Simulación numérica mediante técnicas avanzadas (PGD) aplicada a equipos electromagnéticos (motores de inducción, puestas a tierra, etc.)

La aparición reciente de técnicas avanzadas de simulación numérica, como la PGD (Proper Generalized Decomposition), está permitiendo abordar simulaciones numéricas antes intratables, bien por sus dimensiones o por su complejidad.
Dentro de este campo, investigadores del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universitat Politècnica de València trabajan en la aplicación de la PGD a la simulación de equipos electromagnéticos (puestas a tierra, motores de inducción, etc.).
Las técnicas PGD permiten resolver las ecuaciones en derivadas parciales que definen, junto con las condiciones de contorno, problemas de múltiples ámbitos (calor, electromagnetismo, estructuras, etc.). Hace posible simular sistemas electromagnéticos sumamente complejos con medios informáticos muy reducidos (un simple PC de sobremesa), y en tiempos muy cortos (segundos o minutos, en lugar de días o años).

Por ejemplo, es posible simular instalaciones de puestas a tierra muy extensas, con suelos con capas de diferentes conductividades, en la presencia de múltiples aerogeneradores, en minutos, frente a las limitaciones de sistemas actuales, que se reducen a un solo generador, con terrenos de dos capas, en dominios reducidos, y tiempos de simulación de horas en ordenadores de gran potencia.

Las aplicaciones en el ámbito del electromagnetismo abarcan cualquier tipo de dispositivo electromagnético, ya que todos ellos se rigen por las mismas ecuaciones, las ecuaciones de Maxwell, cuya solución es susceptible de ser abordada mediante esta nueva tecnología.

Como ejemplos de aplicación se incluyen: motores y generadores eléctricos, transformadores, inductancias, instalaciones de puesta a tierra, etc.

Los investigadores de la UPV cuentan con una amplia experiencia en este campo, fruto de la estrecha colaboración con el grupo que lidera a nivel mundial el desarrollo de la PGD, encabezado por el Prof. Francisco Chinesta en l'École Centrale de Nantes. Ha publicado cinco artículos en congresos internacionales relacionados con la investigación en electromagnetismo, presentando simulaciones mediante la PGD de sistemas de puesta a tierra y análisis de conductores de potencia, y un artículo en una revista de relevancia internacional, COMPEL, sobre el análisis de corrientes en las ranuras de motores eléctricos.

Aplicaciones

  • Las técnicas PGD permiten resolver las ecuaciones en derivadas parciales que definen, junto con las condiciones de contorno, problemas de múltiples ámbitos (calor, electromagnetismo, estructuras, etc.). Las aplicaciones en el ámbito del electromagnetismo abarcan cualquier tipo de dispositivo electromagnético, ya que todos ellos se rigen por las mismas ecuaciones, las ecuaciones de Maxwell, cuya solución es susceptible de ser abordada mediante esta nueva tecnología. Como ejemplos de aplicación se incluyen: motores y generadores eléctricos, transformadores, inductancias, instalaciones de puesta a tierra, etc.

Ventajas técnicas

  • Para un mismo nivel de precisión, se pueden obtener resultados iguales a los que obtienen técnicas tradicionales con una reducción de varios órdenes de magnitud tanto en recursos computaciones como en tiempos de cálculo.

Beneficios que aporta

  • La PGD permite resolver problemas electromagnéticos en múltiples dimensiones sin incurrir en la conocida "maldición de la dimensionalidad": métodos tradicionales de simulación numérica, como los elementos finitos, se basan en una única malla multidimensional cuyo tamaño se incrementa de forma exponencial con el número de dimensiones, haciendo imposible su procesado incluso con los ordenadores de mayor potencia. Por el contrario, la técnica PGD permite abordar estos problemas con una serie de mallas unidimensionales, con lo que se elimina el problema antes citado, permitiendo la simulación de sistemas electromagnéticos sumamente complejos con medios inform¿ticos muy reducidos (un simple PC de sobremesa), y en tiempos muy cortos (segundos o minutos, en lugar de dias o años).

Experiencia relevante