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miércoles, 18 de abril de 2018

Transporte y Distribución de Gas - Prov. de Jujuy, Argentina.



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Fuente: ENARGAS

martes, 17 de abril de 2018

Transporte y Distribución de Gas - Prov. de San Juan, Argentina.



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Fuente: ENARGAS

viernes, 6 de abril de 2018

Ubicación de las plantas de licuefacción de GN y regasificación de GNL de América Latina y El Caribe – Mapa



En el mapa aquí mostrado, se puede observar que sólo Perú y Trinidad & Tobago tienen plantas de licuefacción de GN (Gas Natural), que les permiten exportarlo en forma líquida como GNL (Gas Natural Licuado), ocupando un volumen 600 veces menor que en estado gaseoso. Los demás países de la región solo disponen de plantas de regasificación de GNL, que les permite importar el GNL y volverlo a su estado gaseoso, para distribuirlo internamente mediante gasoductos.

LNG Terminals in Latin America and the Caribbean (Terminales de GNL en América Latina y El Caribe)
Fuente: Regional Association of oil, gas and biofuels sector companies in Latin America and the Caribbean, April 2016

¿Qué es el GNL?: El GNL (Gas Natural Licuado) (LNG en inglés) es Gas Natural (GN) que ha sido  temporariamente convertido en líquido. Esto se hace para ahorrar espacio,  ya que 600 m3 de gas natural, a temperatura y presion normales (0ºC; 1 atm), llevado a una temperatura de -161ºC y a una presión de 1atm, se licúa, ocupando un volúmen de 1m3 de GNL. La presión de 1 atm es la presión atmosférica media a nivel del mar.Convirtiendo el GN en GNL  se hace más fácil almacenarlo y transportarlo cuando los gasoductos no están disponibles.




martes, 6 de marzo de 2018

La Energía eléctrica y las Comunicaciones en las ISLAS MALVINAS



En esta nota mostraremos como se abastecen las islas Malvinas de energía eléctrica y como se establecen las comunicaciones en la actualidad, desde un punto de vista puramente técnico. No tocaremos el tema de la soberanía, ni el de la guerra.

