Introducción/Objetivos

COMSOL Multiphysics® [2] ofrece un gran potencial para la modelización y simulación de sistemas basados en hidrógeno. Un excelente ejemplo es el estudio titulado “Investigation into hydrogen induced fracture of cable bolts under deep stress corrosion coupling conditions” [1] y publicado en la revista Tunnelling and Underground Space Technology de la Editorial Elsevier. En este trabajo se utiliza COMSOL Multiphysics® para modelizar la difusión de hidrógeno e investigar la fractura inducida en materiales sometidos a condiciones de estrés y corrosión.

Modelización/Simulación

Los autores implementaron en COMSOL Multiphysics® ecuaciones de transporte y mecánica de sólidos para modelizar las deformaciones relacionadas con la expansión del hidrógeno en la red cristalina del acero. El modelo se desarrolló de forma consistente con los resultados experimentales obtenidos empleando muestras de cable como las que se muestra en la Figura 1.


Figura 1. Muestras de cable: (a) vista estereoscópica, (b) vista en sección (alambre central R1 = 2.95 mm, alambre helicoidal R2 = 1.6 mm, alambre helicoidal R3 = 2.95 mm).

Resultados/Conclusiones

La Figura 2 muestra la distribución de la concentración de hidrógeno difundido en las muestras con y sin esfuerzo después de 3 horas. Los resultados de la simulación revelaron que el flujo de difusión del hidrógeno está altamente correlacionado con los gradientes de estrés. En áreas de alta concentración de estrés, el hidrógeno tendía a acumularse, debilitando la estructura del material y promoviendo el inicio de fracturas. La expansión inducida por el hidrógeno también contribuyó significativamente a las tensiones internas, reduciendo la cohesión del material cerca de las puntas de grietas.

Los resultados obtenidos a partir de las simulaciones numéricas llevadas a cabo en COMSOL Multiphysics® fueron coherentes con las observaciones experimentales, demostrando el enorme potencial para prevenir fallos estructurales cuando los materiales se exponen a hidrógeno.


Figura 2. Distribución de hidrógeno: a) distribución de esfuerzo de Von Mises (MPa), b) bajo esfuerzo, y c) sin esfuerzo.

Referencias

[1] Wu et al. Investigation into hydrogen induced fracture of cable bolts under deep stress corrosion coupling conditions. Tunnelling and Underground Space Technology, 2024, 147, 105729.

Los programas de estudios ambientales atraen a una amplia gama de estudiantes, desde aquellos que se centran en las ciencias y utilizan las matemáticas todos los días hasta aquellos con antecedentes en humanidades que pueden haber hecho muy poco matemáticas en los últimos años. Esta disparidad puede causar serios desafíos para los estudiantes y sus instructores. Para abordar este problema, el Dr. Robert Alexander, profesor del departamento de Estudios Ambientales en Kenyon College y codirector del departamento de Estudios Ambientales, enseña un curso de segundo año en Análisis Ambiental Aplicado. El objetivo de este curso es brindarles a los estudiantes con antecedentes matemáticos más débiles o menos recientes la preparación que necesitan para manejar sus cursos de años superiores, al mismo tiempo que les brinda a todos los estudiantes práctica en la resolución de problemas del mundo real utilizando modelos cuantitativos. Alexander considera que Maple Flow es una herramienta de cálculo ideal para este curso.

Él quiere que sus alumnos comprendan que, cuando trabajan en un problema cuantitativo, deben pensar en algo más que en el cálculo en bruto. Deben tener en cuenta las unidades, validar el resultado para asegurarse de que tenga sentido y documentarlo todo. También quiere que aprendan que, a veces, una estimación razonable es suficiente para darles la información que necesitan, cómo obtener dichas estimaciones y cómo mejorar el resultado cuando sea necesario. “Maple Flow me proporciona exactamente el entorno que necesito para lograr mis objetivos para este curso”, afirma Alexander. “No solo los cálculos son fáciles de realizar, refinar y actualizar, sino que el soporte de unidades integrado y el entorno similar al papel permiten y alientan a los estudiantes a ampliar su enfoque más allá de los cálculos y pensar realmente en lo que están haciendo, lo que significa y cómo comunicarlo”.

