Autores: Kumar V. Mahtani Mahtani (Profesor Ayudante en la Universidad Politécnica de Madrid y Profesor Visitante en la Universidad París-Saclay, Francia) y Alvaro Sanz (Ingeniero Industrial)

Tiempo de lectura: 8 minutos

La industria de los vehículos eléctricos (VE) está experimentando enormes avances tecnológicos . Este artículo profundiza en algunos de los temas más candentes (hot topics, como dirían nuestros amigos anglosajones) de la investigación sobre vehículos eléctricos, incluyendo baterías de alta densidad energética, sistemas de gestión de baterías (BMS), convertidores de potencia, cargadores rápidos y motores eléctricos.

1. Baterías de alta densidad energética: avances y desafíos

Las baterías de iones de litio siguen siendo la opción predominante en los vehículos eléctricos debido a su alta densidad energética, larga vida útil y coste relativamente bajo. Sin embargo, la demanda de mayor autonomía y tiempos de carga más rápidos ha impulsado la investigación hacia tecnologías de baterías de alta densidad energética.

Un área prometedora en este sentido es el desarrollo de baterías de estado sólido. Estas baterías utilizan electrolitos sólidos, lo que elimina los riesgos de incendio y mejora la densidad energética, permitiendo más energía en el mismo volumen y peso. Además, las baterías de litio-azufre se están investigando como una alternativa a las de iones de litio debido a su capacidad para ofrecer una mayor densidad energética, aunque aún enfrentan desafíos como la degradación rápida del cátodo y la solubilidad del sulfuro en el electrolito.

2. sistemas de gestión de baterías (BMS): optimización de la eficiencia y seguridad

El Sistema de Gestión de Baterías (BMS) es clave para garantizar el rendimiento óptimo y la seguridad de las baterías de los vehículos eléctricos. Un BMS avanzado realiza funciones como monitorización de la temperatura, estado de carga (SOC) y estado de salud (SOH) de las celdas de la batería. Para mejorar su eficiencia, los BMS modernos integran inteligencia artificial (IA) y algoritmos predictivos que pueden anticipar fallos y optimizar el uso de las celdas, alargando su vida útil.

El balanceo activo es otra de las características de los BMS avanzados, que redistribuye la carga de las celdas de la batería utilizando convertidores DC-DC, asegurando que todas las celdas se descarguen y se carguen de manera uniforme, lo que evita el sobrecalentamiento y la degradación de las celdas.

3. Convertidores de potencia: eficiencia y nuevos semiconductores

La electrónica de potencia juega un papel crucial en los vehículos eléctricos, ya que regula la conversión de la energía entre la batería, el motor eléctrico y el sistema de carga. Uno de los avances más importantes en este campo ha sido el desarrollo de semiconductores avanzados como el carburo de silicio (SiC) y el nitruro de galio (GaN), que permiten mayor eficiencia en la conversión de energía.

Los MOSFETs SiC y los IGBTs de SiC permiten una operación a altas temperaturas y frecuencias más altas con menores pérdidas, lo que se traduce en una mayor eficiencia de los convertidores DC-AC y DC-DC en los sistemas de propulsión de los vehículos eléctricos. Además, la capacidad de los semiconductores SiC para manejar mayores tensiones y corrientes permite construir convertidores más pequeños y ligeros, lo que es fundamental para la eficiencia y autonomía de los vehículos eléctricos.

La topología de los convertidores también está evolucionando, permitiendo una mayor integración y miniaturización de los sistemas, al mismo tiempo que se optimiza la eficiencia energética. Investigaciones actuales están enfocadas en convertidores bidireccionales para facilitar la carga bidireccional, donde los vehículos eléctricos no solo consumen energía de la red, sino que también pueden inyectar energía de vuelta a la red o servir como almacenamiento para el hogar o instalaciones comerciales. El diseño de convertidores multicanal puedan gestionar mejor las cargas dinámicas de los motores eléctricos y adaptarse a las variaciones de carga sin perder eficiencia.

La refrigeración de los convertidores es otra área crítica, ya que los componentes como los IGBTs pueden generar una gran cantidad de calor. Se están desarrollando sistemas de refrigeración líquida más eficientes y materiales de gestión térmica avanzados para mantener la temperatura de los convertidores dentro de rangos seguros.

4. Cargadores rápidos y estaciones de carga: eficiencia y carga Inteligente

La carga rápida sigue siendo uno de los principales retos para los vehículos eléctricos, especialmente en cuanto a tiempos de recarga. El desarrollo de cargadores rápidos de corriente continua (DC) y estaciones de carga ultra-rápida está enfocado en reducir significativamente los tiempos de carga sin comprometer la seguridad de la batería. Convertidores de alta frecuencia y topologías de convertidores avanzadas están siendo estudiados para lograr una mayor eficiencia y una mayor capacidad de transferencia de energía sin causar un sobrecalentamiento en la batería.

El concepto de carga bidireccional está ganando terreno, permitiendo que los vehículos eléctricos no solo se recarguen, sino que también puedan devolver energía a la red eléctrica, ayudando a equilibrar las fluctuaciones de oferta y demanda de energía. Este enfoque está especialmente alineado con los objetivos de smart grids, donde los vehículos eléctricos pueden actuar como recursos de almacenamiento de energía distribuidos.

Además, la carga inalámbrica o inductiva está ganando popularidad, eliminando la necesidad de cables y haciendo la recarga más conveniente y accesible, especialmente en estaciones de carga públicas o lugares de estacionamiento.

5. Motores eléctricos en el powertrain de los vehículos eléctricos: investigación y avances

Los motores eléctricos son el corazón de los vehículos eléctricos, y la investigación en esta área se centra en mejorar su eficiencia, reducir su tamaño y peso, y mejorar su fiabilidad. En particular, se están realizando avances en los motores de imán permanente (PM), que ofrecen una alta eficiencia y una excelente densidad de potencia. Estos motores, basados en imanes permanentes de neodimio, son más compactos y livianos que los motores de inducción, y proporcionan un alto par a bajas revoluciones, lo que es ideal para la conducción de vehículos eléctricos.

Una de las áreas de investigación más emocionantes en el campo de los motores eléctricos es el motor síncrono de imán permanente (PMSM). Este tipo de motor es ampliamente utilizado en vehículos eléctricos debido a su alta eficiencia en una amplia gama de velocidades y cargas. La investigación está orientada a mejorar los imanes permanentes, utilizando imanes más eficientes o explorando el uso de materiales alternativos como el hierro sinterizado para reducir costes y mejorar el rendimiento.