Introducción
El archipiélago de las Malvinas (Falklands para los ingleses), se encuentra ubicado dentro de la plataforma continental de Sudamérica y esta constituído por dos grandes islas: Soledad (East Falkland) (6.353 km²) y Gran Malvina (West Falkland) (4.377 km²) y una cantidad de islas de menor tamaño (más de 700). La isla Soledad, donde se encuentra la capital del archipiélago, Puerto Argentino (Stanley para los ingleses), es la que está más al este y la Gran Malvina más hacia el oeste. Obsérvese que la Gran Malvina, a pesar de su nombre, tiene menor superficie que la Soledad. (Fig.1)
Si sumamos la superficie de las dos islas mayores del archipiélago de malvinas, tenemos 10.730 Km2 y si comparamos este valor con la superficie de la provincia de Tucumán, la más pequeña de Argentina (22.524 Km2), tendremos (10.730/22.524)x100 = 47,64%, o sea que la superficie de ambas islas sumadas es un poco menor que la mitad de la superficie de Tucumán.
La población total de las islas Malvinas, según el censo de 2016, es de 3.354 habitantes, de los cuales 2.524 viven en la capital (Stanley) y 397 viven en la zona rural, llamada localmente “el Camp”.
Una base militar británica, ubicada en Mount Pleasant (Monte Agradable), se encuentra en East Falkland (Gran Malvina), aproximadamente a 35 millas (unos 56 Km) al sudoeste de Stanley y tiene una población civil de 381 personas e incluye aproximadamente 1.000 militares, sin embargo, esta cifra puede fluctuar. Ahí se encuentra el Mount Pleasant Airport (Aeropuerto Internacional Monte Agradable).
De acuerdo con el Censo de 2016, se registró un total de 49 nacionalidades que viven en las Malvinas. Esto incluye malvinenses, británicos, chilenos, estadounidenses, australianos, neozelandeses, brasileños, daneses, dominicanos, georgianos, filipinos y pakistaníes entre otros. El idioma oficial es el inglés.
Los principales ríos de las islas Malvinas (Fig.1 y fig.2)
Río Blackburn: (Blackburn River) es un río de pocos kilómetros de largo, ubicado en el noroeste de la isla Gran Malvina. Nace en la loma del Castillo (una elevación de 121 msnm, cerca de la costa del puerto del Río) y desemboca en la bahía San Francisco de Paula (Byron Sound). El río Piloto es su principal afluente.
Arroyo Caprichoso: (Moody Brook)  ubicado al este de la isla Soledad, es un pequeño curso de agua que conforma un valle y desemboca en la rada de Puerto Argentino.
Río Chartres: (Chartres River) es uno de los dos cursos de agua más importantes de la isla Gran Malvina, junto con el río Warrah. Nace en los Montes Hornby y desemboca en la Bahía 9 de Julio (King George Bay), cerca de la localidad de Chartres. Es muy importante turísticamente, ya que en él se practica la pesca.
Río Fitz Roy: (Fitz Roy River) es un río de pocos kilómetros de largo, ubicado al este de la isla Soledad. Fluye hacia el este, desde su nacimiento en las alturas Rivadavia (cerca del Cerro Rivadavia) hasta su desembocadura en el puerto Fitz Roy.
Arroyo Horqueta: (Horqueta Creek)  es un curso fluvial en el centro de la isla Soledad  más precisamente al norte de Lafonia y al sur de Pradera del Ganso (Goose Green), que fluye hacia el este y desemboca en la ría Bodie.
Arroyo Malo: (Malo River) es un río ubicado al norte de la Isla Soledad. Nace cerca del monte Simón y desemboca en la Bahía de la Maravilla.
Arroyo Mullet: (Mullet Creek) es un río pequeño en el este de la isla Soledad, que nace cerca del cerro Zapador en las Alturas Rivadavia y desemboca en el puerto Enriqueta, al sur de Stanley.
Río Murrell: (Murrell River) es un río ubicado en el noreste de la isla Soledad, en la península de Freycinet. Nace en el Monte Challenger (parte de las Alturas Rivadavia), con afluentes que proviene del Monte Kent, Harriet y Dos Hermanas.
Tiene un gran estuario en su desembocadura en la caleta Serpiente en Puerto Groussac (Port William), al norte de Stanley. Aquí se practica la pesca.
Río Piloto:(Pilot River) es el principal afluente del río Blackburn, ubicado en el norte de la isla Gran Malvina. Corre de sur a norte desde su nacimiento entre los montes Beauford e Independencia y desemboca en el río Blackburn, que a su vez desemboca en la bahía San Francisco de Paula.
Río San Carlos: (San Carlos River) es uno de los ríos más grandes de la isla Soledad. Fluye hacia el oeste, desembocando en la bahía San Carlos, cerca del Puerto San Carlos y el asentamiento del mismo nombre. Se inicia en las Alturas Rivadavia y recibe varios afluentes de los cerros cercanos. En este río se practica la pesca.
Río Warrah: (Warrah River) es uno de los ríos más importantes de la isla Gran Malvina, junto con el río Chartres. Nace en el Monte Muffler Jack y Monte Robinson y corre por veinte kilómetros hacia el mar, desembocando en el Puerto del Río, frente a la isla del Río, al norte de la Gran Malvina. El río posee un recorrido corto, pero es ancho en su mayor parte.

Fig.1 – Mapa físico - político de las islas Malvinas, con los nombres asignados por los argentinos (Instituto Geográfico Nacional de Argentina) (Para ver en pdf y agrandar, haga click sobre la imagen)
La energía eléctrica en las islas Malvinas

La capacidad total instalada actualmente de generación de electricidad en las Malvinas es de 22,2MW (estimado en 2015). De esto, 18,8MW (84,6%) proviene de la generación de combustibles fósiles, 3,4MW (14,9%) proviene de la generación eólica y 0,07MW (0,5%) es de la generación solar. http://www.fidc.co.fk/rural-development/gis-resourse-map
El mercado de la energía eléctrica en las islas se divide en dos sectores: rural (el Camp) y urbano (Puerto Stanley).

