Sistemas existentes de simulación electromagnética

Actualmente se encuentran disponibles en el mercado una gama de paquetes de simulación que permiten dar solución a diferentes problemas relacionados con fenómenos electromagnéticos. Para ello basan su programación en los diferentes métodos numéricos tales como el Método de Montecarlo, el Método de las Partículas, Elementos Finitos, y Diferencias Finitas, fundamentalmente [19-21]. Además del método de solución empleado, es importante considerar distintos parámetros que ayudarán a la solución de un determinado problema. A continuación se enuncian algunos de los parámetros a considerar para elegir el programa adecuado para la solución de determinado problema físico:

a) Precio. Los programas de simulación electromagnética actuales se distribuyen con licencias de uso [22], las cuales puede ser licencias libres de pago (GPL) y las que tienen un precio (Empresarial, Estudiantil, Personal), que pueden ir desde unos cientos hasta los miles de dólares. Las licencias libres fueron diseñadas con el fin de que cualquier persona pudiera instalar, modificar o distribuir el programa sin las

restricciones que las licencias no libres exigen. Por ejemplo, existen varios tipos de licencias, que pueden ser clasificadas de la siguiente manera:

➢ Licencias de software. Estas licencias, como su nombre lo dice, están enfocadas al desarrollo, empleo y distribución del software. Se pueden subdividir de la siguiente manera:

 Licencia compatible con GPL (General Public License, por sus siglas en inglés). Son aquellas que son consideradas como licencia libre. Permiten el desarrollo de códigos de tipo abierto (Open source) y por lo tanto pueden ser utilizadas por cualquier persona. Incluye los permisos para modificar y distribuir dicho código con la condición de que debe permanecer como licencia libre así como la ingeniería inversa del programa. En el caso de licencias Copyleft, cuando se realice una modificación a un código existente, se debe hacer mención del autor del código original e incluir un texto con las especificaciones de la licencia libre.

 Licencia incompatible con GPL. Son aquellas licencias libres pero en las que sus códigos no pueden ser mezclados con otros debido a incompatibilidad de licencias. Esto se puede deber a que las modificaciones o partes adicionadas al código sean hechas con licencias no libres o se indique alguna restricción como por ejemplo límites de distribución (copia).

 Licencia no libre. En estas licencias el uso del programa está restringido, ya sea que requieren permisos especiales para su instalación, uso o distribución. Uno de estos ejemplos es la licencia de Copyright, la cual restringe la copia, modificación, y distribución del programa y solo son permitidas estas acciones contando con un permiso del autor ya sea por escrito o por medio de un certificado o pago.

distribución de la documentación. Pueden ser de documentación libre bajo términos similares al Copyleft y de documentación no libre, similar al Copyright.

➢ Licencias para trabajo práctico. Tienen que ver con trabajos que no estén relacionados con el programa o la documentación como son las obras literarias o artísticas. Se incluye en esta categoría la licencia de fuentes (glifos).

➢ Licencias para trabajos que dan un punto de vista. Se emplea para trabajos de audio y video en donde se exprese una opinión.

b) Especialidad. Los programas pueden contar con módulos que describen fenómenos físicos en general, pudiendo no incluir fenómenos electromagnéticos y tener módulos independientes para la simulación de estos fenómenos específicos, generalmente bajo un costo adicional. Los programas permiten al usuario incorporar ciertos parámetros externos para su simulación, aunque suelen hacerlo bajo ciertas restricciones.

c) Exactitud y precisión. La metodología utilizada por cada programa para solucionar los problemas de los fenómenos físicos (v.gr. MDF, MEF) tiene gran importancia en la determinación de la exactitud de la solución de las ecuaciones y la diferencia en exactitud puede ser debido a que usen distinto número total de iteraciones o al error por truncamiento. La exactitud en general también puede depender de la complejidad de los objetos, sus características, dimensiones y las ecuaciones a emplear. Por otro lado, también existen diferencias en el tiempo que se emplean para llegar a la solución del problema y los recursos computacionales que requerirán. En la mayoría de estos programas es posible ajustar el nivel de exactitud deseado para los cálculos. La precisión de los programas puede variar debido a que los mallados que utilizan generalmente son aleatorios de forma que un refinamiento del mallado puede modificar el valor de la solución.

d) Pos-procesamiento. La simulación puede presentarse, de manera gráfica, en una, dos o tres dimensiones. Algunos sistemas incluyen la opción de importar y exportar los datos de simulación o de las características geométricas de los objetos simulados para su posterior análisis. En particular, la importancia de importar la geometría de los

objetos ayuda a que estos puedan ser previamente diseñados en programas externos para después incluirlos en la simulación. Los datos al poder ser exportados pueden ser analizados por programas externos al mismo como son las hojas de cálculo electrónicas.

e) Complejidad del sistema. Los programas pueden requerir de una cantidad elevada de cálculos, tiempo y poder de procesamiento para llegar a la solución, lo que eleva el costo computacional y la complejidad del sistema requerido para llevar a cabo dichos cálculos. Dependiendo del problema a resolver, la resolución, el tamaño y la forma de los objetos, es posible que no se tenga una solución (no haya convergencia) o que la solución oscile alrededor de la solución real para cada nuevo ciclo de análisis.

Algunos de los programas utilizados actualmente para simulación de problemas electromagnéticos estáticos y dinámicos, sus características principales, así como ventajas y desventajas de usarlos se encuentra en la tabla A.1 del Apéndice I.

Para incluir nuevos modelos que contienen las variaciones de las propiedades físicas de los materiales durante la simulación se requiere de licencias adicionales o no se pueden incluir del todo. Además, en estos programas es difícil incluir nuevos modelos de la influencia de las propiedades de los materiales en el comportamiento electromagnético. Tal es el caso de la simulación de algunos de los fenómenos magnéticos como el Ruido Magnético Barkhausen. La razón de esta limitación es que la mayoría de los programas están diseñados bajo un código propio y bajo una licencia no libre. Los parámetros de simulación que pueden ser modificados en estos programas son limitados o tienen pocos parámetros.

Es por esto que se incluirá en este trabajo la opción de realizar simulaciones de este fenómeno en particular (Ruido Magnético Barkhausen) y se brindará la opción de poder incorporar otros nuevos modelos sin necesidad de adquirir una nueva licencia para cada modelo.

A continuación se explica de manera más detallada una de las propiedades de los materiales que es de alto interés para la comunidad científica e industrial, esto es, la propiedad magnética de los materiales [23-28] y se describirá el fenómeno conocido como Ruido Magnético Barkhausen (RMB) [6,29-35].