Un documento de maple combina matemáticas, texto, imágenes y gráficos en vivo en un solo documento. De hecho, Maple captura las suposiciones inherentes y el proceso de pensamiento detrás de un análisis, así como los cálculos.
Maple ofrece herramientas prácticas de alto nivel para matemáticas numéricas y simbólicas, análisis de datos y programación. Estas herramientas están diseñadas para problemas de ingeniería tanto simples como complejos.
Los motores matemáticos simbólicos y numéricos están perfectamente conectados; Los parámetros, ecuaciones y cálculos pueden fluir con naturalidad entre los dos. Esto significa que se las ecuaciones se pueden derivar y evaluar numéricamente en un sencillo y cohesivo flujo de trabajo.
Además, el lenguaje de programación de Maple se beneficia de un entorno de desarrollo interactivo y puede utilizar cualquier herramienta matemática de alto nivel de Maple.
Prácticamente todas las cantidades con las que se encuentra un ingeniero mecánicos, ya sea la fuerza, temperatura o velocidad, tienen una unidad. Las unidades se integran fluidamente en Maple y se pueden utilizar en cálculos simples, así como en la resolución, optimización y visualización de ecuaciones numéricas.

El uso de unidades en los cálculos elmina el riesgo de introducir errores de conversión de unidades y también actúa como control de la validez física de las ecuaciones.
Maple contiene datos temofísicos y temoquímicos precisos, determinados experimentalmente, para fluidos puros, mezclas de fluidos y sólidos. Los ingenieros utilizan Maple para analizar ciclos de refrigeración, diseñar intercambiadores de calor, combustión y cohetes, análisis psicométricos y sistemas de secado.

Dado que Maple hace que las mátemáticas de ingeniería sean lo suficientemente simples para obtener resultados rápidos, no sorprende que muchos ingenieros mecánicos utilicen Maple. Veamos ahora qué hacen con Maple y conozcamos 5 aplicaciones de software matemático para ingenieros mecánicos.
Análisis estático de cerchas y pórticos.Los análisis de pórticos y cerchas implican aplicar los conceptos de equilibrio estático a un sistema. El resultado son ecuaciones que describen las fuerzas en un sistema. El marco teórico involucra conceptos como la condición de equilibrio estático (es decir, la suma de las fuerzas y momentos en un punto son cero), el método de los nodos y el método de las secciones. Estos conceptos dan como resultado ecuaciones que deben derivarse metódicamente y equilibrarse dimensionalmente. Esto requiere notación matemática natural, documentación rica y el uso de unidades. Las unidades, en particular, actúan como control de la validez física de las ecuaciones. Maple satisface estos requisitos con documentos matemáticamente vivos que también pueden incluir imágenes y texto para ayudar a una mayor comprensión. Estos documentos son auditables y son una alternativa superior a los cálculos manuales en papel u hojas de cálculo. |
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Maple es el entorno ideal para el análisis cinemático basado en ecuaciones de dispositivos mecánicos.


Puede utilizarse Maple para calcular los flujos de calor alrededor de un ciclo termodinámico, como los ciclos de refrigeración por compresión de vapor, los ciclos de Rankine, los ciclos de Brayton y más. Incluso puede optimizarse el sistema para maximizar el coeficiente de rendimiento.
Algunos usuarios emplean Maple para realizar ciclos orgánicos de Rankine; estos se utilizan a menudo para recuperar calor de baja calidad de, por ejemplo, los escapes de fábrica.
Además, otros ingenieros mecánicos utilizan Maple para el diseño de turbinas de vapor.
Estas aplicaciones utilizan las herramientas de Maple para las propiedades termodinámicas y de transporte de fluidos. Esta característica tiene en cuenta las unidades: las entalpías, las densidades y otras propiedades tienen las unidades adecuadas.

Esto significa que ya no se tendrá que depender de gráficos impresos o tablas de búsqueda para obtener datos fluidos.
Con esta característica que respalda el trabajo, pueden calcularse y optimizar los flujos de calor alrededor de un ciclo termodinámico. Las aplicaciones también se pueden implementar libre de derechos de autor con Maple Player.