Además, los motores de inducción también siguen siendo una opción viable, especialmente en aplicaciones de mayor potencia, como los camiones eléctricos. Estos motores no requieren imanes permanentes, lo que reduce los costes de los materiales y permite una mayor fiabilidad. Sin embargo, la eficiencia de los motores de inducción depende de su diseño y de la electrónica de control que los acompaña, que está evolucionando para proporcionar un rendimiento más eficiente y controlado.

6. Reciclaje de baterías y sostenibilidad

El reciclaje de las baterías de los vehículos eléctricos es una cuestión crítica en la transición hacia la sostenibilidad. La recuperación de materiales valiosos como el litio, cobalto, níquel y grafito de las baterías usadas es crucial para reducir el impacto ambiental y asegurar el abastecimiento a largo plazo. A medida que la adopción de vehículos eléctricos sigue aumentando, el reciclaje se convierte en una prioridad para mantener un flujo sostenible de materiales, reducir costes y minimizar la huella de carbono.

Las investigaciones están enfocadas en nuevas tecnologías de reciclaje que sean más eficientes, como los procesos hidrometalúrgicos y pirometalúrgicos para la extracción de estos materiales, y en la mejora de los métodos de purificación que aumenten el rendimiento y la rentabilidad del reciclaje de baterías.

Conclusión

La investigación en vehículos eléctricos sigue avanzando con rapidez, y los desarrollos en baterías, electrónica de potencia, motores eléctricos y sistemas de carga están llevando a la industria a nuevas fronteras de eficiencia, autonomía y sostenibilidad. Con el tiempo, estas innovaciones permitirán que los vehículos eléctricos sean más accesibles, más prácticos para los consumidores y más eficientes desde el punto de vista energético. Además, la recuperación de materiales, la optimización de sistemas de gestión de baterías y la mejora de la infraestructura de carga garantizarán que la adopción de vehículos eléctricos sea un motor clave en la transición hacia un futuro más limpio y sostenible.

Fuentes:

Sanguesa JA, Torres-Sanz V, Garrido P, Martinez FJ, Marquez-Barja JM. A Review on Electric Vehicles: Technologies and Challenges. Smart Cities. 2021; 4(1):372-404

T. Van Do, J. P. F. Trovão, K. Li and L. Boulon, “Wide-Bandgap Power Semiconductors for Electric Vehicle Systems: Challenges and Trends,” in IEEE Vehicular Technology Magazine, vol. 16, no. 4, pp. 89-98, Dec. 2021

C. Liu, K. T. Chau, C. H. T. Lee and Z. Song, “A Critical Review of Advanced Electric Machines and Control Strategies for Electric Vehicles,” in Proceedings of the IEEE, vol. 109, no. 6, pp. 1004-1028, June 2021

Liu, Wei & Placke, Tobias & Chau, K.T. (2022). Overview of batteries and battery management for electric vehicles. Energy Reports. 8. 4058-4084.

Autor: Kumar V. Mahtani Mahtani (Profesor Ayudante en la Universidad Politécnica de Madrid y Profesor Visitante en la Universidad París-Saclay, Francia)

Tiempo de lectura: 5 minutos

En la actualidad, la calidad de la energía eléctrica es un factor crucial para garantizar el funcionamiento eficiente y seguro de los sistemas eléctricos y electrónicos. Con la creciente complejidad de las redes de distribución y la incorporación de tecnologías avanzadas, como inversores, convertidores y sistemas de energía renovable, la necesidad de mantener una energía libre de distorsiones es más importante que nunca. En este contexto, los filtros activos y pasivos desempeñan un papel fundamental en la reducción de armónicos, la corrección del factor de potencia y la mitigación de otros problemas relacionados con la calidad de la energía (power quality en inglés).

La presencia de armónicos es uno de los desafíos más comunes en los sistemas eléctricos modernos. Estos son formas de onda de frecuencia múltiple que se superponen a la señal fundamental, generando distorsiones que pueden afectar negativamente a los equipos conectados. Los armónicos suelen ser causados por dispositivos no lineales, como rectificadores, inversores y cargas electrónicas, que alteran la forma de la corriente o la tensión en la red. Estas distorsiones no solo reducen la eficiencia del sistema, sino que también pueden provocar sobrecalentamiento en transformadores, interferencias en los sistemas de control y funcionamiento incorrecto de dispositivos sensibles.

Para abordar estos problemas, se utilizan principalmente dos tipos de filtros: filtros pasivos y filtros activos. Recuerda que nos estamos centrando en sistemas de potencia (sistemas eléctricos y electrónica de potencia involucrada). Los filtros pasivos son dispositivos diseñados con componentes pasivos, como inductores (L) y capacitores (C), que se configuran para atenuar las frecuencias armónicas específicas. Su funcionamiento se basa en la resonancia, lo que significa que están diseñados para sintonizarse a frecuencias particulares, permitiendo así filtrar armónicos específicos y reducir la distorsión en la red. Estos filtros suelen instalarse en paralelo con la carga y actúan como “sumideros” de corriente armónica. Sin embargo, tienen ciertas limitaciones, como la incapacidad de adaptarse a cambios en la carga o en la frecuencia de los armónicos, lo que puede afectar su eficiencia en aplicaciones dinámicas.

Los filtros pasivos se dividen en varias categorías. Los más comunes son los filtros de sintonización única, diseñados para eliminar un armónico específico, y los filtros de paso bajo, que atenúan todas las frecuencias superiores a un valor determinado. También existen los filtros de banda, utilizados para eliminar un rango específico de armónicos. Estos filtros se construyen combinando inductores y capacitores de manera que resuenen a la frecuencia objetivo, permitiendo que la corriente armónica se desvía a tierra.

Por otro lado, los filtros activos representan una solución más avanzada y flexible. A diferencia de los pasivos, estos filtros utilizan dispositivos electrónicos de potencia, como transistores IGBT o MOSFET, para generar una señal de compensación en tiempo real. Esta señal es igual y opuesta a los armónicos detectados, lo que permite cancelar eficazmente las distorsiones. Los filtros activos requieren una instalación más compleja, ya que incluyen un sistema de control que monitoriza continuamente la forma de onda de la corriente y ajusta la señal de compensación en función de las variaciones detectadas. Generalmente, estos filtros se conectan en paralelo con la carga, inyectando corriente para compensar los armónicos generados.

