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Automatización del Proceso de Análisis de un Transformador Eléctrico

Mayo 2015

Advanced Engineering for Real Solutions

Agenda Introducción

COMPLX Industria de Transformadores Problemática

Solución Estrategia Aplicación Automatización del Proceso (pre-WB) Automatización del Proceso (post-WB) Trabajo a Futuro

Conclusiones

Advanced Engineering for Real Solutions 3

Barreras para Simular

2013, Lifecycle Insights, Simulation Driven Design Software

• 38% de las empresas que no usan simulación, culpan al costo del hardware, software y entrenamiento.

•Las empresas que sub-utilizan sus capacidades de simulación mencionan:


Fórmula para obtener Competitividad Sostenible

INNOVACION + PRODUCTIVIDAD

Firma de Ingeniería Mexicana compuesta por un grupo de Ingenieros postgraduados con Experiencia Académica e Industrial.

Especializados en CAE, específicamente en Análisis de Elementos Finitos (FEA) y Dinámica de Fluidos Computacional (CFD).

Respaldado por una Sólida Visión de Negocios.

COMPLX entiende que la única manera en que las empresas lograrán sobrevivir es aumentando su COMPETITIVIDAD.

¿Quién es COMPLX?


Propuesta de Valor

ACCESO COMPLEMENTO

Grandes Empresas

PYMES

Generación de competitividad para nuestros clientes basada en capacidades avanzadas de Simulación de Ingeniería (FEA & CFD)

Optimización Mejoras al proceso

Reducción de defectos

Innovación de Productos Rediseño para cumplir nuevas

regulaciones del mercado Introducción de Nuevos Productos:

Reducción de costos de desarrollo y validación Aseguramiento del desempeño

REDUCCIÓN DE COSTO

INCREMENTO EN VENTAS

RETORNO DE LA INVERSIÓN

Modelos Comerciales

Flexibles


Industria de Transformadores Eléctricos • Se puede agrupar en 3 grandes segmentos

Potencia

130 Kv – 400 Kv 10 MVA – 200 MVA 100 KUSD a 4 MDD

Distribución Industriales

6 KV – 26 KV 15 KVA – 1 MVA

1 KUSD a 10 KUSD

130 KV – 260 KV 1 MVA – 15 MVA

20 KUSD a 200 KUSD


Desafíos Capacidades

•La empresa contaba con capacidades de simulación, las cuales eran utilizadas exclusivamente por el departamento de R&D.

Procedimiento

•El procedimiento de diseño actual era incompatible con los nuevos requerimientos del mercado.

Recursos

•En principio, los ingenieros de diseño tenían poco tiempo para aprender y realizar simulaciones.

Moderador

Notas de la presentación

La placa estructural utilizada en un transformador de potencia, puede llegar al 20% del peso total del equipo.


Oportunidad Incluir herramientas CAE en etapas tempranas del diseño, por medio de la generación de:

1. Competencias enfocadas en las actividades del equipo (FEM lineal estático).

2. Metodologías para analizar componentes críticos. 3. Competencias de Automatización.

Bases Técnicas

Métodos Automatización

Strain

Hardenin

g

Yield Strength (Elastic Limit)

Ultimate Strength Failure

Necking


Aplicación: Base de Transformador • Durante su izaje, la base del transformador

sostiene el peso del aceite, además de la “parte viva” (núcleo y bobinas).

• Sucede en condición estática.

• Se desea mantener los esfuerzos y deformaciones del material (A36) en el rango lineal.

• Se desea validar el diseño, antes de generar los dibujos de fabricación de la base.


Macro en APDL

• Un macro genera la geometría, malla el modelo y aplica las cargas.

• Shell 63 con 5 constantes reales para simular los diferentes espesores de placa (12.7 mm 51 mm).

• Se revisan los esfuerzos de Von-Mises a fin de asegurar la integridad del sub-ensamble.


Mechanical APDL vs. Workbench • Ansys Parametric Design Language es el

lenguaje de comunicación entre Workbench y el solucionador de Ansys.

• Cuando el usuario “resuelve” un análisis en Workbench, sucede lo siguiente:

1. El árbol de operaciones (Mesh, cargas, etc.) se transforma en comandos APDL reunidos en el archivo ds.dat

2. Mechanical APDL ejecuta (resuelve) el ds.dat y genera un file.rst

3. Workbench lee el file.rst y muestra los resultados


Mejoras (pre-Workbench)

• Generación de resultados modales y post-proceso del problema.

• Se generaron macros similares para analizar otros componentes, como paredes y tapa.

• Los macros se integraron en una hoja de Excel que facilita la inserción de parámetros.

Se genera macro APDL

Entradas controlan parámetros


¿Qué Hay de Nuevo Workbench?

• Workbench permite utilizar Python, Javascript y XML para automatizar procesos.

• Las herramientas anteriores, en combinación con un flujo de trabajo parametrizado, facilita la generación de diferentes escenarios, lo que a su vez impacta el proceso de innovación.


Proceso de Análisis Controlado por Excel • Otra posibilidad es la generación de un análisis gestionado desde Excel.

por medio de programación en Visual Basic y Python.


Lo Mejor de Dos Mundos: APDL + WB • Con WB, el usuario ahorra tiempo en el

Pre y Post-procesamiento de una simulación.

• Entre sus ventajas, WB permite la

conectividad bidireccional con CAD paramétrico y la detección automática de contactos.

• Sin embargo, algunas opciones requieren la utilización de APDL, como dar de alta modelos sofisticados de material, opciones de contacto o sub-modelado.

Productividad Versatilidad


Macro en APDL - Reloaded

• El macro de APDL puede ser insertado en un flujo de trabajo paramétrico que permite optimizar el diseño


Conclusiones El proyecto nos permitió:

• Incluir herramientas CAE en una etapa temprana del proceso de diseño, para mejorar la toma de decisiones.

• Desarrollar interfaces amigables para el usuario, enfocadas a sus actividades críticas.

• Desarrollar un modelo listo para ser acoplado a herramientas de optimización para extraer aún mayor valor.

• Asegurar un diseño confiable, considerando los nuevos requerimientos del mercado, dentro de los tiempos definidos.

Muchas Gracias [email protected]

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