia de calor.
Los efectos térmicos como las temperaturas son fáciles de simular, pero pueden
resultar bastante difíciles de medir, especialmente cuando se trata de piezas
o ensamblajes internos, o cuando las temperaturas cambian rápidamente.
Esto significa, con frecuencia, que la validación del diseño basada en el
software puede ser en efecto el único método disponible para los ingenieros
interesados en las condiciones térmicas detalladas de sus productos.
Análisis térmico 5

6. Conceptos básicos de la transferencia de calor
Conducción y convección
Existen tres mecanismos responsables de la transferencia de calor: conducción,
convección y radiación. La conducción describe el flujo de calor dentro de un
sólido modelado habitualmente como una pieza o un ensamblaje de CAD.
La convección y la radiación se relacionan con el intercambio de calor entre
el sólido y el entorno.
Un ejemplo de la transferencia de calor mediante la conducción es el flujo de
calor a través de una pared. La cantidad de calor transferido es proporcional
a la diferencia de temperatura entre el lado caliente TCALIENTE y el lado frío
TFRÍO de la pared, al área A de la pared, y al valor recíproco del espesor de la
pared l. El factor de proporcionalidad K, denominado conductividad térmica,
es una propiedad del material muy conocida (Figura 9).
Figura 9: El calor es conducido a través de la pared desde la temperatura más
alta a la más baja.
El factor K de conductividad térmica varía ampliamente en materiales diferentes;
este factor diferencia a los conductores de los aislantes de calor (Figura 10).
El mecanismo de intercambio térmico entre la cara externa de un sólido y el
fluido circundante, como el aire, el vapor, el agua o el aceite, se denomina
convección. La cantidad de calor desplazado por convección es proporcional
a la diferencia de temperatura entre la cara del sólido TS y el fluido circundante
TF, y al área A de la cara que intercambia (disipa o adquiere) calor. El factor
de proporcionalidad h se denomina coeficiente de convección, pero también se
conoce como coeficiente superficial. El intercambio de calor entre la superficie
de un sólido y el fluido circundante requiere el movimiento del fluido (Figura 11).
Figura 10: Coeficientes de conducciÓn de diferentes materiales.
Análisis térmico 6

7. Figura 11: El calor disipado por convecciÓn siempre requiere el movimiento del fluido
que se encuentra alrededor del sÓlido.
El coeficiente de convección depende significativamente del medio (por ejemplo,
aire, vapor, agua, aceite) y del tipo de convección: natural o forzada. La convección
natural sólo puede realizarse en presencia de la gravedad, porque el movimiento
del fluido depende de la diferencia entre la gravedad específica de los fluidos
fríos y calientes. La convección forzada no depende de la gravedad (Figuras 12, 13).
Figura 12: La convecciÓn natural es inducida por una diferencia en la densidad de los fluidos
calientes y fríos. En la convecciÓn forzada, el movimiento de fluidos es forzado, por ejemplo,
por un ventilador.
Figura 13: Coeficientes de convecciÓn para diferentes medios y tipos de convecciÓn.
Para ver el funcionamiento simultáneo de la conducción y la convección, considere
el ensamblaje de un disipador térmico (Figura 14). Un microchip genera calor
a través de todo su volumen. El calor se mueve dentro del microchip por
conducción y luego se transfiere a un radiador de aluminio donde también
se mueve por conducción. Puesto que el calor pasa del microchip de porcelana
al radiador de aluminio, debe superar una capa de resistencia térmica formada
por imperfecciones en la interfaz de aluminio-porcelana. Finalmente, el calor se
disipa por convección desde las caras externas del radiador al aire circundante.
Análisis térmico 7

8. Figura 14: Un microchip que genera calor está incrustado en un radiador de aluminio. El aire
cicundante enfría el radiador.
Figura 15: DistribuciÓn de temperatura y flujo de calor en el ensamblaje del disipador.
La adición de un ventilador de refrigeración o la inmersión del radiador en agua
no cambia el mecanismo de transferencia de calor. El calor se sigue expulsando
de las caras del radiador por convección. La única diferencia entre el aire y el
agua que actúan como refrigerantes y entre las convecciones forzadas es un
valor diferente del coeficiente de convección.
El campo de temperatura en el ensamblaje del disipador de calor se muestra
en la Figura 15. El movimiento de calor de la cara del radiador al aire ambiente
puede representarse trazando vectores de flujo de calor (Figura 15, a la derecha).
Los vectores de flujo de calor que “salen” de las caras del radiador muestran el
calor expulsado al fluido circundante. Ningún vector cruza la cara inferior, ya que
en el modelo las caras inferiores del radiador y el microchip están aisladas.
Observe que el modelado del flujo de calor en el ensamblaje del disipador
de calor requiere tener en cuenta una resistencia al flujo de calor en la interfaz
entre el microchip de cerámica y el radiador de aluminio. En algunos programas
de verificación del diseño, la capa de resistencia térmica debe modelarse
explícitamente; en otros, como en SolidWorks, puede introducirse de manera
simplificada como un coeficiente de resistencia térmica.
Análisis térmico 8

