TAZ-TFG-2015-1779


Herramienta de simulación para el diseño de máquinas levitantes superconductoras

Peña Roche, Jorge
Badía Majos, Antonio (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2015
Física de la Materia Condensada department, Física de la Materia Condensada area

Graduado en Ingeniería de Tecnologías Industriales

Abstract: El presente trabajo se sitúa en el ámbito de las aplicaciones de los materiales superconductores aprovechando un fenómeno muy interesante que posibilitan los sistemas híbridos imán-superconductor: la levitación magnética. Este fenómeno supone la solución óptima en aplicaciones limitadas por las pérdidas por fricción y en diversas aplicaciones de almacenamiento de energía. Los superconductores añaden la estabilidad de la que los materiales magnéticos carecen intrínsecamente. En el ámbito de la Ingeniería existe un problema para la realización de simulaciones que permitan evaluar la estabilidad de estos sistemas: los cálculos que conllevan son muy complicados. Por ello algunos investigadores invierten importantes cantidades de tiempo y dinero en construir máquinas con diversos sensores para medir las fuerzas (horizontal y vertical) que surgen en los sistemas híbridos imán-superconductor. El mecanismo de comprobación de resultados con dichas máquinas es el de “prueba-error” para cada situación. Pensando en la optimización del proceso hemos considerado la realización de este trabajo como una posible solución para todos aquellos que no estén en disposición de crear sus propias soluciones numéricas para su problema concreto. Teniendo en cuenta las diversas aplicaciones que basan su funcionamiento en este fenómeno, tales como los trenes de levitación Maglev, los aerogeneradores, generadores y motores “levitantes” [1] o los discos de inercia basados en superconductores [2-3], se ha considerado que es un buen momento para construir una herramienta sencilla, simple y móvil con la que sea posible realizar un predimensionamiento rápido y eficaz de este tipo de máquinas, valorando principalmente el punto crítico de la estabilidad. Considerando la amplia difusión de los dispositivos móviles tipo Tablet, se ha optado por realizar una aplicación o App para estos dispositivos, más concretamente para el sistema operativo más utilizado a nivel mundial, Android. Se han marcado diversos objetivos a alcanzar a lo largo del trabajo, manteniendo siempre una meta común: la evaluación de la estabilidad entre imanes y superconductores durante el fenómeno de levitación. En primer lugar, se revisarán los fundamentos del fenómeno físico en una situación simple, que se irá complicando poco a poco hasta llegar al problema real. Se orientará el estudio de cara al análisis de la estabilidad de una máquina que consiste en un motor levitante idealizado. Una vez estudiado este caso, se extenderá el análisis a otras posibles situaciones de levitación magnética a partir de materiales superconductores, así como a un análisis de la estabilidad de sistemas híbridos (imán permanente más superconductor) en función de la geometría relativa. En segundo lugar, describiremos un procedimiento de masificación de cálculos con el que se construyó una gran base de datos, con información exhaustiva sobre las fuerzas que surgen cuando se producen desplazamientos relativos de los elementos del sistema. Concretamente contiene información de aproximadamente 15.000 trayectorias con 50 movimientos del imán cada una: será necesario realizar un mínimo de 750.000 cálculos. Por este motivo se ha tenido mucho cuidado con los procedimientos utilizados y su eficiencia. Presentaremos la estrategia de lanzamiento de cálculos en los procesadores de nuestro servidor Cluster, enfatizando los métodos para optimizar la velocidad de cálculo general. En este punto se mostrarán diagramas de bloques donde se explicará brevemente los procedimientos llevados a cabo. A su vez, se buscó minimizar el tamaño de la base de datos puesto que debemos almacenarla en un dispositivo móvil. Por ello se propondrán métodos de cifrado y compresión de datos. Por último, se explicará de manera muy superficial la construcción de la aplicación móvil (además se mostrarán sus contenidos actuales), sin duda la labor más costosa del trabajo. De la misma forma se mostrarán de nuevo diagramas de bloques y breves explicaciones de los algoritmos más importantes para la resolución de los problemas matemáticos, sin entrar en detalles el código escrito para conseguir los objetivos marcados. La aplicación ha sido desarrollada con una importante proyección empresarial, prueba de ello es el interés mostrado por las empresas CAN SUPERCONDUCTORS o MAGSOAR, nombrado en el apartado de conclusiones.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Grado

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Academic Works > Trabajos Académicos por Centro > escuela-de-ingeniería-y-arquitectura
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