Entre 1980 y 1987 se desarrollaron los programas de cálculo de las distintas máquinas que oportunamente presentamos en la Revista Electrotecnica Argentina.

Estos programas fueron utilizados en la enseñanza experimentando con los alumnos nuevas formas de encarar los problemas de ingeniería.

También fueron utilizados para resolver problemas que la actividad profesional plantea, con interrogantes cuya respuesta es necesario hallar las más de las veces con muy pocos datos certeros.

Debido a esto los programas y metodología sufrieron perfeccionamientos que brevemente pretendemos acercar a los colegas interesados en estos temas, el interes en resolver algunos otros casos causo la aparicion de mas progrmas que se incorporaron a la serie disponible.

Como afirmado en los artículos (bibliografía) en que presentamos los programas, el objetivo de éstos fue fundamentalmente didáctico, pretendíamos presentar a los alumnos la modalidad de trabajo que las grandes industrias utilizaban ya desde antes de los años '80, y hacerles vivir esta experiencia que creíamos casi inédita en nuestro país.

Distribuimos estos programas a los alumnos y a varios colegas, tanto en el país como en el exterior, que mostraron interés en acoplarse a esta experiencia, de algunos de ellos recibimos comentarios, quejas y preguntas que nos obligaron a revisar los puntos observados y generar ejemplos de aclaración.

Las consultas que llegan a quien se dedica a esta especialidad cubren un espectro muy amplio, de la variedad surgieron posibles aplicaciones de los programas ya que se los intentó utilizar para responder.

En esta forma apareció una segunda utilización de estos programas, notamos que sirven para simular distintos proyectos de máquinas construidas o no, observar como influyen algunos parámetros de los tantos posibles, y proponer pequeñas correcciones que rinden un gran beneficio con un esfuerzo relativamente modesto.

Lógicamente es indispensable aceptar en primer lugar la modalidad de trabajo, haber hecho el necesario esfuerzo de aprendizaje en el uso de los programas, y conocer profundamente el tema relacionado con la consulta.

A continuación exponemos en orden temático los distintos avances efectuados en los programas y algunos ejemplos de sus aplicaciones.

El programa TRADIM desarrolla el calculo del transformador, los datos pueden prepararse con el programa EDIMAQ, pudiendo calcularse transformadores trifasicos y monofasicos con distintos tipos de núcleos.

Debido a la importancia que las normas asignan a los esfuerzos electrodinámicos y térmicos, y a su relación con la potencia de la máquina y la red a la cual está destinada, fue fácil agregar una rutina que en base a datos de la red, o datos seleccionados de la tabla de la norma (IEC 76-5), con los parámetros obtenidos en el cálculo de la máquina (impedancia de cortocircuito), determina el pico máximo de la corriente de corto circuito y la temperatura final de los arrollamientos.

Si bien este cálculo es elemental entendemos que brinda valores indispensables para el proyectista de máquinas, y que no son de cálculo inmediato para él, por lo que es bueno haberlo automatizado en esta forma.

Esperamos en un futuro próximo volver sobre este tema.

Pese a que el programa había nacido para dimensionar transformadores de distribución, trabajo práctico que se les planteaba a los alumnos, intentamos utilizarlo para dimensionar grandes transformadores comparando sus resultados con los de proyectos conocidos, y recibiendo una muy grata sorpresa.

Los resultados obtenidos al tratar de calcular este tipo de máquinas se aproximan bastante a los valores de los modelos reales, como consecuencia de estas pruebas se realizaron estudios referentes a la influencia de ciertos parámetros en el tamaño, en el peso y finalmente en el costo.

Creemos que el programa puede ser aprovechado para las estimaciones de costo aún por quien no domina demasiado el tema de diseño, pero que tiene necesidad de seleccionar una potencia económica, o de entender cuanto influye por ejemplo la impedancia de corto circuito impuesta por criterios de instalación en las características técnicas del objeto de especificación.

Una pregunta que siempre surge cuando se fija un valor de tensión de cortocircuito al especificar un transformador de potencia, es como influye esta imposición en las distintas características de diseño particularmente, tamaño, peso y costo de la máquina.

Para este objeto el programa mostró su nobleza permitiendo efectuar el estudio de distintas alternativas y su comparación.