La implementación de un filtro activo implica varios componentes clave. Primero, los sensores de corriente captan la señal de la red eléctrica y la envían a un controlador, ya sea microprocesador o DSP (Digital Signal Processor). Este controlador utiliza algoritmos para identificar las frecuencias armónicas presentes y generar una señal de control. Los transistores IGBT o MOSFET del filtro se encargan de convertir esta señal en una corriente de compensación, que se inyecta de nuevo en la red para cancelar los armónicos. La precisión y velocidad de respuesta de los filtros activos los hacen ideales para aplicaciones en las que la carga varía constantemente, como en sistemas industriales o plantas de energía renovable.

En aplicaciones de electrónica de potencia, los filtros activos y pasivos son esenciales para garantizar un funcionamiento estable y eficiente de equipos como inversores, convertidores y sistemas de energía renovable. Por ejemplo, en una planta solar fotovoltaica, los inversores convierten la corriente continua generada por los paneles solares en corriente alterna para la red. Durante este proceso, se pueden generar armónicos que, si no se controlan, afectarían la calidad de la energía suministrada. La instalación de filtros activos permite compensar estos armónicos en tiempo real, asegurando una señal limpia y estable.

Otra aplicación importante se encuentra en los sistemas de variadores de velocidad para motores eléctricos. Estos dispositivos son ampliamente utilizados en la industria para controlar la velocidad y el par de los motores eléctricos, pero también pueden generar armónicos debido a su funcionamiento no lineal. La incorporación de filtros en estos sistemas no solo protege el motor y otros componentes del sistema eléctrico, sino que también mejora la eficiencia energética y prolonga la vida útil del equipo.

En resumen, los filtros activos y pasivos son herramientas indispensables en la ingeniería eléctrica y electrónica moderna para mantener la calidad de la energía en niveles óptimos. Al reducir la distorsión armónica y corregir el factor de potencia, no solo se protegen los equipos y se mejora su rendimiento, sino que también se contribuye a una operación más eficiente y sostenible de los sistemas eléctricos. La integración adecuada de estas tecnologías es clave para enfrentar los desafíos de un entorno energético cada vez más complejo y exigente.

Fuente:

Mohan, N., Undeland, T. M., & Robbins, W. P. (2003). Power electronics: Converters, applications, and design (3rd ed.). Wiley.

Autor: Kumar V. Mahtani Mahtani (Profesor Ayudante en la Universidad Politécnica de Madrid y Profesor Visitante en la Universidad París-Saclay, Francia)

Tiempo de lectura: 5 minutos

La protección en sistemas eléctricos y electrónicos es crucial para asegurar la fiabilidad y seguridad tanto de los equipos como del personal que los opera. Los relés de protección desempeñan un papel fundamental en este contexto, ya que son dispositivos diseñados para detectar fallos con precisión y accionar mecanismos de desconexión automática. Su correcto funcionamiento permite evitar daños mayores y minimizar las interrupciones en la red eléctrica.

¿Qué es un relé de protección y cómo funciona?

Un relé de protección es un dispositivo electromecánico o electrónico que supervisa parámetros eléctricos en una parte específica del sistema. Evalúa variables como corriente, tensión, frecuencia, impedancia, ángulos de fase, etc. Si alguno de estos parámetros excede los límites normales, el relé detecta la anomalía y envía una señal para abrir el interruptor correspondiente, aislando así la parte del sistema afectada. Este proceso evita que el fallo se propague a otras áreas, protegiendo tanto los equipos como la red en su conjunto.

Cuando el relé detecta una condición de fallo, el circuito de disparo del interruptor se activa automáticamente, desconectando el segmento con problema. Esto no solo previene daños mayores en el sistema, sino que también facilita una rápida identificación y reparación de la causa raíz.

Requisitos Funcionales de los Relés de Protección

Para que los relés de protección operen de manera efectiva, deben cumplir con ciertos requisitos fundamentales:

1. Fiabilidad: Es crucial que los relés sean altamente confiables, ya que permanecen inactivos durante largos períodos pero deben actuar de manera inmediata y precisa cuando ocurre un fallo. La fiabilidad garantiza que el sistema responderá correctamente en momentos críticos, evitando daños costosos y posibles riesgos para la seguridad.

2. Selectividad: Este principio asegura que solo la parte afectada del sistema sea desconectada. Un relé selectivo puede identificar con precisión la ubicación del fallo y actuar únicamente sobre los interruptores más cercanos, minimizando la interrupción del resto del sistema eléctrico. Esto es esencial para evitar cortes de energía innecesarios y mantener la estabilidad operativa.

3. Sensibilidad: La sensibilidad del relé determina su capacidad para detectar condiciones de fallo incluso cuando los cambios en los parámetros eléctricos son mínimos. Un relé sensible puede identificar fallos incipientes, lo que permite tomar medidas preventivas antes de que se conviertan en problemas más graves.

4. Velocidad: La velocidad de respuesta es fundamental para limitar el daño en caso de fallo. Los relés deben actuar lo suficientemente rápido como para proteger los equipos, pero también deben estar coordinados con otros relés en el sistema. Suelen utilizarse relés instantáneos y otros retardados según una curva de disparo específicamente concebida. Esta coordinación evita que los relés en zonas no afectadas, o relés que no deban disparar por un tipo de fallo diferente del que le corresponde proteger, se activen prematuramente, lo que podría causar interrupciones innecesarias.

Funciones de protección comunes en equipos eléctricos y electrónicos

Los sistemas eléctricos y electrónicos enfrentan una variedad de condiciones adversas que pueden comprometer su funcionamiento. Las principales funciones de protección incluyen:

Protección contra sobretensión: Los picos de voltaje pueden dañar equipos sensibles, como circuitos electrónicos y convertidores. Los relés de sobretensión detectan aumentos anormales en la tensión y desconectan el sistema o derivan el exceso de energía a tierra mediante dispositivos como varistores o supresores de sobretensión.

Protección contra subtensión: Una caída de voltaje por debajo de un umbral seguro puede causar un funcionamiento incorrecto o dañar equipos eléctricos. La protección contra subtensión supervisa el nivel de voltaje y desconecta la carga o activa un sistema de respaldo si detecta una disminución peligrosa.

