Ajuste y validación de perfiles de temperatura para reducir el costo computacional en simulaciones de calentamiento mediante hornos de inducción

DI LUOZZO N.; FONTANA M.

Bariloche

Congreso; Reunión Anual de la Asociación Física Argentina; 2022

Asociación Física Argentina

Los hornos de inducción calientan piezas conductoras por efecto joule de las corrientes inducidas en los mismos. Para su simulación se hace necesario resolver una formulación electromagnética/térmica acoplada. Esta formulación de dos campos - el vector inducción electromagnética y la temperatura - tiene la particularidad de que tanto la discretización espacial como la temporal son diferentes. En la formulación electromagnética es necesario un fuerte refinamiento en el entorno de la superficie en las cercanías del inductor del horno de inducción, con pasos de tiempos muy pequeños. Por el contrario, para la formulación térmica no es necesaria una malla tan refinada - aun cuando la mayor parte del calor se genera nuevamente en las cercanías del inductor. En relación con los pasos de tiempo, para la formulación térmica son mucho mayores que para la formulación electromagnética. Es decir, la formulación térmica es mucho menos dinámica que la electromagnética. Todo lo anterior debe ser acoplado en un esquema iterativo para poder alcanzar la solución.Si además se desea resolver otras características asociadas al calentamiento por inducción, su costo computacional - es decir, las horas máquina para cada simulación a realizar - aumenta drásticamente. En particular, se estudiará el desarrollo de tensiones residuales (TR) en procesos que incluyen el calentamiento por inducción - como lo es la soldadura por difusión mediante una fase líquida transitoria. Es decir, para su simulación, es necesario una formulación mecánica/electromagnética/térmica acoplada.Para evitar el costo computacional de la anterior formulación, en este trabajo se presentan mediciones de perfiles de temperatura sobre piezas calentadas mediante hornos de inducción, las cuales fueron introducidas en modelos simplificados de campos de temperatura e introducidas en una formulación mecánica/térmica acoplada para el cálculo de las TR. De esta manera, se consigue reducir de manera considerable el costo computacional.El perfil de temperaturas con el que se consigue el mejor ajuste de las TR es confrontado con resultados obtenidos mediante una formulación electromagnética/térmica acoplada. A su vez, se presenta la validación de los resultados de las TR simulados con los medidos experimentalmente mediante difracción de neutrones.