Debido a la consulta de un colega de Brasil, desarrollamos completamente con el uso de este programa, un ejemplo de cálculo de un transformador para una frecuencia de 60 Hz, pero también analizamos en detalle la posibilidad del empleo de una máquina calculada para 50 Hz y utilizada en 60 Hz.

Frente a la necesidad de analizar una especificación de un autotransformador de muy alta tensión, profundizamos el análisis de la semejanza entre el autotransformador y un transformador que llamamos "primitivo" y que adecuadamente conectado da origen al autotransformador.

El programa nos permite calcular este transformador primitivo y desarrollamos algunos programas auxiliares para preparar los datos y convertir los parámetros de resultados.

Al poder convertir fácilmente datos y resultados de una a otra máquina, destacamos la gran importancia (reconocida en toda la bibliografía) que tienen los esfuerzos electrodinámicos en los autotransformadores, que de alguna manera según el valor de los parámetros pueden llegar a ser varias veces superiores a los que corresponden al transformador primitivo.

En otra aplicación en la que era necesario un autotransformador de prácticamente relación 1:1 para adaptar la tensión nominal de un motor a la red con tensión ligeramente distinta, analizamos la imposibilidad práctica, y desaconsejamos utilizar un autotransformador para este caso, más adelante comentaremos respecto del motor.

La necesidad de calcular casos reales, pone un problema frecuente, los transformadores de 3 arrollamientos, que se pueden calcular como maquinas de dos arrollamientos, con espacio suficiente para el agregado del tercer arrollamiento, y luego verificando los otros dos pares de arrollamientos.

Esta metodologia aplicable pero dificultosa fue incorporada al programa de calculo, que permite fijando los datos necesarios, dimensionar una maquina de tres arrollamientos.

Sucesivamente fue agregada la determinación de la corriente de excitación, en función de la tensión, lo que permite disponer de un modelo del transformador utilizable en estudios de transitorios.

El programa SINCRO desarrolla el calculo de la maquina sincrónica, los datos pueden prepararse con el programa EDIMAQ, se puede calcular maquinas de rotor liso (2 polos) y polos salientes, llegando a calcularse los valores de los parámetros para los estudios transitorios también.

Tratando de reproducir el dimensionamiento de máquinas reales, encontramos dificultades en el diseño de los devanados, nos habíamos olvidado de dar al usuario del programa, la libertad de poder manejar el número de circuitos internos (ramas en paralelo), corrección que introdujimos en la rutina correspondiente que también es utilizada en el cálculo del motor asincrónico.

El programa fue puesto a prueba calculando varias máquinas de polos salientes accionadas por turbinas hidráulicas con el objetivo de evaluar las características técnicas y en particular los pesos de hierro y cobre activos.

Por la finalidad didáctica este programa inicialmente sólo se orientó al cálculo de máquinas de polos salientes, pero nos quedaba el ambicioso deseo de encarar el dimensionamiento básico de turbomáquinas (rotor liso).

Como mínimo pretendíamos poder hacer un predimensionamiento de turbomaquinas para una buena evaluación de parámetros técnicos, de pesos y finalmente de costos de máquinas de este tipo que actualmente corresponden a potencias muy importantes.

El haber podido visitar una empresa de prestigio mundial, y obtener abundante información, nos estimuló a concretar esta ambición.

El programa, para maquinas de rotor liso, fue desarrollado dentro del existente de polos salientes, utiliza para el estator las mismas rutinas y criterios, y se aparta cuando comienza el dimensionamiento del inductor.

Era una sorpresa esperada poder reproducir el ejemplo de una máquina conocida de 40 MVA, calculada por el Prof. Liwschitz con los métodos disponibles en su época.

También reprodujimos con notable aproximación una máquina de 138.6 MVA accionada por una turbina de gas.

Utilizando bibliografía disponible se logro encarar y resolver la determinación de los parámetros necesarios para los estudios de transitorios, lo que permite una excelente coronación del calculo de dimensionamiento, y la posibilidad de encontrar los parmetros que permiten utilizar el modelo de maquina generalizada, otro agregado fue el calculo del momento de inercia.

El programa MOTOCA desarrolla el calculo del motor trifasico, los datos pueden prepararse con el programa EDIMAQ, para motor con rotor bobinado, simple jaula, doble jaula, o ranura profunda.

