Matemáticas para mejorar el diseño industrial

Las simulaciones numéricas permiten a los desarrolladores de dispositivos de potencia optimizar la forma de los electrodos, seleccionar el aislamiento más adecuado y mantener la tensión soportada por encima de los niveles aceptables. Involucran análisis específicos, que las herramientas de ingeniería estándar no ofrecen, con el fin de evaluar efectos dieléctricos complejos. Los investigadores pretendían paliar esta carencia en el contexto del proyecto «Controlled component and assembly-level optimization of industrial devices» (CASOPT).

En particular, el primer paso de la simulación de un dieléctrico es calcular el campo eléctrico resolviendo la ecuación lineal de Laplace. Los investigadores de CASOPT demostraron que el método de elementos de contorno (BEM) era eficaz para modelizar hasta el más mínimo detalle. Gracias a tecnología de computación de alto rendimiento, los tres BEM desarrollados podrían resolver modelos 3D complejos y de grandes dimensiones con hasta un millón de parámetros desconocidos.

El BEM ya es uno de los componentes principales de las herramientas de simulación del socio industrial del proyecto, ABB Schweiz. Esta colección de procedimientos y herramientas de simulación permite definir las condiciones de contorno y tiene en cuenta las propiedades de los materiales. Está integrada en sistemas de diseño asistido por ordenador mediante los cuales se reciben los modelos de malla para su optimización.

El equipo de CASOPT investigó un enfoque distinto para la optimización de parámetros respecto del que se utiliza normalmente. La optimización de forma libre se basa en la formulación del «problema adjunto», que proporciona información sobre gradientes y reduce el esfuerzo de los diseñadores para preparar el modelo inicial. Aunque el método nuevo requiere más estudio, se ha añadido a las herramientas de simulación disponibles para realizar pruebas en entornos industriales.

El intercambio de conocimientos y experiencia con los ingenieros de ABB abrió el camino para aplicar nuevos logros en tecnología de simulación directamente al diseño de dispositivos de potencia. CASOPT proporcionó el puente necesario entre los desarrolladores de productos del sector y los científicos de los institutos de investigación para mejorar la calidad global del diseño.