Fig.2 – Mapa físico y político de las islas Malvinas, pero con los nombres adoptados por los ingleses.
El mercado rural dependía exclusivamente de generadores diesel, incluso cuando era una solución costosa que se usaba solo durante unas pocas horas al día. Dada la abundancia y consistencia del viento, los pobladores rurales aprovecharon un programa de subsidios para la compra e instalación de turbinas eólicas, mediante el cual el FIDC* cubrió aproximadamente el 60% del costo y la instalación de los equipos y el almacenamiento de energía. Más del 85% de las granjas cuentan ahora con energía eólica proveniente de recursos naturales, manteniendo los generadores de energía térmica existentes para los días de viento lento ocasional y el mantenimiento y reparación de la turbina eólica.
* (FIDC) Falkland Islands Development Corporation (Corporación de Desarrollo de las Islas Falkland): es un organismo casi autónomo, establecido por el gobierno de las islas y en gran medida autofinanciado, responsable de fomentar el desarrollo económico de las Islas Malvinas. Se creó en 1984 y se financia principalmente con sus propias reservas y fuentes de ingresos. Las iniciativas que ha fomentado incluyen el transporte aéreo, la conexión a la red global de envío en contenedores, el apoyo a la diversificación agrícola, el establecimiento de una industria de exportación de carne y la promoción del turismo. También ofrece asesoramiento, préstamos y subvenciones para impulsar el desarrollo comercial local.
El mercado urbano (Stanley) dependía hasta 2007 del suministro de la central eléctrica de Stanley, que disponía solo de ocho generadores diesel con potencias nominales que varían de 300 kW a 1,5 MW. En invierno, se requiere una capacidad de red máxima de 3,2 MW; en verano, la demanda cae a un mínimo de 1,1 MW. Para satisfacer la demanda, los generadores generaban 15 millones de kWh de energía al año y consumían 4 millones de litros de diesel en el proceso. (Fig.3)

Fig. 3 – Sala de generadores diesel de la Planta de energía de Stanley
En 2007 Enercon instaló en Sand Bay (a 10 km al oeste de la capital de la isla) un parque eólico (Sand Bay Wind Farm) consistente en tres aerogeneradores Enercon E-33 de 330 kW cada uno, para funcionar en forma combinada con los generadores diesel existentes. (Fig.4)

Fig.4 – Ubicación de Sand Bay Wind Farm

También se instaló un cable de fibra óptica entre el sitio del parque eólico y la planta de energía en Stanley, para permitir la transferencia de datos del parque eólico por medio del sistema de monitoreo SCADA, de modo que todos los componentes del sistema se controlan desde una unidad operativa central en la planta de energía de Stanley. Sand Bay, donde se instaló el parque eólico, es un área deshabitada en las estribaciones de las montañas, con una velocidad promedio del viento de 10,7 m/s, ideal para instalar un parque eólico, dijo Glenn Ross, gerente de la central eléctrica del Departamento de Obras Públicas de las Malvinas. El Departamento comenzó a tomar mediciones de viento ya en la década de 1970. Su objetivo era identificar sitios con vientos particularmente fuertes. El gobierno de la isla quería reducir su dependencia de las importaciones de gas oil.

Fig.5 – Dos de los aerogeneradores Enercon E-33/330KW instalados en Sand Bay
En su primera fase, el parque eólico, compuesto por estos tres aerogeneradores, pudo satisfacer el 26% de las necesidades de electricidad de la ciudad de Stanley. 
La Fase Dos del Parque Eólico, finalizada en 2010, consistió en instalar otros tres aerogeneradores Enercon E-33 de 330 kW cada uno, iguales a los anteriores. La instalación de estos equipos adicionales aumentó el ahorro del consumo de combustible en la estación de energía de Stanley a un promedio de 35-40%. El pico de ahorro diario, registrado hasta la fecha, fue del 54% durante un día. El proyecto ha sido un gran éxito, reduciendo costos y minimizando el impacto ambiental.
Las Islas han experimentado con otras formas de energía renovable, incluida la energía hidroeléctrica y solar. Existe ahí  la idea que estas tecnologías funcionan bien para aplicaciones más pequeñas, pero no pueden igualar el rendimiento o la rentabilidad de la energía eólica. Por lo tanto, las Islas Malvinas examinarán el potencial de las modernas tecnologías de almacenamiento de energía y bombas de calor para optimizar la energía eólica y reducir aún más el consumo de combustibles fósiles.
Las especificaciones técnicas del Enercon ·E–33/330 KW, se pueden apreciar en el siguiente link: http://planning.northwarks.gov.uk/portal/servlets/AttachmentShowServlet?ImageName=233324
Este aerogenerador no tiene caja multiplicadora de engranajes (no gearbox), sino que acopla el rotor del generador sincrónico directamente al eje de la turbina, luego rectifica la onda generada y después genera una onda de 50Hz electrónicamente con un inversor. Ver: Los Generadores accionados por las turbinas a viento