Protección térmica: El sobrecalentamiento es una causa común de fallos en equipos eléctricos y electrónicos. Los relés térmicos monitorean la temperatura de los componentes críticos y desconectan el sistema si se detecta un sobrecalentamiento. Esto es crucial en motores eléctricos, transformadores y dispositivos de conversión de potencia.

Protección contra fallos a tierra: Las corrientes de fuga o derivaciones a tierra pueden ser peligrosas tanto para los equipos como para el personal. Los relés de fallo a tierra detectan estas corrientes anómalas y aíslan el circuito afectado, evitando posibles descargas eléctricas o incendios.

Protección contra cortocircuitos: Los cortocircuitos son uno de las fallos más peligrosos en un sistema eléctrico, ya que generan corrientes extremadamente altas. Los relés de protección detectan la condición de cortocircuito y desconectan rápidamente la parte afectada para evitar daños catastróficos.

Protección contra frecuencia anormal: Las variaciones en la frecuencia pueden afectar gravemente la operación de los equipos conectados a la red. Los relés de frecuencia supervisan la estabilidad de la frecuencia y desconectan el sistema si se detectan desviaciones significativas.

Protección contra sobrecorriente: Esta protección actúa cuando la corriente que atraviesa el sistema supera un límite predefinido. Detecta sobrecargas y cortocircuitos, y desconecta el circuito para evitar daños en los componentes y prevenir incendios. Es común en sistemas de distribución eléctrica, motores y transformadores.

Consideraciones en la configuración de relés de protección

Configurar un relé de protección requiere un análisis cuidadoso del sistema eléctrico y de las posibles condiciones de fallo. Es esencial seleccionar el tipo adecuado de relé según las características del sistema y el tipo de fallos esperados. La coordinación entre los relés también es fundamental para garantizar que solo la sección afectada sea desconectada, minimizando así la interrupción del servicio. Además, el tiempo de respuesta del relé debe ajustarse según la magnitud y duración del fallo, para proteger eficazmente los equipos sin causar desconexiones innecesarias.

En resumen, los relés de protección son elementos esenciales en la gestión de sistemas eléctricos y electrónicos. Su capacidad para detectar y aislar fallos rápidamente asegura la continuidad operativa, protege los equipos y garantiza la seguridad del personal. La correcta implementación y configuración de estos dispositivos es clave para mantener la fiabilidad y eficiencia de cualquier sistema eléctrico.

Fuente:

Blackburn, J. & Domin, Thomas. (2014). Protective Relaying: Principles and Applications, Fourth Edition.

Autores: Pablo González (Ingeniero Industrial) y Kumar V. Mahtani Mahtani (Profesor Ayudante en la Universidad Politécnica de Madrid y Profesor Visitante en la Universidad París-Saclay, Francia)

Tiempo de lectura: 8 minutos

El mantenimiento de equipos eléctricos y electrónicos es esencial para garantizar la fiabilidad, eficiencia y prolongar la vida útil de los sistemas. En un mundo cada vez más automatizado y dependiente de tecnologías avanzadas, el mantenimiento predictivo (PdM) se ha establecido como una estrategia clave para mejorar la operación y reducir costes. A diferencia del mantenimiento preventivo, que interviene según intervalos predefinidos, y del mantenimiento correctivo, que solo se realiza tras un fallo, el mantenimiento predictivo permite predecir y prevenir fallos basándose en la condición real de los equipos.

Diferencia entre mantenimiento preventivo, predictivo y correctivo

a) Mantenimiento preventivo:

El mantenimiento preventivo se basa en intervenciones programadas a intervalos específicos, sin tener en cuenta la condición real del equipo. Aunque ayuda a evitar fallos imprevistos, puede resultar ineficaz e innecesario, ya que los equipos se mantienen de manera proactiva aunque no presenten signos de deterioro.

b) Mantenimiento Correctivo:

Este mantenimiento se realiza después de que un equipo falla, lo que puede resultar en costes más altos debido a los tiempos de inactividad no planificados y las reparaciones de emergencia. A menudo, los fallos ocurren sin previo aviso, lo que puede ser crítico en entornos industriales y de generación de energía.

c) Mantenimiento Predictivo (PdM):

El mantenimiento predictivo, por otro lado, utiliza datos en tiempo real recopilados de sensores instalados en los equipos para monitorizar su salud. A través de algoritmos avanzados, como el aprendizaje automático, el sistema puede predecir fallos antes de que ocurran, lo que optimiza los recursos y reduce los costes al evitar intervenciones innecesarias.

Principales técnicas de mantenimiento predictivo

Las técnicas de mantenimiento predictivo son esenciales para detectar fallos antes de que ocurran, permitiendo intervenciones oportunas y minimizando tiempos de inactividad. A continuación se presentan algunas de las técnicas más utilizadas.

1. Monitorización acústica

La monitorización acústica emplea sensores especiales para captar sonidos generados por los equipos en funcionamiento. Analiza las frecuencias acústicas y patrones sonoros para detectar anomalías que pueden indicar problemas como desgaste mecánico o desajustes. Esta técnica es eficaz para identificar defectos internos en componentes eléctricos y electrónicos que emiten sonidos inaudibles al oído humano.

2. Monitorización térmica

Esta técnica consiste en la medición continua de la temperatura en puntos críticos de los equipos. La monitorización térmica permite identificar aumentos anormales de temperatura que pueden ser indicativos de sobrecarga, fallos en los componentes o pérdida de eficiencia en los sistemas de refrigeración. La detección temprana de variaciones térmicas ayuda a prevenir fallos catastróficos.

3. Termografía infrarroja

La termografía infrarroja utiliza cámaras térmicas para captar imágenes que muestran la distribución de temperatura en los equipos. Permite identificar puntos calientes que podrían indicar conexiones flojas, sobrecargas o componentes defectuosos. Esta técnica es no intrusiva y ofrece una visión clara del comportamiento térmico de los sistemas bajo carga operativa.

4. Análisis de vibraciones

El análisis de vibraciones monitorea los patrones de vibración de equipos mecánicos y eléctricos. Al detectar cambios en la frecuencia o amplitud de las vibraciones, se pueden identificar problemas como desalineaciones, desequilibrios o desgaste en componentes rotativos. Es especialmente útil para diagnosticar el estado de motores, generadores y otros equipos con partes móviles.