Los ingenieros mecánicos resuelven periódicamente problemas de flujo de fluidos. Podrían estar calculando las caídas de presión y los caudales en redes de tuberías, o examinando las tensiones y las ganancias de calor causadas por la compresión del aceite en un cilindro hidráulico.
Estas aplicaciones involucran conceptos como la Ley de Bernoulli, factores de fricción (por ejemplo, la ecuación de Colebrook) y las propiedades de transporte de líquidos.
Estas aplicaciones a menudo requieren

Los ingenieros mecánicos están a la vanguardia del diseño de sistemas robóticos, desde el diseño geométrico y mecánico hasta la escritura de controles y software de sistemas.
Maple ayuda a desarrollar las matrices de transformación de Denavit & Hartenberg que describen el movimiento de un sistema de brazo robótico de múltiples grados de libertad. Puede utilizarse y luego calcular el movimiento de cada articulación utilizando los resolvedores numéricos y simbólicos de Maple. Los resolvedores simbólicos pueden incluso permitirle derivar ecuaciones simbólicas para describir la cinemática inversa del sistema.

En la búsqueda de valor en la investigación, la estrategia de recogida de datos se erige como un pilar fundamental para la eficacia y la eficiencia. Un caso en una empresa de fundición de calipers de freno ofrece una valiosa lección sobre la importancia de considerar los distintos plazos temporales en este proceso.
El caso en cuestión involucra la aplicación de un nuevo requisito relacionado con las propiedades de ruido en el producto final.
Ante la variabilidad estimada en las frecuencias de vibración, se implementó un meticuloso plan de recogida de datos que abordaba identificar si las fuentes de variación estaban en el corto, medio y largo plazo para aplazar la recogida meticulosa y costosa de datos de parámetros a fases posteriores.
La selección de piezas a medir se realizó siguiendo una estructura temporal:

La visualización de los datos de vibración a través de un histograma reveló la presencia de grupos distintos, indicando que había un patrón de variación no aleatoria y sugiriendo que había alguna variable de proceso que separaba los grupos.
La acción de complementar el análisis a partir de un gráfico multi-vari permitió identificar que el motivo de la variación no aleatoria residía en la posición de las piezas dentro del molde. Esto llevó a descartar factores que cambiaban a medio o largo plazo como causantes de la variabilidad, enfocando así los recursos en aspectos críticos y evitando la recogida de datos innecesarios.

Este enfoque estratégico no solo reveló las claves para optimizar el proceso de fundición, sino que también proporcionó una lección invaluable sobre la importancia de una recogida de datos cuidadosamente planificada y enfocada. Al evitar la recopilación de datos irrelevantes, se liberaron recursos que ahora pueden dirigirse hacia aspectos realmente cruciales para investigaciones futuras.
¿QUIERES APLICAR ESTAS HERRAMIENTAS A TUS DATOS?
Realizar este tipo de estudios no es una tarea difícil si tienes un buen conocimiento de las herramientas de visualización de datos que ofrece Minitab. Pero ¡ojo! No se trata de tener una noción profunda de cada herramienta (con todas sus parafernalias matemáticas) sino de ser capaz de imaginar qué herramienta sería la más adecuada en cada momento (y planificar una recogida de datos adecuada a la herramienta) y tener la habilidad de comprender e interpretar lo que dicen.
Precisamente esto es lo que te enseñaremos en el curso de Diagnóstico con visualización de datos con Minitab.
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COSMOquick utiliza una biblioteca de aproximadamente 200.000 moléculas precalculadas mediante química cuántica para generar perfiles σ en una fracción de segundo, a diferencia del método convencional COSMO-RS, no es necesario realizar ningún cálculo químico cuántico para el uso de este módulo.