Las Comunicaciones en las islas Malvinas
En este tema hay que dividir las comunicaciones en dos tipos: las comunicaciones telefónicas y las comunicaciones de radiodifusión y teledifusión (broadcasting). A su vez las comunicaciones telefónicas incluyen los teléfonos fijos, los móviles, las radios two way (banda ciudadana y VHF) e internet.
Comunicaciones telefónicas
La empresa Sure South Atlantic Ltd tiene el monopolio (autorizado por el gobierno de las isalas) para proporcionar las telecomunicaciones de las Islas Malvinas, como teléfonos e Internet de banda ancha.
En 1989, Cable & Wireless (una empresa inglesa de telecomunicaciones) ganó el contrato para proporcionar un servicio telefónico local e internacional para las Islas Malvinas.
La comunicación en las Islas ha cambiado significativamente desde entonces con la introducción del servicio de Internet y servicio telefónico local, internacional y móvil. En 2006, la banda ancha se implementó en Stanley y Mount Pleasant, y en 2008/09 se lanzó el servicio en todas las islas.
Durante 2008/09, la compañía invirtió 1.5 millones de libras en el desarrollo de una nueva red para el Camp, que puede brindar servicios de banda ancha en cualquier lugar de las Islas, incluidas las islas remotas.
A fines de 2011, la red móvil se extendió ampliamente alrededor de las Islas, aumentando la cobertura para incluir grandes partes del Camp, incluyendo Fox Bay y Port Howard en West Falklands. En agosto de 2012, los datos de la red móvil se habilitaron para ofrecer a los clientes la capacidad de enviar y recibir mensajes de video e imágenes y acceder a Internet con sus teléfonos móviles por primera vez.  
En abril de 2013, la empresa fue adquirida por Batelco Group, un proveedor de telecomunicaciones para 16 mercados que abarcan Medio Oriente y África del Norte, Europa, el Atlántico Sur y el Océano Índico. 
Desde el 15 de julio de 2013 Cable & Wireless South Atlantic Ltd  cambió su nombre por Sure South Atlantic Ltd. Sure International es la división corporativa del negocio, permitiendo a las compañías que operan en las islas conectarse y realizar transacciones de manera confiable y eficiente con sus socios globales.
Según la CIA (Central Intelligence Agency), la agencia central de inteligencia de EEUU, en 2016 había  un total de 2.255 abonados a teléfonos fijos, 5.000 a celulares y 3.000 usuarios de internet. También dice que en 2015 había una estación terrena que enlazaba con Intelsat (Océano Atlántico) para comunicarse con otros países a través de Londres.
Las comunicaciones de radiodifusión y teledifusión (broadcasting).
Los medios de difusión son los siguientes:
1) KTV Ltd
KTV Ltd. es un servicio de televisión por satélite y radio digital que funciona en las Islas Malvinas. También hay un servicio codificado inalámbrico digital de cable disponible en Puerto Argentino/Stanley y parte del Camp. Fundado en 1980, recibe canales del Reino Unido, Chile y Estados Unidos y los retransmite a los abonados (suscriptores) en las islas. KTV Ltd. es propiedad del empresario chileno Mario Zuvic Bulic, residente de las islas.


Fig.6 – El logo de KTV Ltd.
2) Falkland Island Television (FITV)

Fig.7 – El logo de FITV
 Falkland Island Television (FITV) es la primera estación de televisión local de las Islas Malvinas y es propiedad de KTV y Stanley Services Limited. Stanley Services Limited (SSL) se formó en 1987 y es un joint venture entre el Gobierno de Falkland Island y los socios comerciales S & JD Robertson Group. FITV comenzó a transmitir en abril de 2011, utilizando la plataforma de distribución de KTV.
FITV actualmente produce un programa de noticias local semanal llamado "Falklands in Focus", que se transmite desde las19 hs los viernes y hasta que se reemplaza por un nuevo programa el viernes de la semana siguiente. Además, se producen programas especiales para cubrir reuniones públicas, programas de particular interés, eventos deportivos y sociales.
FIT–TV Falklands In Focus está disponible a través de una suscripción mensual o anual o se puede comprar un solo programa y verlo tantas veces como se desee. 
2) Falklands Radio.
Falklands Radio transmite en AM y FM. En FM lo hace en distintas frecuencias para cada zona de las islas, como está indicado en la Fig.8. En AM transmite en 530 KHz para todas las islas. Aunque oficialmente se llama "Falkland Islands Radio Service", la estación es referida como "Falklands Radio"(Radio Malvinas), y además, por sus iniciales, "FIRS".

Fig.8 – El logo de Falklands Radio. Se puede escuchar la emisora on line, haciendo click en el siguiente enlace: http://streaming.broadcastradio.com:8330/flklnd   (Click para escuchar la Falklands Radio)

Fig.9 – Un afiche usando la denominación oficial de Falklands Radio y la sigla FIRS que mencionamos anteriormente
3) BFBS
El Servicio de Radiodifusión de las Fuerzas Británicas (British Forces Broadcasting Service) (BFBS), transmite radio en FM en 8 frecuencias distintas y 4 canales de televisión, desde la guarnición militar en Mount Pleasant, llegando a la totalidad de las Islas Malvinas, transmitiendo programas de televisión británicos todos los días.
Algunos de estos programas se graban, incluidas las emisiones de noticias, y se retransmiten unas horas más tarde, el mismo día. Uno de los 4 canales de TV es específicamente para niños. No hay tarifas de licencia de TV ni cargos de suscripción para el servicio BFBS. En la Fig.10 se indican las frecuencias de FM para las distintas zonas de las islas.

