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Análisis y ensayo de fuerzas y pares en un dispositivo de levitación activa

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2014-06
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2014-07-07
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En ingeniería mecánica, uno de los principales problemas que aparecen en elementos móviles son los asociados a fenómenos tribológicos. Fricción, desgaste y lubricación deben ser siempre cuidadosamente analizados en los diseños de máquinas y mecanismos para garantizar la vida de los mismos. Un enfoque a la hora de abordar estas cuestiones, son los dispositivos de levitación sin contacto entre componentes móviles, que eliminan cualquier desgaste debido a estos fenómenos. En este proyecto se expone el análisis de la fuerza de levitación y pares en un dispositivo de levitación activa generada por corrientes de Foucault. Estas corrientes se generan en una pista conductora sobre la que gira un conjunto de imanes permanentes en Halbach array. Se desarrolla el diseño y se propone un modelo de simulación por elementos finitos en ANSYS Maxwell. Además, se fabrica y ensaya un prototipo para obtener resultados experimentales del funcionamiento del dispositivo y compararlos con el modelo propuesto. De los resultados obtenidos, se observa un incremento lineal de la fuerza de levitación con la velocidad de giro y una disminución parabólica de la fuerza de levitación con la separación entre los imanes y la pista. Para la configuración ensayada más propicia, a 3000rpm y una separación de 4mm, se consigue una fuerza de levitación de 75N y transmitir un par de 1.4Nm.
In mechanical engineering, one of the main problems that arise when dealing with mobile components is those associated with tribology. Friction, wear and lubrication should always be analysed in detail during machine or mechanism design to guarantee their functioning during their service life. An approach to dealing with these problems, are levitating, contactless devices that prevent any wear due to this phenomena. This project presents the analysis of the forces and torques acting in an active levitation device. This device achieves levitation through generation of Eddy currents generated in a track of electric conductor when a group of permanent magnets arranged in Halbach array is made to rotate over the track. The design of this device is developed and a finite element model in ANSYS Maxwell to simulate the behaviour of the device is proposed. In addition, a prototype of the device is built and tested to obtain experimental results of the device’s functioning, to then compare these forces and torques of the tests to that of the theoretical model. According to the gathered results, there exists a linear increase of the levitation force with the rotational speed, and a parabolic decrease of the levitation force with the gap between the track and the magnets. For the most appropriate tested configuration at 3000rpm and a gap of 4mm, a 75N levitation force and 1.4Nm torque were generated.
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Keywords
Diseño de máquinas, Dispositivos de levitación, Corrientes de Foucault
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