5. Análisis de circuitos

Este método mide parámetros eléctricos como corriente y tensión en los motores eléctricos para evaluar la condición del estator y el rotor en máquinas eléctricas rotativas. Permite detectar problemas de aislamiento, cortocircuitos o desequilibrios de fase. Es una herramienta eficaz para identificar fallos eléctricos antes de que afecten el rendimiento del motor.

6. Pruebas ultrasónicas:

Las pruebas ultrasónicas utilizan ondas de alta frecuencia para detectar defectos en componentes eléctricos y electrónicos. Esta técnica es capaz de identificar microfisuras, fugas o daños internos en materiales conductores y no conductores. Se utiliza ampliamente en el análisis de aislamiento y en la detección de fallos en sistemas de alta tensión.

7. Análisis de la firma de corriente (CSA)

El análisis de la firma de corriente monitoriza la forma de onda de la corriente eléctrica en motores, generadores y otros equipos eléctricos y electrónicos. Al analizar la variación de la corriente, es posible detectar anomalías en el funcionamiento, como desbalanceo, fallos en el aislamiento o problemas en los sistemas de alimentación.

8. Emisión acústica

La emisión acústica detecta ondas sonoras de alta frecuencia generadas por materiales sometidos a estrés o deformación. Esta técnica permite identificar defectos estructurales, como fisuras o delaminaciones, en componentes eléctricos y electrónicos. Es especialmente útil para evaluar la integridad de transformadores y placas de circuito impreso.

9. Análisis de fluidos aislantes:

Este análisis evalúa la calidad de los fluidos dieléctricos utilizados en equipos eléctricos, como transformadores y disyuntores. Se miden parámetros como la resistencia dieléctrica, contenido de agua y presencia de contaminantes. Detectar la degradación del fluido permite intervenir antes de que se produzcan fallos en el aislamiento.

10. Análisis de flujo magnético:

El análisis de flujo magnético evalúa la distribución del campo magnético en equipos eléctricos, como motores y generadores. Detecta irregularidades en el flujo magnético que pueden ser indicativas de fallos en el núcleo magnético o en los devanados. Esta técnica es útil para diagnosticar problemas de rendimiento y eficiencia en sistemas eléctricos.

11. Inspección visual avanzada

Consiste en la revisión detallada de los equipos para identificar signos de daño físico, como corrosión, desgaste o conexiones sueltas. Aunque es una técnica básica, se complementa con herramientas avanzadas como cámaras de alta resolución y microscopios electrónicos para una inspección más precisa.

12. Monitorización de campos electromagnéticos

Esta técnica mide la intensidad y distribución de los campos electromagnéticos generados por los equipos eléctricos. Las variaciones en los campos pueden indicar problemas en el aislamiento, interferencias eléctricas o fallos en componentes electrónicos. Es útil en la detección temprana de anomalías que podrían afectar el rendimiento del sistema.

13. Monitorización de la corriente de fugas

El monitoreo de la corriente de fugas detecta pequeñas corrientes que se desvían del circuito principal hacia tierra. Estas fugas pueden ser un indicativo de problemas en el aislamiento o fallos en los componentes. La detección temprana ayuda a prevenir cortocircuitos y otros fallos eléctricos graves.

14. Sistemas predictivos en circuitos integrados (ICs)

Esta técnica utiliza monitores integrados en circuitos electrónicos para recopilar datos en tiempo real sobre el funcionamiento de los componentes. Permite detectar anomalías en los transistores y otros elementos internos, identificando posibles fallos en sistemas complejos. Se aplica en dispositivos modernos para garantizar la fiabilidad operativa de los circuitos integrados.

Cómo implementar el mantenimiento predictivo

Implementar mantenimiento predictivo implica varios pasos:

1. Identificación de equipos críticos y técnicas de detección predictiva de fallos: Seleccionar los equipos más críticos y prioritarios para las operaciones, así como las técnicas más adecuadas para la detección predictiva de los fallos correspondientes.

2. Instalación de sensores: Instalar los sensores necesarios para monitorizar parámetros relevantes de cada equipo.

3. Análisis de datos: Analizar los datos recogidos para identificar patrones.

4. Acción correctiva: Cuando se detectan posibles fallos, generar alertas para que se tomen medidas antes de que se produzcan fallos graves. En otras palabras, el sistema de mantenimiento predictivo puede predecir problemas antes de que afecten el funcionamiento del equipo, lo que permite realizar el mantenimiento solo cuando es necesario, reduciendo costes y mejorando la eficiencia operativa.

Beneficios del mantenimiento predictivo

1. Reducción de costes operativos: Reduce la frecuencia de mantenimiento innecesario y evita costosos tiempos de inactividad no planificados.

2. Mayor tiempo de actividad: Minimiza los fallos imprevistos y mantiene los equipos funcionando de manera óptima.

3. Mayor vida útil de los equipos: Al detectar y corregir los fallos de forma temprana se alarga la vida útil de los equipos.

Desafíos del mantenimiento predictivo

1. Calidad de los datos: El éxito del PdM depende de datos precisos. Si los datos son erróneos o incompletos, las predicciones pueden no ser fiables.

2. Integración de sistemas: Es crucial que los sistemas de PdM se integren correctamente con los sistemas existentes para evitar problemas de compatibilidad.

3. Coste inicial: La implementación de sensores y plataformas de análisis puede requerir una inversión inicial considerable, aunque los beneficios a largo plazo suelen justificar el gasto.

Conclusión

El mantenimiento predictivo es una herramienta poderosa que permite optimizar el funcionamiento de equipos eléctricos y electrónicos. Mediante técnicas avanzadas se pueden detectar problemas antes de que se conviertan en fallos graves, reduciendo costes y aumentando la fiabilidad del sistema. Aunque presenta ciertos desafíos, los beneficios del mantenimiento predictivo, como la reducción de tiempos de inactividad y la optimización de recursos, lo convierten en una estrategia clave para el futuro de la ingeniería eléctrica y electrónica.

Fuente:

Strangas, Elias. (2021). Fault diagnosis and failure prognosis of electrical drives.