Fig.10 – Las frecuencias de transmisión de la BFBS en FM
Establecida por la Oficina de Guerra Británica en 1943, BFBS ofrece programas de radio y televisión para el personal militar y sus familias en Afganistán, Belice, Bosnia, Brunei, Canadá, Chipre, las Islas Falkland, Alemania, Gibraltar, Kosovo, Medio Oriente, Irlanda del Norte y Tristan da Cunha, así como un servicio satelital en vivo para los buques de la Royal Navy en el mar.
El equipo transmite el canal de televisión BFBS y tres estaciones de radio: BFBS, que ofrece música popular, noticias, actualidad y deportes; BFBS 2, que ofrece música contemporánea y radio comunitaria local; y BFBS Radio Gurkha.


viernes, 2 de febrero de 2018

Telurímetro, telurómetro y tellurometer



Durante muchos años usé el telurímetro para medir la resistencia de las instalaciones de puesta a tierra. Estas instalaciones muchas veces consistían en una jabalina de acero recubiertas con una capa de cobre. Otras veces se trataba de varias jabalinas interconectadas, pero con un único borne donde había que conectar el instrumento para realizar la medición.
Si bien el telurímetro no era un instrumento tan popular como un voltímetro, que usara todo el mundo, en la empresa donde yo trajaba contábamos con dos telurímetros y muchos lo usábamos con frecuencia.

Ahora, buscando información en internet a través de Google, veo con sorpresa que el todopoderoso Google no acepta la palabra telurímetro, y con la suficiencia que lo caracteriza, me responde “Quizás quisiste decir: telurometro”. Si hubiera podido responderle, le hubiera dicho: no soy estúpido, Mr Google y escribí lo que quise decir.
Entonces pensé en la que se nos viene en un futuro próximo, donde los seres humanos de todas las profesiones que se está intentando reemplazarlos por máquinas, realmente lo sean. Vamos a vivir en una verdadera dictadura y tiranos como Google van a tener la última palabra. Perderemos el derecho a replica. Si ahora los gobiernos no nos escuchan, tampoco nos escucharán los panaderos, ni los médicos, ni ningún otro que nos preste un servicio, además de los gobiernos, por supuesto.

Pero ahí no termina la cosa. Cuando no me convence lo que aparece en español, sobre un tema técnico, recurro a la información en inglés y ahí casi siempre encuentro los conceptos claros. Eso hice también esta vez y realicé el intento escribiendo la palabra tellurometer, que es la palabra que Google da como traducción al inglés de la palabra telurómetro.

Pero, ¡sorpresa! : tellurometer en ingles no es un instrumento que sirva para medir la resistencia de una puesta a tierra, sino un instrumento que nos permite medir distancias mediante el uso de microondas.

Entonces, rapidamente deduje que estaba en un caso similar al del billón, errado e ideal para confundir a todo el mundo. En el caso del billón, el billion en inglés significa 1.000 millones, pero billón, en español significa un millón de millones. En español la traducción de billion del inglés no es billón, aunque las dos palabras sean parecidas, sino millardo.
No obstante, cada vez que Ud lea billón en un periodico en español debe cerciorarse de que quien escribió el artículo tenga esto en claro.

Si Ud quiere encontrar artículos en inglés sobre el telurímetro, le recomiendo escribir: instrument to measure grounding. Entonces Google por fin lo dejará leer al telurímetro en inglés. Y si quiere leer al telurímetro en español, recuerde que Google lo va a mirar con malos ojos si escribe telurímetro y en una de esas hasta puede ser castigado por esta todopoderosa máquina.

Me olvidaba: las palabras telurímetro y telurómetro, no están en el diccionario de la RAE (Real Academia Española).