La comunicación es clave

Alexander enfatiza a sus estudiantes que no es suficiente llegar a una cifra final. La comunicación del proceso es extremadamente importante. “Utilizo Maple Flow en este curso porque puedo combinar cálculos y texto en el mismo documento con extrema facilidad, exactamente de la forma en que quiero que aparezcan. Les digo a mis estudiantes que su objetivo es producir un documento que pueda ser entregado a otra persona, y esa persona comprenderá inmediatamente cuál es el problema y exactamente cómo se resolvió. El entorno de Maple Flow hace que esto sea fácil de lograr”.

Al principio del curso, los estudiantes a veces sienten que los cálculos son demasiado simples como para requerir documentación. Pero al final del curso, los estudiantes han aprendido el valor de un modelo bien comunicado, especialmente cuando abordan tareas basadas en trabajos anteriores. Cuanto mejor sea su documento original de Maple Flow, más fácil será la nueva tarea.


Los estudiantes usan Maple Flow para explorar preguntas como ¿Qué tan grande era el asteroide que mató a los dinosaurios?1 y ¿Son los osos verdaderos hibernadores?2 con el fin de desarrollar habilidades de modelado cuantitativo.

“Creo que Maple Flow añade mucho valor, no solo para la ingeniería, sino también para programas como estudios ambientales, psicología, sociología y economía”.
Asequibilidad

Alexander solía utilizar una versión antigua de Mathcad® en este curso, pero con el tiempo dejó de funcionar en sistemas operativos más recientes. “Mi escuela simplemente no podía permitirse una licencia para la versión actual de Mathcad. Maplesoft ofrecía precios mucho más flexibles que se adaptaban mejor a nuestras necesidades”.

Alexander está entusiasmado con las posibilidades de utilizar un producto como Maple Flow en otros campos que utilizan cálculos. “Creo que Maple Flow aporta mucho valor, no solo para la ingeniería, sino también para programas como estudios ambientales, psicología, sociología y economía”.

1 Problem from Harte, John. Consider a Spherical Cow: A Course in Environmental Problem Solving. University Science Books. 1988. ISBN: 0-935702-58-x

2 Problem from Harte John. Consider a Cylindrical Cow: More Adventures in Environmental Problem Solving. University Science Books. 2001. ISBN: 1-891389-17-3

Por Stacey McDaniel.

Todo el mundo hace un seguimiento de las métricas. Si una métrica es lo suficientemente importante como para medirla, es importante encontrar formas de mejorarla. ¿Qué sucede si no se obtiene el NPS (Net Promoter Score) que se busca? La próxima vez, considere el análisis de causa raíz (RCA), una metodología que le ayuda a comprender las razones y los impulsores de nuestras métricas clave y cómo mejorarlas. Se trata de encontrar, comprender y solucionar los problemas recurrentes que hacen que sus clientes se sientan insatisfechos. Cuando se pueda abordar la situación de manera proactiva antes de que se vuelva problemática, eso cambia las reglas del juego.

Elementos del software de análisis de causa raíz

La realización de un análisis de causa raíz implica diferentes métodos y herramientas, pero en general sigue un proceso similar. Para comenzar, se debe definir el problema y su impacto en el servicio al cliente. Luego, deben recopilarse datos y evidencias relacionados con el problema, como comentarios de los clientes, métricas, registros, etc. Una vez que se tenga los datos, puede utilizarse el análisis de datos para investigar las posibles causas y sus relaciones. Para garantizar la precisión, verifique las causas fundamentales probando hipótesis y eliminando alternativas.

La necesidad de mejorar continuamente

Siempre hay margen de mejora, incluso en las empresas más exitosas. Los clientes inteligentes de hoy pueden darse cuenta de si usted está comprometido con su satisfacción o no. A continuación, se ofrece un esquema general de cómo comenzar el proceso de análisis de causa raíz.

