Metodología de diseño de un motor Jaula de Ardilla de alta eficiencia mediante la implementación de algoritmos de optimización bio-inspirados multi-objetivo (2014)
El motor de inducción tipo jaula de ardilla es uno de los equipos de uso final más importantes en la sociedad moderna, de ahí que la mayor parte de la energía consumida en los países se debe a su funcionamiento. En consecuencia, continuamente están apareciendo nuevas propuestas para el mejoramiento de su diseño, lo cual, no es una tarea trivial para la ingeniería. De hecho, la optimización del motor de inducción es por naturaleza un problema complejo debido a que envuelve un gran número de variables y parámetros en su diseño, razón por la cual, los métodos meta-heurísticos bio-inspirados han ido ganando campo en esta área. Actualmente, como parte de los objetivos de diseño del motor, la eficiencia ha crecido en importancia, aunque su aumento está en conflicto con los costos de fabricación del mismo. Por lo tanto, para el diseño de un motor de inducción trifásico tipo jaula de ardilla de alta eficiencia, en este documento se propone una metodología basada en la utilización de algoritmos de optimización bio-inspirada multi-objetivo. Así, se plantea el uso de tres algoritmos de optimización: NSGA-II, NSPSO y BCMOA. Estos algoritmos son usados para solucionar un problema de optimización de eficiencia y costo del motor, lo cual no ha sido antes presentado con estos métodos. Con este fin, para el análisis del motor se propone el uso de dos modelos matemáticos. El primero se basa en el Método de los Elementos Finitos (FEM) y el segundo en el circuito equivalente del motor de inducción. Este ´ultimo se formula como herramienta para solucionar el problema de optimización, mientras que FEM, debido a su exactitud frente al comportamiento real de la máquina y alto tiempo de cómputo, es usado como método de comprobación del diseño optimizado. Este enfoque de diseño propuesto es novedoso, ya que los autores en su mayoría presentan los resultados de un diseño optimizado únicamente con el modelo aproximado por circuito equivalente. Por lo tanto, y para garantizar unos resultados confiables, también se plantea una metodología de ajuste de estos modelos matemáticos basada la comparación de los resultados teóricos con los medidos mediante ensayos bajo la norma IEC60034-2-1 en un caso base de un motor real. Finalmente, la metodología propuesta es probada en el diseño de un motor de inducción de 3.7kW y 2 Polos con cada uno de los algoritmos de optimización.