El deseo de utilizar prematuramente el programa con alumnos, y presentarlo en la Revista, hizo que por su complejidad quedara pendiente el caso de rotor de doble jaula.

Prácticamente desde 1987 el programa incluye tambien esta opción, para ello hubo que modificar en modo importante la estructura de los datos de entrada, también se tuvo que aumentar la cantidad de opciones de tipos de ranuras.

El programa permite para el rotor de doble jaula, que la ranura exterior sea redonda, y la interior redonda, rectangular o con forma de ojiva, pudiendo hacerse las combinaciones que asemejan prácticamente las realizaciones industriales hoy más difundidas.

Respondiendo a una consulta surgió la necesidad de poder imponer el paso del devanado estatórico, razón por la cual actualmente el programa permite también esta opción.

Como para el transformador desarrollamos ejemplos de aplicaciones en 50 y/o 60 Hz para satisfacer la misma inquietud del colega de Brasil.

Una instalación industrial importada (60 Hz de origen) generó la consulta de cómo utilizarla en nuestro país, se calcularon entonces motores para 60 Hz y se estudió su comportamiento alimentándolos a 50 Hz forzando las dimensiones geométricas de la máquina (obteniendo resultados como si el programa fuera un simulador).

Esta última aplicación nos exigía comparar las características mecánicas de ambos motores, que con los resultados producidos por el programa se tornaba muy laborioso.

Se desarrolló entonces un pequeño programa gráfico MOTCUR en lenguaje Qbasic, que lee los informes de cálculo de los dos motores separando en particular los datos correspondientes a velocidad, par y corriente. Luego construye en escala, con las correctas referencias de velocidad absoluta, las gráficas superpuestas, permitiendo observar cómo varía el comportamiento de los parámetros de interés.

Otra consulta ya señalada para el transformador, obligó a analizar la influencia de una variación de la tensión de alimentación de un motor en aumento del 10 a 20%, observándose su influencia en la corriente de vacío, pérdidas y características mecánicas.

También se analizaron las modificaciones en el dimensionamiento del devanado utilizando la misma estructura magnética, en el caso de que al funcionar con una sobretensión permanente su aislación sufriera un colapso y fuese necesaria su reparación.

Recientemente tambien se avanzo en encontrar los parmetros que permiten utilizar el modelo de maquina generalizada, para motores de jaula simple y doble jaula, tambien con el agregado de la determinacion del momento de inercia.

El programa MAQCON desarrolla el calculo del motor de corriente continua (supuesto de excitación independiente), los datos pueden prepararse con el programa EDIMAQ.

También este programa fue puesto a prueba con varios problemas, y surgieron algunas consultas interesantes.

Un pequeño y viejo motor de 5 kW cuya geometría era completamente conocida presentaba problemas de funcionamiento y se decidió calcularlo para verificar el diseño.

Los resultados del cálculo mostraron que las características presumidas del motor correspondían con el producto del cálculo, y profundizando las causas del problema se determinó que estaba originado por una inadecuada utilización de los aislamientos en las reparaciones efectuadas.

Otra aplicación está relacionada con las características de diseño de motores de 1900 kW, 6 polos sobrecargables en forma importante (alrededor de 100%) que presentan importantes problemas de conmutación.

Para poder juzgar la validez de propuestas de modificaciones se desarrolló el cálculo, lo que obligó a retocar el programa para forzar el número de ranuras del inducido.

El cálculo del polo auxiliar habiendo impuesto el valor de su entrehierro, se desarrolla determinando la fuerza magnetomotriz necesaria para contrarrestar la reacción del inducido más la tensión media de reactancia, para máquinas cuya corriente de inducido es muy alta, el número de espiras resulta muy bajo (no alcanzando una decena).

Como el número de espiras debe ser entero al redondearlo varía linealmente la fuerza magnetomotriz, en consecuencia varía la inducción en el entrehierro, lo que provoca una descompensación en la tensión media de reactancia que debe corregirse actuando sobre el entrehierro.

El programa fue modificado para poner en evidencia esta situación y permitir obtener resultados que ayuden a proponer el entrehierro correcto.