  1. Definir el problema
  2. Pregunte por qué. ¿Por qué los clientes están insatisfechos? ¿Por qué el NPS es más bajo de lo esperado? Estas preguntas suelen generar más preguntas, de ahí la herramienta de los 5 por qués que se menciona a continuación.
  3. Recopilar datos para identificar los problemas clave que explican por qué una métrica no está donde se desea que esté
  4. Reúna al equipo del proyecto y a las partes interesadas apropiadas para una sesión de lluvia de ideas.
  5. Dependiendo de la naturaleza del problema que haya descubierto, implemente soluciones para abordar las causas fundamentales e, idealmente, prevenirlas en el futuro.
  6. Monitorear para controlar la efectividad de las medidas adoptadas y ajustarlas según sea necesario (herramienta adicional: los gráficos de control son eficaces para monitorear métricas clave a lo largo del tiempo)
3 herramientas de análisis de causa raíz que conviene tener en cuenta
  1. Diagrama de Pareto:

    Utilice el diagrama de Pareto para identificar los defectos más frecuentes, las causas más comunes de defectos o las causas más frecuentes de quejas de los clientes. Los diagramas de Pareto pueden ayudar a centrar los esfuerzos de mejora en las áreas en las que se pueden lograr mayores avances. Una hoja de trabajo con diagrama de Pareto responde a las siguientes preguntas.

    • ¿Qué defectos ocurren con mayor frecuencia?
    • ¿Qué defectos tienen el costo más alto o generan el mayor costo de mala calidad (COPQ)?
    • ¿Qué entradas causan más o menos defectos?
  2. Diagrama de espina de pescado:

    Utilice un diagrama de espina de pescado (también conocido como diagrama de caso y efecto) para organizar la información de una lluvia de ideas sobre las posibles causas de un problema. Desarrollar un diagrama de espina de pescado con su equipo puede ayudarlo a comparar la importancia relativa de las diferentes causas.

    • Reúna al equipo del proyecto y a las partes interesadas apropiadas para una sesión de lluvia de ideas.
    • Para cada categoría, enumere todas las posibles causas o entradas de proceso. Puede crear categorías secundarias para las categorías principales y luego enumerar las causas o entradas de proceso en las categorías secundarias. Si las categorías estándar de las causas no son adecuadas para el problema, cree otras nuevas. Los diagramas de espina de pescado pueden incluir cualquier tipo de causa que desee investigar.
    • Identificar las causas más importantes
  3. Cinco por qués:

    Utilice el formulario de los cinco por qués para determinar la causa raíz de un problema repitiendo la pregunta "¿Por qué?".

    Los cinco por qués responden las siguientes preguntas.

    • ¿Cuál es la causa raíz del problema?
    • ¿Cuáles son las relaciones entre las diferentes causas fundamentales?
    • ¿Cómo podemos evitar que el problema vuelva a ocurrir?


    Cómo hacerlo:

    1. Identificar el problema específico.
    2. Pregunte por qué ocurre el problema.
    3. Responda la primera pregunta de por qué. Si la respuesta no es la causa raíz, entonces pregunte por qué ocurre esta causa.
    4. Repita este proceso para cada causa hasta que haya identificado la causa raíz real. La causa raíz real siempre debe indicar un proceso que no funciona bien o que no existe.
    5. Tome acción sobre la respuesta al por qué final, o la causa raíz real.

    No es necesario que haya cinco “por qué”, pero por lo general son suficientes. Cada problema es diferente, por lo que algunos pueden requerir más “por qué”, mientras que otros pueden requerir menos.

El resultado

Una vez que haya identificado las áreas en las que puede brindar un mejor servicio a sus clientes, es momento de actuar y corregir esos errores. A medida que realiza mejoras, es una buena idea recopilar constantemente los comentarios de los clientes para contar con los datos que necesitará para seguir mejorando y comprender las necesidades de sus clientes.

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Introducción

Una de las grandes novedades de la última actualización de COMSOL Multiphysics® 6.3 es el Módulo de Descargas Eléctricas [1], una herramienta avanzada diseñada para modelización y analizar fenómenos relacionados con arcos eléctricos, plasmas, descargas de corona y otros procesos complejos en aplicaciones industriales y científicas.

¿Qué se puede modelizar con este nuevo módulo de descargas eléctricas?