En el diccionario británico (inglés/inglés) encontrará el significado de tellurometer: “a surveying instrument using microwaves to measure distance”. Lo que significa: un instrumento de agrimensura que usa microondas para medir distancia. http://www.dictionary.com/browse/tellurometer





miércoles, 10 de enero de 2018

Motor paso a paso – principio de funcionamiento. (1ra parte)



El motor paso a paso está compuesto por un rotor y un estator. El estator está constituído por bobinas con nucleo de hierro  y el rotor por un imán permanente o por una pieza de forma cilíndrica de hierro. La característica de este motor es que su rotor gira ángulos exactos (pasos) como respuesta a la excitación adecuada del estator. Además constituye un sistema de control de lazo abierto, a diferencia del servomotor, que para girar ángulos definidos necesita de un lazo de realimentación.
Esta diferencia es lo que hace que el motor paso a paso sea más simple,  más barato y más fácil de controlar y operar.

Clasificación de los motores paso a paso según la forma de excitar el estator
Se clasifican en unipolares y bipolares.
En los unipolares no es necesario invertir el sentido de circulación de la corriente en los bobinados del estator para hacer funcionar al motor, en cambio en los bipolares si es necesario.

Fig.1 – Motor paso a paso unipolar
Fig.2 – Motor paso a paso bipolar













Clasificación de los motores paso a paso desde el punto de vista constructivo
Se clasifican en: 1) De imán permanente, donde el rotor es un imán permanente.
                               2) De reluctancia variable, donde el rotor es de hierro no imantado.
                               3) Mixto, que funciona con una combinación de los dos tipos anteriores.
En los tres casos el estator está siempre constituído por bobinas fijas y el rotor no incluye ningún bobinado.
Motor paso a paso bipolar de imán permanente
Las Figuras 3 y 4 muestran un corte del motor paso a paso de imán permanente en las diferentes posiciones del rotor.
El rotor consiste de un imán permanente de forma cilíndrica. Las dos bobinas AA´ están conectadas en serie formando el devanado de la fase A. De manera similar, las dos bobinas BB´están conectadas en serie formando el devanado de la fase B. En la Fig. 5 se puede ver un circuito magnético equivalente a la disposición adoptada para el motor.
Motor paso a paso bipolar de imán permanente
Las Figuras 3 y 4 muestran un corte del motor paso a paso de imán permanente en las diferentes posiciones del rotor.
El rotor consiste de un imán permanente de forma cilíndrica. Las dos bobinas AA´ están conectadas en serie formando el devanado de la fase A. De manera similar, las dos bobinas BB´están conectadas en serie formando el devanado de la fase B. En la Fig. 5 se puede ver un circuito magnético equivalente a la disposición adoptada para el motor.

Fig.3 – Posiciones del rotor y sentido de las corrientes,  para un giro de 0º (a) y de 90º (b)



En la Fig. 3 (a), la corriente circula por el devanado de la fase A en el sentido de arriba hacia abajo y el polo sur del rotor se orienta en el campo magnético producido por dicha corriente con su polo sur atraído por el polo norte del campo de las bobinas. En esta posición del rotor decimos que el ángulo girado es α = 0º.
En la Fig. 3 (b), la corriente circula por los devanados de la fase B en el sentido de derecha a izquierda y no circula por la fase A. De manera similar, el rotor se orienta con su polo sur atraído hacia el norte del campo magnético creado por la corriente de la fase B. El rotor ha girado 90º con respecto a la posición anterior y decimos que α = 90º.

Fig.4 – Posiciones del roto y sentido de las corrientes,  para un giro del rotor de 180º (c) y de 270º (d).
En la Fig. 4 (c) el sentido de la corriente se ha invertido con respecto a la Fig. 3 (a) y entonces se ha invertido el sentido del campo magnético, por lo que el polo sur del rotor se encuentra ahora atraído hacia abajo y decimo que α = 180º.
En la Fig.4 (d), ocurre algo similar y ahora decimos que α = 270º.
Si ahora vovemos a hacer circular la corriente por la fase A, como en la Fig. 3 (a), el rotor habrá girado 360º y decimos que α = 360º.
Entonces podemos concluir que con la excitación que hemos hecho, de las bobinas del estator, el rotor ha realizado un giro completo por 4 pasos de 90º.
Fig.5 – Circuito magnético equivalente a la disposición
física de las bobinas adoptada en el motor
En la Fig.6 hemos representado gráficamente la corriente y los valores de α correspondientes en función del tiempo, del motor paso a paso de imán permanente que hemos visto, con pasos de 90º.
Fig.6 – Representación gráfica de la corriente y del ángulo de giro α del
motor paso a paso de imán permanente, con pasos de 90º, en función del tiempo.