9. Conducción, convección y radiación
Hasta ahora, este análisis de la transferencia de calor en el ensamblaje del
disipador de calor considera sólo dos mecanismos de flujo de calor: conducción
(responsable de mover el calor dentro de los sólidos: microchip y radiador)
y convección (que disipa el calor de las caras externas del radiador al aire
ambiente). Se puede ignorar la transferencia de calor por radiación, ya que
en la temperatura de funcionamiento de la radiación del disipador de calor,
la transferencia de calor es muy baja. El siguiente ejemplo destaca un problema
de transferencia de calor donde la radiación no puede ignorarse.
La radiación puede mover el calor entre dos sólidos a diferentes temperaturas
o puede emitir calor al vacío. No depende de que los sólidos estén o no
sumergidos en un fluido o rodeados por el vacío (Figura 16).
Figura 16: El calor se intercambia por radiaciÓn entre dos sÓlidos de diferentes temperaturas.
También puede ser emitido por un solo sÓlido al espacio.
La cantidad de calor intercambiado por radiación entre las caras de dos sólidos
con temperaturas T1 y T2 es proporcional a la diferencia entre las temperaturas
absolutas a la cuarta potencia y el área A de las caras que participan en la
transferencia de calor, y a la emisividad de la superficie radiante. La emisividad
se define como la proporción o relación entre la emisividad de la superficie
y la emisividad de un cuerpo negro a la misma temperatura. Se asigna a los
materiales un valor de emisividad entre 0 y 1. Un cuerpo negro, por lo tanto,
tiene una emisividad de 1 y un reflector perfecto, una emisividad de 0. Puesto
que la transferencia de calor por radiación es proporcional a la temperatura
absoluta a la cuarta potencia, es muy importante con temperaturas más altas.
Considere un reflector que ilumina una cámara de vacío grande. Suponga que
la cámara de vacío es tan grande que se puede ignorar cualquier tipo de calor
reflejado desde las paredes de la cámara al reflector. La bombilla y el reflector
se encuentran expuestos al vacío, mientras que la parte posterior de la carcasa
de aluminio está rodeada de aire (Figura 17).
Análisis térmico 9

10. Figura 17: En el modelo de reflector, el reflector y la bombilla están expuestos al vacío
y la parte posterior de la carcasa está expuesta al aire.
El calor generado por la bombilla se emite parcialmente al espacio, mientras que
el resto es recibido por la cara parabólica (reflector) de la carcasa. Sólo entra
una cantidad mínima de calor por conducción en la carcasa, donde la bombilla
se conecta con la carcasa. El calor emitido que recibe la carcasa se divide
nuevamente en dos partes: la primera se expulsa hacia afuera y la segunda
se mueve dentro del volumen de la carcasa desde el lado del vacío al lado
del aire. Una vez que alcanza la cara expuesta al aire, se disipa por convección.
Como indican los resultados del análisis, la temperatura de la carcasa de aluminio
es prácticamente uniforme porque el calor se conduce fácilmente debido a la alta
conductividad del aluminio (Figura 18).
Figura 18: DistribuciÓn de temperatura en un reflector.
Tenga en cuenta que puesto que la transferencia de calor por radiación resulta
efectiva sólo a altas temperaturas, la bombilla debe ponerse muy caliente para
disipar todo el calor que produce.
Análisis térmico transitorio
Los análisis del disipador de calor y del reflector se ocupan de la transferencia
de calor en un estado estacionario, basándose en la suposición de que ha pasado
tiempo suficiente para que el flujo de calor se estabilice. El análisis de una
transferencia de calor estacionaria es independiente del tiempo que tarda el
flujo de calor en alcanzar dicho régimen permanente, que en la práctica pueden
ser segundos, horas o días.
Análisis térmico 10

