La multifísica es un campo de la ingeniería y la ciencia que estudia la interacción de múltiples fenómenos físicos de diferentes dominios. En lugar de analizar cada fenómeno por separado (como la mecánica de fluidos o la transferencia de calor de forma aislada), la multifísica se centra en cómo estos fenómenos se influyen mutuamente, regularmente en diferentes escalas.
En la mayoría de los casos, la multifísica se aborda a través de la simulación numérica y el empleo de múltiples métodos y técnicas, ya que las interacciones complejas suelen ser difíciles de resolver analíticamente. Algunos ejemplos comunes de acoplamientos multifísico:
- Termo-mecánica: Estudia la interacción entre la temperatura y la deformación de un material. Por ejemplo, cómo el calentamiento de un motor diésel provoca la expansión térmica de sus componentes y los esfuerzos resultantes.
- Termo-fluidodinámica: Analiza la interacción entre el flujo de fluidos y la transferencia de calor. Esto es crucial en el diseño de intercambiadores de calor, sistemas de refrigeración de motores, y en la aerodinámica de aviones donde el calentamiento por fricción es significativo.
- Electromecánica: Combina la electricidad y la mecánica. Un ejemplo clásico es un motor eléctrico, donde los campos magnéticos creados por la corriente eléctrica generan un par de torsión que provoca el movimiento mecánico. Otro ejemplo es la vibración de un altavoz, donde las señales eléctricas mueven un diafragma que produce sonido.
- Aeroelasticidad: Es la interacción entre las fuerzas aerodinámicas (el aire que fluye sobre un ala), las fuerzas inerciales (la masa del ala) y las fuerzas elásticas (la rigidez del ala). Este fenómeno es crucial en el diseño de aeronaves para prevenir la fatiga de materiales y la resonancia.
- Electro-química: Estudia la relación entre la corriente eléctrica y las reacciones químicas, fundamental para el diseño de baterías, celdas de combustible y procesos de corrosión.
La comprensión de la multifísica es vital en el diseño y la optimización de una amplia gama de productos y sistemas en diversas industrias:
- Industria aeroespacial: Diseño de motores de cohetes, análisis de fatiga en alas de aviones y simulación de la reentrada atmosférica.
- Automoción: Simulación de la combustión en motores, diseño de sistemas de refrigeración y análisis de baterías en vehículos eléctricos.
- Electrónica: Diseño de sistemas de disipación de calor para chips, análisis de MEMS (sistemas microelectromecánicos) y modelado de transductores.
- Medicina: Diseño de stents, simulación del flujo sanguíneo, y análisis de implantes ortopédicos.
- Energía: Diseño de turbinas eólicas, reactores nucleares, y celdas de combustible.
En esencia, la multifísica permite predecir y optimizar el rendimiento de sistemas complejos de una manera mucho más precisa que si se analizaran los fenómenos por separado.