 
También podemos reducir a la mitad el valor en grados de los pasos, haciendo que estos sean de 45º, en lugar de 90º. Para eso,  debemos hacer circular las corrientes iA e i B al mismo tiempo en las posiciones intermedias entre los pasos de 90º. De esta forma se suman vectorialmente los campos magnéticos que ellas generan, teniendo como resultado campos con 45º de inclinación con respecto a los ejes de las bobinas, lo que orienta al rotor con la misma pendiente. En la Fig. 7 se han representado las corrientes necesarias para lograr pasos de 45º y el ángulo α correspondiente en función del tiempo.
Fig.7 – Representación gráfica de la corriente y del ángulo de giro α del
motor paso a paso de imán permanente, con pasos de 45º, en función del tiempo.
A medida que se reduce el tamaño de los pasos de un motor paso a paso, se dice que aumenta su resolución.
Hasta ahora hemos utilizado una secuencia para excitar el estator que  hace girar el rotor en sentido horario. Invirtiendo el orden de la secuencia, el motor girará en sentido contrario a las agujas del reloj.

sábado, 7 de octubre de 2017

LOS INVERSORES PARA ENERGÍA SOLAR



Aquí describiremos el funcionamiento de un inversor monofásico, que usa modulación por ancho de pulsos o PWM (Pulse Width Modulation), que convierte la tensión continua (DC), generada por paneles solares fotovoltaicos, en una tensión alterna sinusoidal (AC) apta para ser entregada a la red pública.

La modulación por ancho de pulsos
Para obtener la señal modulada por ancho de pulsos aplicamos a la entrada de un comparador (Fig.1) una señal portadora triangular (carrier)  y la modulante sinusidal (señal deseada). La modulante sinusoidal será una réplica de la onda de la red, en frecuencia (50 o 60Hz, según el país) y fase (sincronismo). La portadora triangular tendrá una frecuencia alta comparada con la modulante (~ 12 KHz).

Fig.1 – La modulación PWM realizada con un comparador
Cuando la modulante tiene un valor mayor que la portadora, la señal modulada (PWM) tendrá un pulso de valor positivo y cuando sea menor un pulso de valor negativo, como se puede ver en la Fig. 2. Variando la frecuencia de la portadora se varía su período y por lo tanto el ancho de los pulsos de la señal modulada.

Fig.2 – Formas de onda de la modulación PWM
 Esto se hace para poder trabajar en los circuitos con una señal digital (PWM), en lugar de hacerlo con la sinusoidal analógica, lo que sería más complicado. La señal PWM, si la descomponemos mediante la serie de Fourier, veremos que tiene una componente fundamental que es la  modulante sinusoidal de 50Hz/60Hz y muchas armónicas de frecuencias doble, triple, etc. De modo que, en el momento oportuno, podremos recuperar la sinusoide mediante un filtro pasabajos.
El circuito doble puente
El circuito de la Fig.3 es conocido como circuito “doble puente” y también como circuito “puente completo” (full bridge), o “puente H”. Los transistores que se usan son MOSFET, o igbt. También se lo puede encontrar implementado con tiristores (SCR).
Los transistores conducen de a pares: Q1 con Q4 y Q3 con Q2. La conducción de cada par nunca debe ser hecha de manera simultánea con la del otro par.
Si aplicamos un pulso positivo simultaneamente en los gates de Q1 y a Q4, circulará una corriente por estos dos transistores y por la carga RL, lo que producirá un pulso positivo en dicha carga, es decir una tensión positiva en P con respecto al punto Q.
Cuando apliquemos una tensión positiva simultanea en los gates de Q3 y Q2, circulará por la carga RL una corriente de sentido contrario al caso anterior y por lo tanto una tensión sobre ella que tendrá una polaridad opuesta al primer caso, o sea que el punto Q será positivo con respecto al punto P.

Fig.3 – Circuito doble puente
 Si ahora aplicamos la señal PWM de la salida del comparador de la Fig.1 a los gates de los transistores Q1 y Q4, estos dos transistores conducirán simultaneamente con cada uno de los pulsos positivos de dicha señal PWM de la Fig.2 y no conducirán ninguna corriente con los pulsos negativos. De este modo, sobre la resistencia de carga RL tendremos la onda de la Fig.1, pero con la parte negativa recortada, como si la hubíeramos rectificado con un diodo.
Para obtener la onda completa en la resistencia de carga, deberemos seguir aplicando la salida del comparador a los gates de Q1 y Q4, pero además debemos intercalar una compuerta inversora a la señal del comparador antes de aplicarla a los gates de Q3 y Q2 en forma simultánea. Esto nos permitirá transformar los pulsos negativos de la Fig.2 en positivos y podremos hacer que Q3 y Q2 conduzcan solo con esos pulsos y nos permitan obtener una tensión negativa con ellos en la carga (Q positivo y P negativo). Observese que los pulsos positivos de salida del comparador se transformaron en negativos, a la salida de la compuerta inversora y por eso no hacen conducir a Q3/Q2.
De este modo, logramos obtener una réplica de la señal PWM que obtuvimos del comparador, pero la tensión de la carga va a ser mucho mayor, ya que +B es la salida de los paneles solares, que es de donde obtendremos toda la potencia para alimentar nuestras cargas y enviar la que nos sobre a la red.