Antonino-Daviu, J.A.; Lee, Sang & Strangas, Elias. (2017). Guest Editorial Special Section on Advanced Signal and Image Processing Techniques for Electric Machines and Drives Fault Diagnosis and Prognosis. IEEE Transactions on Industrial Informatics.

Henao, Humberto; Capolino, Gérard-André; Fernandez-Cabanas, Manes; Filippetti, Fiorenzo & Bruzzese, Claudio; Strangas, Elias; Pusca, Remus; Estima, Jorge; Riera-Guasp, Martin; Hedayati Kia, Shahin. (2014). Trends in Fault Diagnosis for Electrical Machines: A Review of Diagnostic Techniques. IEEE Industrial Electronics Magazine.

Autores: Alejandro García (Grenergy Renovables) y Kumar V. Mahtani Mahtani (Profesor Ayudante en la Universidad Politécnica de Madrid y Profesor Visitante en la Universidad París-Saclay, Francia)

Tiempo de lectura: 10 minutos

Los sistemas de energía renovable, como las plantas solares fotovoltaicas, dependen de tecnologías avanzadas para garantizar un rendimiento óptimo y continuo. El control de la generación de energía, la distribución y el almacenamiento eficiente en sistemas complejos requiere herramientas y procesos de gestión precisa. En este contexto, los sistemas de supervisión y control juegan un papel fundamental, permitiendo la monitorización en tiempo real y la toma de decisiones automatizadas, mientras que la electrónica de potencia es responsable de gestionar la conversión y distribución de la energía, asegurando que todos los componentes operen en condiciones óptimas. En este artículo abordaremos estos aspectos desde el punto de vista de las plantas solares.

Elementos clave en el control de energía en plantas solares

Para una central solar fotovoltaica, varios dispositivos y tecnologías trabajan en conjunto para garantizar un suministro eficiente de energía, desde la generación solar hasta la distribución a la red y el almacenamiento de energía. Entre los componentes esenciales se encuentran los inversores, convertidores, baterías y sistemas de monitoreo en tiempo real.

Generación solar y conversión de energía

Los paneles solares convierten la luz solar en corriente continua (DC). Sin embargo, para que esta energía sea utilizable en la red eléctrica, es necesario convertirla en corriente alterna (AC), lo que se logra mediante inversores de potencia. Estos inversores no solo realizan la conversión de DC a AC, sino que también optimizan la salida de energía mediante el seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT), un algoritmo que ajusta continuamente el rendimiento del inversor según las condiciones de radiación solar y temperatura.

Un detalle técnico relevante es que los inversores modernos utilizan modulación por ancho de pulso (PWM) para controlar la forma de onda de la salida, mejorando la eficiencia de la conversión y reduciendo las pérdidas de energía. Los inversores de alta frecuencia pueden operar a frecuencias más altas, lo que permite una mayor eficiencia en el proceso de conversión, ya que reducen el tamaño de los componentes magnéticos y aumentan la velocidad de respuesta del sistema. Además, los inversores multinivel se utilizan para mejorar la calidad de la forma de onda y reducir las pérdidas por conmutación, especialmente en aplicaciones de alta potencia.

El SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) supervisa este proceso, gestionando el rendimiento de los inversores en tiempo real, y ajustando su operación según las condiciones de la red y las variaciones meteorológicas. Este tipo de inversores también es fundamental para garantizar que la energía producida cumpla con los estándares de calidad y fiabilidad exigidos por la red eléctrica.

Almacenamiento de energía y gestión de baterías

Cuando la generación de energía excede la demanda o en momentos de alta producción solar, la energía sobrante se almacena en baterías de iones de litio, la tecnología más comúnmente utilizada por su alta densidad energética y eficiencia. El proceso de carga y descarga de las baterías se regula mediante convertidores DC-DC, que permiten ajustar la tensión y corriente de carga para optimizar el rendimiento y la vida útil de las baterías.

Los convertidores DC-DC en estos sistemas son fundamentales, ya que gestionan el flujo de energía entre las baterías y el inversor o entre las baterías y la red. Estos convertidores permiten el ajuste dinámico de la tensión durante los ciclos de carga y descarga, y se utilizan para proporcionar una salida de corriente constante que es compatible con los requerimientos de los sistemas de almacenamiento. En aplicaciones de mayor escala, los convertidores bidireccionales permiten tanto la carga como la descarga de las baterías, gestionando la energía de forma eficiente y ajustada a las fluctuaciones de la demanda.

El sistema de gestión de baterías (BMS) juega un papel crucial en esta etapa, monitoreando constantemente la temperatura, el nivel de carga y el estado de salud de cada celda de la batería. Un detalle técnico clave es que el BMS utiliza algoritmos de balance de carga para asegurar que todas las celdas mantengan un rendimiento equilibrado, evitando sobrecargas y maximizando la eficiencia del sistema.

Gestión dinámica de la energía

Cuando la producción solar disminuye o la demanda de la red aumenta, la energía almacenada en las baterías debe liberarse eficientemente. Para ello, los convertidores DC-AC gestionan la conversión de la energía almacenada en corriente continua a corriente alterna para que sea compatible con la red eléctrica. Este proceso debe realizarse de manera controlada, ajustando la potencia de salida según las necesidades de la red. Los convertidores de frecuencia y los cambiadores de fase aseguran que la energía distribuida tenga la frecuencia y la tensión adecuados, garantizando la estabilidad de la red.

Los convertidores de frecuencia se utilizan para ajustar la frecuencia de la salida de corriente alterna y adaptarla a los requisitos de la red, particularmente en sistemas que incluyen fuentes de energía renovable intermitentes, como la solar. Estos dispositivos permiten modular la frecuencia de salida de forma precisa para evitar oscilaciones que puedan afectar la calidad de la energía.

A medida que se inyecta energía en la red, el sistema también regula la potencia reactiva y activa, optimizando la potencia de salida para adaptarse a las variaciones de carga en tiempo real. Las celdas de filtrado y otros dispositivos de compensación reactiva, como los condensadores de corrección de factor de potencia, desempeñan un papel crucial al mantener el equilibrio en la red eléctrica. Estos elementos ayudan a mitigar los armónicos generados por la conversión de energía y a optimizar el factor de potencia, reduciendo pérdidas y mejorando la eficiencia global.

