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Sep 15, 2023

Simulação Multifísica Impulsiona Tecnologia de Cidade Inteligente

Caixas de força contemporâneas (ou pilares alimentadores, como são conhecidas fora do

As caixas de energia contemporâneas (ou pilares alimentadores, como são conhecidas fora dos Estados Unidos) são montadas na rua e controlam o fornecimento elétrico para residências dentro de um bairro. Como os residentes priorizam cada vez mais a estética e continuam a valorizar muito a vida urbana, há uma necessidade de caixas de energia menos visíveis.

Mas, como se vê, há uma razão válida por trás do tamanho volumoso das caixas de energia. O tamanho do design tradicional contém o hardware necessário para reduzir a alta potência da linha de longa distância para uma potência adequada para distribuição em residências e empresas. O objetivo valioso de reduzir o tamanho das caixas de energia vem com o desafio adicional de direcionar a energia com uma área consideravelmente menor, considerando a resistência e as forças de Lorentz, uma tarefa não insignificante.

Ishant Jain, pesquisador principal em P&D da Raychem RPG, aplicou seus anos de experiência em simulação ao desafio de criar uma caixa de energia pronta para uma cidade inteligente e consciente do espaço. Junto com sua equipe na Raychem, ele recrutou a simulação multifísica para enfrentar os desafios de engenharia que acompanharam a criação desse novo design radical.

Graças a este artigo, você se lembra daquela caixa de metal intrusiva perto da sua calçada. Mas como exatamente funciona uma caixa de energia?

O invólucro de uma caixa de energia fornece proteção a um sistema de distribuição elétrica. Sua finalidade é distribuir a corrente de uma linha de alimentação de baixa tensão, adequada para o transporte elétrico em curtas distâncias, para residências e empresas. As caixas de energia são usadas para reduzir as perdas físicas de eletricidade, bem como para distribuir e contabilizar com mais precisão o uso dessa eletricidade.

"É altamente benéfico que as caixas de energia ocupem menos espaço", disse Jain. "Poderíamos criar uma unidade modular com todas as capacidades do modelo original adaptadas às necessidades das cidades do século XXI."

Jain e sua equipe notaram rapidamente que muitos aspectos do design de uma caixa de força clássica precisavam ser melhorados. Essas atualizações incluíram uma redução do custo e das perdas elétricas devido a conexões abaixo do padrão, bem como melhorias na segurança, tamanho, facilidade de instalação, facilidade de manutenção e estética.

Jain e sua equipe também foram motivados a criar uma caixa de energia futurística que seria prontamente adotada por cidades inteligentes. Essa nova caixa de energia incluiria recursos inteligentes para permitir o monitoramento online do uso de energia, bem como monitorar a integridade do sistema e dos fusíveis individuais.

Os desafios imediatos na adaptação da geometria de um sistema de distribuição elétrica a um gabinete radicalmente pequeno é a necessidade de mitigar as forças eletromagnéticas concorrentes decorrentes da mudança no projeto.

Devido à natureza dinâmica da física e à complexidade da geometria, a necessidade de simulação multifísica para garantir a estabilidade do projeto ficou imediatamente evidente para os engenheiros.

Para realizar uma redução tão acentuada no tamanho da caixa de energia, os engenheiros precisaram criar um sistema de barramento que distribuísse a mesma quantidade de energia, mas se encaixasse em uma geometria menor (Figura 1).

Jain e sua equipe criaram uma simulação 2D para garantir que seu projeto fosse adequado para reduzir o impacto cumulativo das forças eletromagnéticas. O alinhamento de 120° dos painéis serve para equilibrar as forças que atuam nos barramentos.

"A simulação nos deu confiança de que o projeto funcionaria", explicou Jain, "poderíamos dizer que as forças eletromotrizes seriam equilibradas pelo alinhamento de 120°."

Outra consideração importante é a solidez estrutural geral da caixa de força. Para isso, Jain e equipe desenvolveram uma simulação estrutural da caixa de força que permitiria avaliar sua durabilidade. A partir de um estudo dependente do tempo de ventos de até 103 m/s soprando contra a estrutura, determinou-se que a caixa de energia era estruturalmente sólida (Figura 2). Os engenheiros também aumentaram lentamente a carga limite até que a tensão induzida atingisse um valor crítico e determinaram que o projeto é seguro até uma velocidade do vento de 570 m/s.