El nuevo Módulo de Descargas Eléctricas permite modelizar los siguientes fenómenos físicos [2]:

  1. Descargas eléctricas filamentarias en gases o líquidos dieléctricos, considerando el efecto de ionización.
  2. Descargas de corona positivas con efecto luminoso, por ejemplo, en configuraciones de electrodos cilíndricos concéntricos.
  3. Pulsos de Trichel producidos por descargas de corona negativas.
  4. Descargas en barreras dieléctricas, en la interfase de un gas y un sólido dieléctrico.
  5. Descargas electrostáticas (electrostatic discharges, ESD) que se producen, por ejemplo, en el contacto de la piel de una persona con un metal.
  6. Sólidos dieléctricos, con modelo de transporte de carga bipolar.
  7. Arcos eléctricos, en continua o arco transitorio mediante un enfoque magneto-hidrodinámico.
  8. Voltaje inducido por rayos, para estudiar el impacto en líneas de transmisión, aviones o parques eólicos.

La Figura 1 resume de forma gráfica los distintos fenómenos físicos que se pueden modelizar y simular con el módulo de descargas eléctricas.


Figura 1. Ejemplos de fenómenos físicos que se pueden modelizar y simular mediante el nuevo módulo de Descargas Eléctricas de COMSOL Multiphysics®.

Ventajas principales

Este nuevo módulo es intuitivo y accesible, convirtiéndose en una herramienta de gran utilidad para el desarrollo de productos, permitiendo realizar trabajos de simulación detallados que contribuyan a reducir los costes económicos asociados con pruebas experimentales y prototipos. Además, es posible integrar Módulo de Descargas Eléctricas con otros productos de COMSOL Multiphysics® ya incluidos en las versiones previas del programa, como electromagnetismo, mecánica estructural y dinámica de fluidos, transferencia de calor, entre muchos otros, lo que permite a los usuarios abordar problemas de multifísica en los que hay presentes fenómenos de descargas eléctricas.

Si trabajas en áreas donde los fenómenos de descargas eléctricas están presentes este nuevo módulo de Descargas Eléctricas incluido en la versión 6.3 de COMSOL Multiphysics® se convertirá en una herramienta con un enorme potencial para desarrollar con éxito tus proyectos.

Referencias

[1] Electric discharge module
[2] COMSOL Multiphysics® 6.3, 2024. https://www.comsol.com/release/6.3/electric-discharge-module

Por Shawn Shapiro.

Las agencias gubernamentales enfrentan una enorme presión para mejorar las operaciones, reducir los costos y garantizar la prestación de servicios de alta calidad a los ciudadanos. Las metodologías Six Sigma, combinadas con las potentes herramientas de Minitab, permiten a las organizaciones gubernamentales enfrentar estos desafíos con confianza. Al optimizar los procesos, reducir el desperdicio y mejorar la toma de decisiones, los equipos gubernamentales pueden brindar servicios que realmente generen un impacto.

Cómo Six Sigma mejora las operaciones gubernamentales

1. Mejorar la calidad de los servicios públicos
Mantener altos estándares en áreas como la atención médica, la seguridad social y la seguridad pública es esencial para las agencias gubernamentales. Las herramientas principales de Six Sigma, como el control estadístico de procesos (CEP) y el diseño de experimentos (DOE), tienen como objetivo mejorar la calidad mediante la reducción de la variabilidad y los defectos. Estas herramientas, disponibles en Minitab, ayudan a optimizar los procesos para garantizar la coherencia y la excelencia.

  • Ejemplo: en el ámbito de la atención médica, agencias como Asuntos de Veteranos han utilizado soluciones de Minitab para realizar un seguimiento de las métricas de atención al paciente, reduciendo los tiempos de espera para las citas en un 25 % y garantizando resultados de tratamiento consistentes.

2. Reducir el centro de la ciudad en servicios críticos
Los tiempos de inactividad no planificados pueden interrumpir servicios esenciales como los sistemas de TI o las operaciones de respuesta a emergencias. Las metodologías Six Sigma, que incluyen el análisis de modos de falla y efectos (FMEA) y el análisis de causa raíz (RCA), permiten a las agencias identificar vulnerabilidades e implementar soluciones para mantener la continuidad operativa.

