Optimización del desempeño energético del motor de inducción trifásico mediante el dimensionamiento de las ranuras del rotor, usando el método de elementos finitos y el criterio de óptimo de pareto - Palma García, Modesto Tomás (2020)
Uno de los objetivos de Desarrollo Sostenible establecidos por las Naciones Unidas en setiembre del 2015, es la respuesta mundial a la amenaza del cambio climático debido a la utilización de combustibles fósiles, y también asegurar el acceso y uso de las energías asequibles, fiables, sostenibles y modernas; siendo una de las tareas importantes la eficiencia energética y, principalmente en los motores eléctricos de inducción considerando que consumen cerca del 80 % del consumo energético industrial. Las pequeñas mejoras en la eficiencia generan importantes ahorros en los costos, así como disminución del impacto ambiental, por lo que surge la necesidad y la importancia de mejorar la eficiencia de los motores de inducción. En la presente Tesis se desarrolla una metodología para determinar las dimensiones y forma de las ranuras del rotor, para la optimización multiobjetivo y obtener la mínima corriente de arranque, el máximo par de arranque y la máxima eficiencia del motor de inducción trifásico tipo jaula de ardilla. Se modela al motor de inducción trifásico mediante las ecuaciones de Maxwell para el campo magnético, considerando la no linealidad del material del núcleo y el efecto de las corrientes inducidas en los conductores. Se realizo la validación experimental del modelado por las ecuaciones de Maxwell y la solución numérica utilizando el método de elementos finitos, para determinar las características en régimen estacionario y transitorio, para lo cual se utilizó la máquina Student Demostration Set del Laboratorio de Electricidad de la Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, obteniéndose mejores resultados comparados con el modelo tradicional del circuito equivalente. Se analiza el efecto de la resistencia del devanado del rotor en las características de corriente, par y eficiencia, buscando desempeños particulares según el tipo de aplicación de los motores de inducción trifásico introduciendo mejoras en el proceso de diseño. Es decir que se propone utilizar esta metodología, después del diseño del motor de inducción, para introducir mejoras que optimicen la operación. Se ha realizado el análisis paramétrico, utilizando el método de elementos finitos, variando solo una de las dimensiones de la ranura rotóricas del motor original, con la finalidad de predecir las características de corriente de arranque, par de arranque y eficiencia. Se muestra que no posible obtener en forma simultánea la máxima eficiencia, el máximo par de arranque y la minina corriente de arranque. Utilizando el análisis paramétrico al variar de manera simultánea las variables de decisión bs1, bs2 y hs2 (que corresponde a 3 de las 6 dimensiones de la ranura del rotor), se genera 640 soluciones posibles. Utilizando el software Maxwell Ansys, se genera 640 características en régimen estacionario para la corriente del estator, el par y la eficiencia en función de la velocidad en RPM. Utilizando el criterio de Óptimo de Pareto se determina un conjunto de soluciones que sean buenos compromisos (trade-oﬀs) entre los diversos objetivos. Se ha desarrollado una metodología de optimización multiobjetivo, usando el criterio de Óptimo de Pareto, que permite determinar las dimensiones y forma de la ranura del rotor que maximizan el desempeño energético del motor de inducción, es decir que tenga de manera simultánea la máxima eficiencia, la mínima corriente de arranque y el máximo par de arranque.