Optimización operativa mediante control predictivo

El control predictivo es esencial para mejorar la eficiencia de los sistemas de energía renovable, especialmente cuando se trata de integrar fuentes de energía intermitentes, como la solar. Utilizando algoritmos avanzados, los sistemas de supervisión pueden predecir la producción energética en función de las condiciones meteorológicas y ajustar los sistemas de almacenamiento y generación con antelación.

La utilización de modelos predictivos basados en inteligencia artificial (IA) permite a los operadores anticipar cambios en la generación de energía, lo que optimiza el uso de los recursos renovables y mejora la eficiencia global del sistema. Por ejemplo, mediante el análisis de datos históricos y en tiempo real, se pueden predecir patrones de radiación solar, ajustando la carga de las baterías antes de una posible caída en la producción solar debido a nubes o cambios en el clima.

Mantenimiento preventivo y gestión de fallos

La integración de sistemas de mantenimiento predictivo a través de plataformas SCADA es otra ventaja crucial. Los sensores de temperatura, tensión y corriente en los inversores, convertidores y sistemas de almacenamiento permiten detectar posibles fallos antes de que ocurran. SCADA, a través de algoritmos de monitoreo de condiciones, alerta a los operadores sobre desviaciones en los parámetros de funcionamiento, permitiendo que se lleven a cabo mantenimientos preventivos antes de que los equipos sufran daños.

En cuanto a los inversores y convertidores, las tecnologías de detección de fallos como los diagnósticos basados en firmas eléctricas (signature analysis) permiten detectar problemas en el proceso de conversión y distribución de energía, asegurando la mínima interrupción en la operación.

Interacción entre generación, almacenamiento y distribución: un ejemplo integrado

Consideremos el caso de una planta solar fotovoltaica con almacenamiento que gestiona la generación, almacenamiento y distribución de energía en tiempo real. SCADA se conecta a todos los dispositivos clave: los inversores, los convertidores de frecuencia, las baterías y los sistemas de distribución de energía. Gracias a este control centralizado, el sistema no solo supervisa el rendimiento de cada componente, sino que también ajusta dinámicamente las operaciones según la producción solar, la demanda de la red y las condiciones meteorológicas.

Cuando los paneles solares generan más energía de la que la red necesita, SCADA gestiona el almacenamiento de energía de manera eficiente, activando los convertidores DC-DC para cargar las baterías y controlar el flujo de energía almacenada. El BMS y SCADA trabajan conjuntamente para garantizar que las baterías estén correctamente equilibradas y no sufran sobrecargas.

Durante los periodos de baja producción solar o alta demanda de la red, SCADA coordina el flujo de energía desde las baterías hacia los inversores y convertidores de frecuencia, asegurando que la energía almacenada se libere de manera eficiente. Al mismo tiempo, el control de potencia activa y reactiva ayuda a mantener la estabilidad de la red, evitando fluctuaciones de tensión o frecuencia que puedan afectar su operación.

El papel del PPC en el control y optimización operativa

El PPC (Control de Procesos de Planta) es un aspecto esencial para lograr la optimización operativa en plantas solares fotovoltaicas. Mientras que SCADA se centra en la supervisión de alto nivel y el control de los sistemas de generación, almacenamiento y distribución, el PPC se ocupa de la optimización del control local y de los procesos de planta, ajustando el rendimiento de los inversores, las baterías y otros equipos según las condiciones operativas.

En una planta solar, el PPC puede gestionar aspectos como la modulación de la velocidad de los inversores para maximizar la eficiencia bajo diferentes condiciones de radiación solar. Este control avanzado puede coordinar algoritmos de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) para optimizar el rendimiento de cada módulo fotovoltaico de acuerdo con las condiciones ambientales cambiantes.

El PPC también optimiza la gestión de la carga de las baterías, ajustando las operaciones de los convertidores DC-DC para asegurar una carga eficiente y prolongar la vida útil de las baterías. Mientras SCADA realiza la supervisión general, el PPC asegura que cada componente individual de la planta opere de manera eficiente, maximizando la producción de energía y reduciendo el desgaste de los equipos.

Conclusión

La optimización de los sistemas de energía renovable, como las plantas solares fotovoltaicas, depende de la interacción entre diversos componentes tecnológicos avanzados. A través del control y la gestión eficientes de la electrónica de potencia, los convertidores, los sistemas de almacenamiento y las plataformas de supervisión y control, es posible maximizar la eficiencia operativa y garantizar la estabilidad de la red. Además, las técnicas de mantenimiento predictivo y los algoritmos de control predictivo contribuyen a la mejora continua de estos sistemas, reduciendo costos operativos y aumentando la fiabilidad del sistema en general.

En un contexto global de transición hacia un futuro energético más sostenible, la combinación de energía renovable, almacenamiento eficiente y tecnologías de control avanzado no solo optimiza la gestión de la energía, sino que también facilita la integración de fuentes renovables intermitentes en las redes eléctricas, promoviendo un suministro más estable, eficiente y flexible.visan y controlan a gran escala, sino que también permiten la optimización de los procesos operativos, maximizando la eficiencia de la planta y contribuyendo a un futuro energético más sostenible.

Fuentes:

Kasinathan, Padmanathan & Govindarajan, Uma & Ramachandaramurthy, Vigna K. & Selvi, T. & Jeevarathinam, Baskaran. (2018). Integrating Solar Photovoltaic Energy Conversion Systems into industrial and commercial electrical energy utilization—A Survey. Journal of Industrial Information Integration

Sayed, Khairy & A.Gabbar, Hossam. (2017). SCADA and smart energy grid control automation.

Autor: Kumar V. Mahtani Mahtani (Profesor Ayudante en la Universidad Politécnica de Madrid y Profesor Visitante en la Universidad París-Saclay, Francia)

Tiempo de lectura: 7 minutos

La integración de sistemas de almacenamiento en baterías en centrales solares ha revolucionado el panorama de la energía renovable. Esta combinación no solo resuelve el desafío de la intermitencia de la generación solar, sino que también optimiza la gestión de la energía, permitiendo un suministro más estable y eficiente. Para comprender cómo funciona esta integración, es necesario explorar en detalle las partes que componen el sistema, su funcionamiento y el papel crucial de la electrónica de potencia en la regulación de la carga y descarga de las baterías.

Componentes del sistema: Arquitectura y funcionamiento

La integración de baterías en una central solar implica la coexistencia y cooperación de varios componentes clave, cada uno con una función específica que garantiza un flujo de energía eficiente y controlado.