Fig.4 – Hay que invertir la señal PWM mediante una compuerta inversora, antes de aplicarla a los gates de Q3 y Q2. De esta manera se obtiene la señal PWM completa en la carga.
Para simplificar, llamaremos Vac (t) a la diferencia de potencial entre el punto P y el punto Q. Además representaremos, superpuesta con ella como referencia, a la tensión alterna sinusoidal que deseamos obtener (Fig.5). Esta tensión pulsante es conocida como “forma de onda de dos niveles”  (two – level waveform).

Fig.5 – Forma de onda de dos niveles y sinusoide de referencia superpuesta.
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Si descomponemos la forma de onda de la Fig.5 por medio de la serie de Fourier, lo que podemos hacer sin problemas porque se trata de una onda períodica, con un período T=1/f, donde f es la frecuencia de línea (50/60Hz, según el país de que se trate).
Si hacemos pasar esta onda de dos niveles por un filtro pasabajos LC, podremos eliminar las armónicas de frecuencias superiores a la frecuencia fundamental y obtendremos una onda sinusoidal con muy baja distorsión.
Esto es lo que hicieron los alumnos Ian F. Crowley y Ho Fong Leung, del Instituto Politécnico de Worcester, Massachusetts, bajo la asesoría del profesor Stephen J. Bitar y que mostramos en las Figuras 6 y 7. (Acceso a la nota en referencia [1]). Obsérvense los valores de tensión para el caso de ellos, en EEUU, donde la tensión de línea nominal monofásica es 110V.

Fig. 6 – El espectro de frecuencias de la forma de onda  de dos niveles, antes de pasar por el filtro.

Fig.7 – Onda resultante de la forma de onda de dos niveles, después de filtrar.
 Forma de onda de tres niveles
Si ahora hacemos que el transistor Q4 de la Fig.3 mantenga su gate polarizado positivamente durante todo el semiciclo positivo de la onda sinusoidal, es decir dispuesto para conducir y aplicamos al gate de Q1 la señal de PWM, la carga recibirá corriente durante los pulsos positivos de la señal PWM y durante los pulsos negativos la corriente en la carga será cero. O sea que durante el ciclo positivo de la sinusoide tendremos una tensión Vac (t) constituida por pulsos positivos y pulsos de amplitud cero, en correspondencia con los pulsos positivos y negativos de la señal PWM aplicada, respectivamente.
Durante el semiciclo negativo de la sinusoide, el transistor  Q2 deberá tener condiciones de conducir, o sea su gate positivo y el transistor Q3 deberá tener su gate conectado a la señal PWM invertida por una compuerta inversora. De esta manera, durante el semiciclo negativo de la sinusoide tendremos una señal Vac (t) compuesta por los pulsos negativos y los nulos.
Tendremos así representado el resultado en la Fig.8.

Fig.8 – Forma de onda de tres niveles y sinusoide de referencia superpuesta
Esta forma de onda de tres niveles nos permitirá conseguir una mejor aproximación a una tensión más parecida a una sinusoide perfecta, en la cual el “serruchito” de la onda será mucho menos marcado.
Veamos los resultados que nos muestran Ian F. Crowley y Ho Fong Leung: (Fig.9 y Fig.10)

Fig. 9 – El espectro de frecuencias de la forma de onda  de tres niveles, antes de pasar por el filtro.
Fig.10 – Onda resultante de la forma de onda de tres niveles, después de filtrar.
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Veamos a continuación un diagrama en bloque muy ilustrativo de un inversor publicado por Don Alfano, de Silicon Labs, a través de Electronic Design, en la nota con acceso en la referencia [2]. Ver Fig.11.

Fig.11 – Diagrama en bloques de un inversor monofásico, que usa forma de onda de tres niveles y salida sinusoidal pura. Obsérvese que la corriente antes y después del filtro es sinusoidal y la tensión en cambio, solo es sinusoidal después del filtro.
Observe en la Fig.11 las realimentaciones de tensión desde la red pública (grid), para mentener el sincronismo entre la tensión de la red y la generada por el inversor y la realimentación de corriente a fin de que mediante la variación del ancho de pulsos se pueda regular la corriente generada de acuerdo a la requerida por la carga.

Referencias