COSMOquick proporciona no sólo una eficiente interfaz gráfica de usuario, sino también muchas características convenientes tales como: Entrada de moléculas a través de SMILES, archivo SD o editor 2D con un procesamiento posterior muy sencillo. Entre las propiedades que puedan predecirse encontramos aquí dos ejemplos:
COSMOquick contiene un algoritmo de predicción de solubilidad novedoso, altamente eficiente y preciso. Se pueden utilizar algunos valores de referencia experimentales (solubilidades medidas habitualmente) para refinar los resultados de la solubilidad de un soluto en cualquier disolvente nuevo. Los análisis rápidos de disolventes permiten identificar disolventes o mezclas de disolventes adecuados para un nuevo activo, reduciendo tiempos de

Los co-cristales están adquiriendo cada vez más importancia en la industria farmacéutica debido a su potencial para mejorar las propiedades de los fármacos convencionales. COSMOquick utiliza el exceso de entalpía de una masa fundida poco enfriada de un fármaco y un coformador (Hex) para evaluar su propensión a la co-cristalización. Se ha demostrado que esto sirve como un medio preciso para detectar de manera eficiente muchos coformadores potenciales. Este enfoque también se puede aplicar para el control de solvatos y los resultados se pueden mejorar aún más teniendo en cuenta los datos experimentales.

COMSOL anunció hace unos días la revisión Update 2 de la versión 6.2 de COMSOL Multiphysics.
Todos los productos de software de COMSOL® experimentan mejoras de rendimiento y estabilidad que se introducen como actualizaciones. La siguiente lista contiene las mejoras más importantes en COMSOL® versión 6.2 Update 2 (y Update 1).
1 Novedad en la actualización 1 (compilación 6.2.0.290, publicada el 16 de noviembre de 2023)
2 Novedad en la actualización 2 (compilación 6.2.0.339, publicada el 24 de enero de 2024)
CATIA es una marca registrada de Dassault Systèmes o sus filiales en EE.UU. y/u otros países. Autodesk, el logotipo de Autodesk e Inventor son marcas comerciales registradas o marcas comerciales de Autodesk, Inc. y/o sus subsidiarias y/o afiliadas en EE.UU. y/u otros países. Linux es una marca registrada de Linus Torvalds en EE.UU. y otros países. macOS es una marca comercial de Apple Inc., en EE.UU. y otros países. MATLAB y Simulink son marcas comerciales registradas de The MathWorks, Inc. Microsoft, Excel y Windows son marcas comerciales registradas o marcas comerciales de Microsoft Corporation en los Estados Unidos y/u otros países. Oracle y Java son marcas comerciales registradas de Oracle y/o sus filiales. Solid Edge es una marca comercial o una marca registrada de Siemens Product Lifecycle Management Software Inc. o sus subsidiarias en los Estados Unidos y otros países. SOLIDWORKS es una marca registrada de Dassault Systèmes SolidWorks Corp.
BIOVIA COSMObase es una colección de alta calidad de información compuesta precalculada necesaria para los cálculos de COSMO-RS. Los datos están disponibles para todas las parametrizaciones admitidas por BIOVIA COSMOtherm. Cada compuesto está representado por un conjunto de archivos COSMO (información de superficie s) y energía (energía de fase gaseosa). Se proporcionan archivos adicionales que contienen datos de compuestos físicos para un subconjunto de compuestos.


