Steve Meyer dice: El control de movimiento y la mecatrónica continúan personificando los opuestos extremos de la ingeniería, un fenómeno increíblemente simple e increíblemente complejo a la vez. Esta contradicción aparente es experimentado en muchas áreas.
La operación de un ventilador es una de las aplicaciones de los motores más comunes y simples, pero para entender los requerimientos del torque y la aceleración inicial, tenemos que usar algunas ecuaciones exponenciales debido a que la fuerza de la presión de aire ejerciendo sobre el ventilador varía con el cubo de la velocidad. Esta relación entre la velocidad del motor y el número de metros cúbicos de aire movido es una de las primeras restricciones que hay que sacrificar. La cantidad de tiempo permitida para la aceleración del ventilador es una restricción de segundo orden en la cual está acoplada a la cantidad de potencia necesitada por el motor a través del tiempo.
El uso de corriente del motor, combinado con el voltaje y la frecuencia definirá la eficiencia del sistema en general. Asumiendo que no hay correas y poleas para transferir la potencia mecánica a la carga del ventilador – aunque por lo general si las hay – estamos manejando el asunto en unidades de voltios, herzios, amperios, revoluciones, metros cúbicos de aire, torque y tiempo. Si llevas la cuenta son 7 variables necesarias para encender un ventilador. Son 8 si consideras la eficiencia, aunque la eficiencia puede ser derivada de las otras. Sin incluir mas variables por simplicidad.
Lo que personalmente encuentro realmente interesante acerca de esta situación es que la industria de los motores y los fabricantes de máquinas continúan aplicando los motores eléctricos usando un análisis sesgado del tiempo (velocidad) y del torque. Al diablo!, solo hay 2 o 3 variables dependiendo de como consideres al tiempo. Si, esta cuestión también tiene algo de sofisticación. Los programas computador que permiten calcular el tamaño del motor consideran la aceleración y el límite térmico. Y debería decirse que todos los sistemas de conversión de energía en últimas tienen que ser considerados como sistemas termodinámicos. Esto es, cuánta energía puedo convertir, y que tan rápidamente antes que el calor residual se convierta en una carga económicamente insostenible para el proceso. Pero el aplicar un motor a una carga usando únicamente dos variables es caer un poco en la sobre-simplificación.
Para hacer las cosas aún peores, todos los motores que están a la venta son soluciones basadas en restricciones de manufactura y costos. Son un promedio de muchos diseños y requerimientos mezclados con soluciones “sacadas del estante” fáciles de conseguir. El diseño del motor tiene bastante poco que ver con el requerimiento particular al que tu o yo estaremos enfrentados en una aplicación dada. El intercambio de información entre el vendedor del motor y el ingeniero que está aplicando el motor es básicamente sólo para entender el par de torsión continuo y el par de torsión pico que el motor puede producir, y en ajustar la curva a la condición de carga. Haciendo esto un ejercicio predominantemente mecánico, la salida del motor (mecánica) y la condición de carga (mecánica igualmente).
Pero en la era de los computadores personales, con herramientas de diseño cada vez más poderosas, lo que yo veo es que la siguiente frontera será la aplicación de las nuevas herramientas al viejo problema del motor y la carga. Conozco a algunas personas trabajando en eso, y el progreso es muy bueno. Una nueva y poderosa era de herramientas de diseño está emergiendo.