Se trata de la maquina mas abundante, pequeña y mas dificultosa de calcular. Se intento desarrollar un programa de tipo interactivo, pensando que era mas adecuado que un programa batch. Sin embargo este camino presento dificultades por el tamaño desproporcionado del problema y la necesidad de realizar cálculos dificultosos replanteando la selección del lenguaje de programación y el aprovechamiento de las rutinas ya desarrolladas para el calculo de las otras maquinas.

Tambien este programa se desarrollo para la modalidad batch, y está también disponible para los interesados en estas experiencias de calculo. Se trata de volver periódicamente a esta pagina, pera ver si sufre alguna correccion o actualización.

Alrededor de este tema se ha producido el avance menos evidente, pero más significativo, en efecto desde hace años se han popularizado distintos programas de dibujo que permiten satisfacer la necesidad de generación de planos que un proyecto constructivo requiere.

Por otra parte nuestro programa DIBMAQ generaba en pantalla los cortes esquemáticos (transversal y longitudinal) de las máquinas calculadas pudiendo variar la ventana de observación, lográndose una visión total o de detalle, y este resultado sólo podía ser transferido a papel por vuelco de pantalla.

Indudablemente faltaba la posibilidad de generar dibujos que pudieran ser manejados por los programas de ingeniería popularizados, entregando el resultado del cálculo en forma gráfica, para utilizarlo como croquis básico.

Decidimos modificar el DIBMAQ para que al mismo tiempo que genera la imagen en pantalla pudiera generar un archivo *.DXF (lenguaje de intercambio gráfico bastante difundido) que puede ser levantado por muchos de los programas gráficos accesibles en los distintos centros de trabajo.

Así es que quienes saben utilizar AUTOCAD, MICROCADAM, IntelliCAD pueden abrir el archivo .DXF y obtener el correspondiente dibujo transformado en escala natural (1:1) para trabajar en él ya en su proyecto de detalles.

Esta facilidad de importancia enorme sólo puede ser apreciada por quienes han abandonado la "incómoda mesa de dibujo" por los sistemas de dibujo mundialmente difundidos.

Las características que permiten apreciar el funcionamiento de los motores se transmiten a través de gráficos, estos representados con caracteres se presentan desde el inicio dentro de los informes de calculo (ver figura 1).

Para superar esta (aunque útil) burda presentación, se preparo MOTCUR (ver figura 2) ya citado y que permite comparar distintos motores (inclusive como dicho funcionando a distinta frecuencia) y HEYLAND que al inicio solo desarrollaba el diagrama de Heyland, y sucesivamente incorporo los diagramas de características de todas las maquinas calculadas con los programas presentados, y otras simuladas con otros programas (MOTCAR por ejemplo).

El programa HEYLAND además de permitir ver las curvas en pantalla, permite generar las tablas de datos (incluidas en los informes de salidas de los programas de calculo) en versión apta para EXCEL (generando y levantando sucesivamente un archivo *.TXT en el que se ha adoptado como separador el ; punto y coma), o con otros graficadores utilizados en nuestros ambientes.

Para facilitar la generación de los informes los programas de calculo fueron modificados una vez mas, y ofrecen entonces dos salidas, la primera entrega un informe de texto que mantiene las características de siempre, y la segunda salida genera las mismas tablas contenidas en el informe de texto pero compatibles para EXCEL (el informe contiene las tablas una tras otra, cada tabla con un renglón de titulo, un renglón de encabezamiento y las series de valores numéricos separados con ; punto y coma – es conveniente la extensión .CSV).

Este es un tema que esta relacionado con el cálculo del transformador, pero decidimos no incluirlo en el programa TRADIM (que solamente resuleve el dimensionamiento electromagnético), decidiendo tratar por separado el dimensionamiento de la refrigeración, la verificación, las distintas posibles alternativas de enfriamiento.

Primero desarrollamos el programa TRACALQ (en lenguaje Qbasic) pero para mejorar las posibilidades y obtener mejores resultados, decidimos encarar el programa TRACAL (en Fortran), y esta tarea concluyó en 2005.

Este programa cubre distintas posibilidades de disipación de calor (sin disipadores, con radiadores, con tubos, caja ondulada), calcula dimensionando cantidad o tamaño de los disipadores para cada una de las posibles opciones, y verifica determinando las temperaturas en distintos puntos, con distinto estado de carga, con distinto funcionamiento de la refrigeración ONAN u ONAF.