11. Un análisis de flujo de calor que cambia con el tiempo se denomina análisis térmico
transitorio, como, por ejemplo, el análisis de una cafetera que se mantiene caliente
mediante una placa térmica. La temperatura de la placa térmica es controlada
por un termostato que lee la temperatura del café. El termostato enciende la
cafetera si la temperatura del café cae por debajo de una temperatura mínima,
y la apaga cuando la temperatura excede un valor máximo preestablecido.
Las oscilaciones de temperatura durante un período específico de tiempo
se muestran en la Figura 19.
Figura 19: La barra de conexiÓn se presenta para un análisis por elementos finitos (FEA) como
una estructura para que puedan calcularse las tensiones.
Tensiones térmicas
El flujo de calor a través de un sólido provocará un cambio en las temperaturas de
este sólido. En consecuencia, el sólido se expandirá o se encogerá. Las tensiones
provocadas por esta expansión o reducción se denominan tensiones térmicas.
Cuando se vierte café caliente en una taza, se generan tensiones térmicas.
Un análisis térmico de estas tensiones requiere la identificación de la distribución
de las temperaturas; en las caras internas de la taza, la temperatura es la del café
caliente, mientras que en las caras exteriores, los coeficientes de convección
definidos por el usuario controlan la pérdida de calor al aire circundante. Puesto
que la refrigeración es un proceso relativamente lento, se aplica un análisis térmico
en régimen permanente para calcular la distribución de temperaturas resultante
en la taza de café. La distribución de temperaturas no es uniforme, por lo que las
tensiones térmicas pueden calcularse fácilmente en SolidWorks ejecutando un
análisis estático con las temperaturas resultantes del análisis térmico (Figura 20).
Figura 20: El campo de temperatura no uniforme encontrado mediante el análisis térmico
en régimen permanente (izquierda) induce las tensiones térmicas calculadas en un análisis
de estado estructural (derecha).
Análisis térmico 11

12. Funciones deseadas del software de validación térmica del diseño
Considerando los problemas típicos que se exponen brevemente en este
documento, el software de validación del diseño mediante un análisis térmico
utilizado en un proceso de diseño de productos debe ser capaz de modelar:
• Flujo de calor por conducción
• Flujo de calor por convección
• Flujo de calor por radiación
• Efecto de una capa de resistencia térmica
• Efectos térmicos que dependen del tiempo, como la calefacción o la refrigeración
(análisis térmico en régimen transitorio)
• Propiedades del material que dependen de la temperatura, energía calorífica,
coeficientes de convección y otras condiciones de contorno
También existen otros requisitos que un programa de validación utilizado como
una herramienta de diseño debería cumplir y que no son solamente específicos
del análisis térmico, sino que se aplican además a los análisis estructurales
o electromagnéticos. Puesto que los nuevos productos se diseñan universalmente
en CAD, el uso eficiente de cualquier tipo de software de validación como herramienta
de diseño también especifica los siguientes requisitos en el software de CAD:
El sistema de CAD debe ser:
• Un modelador sólido completamente asociativo, paramétrico y basado
en operaciones
• Capaz de crear todo tipo de geometría, ya sea específica de la fabricación
como del análisis
• Capaz de moverse entre las representaciones de análisis y del diseño
manteniendo, a la vez, la vinculación de las geometrías
Los requisitos anteriores determinan el uso de un sistema de simulación
avanzado que combine la facilidad de uso con una alta capacidad informática,
como el programa de simulación integrado con CAD de SolidWorks (un sistema
avanzado de CAD en 3D paramétrico basado en operaciones).
La avanzada integración del software permite a los usuarios realizar análisis
térmicos y estructurales utilizando la misma interfaz familiar de SolidWorks,
minimizando así la necesidad de aprender tareas y menús específicos del
análisis (Figura 21).
Figura 21: Un análisis, como el análisis térmico de una placa de circuitos, se realiza con
la interfaz familiar de SolidWorks, minimizando la necesidad de formaciÓn del usuario.
Análisis térmico 12