BIOVIA COSMObase incluye casi todos los disolventes habituales, desde moléculas pequeñas hasta sustancias grandes y complejas, y abarca clases de sustancias con todo tipo de grupos funcionales (p. ej., hidrocarburos, alcoholes, éteres, carbonilos, ácidos, ésteres, aminas, amidas, nitrocompuestos, heterociclos). , compuestos halogenados y muchos más).
Además de su aplicación universal, Biovia COSMOBase ofrece dos bases de datos específicas:
BIOVIA COSMObaseIL es una colección de aniones y cationes líquidos iónicos típicos. La base de datos actual contiene 372 cationes y 98 aniones que pueden combinarse de forma independiente para formar un enorme conjunto de líquidos iónicos potenciales. Esto es especialmente interesante para fines de detección de líquidos iónicos. La GUI de BIOVIA COSMOthermX ofrece opciones especiales de detección de líquidos iónicos.
Como base de datos de propósito especial, BIOVIA COSMObaseFF contiene más de 2000 sabores y fragancias. BIOVIA COSMObaseFF es el complemento ideal para empresas de bienes de consumo o fragancias
Por Óliver Franz
Hay pocas cosas peores que un apartamento o una casa fría.
Viviendo en Chicago, he llegado a conocer muy bien esa lucha y, déjenme decirles, es desagradable.
Para dar un poco de información general, vivo en un dúplex en comunidad de propietarios en Chicago. Contamos con una habitación trasera que sirve como mitad habitación de invitados, mitad oficina. Entonces, cuando trabajo de forma remota o fuera del horario estándar, ahí es donde hago la mayor parte de mi trabajo para Minitab.
Sin embargo, hay un problema. La habitación es fría. No sólo un podo de frío, sino mucho fr-io. Hay dos respiraderos de calefacción, pero la habitación no está muy bien aislada (tres de las paredes también son paredes exteriores) y hay una gran puerta doble que conduce a nuestra terraza trasera y dos ventanas grandes.
Un día de diciembre decidi que ya era suficiente. Quería entender mejor por qué nuestra oficina central estaba tan fría.
Afortunadamente tengo acceso al conjunto completo de soluciones de Minitab.
Primero, necesitaba decidir qué variables podrían afectar la temperatura de nuestra oficina. Después de investigar un poco, llegué a la temperatura exterior, la velocidad del viento, si la puerta del pasillo estaba abierta o cerrada y si nuestros vecinos de abajo estaban en la ciudad, ya que generalmente bajan el tesmostato mientras viajan. Supuse que dejar la puerta del pasillo abiera podría permitir que entrara más calor en la habitación.
Desde el 28 de diciembre hasta el 16 de enero, registré todas las variables aproximadamente a la misma hora todos los días: 6:00 p.m. También utilicé un temómetro Ecobee para registrar la temperatura interior de la oficina y ver qué variables tenían el mayor impacto. Configuré nuestro termostato a 70 grados todos los días para reducir la variación.
Luego, hice los números.
No es un secreto que no soy estadístico, por lo que es bueno que Minitab Statistical Software y Predictive Analyitics sean tan fáciles de usar.
Después de utilizar el módulo de Analítica Predictiva de Minitab, obtuve varios hallazgos clave. Utilicé el aprendizaje automático para generar un gráfico de importancia relativa de las variables y un gráfico de dependencia parcial del predictor.
Primero, con la tabla de imporancia relativa de variables pude determinar que las dos variables más importantes con respecto a la temperatura en la oficina eran el estado de apertura de la puerta del pasillo y la velocidad del viento exterior:

La importancia de las variables mide la mejora del modelo cuando se hacen divisiones en un predictor. La importancia relativa se difine como el % de mejora respecto al predictor superior.
Si bien mis vecinos estaban en la ciudad y la temperatura exterior todavía tuvo un ligero impacto, fue mucho menor que la puerta y el viento. El gráfico de dependencia parcial de un predictor muestra además cómo a medida que la velocidad del viento era mayor, la habitación estaba más fría:

Di el salto no tan loco de que el aislamiento de ventanas y puertas puede tener algo que ver con esta disparidad.
Fui a Home Depot y compré un par de kits de aislamiento para ventanas y un kit para las puertas. Los instalé esa noche. También comencé constantemente a dejar abierta la puerta del pasillo interior durante la noche y durante el día (cuando era posible) para ver si esa intervención ayudaba.
Continué registrando la temperatura interior durante varios días, pero inmediatamente noté una diferencia drástica: la temperatura media aumentó más de 10 grados, como se ve en las estadísticas descriptivas de Minitab:

Temperatura antes de las intervenciones

Temperatura después de las intervenciones
Además, puedes visualizar esta diferencia con este diagrama de caja que mide las temperaturas interiores antes de añadir impermeabilización a las ventanas y puertas y después:

Esto confirmó que las variables que abordé eran de hecho los dos factores más importantes que hacían que la habitación fuera tan fría. Y, aunque no puedo controlar la velocidad del viento, pude tomar medidas prácticas para realizar mejoras.
Los datos están a nuestro alrededor. Antes de trabajar para Minitab, no habría pensado en aprovechar el análisis de datos para resolver este desagradable problema. Y probablemente todavía tendría frío.
La mayoría de los datos se recopilan y nunca se analizan. A la hora de tomar decisiones, es fundamental basarse en datos, ya sea que se trate de desafíos como mantener los pies calientes mientras se trabaja, reducir las materias primas en la fabricación o incluso determinar la combinación ideal de variables para crear una vacuna altamente eficza. Los conocimientos adquiridos a partir de su análisis pueden conducir a pasos simples y concretos que le ahorrarán tiempo y dinero.
En este caso, pude ahorrar recursos considerables. En lugar de aumentar la calefacción y utilizar más energía y costes, puedo mantener mi oficina cómoda a una temperatura más baja y constante realizando mejoras basadas en datos.
Según mi investigación, este cambio respetuoso con el medio ambiente debería ahorrarme entre el 7% y un 9% en mi factura de energía mensual, todo gracias al poder de los datos.
La búsqueda de fuentes de energía más limpias y sostenibles es más crucial que nunca, y los investigadores recurren a tecnologías innovadoras para abordar el desafío energético global. Un reciente artículo, titulado "Modeling and simulation of wood pyrolysis process using COMSOL Multiphysics" [1] arroja luz sobre una vía prometedora: la pirólisis de la madera, aprovechando el poder de COMSOL Multiphysics para simulaciones esclarecedoras. El estudio, realizado por Shikha Solanki, Bhargav Baruah y Pankaj Tiwari, profundiza en el proceso de pirólisis de la madera de roble rojo americano. La pirólisis, un proceso de degradación termoquímica, transforma la biomasa lignocelulósica en combustibles valiosos como aceite, gas y carbón. La importancia radica en su potencial para proporcionar alternativas limpias y renovables a las fuentes de energía convencionales.
Lo que distingue esta investigación es la utilización de COMSOL Multiphysics. El software permite la simulación de fenómenos fisicoquímicos y termoquímicos complejos, lo que lo hace ideal para estudiar la pirólisis de la madera, un proceso cargado de reacciones intrincadas. Los modelos tradicionales a menudo simplificaban la pirólisis de la madera en reacciones de primer orden de un solo paso. Sin embargo, este estudio, adopta un enfoque más integral. COMSOL Multiphysics permite a los investigadores incorporar múltiples reacciones de primer orden en paralelo, proporcionando una representación más precisa de la cinética de la pirólisis de la madera.
Los resultados de la simulación resaltan la influencia de las tasas de calentamiento en el rendimiento del producto durante la pirólisis no isotérmica. Tasas de calentamiento más altas conducen a concentraciones más elevadas de gas y alquitrán (una mezcla de compuestos orgánicos), mostrando el impacto matizado de los parámetros del proceso. La pirólisis isotérmica revela la degradación de la materia orgánica dependiente de la temperatura, ofreciendo percepciones críticas para optimizar el proceso de pirólisis.
La imagen de la cabecera está obtenida del modelo Parameter Estimation for Pyrolysis of Wood de COMSOL.
Más allá de los hallazgos inmediatos, el modelo desarrollado promete ser escalable. Al extender este enfoque a diferentes muestras de biomasa, se podrían optimizar las condiciones operativas para obtener rendimientos deseados de productos, facilitando la expansión del proceso de pirólisis.
En esencia, este estudio no solo aporta conocimientos valiosos al campo de la energía renovable, sino que también destaca la importancia de herramientas avanzadas de simulación como COMSOL Multiphysics. A medida que navegamos hacia un futuro sostenible, esfuerzos de investigación como estos allanan el camino para soluciones energéticas más limpias y eficientes.
[1] Shikha Solanki, Bhargav Baruah, Pankaj Tiwari. “Modeling and simulation of wood pyrolysis process using COMSOL Multiphysics”. Bioresource Technology Reports 17, 2022, 100941. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biteb.2021.100941.