  • Ejemplo: Un departamento de transporte federal utilizó el RCA para descubrir las causas de las frecuentes interrupciones del sistema de transporte público. Al abordar estos problemas de raíz, redujeron las interrupciones y mejoraron la confiabilidad para los pasajeros.

3. Empoderar a los empleados con capacitación y colaboración
Six Sigma pone énfasis en empoderar a los equipos a través de programas de capacitación como las certificaciones Green Belt y Black Belt. Estos programas brindan a los empleados las herramientas que necesitan para abordar las ineficiencias e impulsar mejoras.

  • Ejemplo: En un laboratorio de investigación federal, los empleados capacitados en Six Sigma utilizaron Minitab para identificar y resolver cuellos de botella en los flujos de trabajo de procesamiento de subvenciones, reduciendo las demoras en un 30%.

4. eliminar el desperdicio para ahorrar costes
Al integrar los principios Lean en Six Sigma, las agencias pueden identificar y eliminar pasos que no agregan valor en sus procesos. Herramientas como Value Stream Mapping (VSM) y 5S, respaldadas por Minitab, desempeñan un papel crucial en la optimización de las operaciones.

  • Ejemplo: Las agencias de protección ambiental utilizaron VSM para optimizar los procesos de recopilación de datos y presentación de informes, ahorrando miles de horas de mano de obra al año.
  • Ejemplo: Un equipo de logística del gobierno aplicó los principios 5S para reorganizar las operaciones del almacén, reduciendo los costos de almacenamiento en un 20% y acelerando los tiempos de recuperación de inventario.

5. optimizar la gestión de la cadena de suministro
Six Sigma puede optimizar los procesos de la cadena de suministro al reducir los plazos de entrega, mejorar la gestión de inventarios y aumentar la calidad de los proveedores. En las agencias gubernamentales, esto puede aplicarse a la adquisición de bienes y servicios, lo que garantiza la entrega oportuna y reduce los costos. Con el proceso DMAIC de Six Sigma , las agencias pueden reducir los plazos de entrega, mejorar la calidad de los proveedores y mejorar la eficiencia general de la cadena de suministro.

  • Ejemplo: El Departamento de Defensa utilizó DMAIC con Minitab para mejorar la visibilidad de la cadena de suministro, garantizando la entrega oportuna de materiales críticos para la preparación de la misión.
  • Ejemplo: El Laboratorio de Investigación del USDA optimizó su sistema de gestión de inventario, reduciendo costos y garantizando que los suministros esenciales siempre estuvieran disponibles para las actividades de investigación.
Ofreciendo excelencia con Minitab y Six Sigma

Las agencias gubernamentales pueden lograr resultados transformadores mediante la integración de las metodologías Six Sigma y las herramientas confiables de Minitab. Ya sea que se trate de mejorar los servicios públicos, reducir el desperdicio u optimizar las cadenas de suministro, Minitab permite a los equipos gubernamentales mejorar la eficiencia y generar un impacto duradero.

En informaciones pasadas ya comentamos que el Administrador de la EPA de EE.UU. firmó la norma final que actualiza el Apéndice W de la Parte 51 del Título 40 del CFR: la Guía sobre modelos de calidad del aire. Esta norma final revisó la formulación científica del sistema de modelado AERMOD.

La norma final se publicó en el Registro Federal (89 FR 95034) el 29 de noviembre de 2024. El texto completo de la versión publicada está disponible en línea y en formato PDF. Con esta publicación, la fecha de entrada en vigor de la norma es el 28 de enero de 2025. También hay un período de transición de 1 año hasta el 29 de noviembre de 2025, durante el cual los protocolos de modelado basados ​​en la versión de 2017 de la Guía pueden ser aprobados a discreción de la autoridad de revisión correspondiente.

Los detalles técnicos completos sobre la Norma Final del Apéndice W de 2024 están disponibles en la página web de la EPA de EE.UU. en https://www.epa.gov/scram/2024-appendix-w-final-rule. Recomendamos a los modeladores que revisen la información para comprender completamente las opciones y capacidades técnicas de AERMOD.