13. Problemas de diseño que pueden solucionarse con SolidWorks
Las siguientes secciones presentan algunos ejemplos de problemas de diseño
solucionados mediante las funciones de análisis térmico y estructural de SolidWorks.
Ajuste del tamaño de las aletas de refrigeración de un disipador de calor
Un radiador de microchip debe diseñarse de modo que suministre suficiente
refrigeración para mantener el microchip por debajo de 400 K. El microchip
se encuentra sobre una placa base. Debido a la capa de resistencia térmica que
separa a la placa del resto del ensamblaje, la placa base brinda una refrigeración
insignificante.
Un análisis térmico realizado en el diseño inicial con una altura de 20 mm en
la aleta de refrigeración indica una temperatura de 461 K (Figura 22, arriba).
El cambio de la altura de las aletas de refrigeración a 40 mm aumenta
la refrigeración, pero no lo suficiente para cumplir con la especificación.
La temperatura del microchip es ahora de 419 K (Figura 22). Una tercera
iteración con aletas a una altura de 60 mm resulta satisfactoria, ya que la
temperatura del microchip es ahora de 400 K, un valor aceptable (Figura 22).
Los coeficientes de convección, un factor muy importante en este estudio,
pueden encontrarse en libros de texto de ingeniería o pueden calcularse
mediante calculadoras basadas en la Web. Como alternativa, puede realizarse
un estudio del flujo del fluido que se encuentra alrededor del radiador mediante
SolidWorks Flow Simulation para determinar estos valores.
Figura 22: Disipador de calor con tres configuraciones de diseño.
Diseño de un elemento calentador
Un elemento calentador consiste en una placa de aluminio con un serpentín de
calefacción integrado. Se prefiere el diseño de serpentín con forma de “m” que
se muestra en la figura 23 por su bajo costo. Sin embargo, el análisis térmico
demuestra que genera una temperatura no uniforme en el exterior de la placa,
como se muestra en la Figura 23.
Una placa de calefacción rediseñada muestra el elemento calentador formando
una espiral, como se muestra en la Figura 24. La repetición del análisis térmico
en el diseño modificado demuestra que la distribución de temperatura ahora
es casi uniforme (Figura 24).
Figura 23: Diseño simple de un elemento calentador integrado en una placa de aluminio.
Análisis térmico 13

14. Figura 24: Se muestra una placa de calefacciÓn rediseñada con distribuciÓn uniforme
de la temperatura.
Búsqueda de tensiones térmicas en la carcasa del reflector
Un reflector se sostiene rígidamente a lo largo de la circunferencia (Figura 17)
como se muestra en la Figura 25. La carcasa desarrolla tensiones térmicas
porque no puede expandirse libremente mientras su temperatura aumenta.
La búsqueda de tensiones térmicas requiere una combinación de análisis térmico
y estructural, donde las temperaturas resultantes (Figura 25) se exportan a un
análisis estático para calcular las tensiones térmicas. Es necesario realizar una
validación del diseño para examinar si las tensiones térmicas superan el límite
elástico de la carcasa de aluminio. El trazado de tensiones de la Figura 25 muestra
en rojo aquellas áreas de la carcasa donde la tensión realmente excede el límite
elástico. Estos resultados de tensión demuestran que la carcasa cederá con
este diseño.
Tenga en cuenta que las tensiones térmicas se desarrollan no porque la temperatura
de la carcasa no sea uniforme, sino porque la restricción evita que ésta se expanda
libremente. Además, observe que estas tensiones se desarrollan ante la ausencia
de cargas estructurales.
Figura 25: Un Reflector se sostiene como se muestra en la figura superior. la imagen del medio
presenta una distribución de temperatura en régimen permanente y la inferior muestra en rojo
los lugares donde las tensiones superan el límite elástico.
Búsqueda de tensiones térmicas en una tubería flexible
Supongamos que una tubería corrugada, aunque puede deformarse, está sujeta
a diferentes temperaturas en sus dos extremos. Esto puede apreciarse en el
campo de temperatura en la Figura 26. Lo que interesa es saber si desarrollará
tensiones térmicas debido a estas diferencias.
Con la utilización de las temperaturas resultantes en un análisis estático,
el software calcula el efecto puro de la temperatura no uniforme en ausencia
de cargas o apoyos estructurales. La Figura 26 muestra en rojo los lugares
donde la tensión excede el límite elástico del material de la tubería.
Análisis térmico 14

15. Si lo desea, puede aplicar una carga estructural a la tubería (Figura 27) para
calcular el efecto combinado de las tensiones térmicas y estructurales.
Figura 26: Debido a un campo de temperatura no uniforme, la tubería desarrolla tensiones
térmicas que exceden el límite elástico de su material.
Figura 27: Una tubería corrugada de aluminio sujeta a una carga de tracción (arriba), además de
tensiones térmicas, desarrolla tensiones estructurales y térmicas combinadas (abajo).
Protección contra el sobrecalentamiento de una placa de circuitos
La temperatura óptima de una placa de circuitos electrónica, como la que se
muestra en la Figura 28, es 700 °C y no debe exceder los 1200 °C. Para evitar
que se sobrecaliente, un controlador corta la alimentación eléctrica cuando
la temperatura del microchip excede los 1200 °C y vuelve a conectarla cuando
la temperatura es inferior a los 700 °C. Sin embargo, debido a la inercia térmica,
la temperatura del microchip aún puede exceder los 1200 °C.
Figura 28: Un controlador protege una placa de circuitos electrónicos contra el sobrecalentamiento.
Análisis térmico 15

