Empleo de la modelación por elemento finito (MEF) en la solución de problemas ingenieriles

El empleo de la simulación tienen una larga trayectoria en la capacitación de aptitudes prácticas y su popularidad se incrementa cada día más. Situaciones concretas son reproducidas en un contexto "Real Virtual" bajo condiciones de pruebas y permiten experimentar y solventar problemas de una manera más segura, más sencilla, más rápida y en muchas ocasiones hasta más económicas que en la vida real, porque se evita el gasto en materiales y el peligro al que puedan estar sometidas el ser humano. Hoy en día los programas de simulaciones permiten desde simulaciones de aviación hasta simulaciones de operaciones corporales, el futuro de este campo es sin duda muy prometedor.

¿Por qué se prefiere hoy en día cambiar el mundo real por versiones simuladas del mismo?

1.- Seguridad: El mundo Real puede ser peligroso, sobre todo, si se pretenden hacer pruebas de ensayo y error en la práctica sin tener idea de lo que pudiera ocurrir.

2.- La simplicidad, facilidad y disminución del tiempo: En ocasiones hay que dedicar largo tiempo a organizar y realizar ciertos experimentos y además a veces no son tan claros ya que hay que manejar demasiadas variables, es por ello que las simulaciones pueden ser una manera conveniente y convincente de sintetizar el mundo real.

3.- Economía: Las simulaciones pueden ser menos costosas que aprender en el mundo real, especialmente ahora, cuando las computadoras son cada vez más baratas en comparación con el costo de laboratorios o implementos, tales como: el metal, componentes electrónicos, electrodos de soldadura, etc. [1]

Unas de las primeras simulaciones que surgieron como ejemplo de la vida real fueron las simulaciones de los vuelos, para el entrenamiento de pilotos de aviación en 1929. Así las simulaciones les ofrecen a los pilotos la oportunidad de aprender las reacciones adecuadas en condiciones más seguras. Hoy en día se simula hasta los accidentes de aviones ocurridos con el fin de obtener la causa que lo produjo, para así evitar cometer el mismo error siempre que sea posible. Otro ejemplo de simulaciones es las maquinas de CNC, Control Numérico Computarizado, en el cual el estudiante o aprendiz primero se familiariza digamos, con un torno programado a través de una computadora, acelerando primero la capacitación, bajando los costos y evitando indeseables accidentes, para después una vez entrenado, pasar a la producción con mayor seguridad.

El uso de simuladores en la salud ofrece caminos promisorios, hay programas que simulan hasta un paciente enfermo en condiciones críticas, se dan los signos vitales y se aplica un tratamiento para ver como reaccionaría el paciente virtual ante el mismo, para luego aplicarlo con mayor seguridad al ser humano. Aquí en este sector se simulan hasta las operaciones del corazón, en el cual se tienen en cuenta hasta el flujo sanguíneo, etc. Otro sector de simulación en la actualidad, es la simulación de laboratorios en la enseñanza universitaria, donde el profesor o instructor puede mostrar a los estudiantes lo que puede ocurrir realmente en la vida real a través de los fallos que pueden tener lugar, sin llegar a ocasionar gasto de material, por ejemplo en los circuitos eléctricos, después que el estudiante comprenda el circuito, el profesor puede introducir fallas en el mismo y el estudiante detectar el problema, recreando un ambiente de capacitación con el tipo de situación que puede ocurrir en la vida real, evitando incluso posibles accidentes. Una forma menos común de simulaciones son aquellas que enseñan destrezas manuales sin incurrir en gastos de materiales, como por ejemplo en la soldadura manual por arco eléctrico, que requiere de un pulso firme para mantener el electrodo a una distancia constante de las parte soldadas, al mismo tiempo que la mano debe moverse a una velocidad constante, esta operación requiere cientos de horas en las que se gastan costosos electrodos. Otro campo también es en la meteorología con el fin de predecir el estado del tiempo, también existen programas de simulación que pueden predecir bajo ciertas condiciones los sismos, terremotos, etc. [ 1 ] [5 ].

DESARROLLO:

Métodos de simulación en la Ingeniería

Existen diversos programas de simulación, entre los más usados se encuentran: los Métodos de Elementos Finitos, Métodos de Diferencias Finitas, Método de Contornos, pero los que con mayor frecuencia se encuentran para la simulación de casos reales en la Ingeniería Mecánica están los Métodos de Elementos Finitos, muy comúnmente llamados por sus siglas: MEF.