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Es como su nombre dice, una manera de realizar cálculos de ingeniería. Consiste, básicamente en dividir un problema en partes muy pequeñas. Imagine una escultura de tamaño real, construida de bloques de LEGO©.

Creado por Nathan Sawaya.

Si las piezas son suficientemente pequeñas, podemos conseguir casi cualquier forma, a partir de estos bloques. Naturalmente, cuanto más pequeñas sean estas piezas, mas piezas necesitaremos.

Precisamente, el nombre del método proviene de la cantidad. Si elegimos un tamaño de bloque determinado, siempre podremos encontrar una cantidad de piezas necesarias. Es decir, una cantidad “finita” (no infinita) de bloques, que den forma a nuestro problema mayor.

Este método también llamado “método de elementos finitos (MEF)”, o FEM por sus siglas en inglés. Se le conoce también como FEA (Finite Element Analysis)

¿Para que sirve el análisis por elementos finitos?

El resultado del análisis, se muestra generalmente en gráficas, junto a una escala en colores. Cada color representa un valor numérico. El color en si mismo, no significa mucho. Lo importante es el valor al que representa. Muchos piensan en “rojo=malas noticias”, ésto no es necesariamente así.

Análisis MEF de chute.

Existen diferentes resultados (gráficas) posibles. La más conocida de todas, es sin duda la gráfica de “Esfuerzos”. Para decirlo de manera muy simple [perdón a los ingenieros], el “esfuerzo” nos indica qué tanto estamos “exigiendo” a una pieza. Esto es importante, porque sabemos exactamente, el nivel máximo de “exigencia” de cada material que estamos empleando.

Imaginemos una excavadora. Las zonas en rojo, representan niveles altos de esfuerzo. Esto no es un problema, dado que esos valores están dentro, de lo que se puede exigir al acero. Ahora imaginemos [perdón nuevamente a los colegas] que quisiéramos fabricar la misma excavadora, pero de… “plástico”. Eso si sería un problema, dado que el esfuerzo que deben soportar las piezas, esta muy por encima de lo que se puede exigir al plástico.

Esto es de manera muy (realmente muy) simplificada, como se interpretan (parte) de estos resultados.

Análisis MEF de excavadora.

Lo explicado hasta aquí, es el principio detrás del método. Naturalmente, existen muchas consideraciones matemáticas detrás de éste método, que nos reservaremos para otros post. Lo que si mencionaremos, es que éste método de cálculo – y el software que trabaja bajo éste método – ha permitido en las últimas décadas, un gran desarrollo en diferentes industrias, desde el diseño de productos hasta la industria automotriz y aeroespacial.

Análisis MEF de pieza individual.

Análisis MEF de grandes ensambles.

Hablemos de ventajas

• Una de las grandes ventajas, es lo relativamente práctico que resulta resolver problemas que antes eran inmanejables. Sobre todo, por el desarrollo exponencial de las capacidades de cómputo, que hacen que hoy en día, pueda ejecutarse cálculos en una laptop, que hace unos años requerían enormes “super” computadoras. Esto permite probar más variantes de diseño rápidamente, obteniendo así, mejores diseños.
• Otra ventaja, es la económica. Realizar cálculos de éste tipo, para desarrollar productos nuevos, reduce la necesidad de crear prototipos, normalmente costosos.
• Lo que reduce también el tiempo de salida al mercado de dichos productos. Lo que representa una importante ventaja competitiva.

También hay desventajas

• Aunque recientemente, hay una fuerte tendencia a hacer los software de este tipo mas “amigables”, aún es necesario que el usuario tenga profundos conocimientos de mecánica de materiales, métodos numéricos, modelado 3D y una background importante en el área en que realizará el cálculo. Es decir, no solo un ingeniero, sino uno que tenga conocimiento y experiencia en éstos cálculos, para realizarlos e interpretar los resultados correctamente.
• Otro factor importante, que dependerá de la complejidad del problema a analizar. En algunos tipos de análisis, pueden requerirse grandes recursos de cómputo. Es decir, es posible que deba usar grandes cantidades de memoria RAM o potentes procesadores, que aunque están disponibles actualmente, generan un costo de inversión en hardware, que puede ser importante.
• Un aspecto final, es el costo de las licencias del software de análisis MEF. Dependiendo de el software que se necesite, las licencias pueden llegar a rondar varios miles (o decenas de miles) de dolares. Es definitivamente, un factor a tomar en cuenta.

Conclusión

El cálculo por elementos finitos , es un método muy práctico y potente para realizar cálculos de ingeniería. Requiere profesionales con conocimientos profundos y software especializado. Es una fuente importante de ventaja competitiva, al producir mejores diseños en menor tiempo.

Webinar: Análisis por elementos finitos FEM, CFD, DEM. Software opensource para uso profesional.

Para conocer más acerca de los diferentes software para realizar análisis por el método de elementos finitos, lo invitamos a ver la grabación de nuestro webinar:

Puede descargar las diapositivas de este evento, en el siguiente enlace.