16. La investigación del intervalo de fluctuaciones de la temperatura conlleva la
realización de un análisis térmico en régimen transitorio con la energía térmica
controlada por un termostato. Esto es similar al ejemplo de la cafetera de la
Figura 19. Una vez que se han definido las propiedades del material, los coeficientes
de convección, la temperatura inicial y la energía térmica, se realiza el análisis por
un período de 300 segundos. Las fluctuaciones en la temperatura del microchip
se muestran en la Figura 29.
Figura 29: La temperatura del microchip fluctúa cuando la alimentación eléctrica se enciende
y se apaga. debido a la inercia térmica, el valor excede el máximo permitido, que es 120 °C.
Los resultados del análisis térmico en régimen transitorio indican claramente
que la temperatura para que el controlador corte la alimentación eléctrica debe
descender por debajo de 120 °C para compensar la inercia térmica del sistema.
La configuración deseada puede encontrarse fácilmente en las siguientes dos
a tres iteraciones.
Análisis de deformación de un alojamiento de rodamientos compuesto
Un alojamiento de rodamientos compuesto está sometido a una temperatura
elevada debido a la fricción en los rodamientos. También se encuentra sujeto
a las cargas de reacción de los rodamientos. El desafío consiste en encontrar
la deformación de los taladros donde se colocan los rodamientos (Figura 30,
arriba), para asegurarse de que los rodamientos no aflojen la conexión a presión
de retención. Esto requiere una combinación de análisis térmicos y estáticos
en régimen permanente. El primer paso consiste en buscar la temperatura
en el alojamiento de los rodamientos (Figura 30, abajo).
Figura 30: El alojamiento de rodamientos (arriba) se encuentra sujeto a un campo
de temperatura no uniforme debido al calor generado en los rodamientos (abajo).
Análisis térmico 16

17. Según estos resultados, se realiza un análisis estático para calcular la deformación
provocada por el efecto combinado de las deformaciones térmicas y la carga
estructural. La Figura 31 muestra los componentes del desplazamiento radial
de ambos taladros.
Figura 31: Componentes de desplazamiento radial correspondientes a la deformación de las
aristas en el alojamiento de rodamientos.
Conclusión
Debe analizar el rendimiento térmico de todo aparato eléctrico, a fin de evitar un
potencial sobrecalentamiento peligroso.
El software de validación del diseño correspondiente al análisis térmico y utilizado
en el proceso de diseño de productos debe tener la capacidad de modelar el flujo
de calor por conducción, convección y radiación. También debe modelar el efecto
de una capa de resistencia térmica, efectos térmicos que dependen del tiempo
(calefacción o refrigeración), propiedades del material que dependen de la
temperatura, energía térmica, coeficientes de convección y otras condiciones
de contorno.
Puesto que los nuevos productos se diseñan universalmente en CAD, cualquier
software de validación utilizado como una herramienta de diseño debe ser un
modelador sólido basado en operaciones, paramétrico y completamente asociativo
que pueda crear toda la geometría y moverse entre representaciones de diseño
y de análisis del modelo, manteniendo las geometrías vinculadas.
SolidWorks Simulation cumple con todos los requisitos anteriores en un
sistema de simulación avanzado que combina la facilidad de uso con una alta
potencia informática.
SolidWorks es una marca comercial registrada de Dassault Systèmes SolidWorks Corp. Los demás nombres de compañías y de productos son marcas comerciales
o marcas comerciales registradas de sus respectivos propietarios. ©2011 Dassault Systèmes. Todos los derechos reservados. MKTHERMWPESP0111
Oficinas Corporativas
Dassault Systèmes
SolidWorks Corp.
300 Baker Avenue
Concord, MA 01742 USA
Teléfono: +1-978-371-5011
Email: info@solidworks.com
Oficinas centrales Europa
Teléfono: +33-(0)4-13-10-80-20
Email: infoeurope@solidworks.com
Oficinas en España
Teléfono: +34-902-147-741
Email: infospain@solidworks.com