Paneles solares: Generación de energía primaria

Los paneles solares son la fuente principal de energía en la central. Capturan la radiación solar y la convierten en corriente continua (DC) mediante el efecto fotovoltaico. Esta energía es luego utilizada directamente o almacenada en baterías. La eficiencia de esta conversión depende de factores como la irradiancia solar, la temperatura y el tipo de panel utilizado. Sin embargo, la producción de energía solar es variable y depende de las condiciones climáticas, lo que hace necesario un sistema de almacenamiento para gestionar la producción.

Convertidor boost e inversor solar: Conversión y gestión de energía

El inversor solar es un componente fundamental en cualquier central fotovoltaica. Su función principal es convertir la corriente continua (DC) generada por los paneles en corriente alterna (AC), que es la forma de energía utilizada por la mayoría de los dispositivos y redes eléctricas. Previamente, en la etapa previa DC/DC (convertidor boost), se incorporan algoritmos de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) para optimizar la producción solar en todo momento, crucial en la gestión de la energía,

En sistemas con baterías, el inversor también debe ser capaz de gestionar el flujo bidireccional de energía. Durante la carga de las baterías, el inversor regula el proceso para asegurar que la energía fluya de manera controlada hacia el sistema de almacenamiento. Durante la descarga, el inversor toma la energía almacenada en las baterías y la convierte nuevamente en corriente alterna para su uso.

Convertidor bidireccional (DC/DC): Puente entre paneles y baterías

El convertidor bidireccional es uno de los elementos más importantes en la integración de baterías en una central solar. Actúa como un intermediario entre los paneles solares, las baterías y el inversor, permitiendo el flujo de energía en ambas direcciones. Durante la carga de las baterías, el convertidor regula la tensión y la corriente para evitar sobrecargas y garantizar una carga eficiente. Este control es esencial, ya que una gestión inadecuada puede reducir la vida útil de las baterías o incluso provocar fallos en el sistema.

Durante la descarga, el convertidor asegura que la energía almacenada en las baterías se transfiera de manera controlada hacia el inversor. Este proceso requiere una regulación precisa para mantener la estabilidad del sistema, especialmente si la central está conectada a una red eléctrica que demanda un suministro constante y de calidad.

Banco de baterías: Almacenamiento de energía

El banco de baterías es el componente donde se almacena la energía generada por los paneles solares. Las tecnologías más utilizadas en la actualidad incluyen baterías de ion-litio, plomo-ácido y baterías de flujo. Las baterías de ion-litio son las más populares debido a su alta densidad energética, eficiencia y larga vida útil. Sin embargo, su gestión requiere un control preciso, ya que son sensibles a la temperatura y a los ciclos de carga y descarga.

El almacenamiento de energía en baterías permite a las centrales solares operar de manera más flexible. Durante los períodos de alta producción solar y baja demanda energética, el excedente de energía se almacena en las baterías. Cuando la producción disminuye (por ejemplo, por la noche o en días nublados), la energía almacenada se utiliza para cubrir la demanda.

Sistema de gestión de baterías (BMS): Control y protección

El sistema de gestión de baterías (BMS) es un componente esencial para garantizar la seguridad y eficiencia del sistema de almacenamiento. El BMS monitoriza parámetros críticos como la temperatura, la tensión y la corriente de cada celda de la batería. También se encarga de equilibrar las celdas para evitar desequilibrios que puedan reducir la capacidad o provocar fallos.

El BMS también protege las baterías contra condiciones extremas, como sobrecargas, descargas profundas o sobrecalentamiento. Esta protección es crucial para garantizar una larga vida útil del banco de baterías y para prevenir incidentes que puedan comprometer la seguridad del sistema.

Funcionamiento general del sistema: dinámica de carga y descarga

El funcionamiento de un sistema solar con baterías se basa en un ciclo continuo de carga y descarga, gestionado por la electrónica de potencia.

Durante la carga, el sistema convierte la energía generada por los paneles solares en corriente continua, que se almacena en las baterías a través del convertidor bidireccional. Este proceso debe ser cuidadosamente controlado para evitar sobrecargas. El BMS supervisa el proceso, asegurando que la carga se distribuya de manera uniforme entre las celdas y que se mantenga la temperatura dentro de límites seguros.

Durante la descarga, cuando la demanda de energía supera la capacidad de producción solar, el sistema extrae energía de las baterías. El convertidor bidireccional regula el flujo de energía hacia el inversor, que convierte la corriente continua en corriente alterna para alimentar la carga. Este proceso debe ser igualmente controlado para evitar una descarga excesiva que podría dañar las baterías.

El sistema también puede estar conectado a la red eléctrica, lo que permite diferentes modos de operación. En modo de autoconsumo, la energía generada se prioriza para el consumo local, mientras que en modo de inyección a la red, el excedente de energía se exporta.

Por cierto, fíjate que en este artículo hemos comentado el caso del acoplamiento fotovoltaica-baterías en corriente continua:

Pero acuérdate de que también existe la posibilidad de acoplamiento en corriente alterna:

En otro artículo compararemos estas dos configuraciones.

Conclusión

La integración de baterías en centrales solares representa un avance significativo en la gestión de la energía renovable. La combinación de generación solar con almacenamiento permite superar los desafíos de la intermitencia y garantiza un suministro más estable y eficiente. La electrónica de potencia desempeña un papel crucial en este proceso, permitiendo la regulación precisa de la carga y descarga de las baterías y optimizando la conversión de energía. Para los ingenieros, entender estos sistemas es fundamental para diseñar y operar centrales solares que maximicen la eficiencia y contribuyan a un futuro energético más sostenible.

Fuentes:

Sandelic, Monika & Sangwongwanich, Ariya & Blaabjerg, F.. (2019). Reliability Evaluation of PV Systems with Integrated Battery Energy Storage Systems: DC-Coupled and AC-Coupled Configurations. Electronics. 8. 1059.

Gorji SA, Sahebi HG, Ektesabi M, Rad AB (2019) Topologies and control schemes of bidirectional DC–DC power converters: an overview. IEEE Access 7:117997–118019.

Autor: Kumar V. Mahtani Mahtani (Profesor Ayudante en la Universidad Politécnica de Madrid y Profesor Visitante en la Universidad París-Saclay, Francia)

Tiempo de lectura: 6 minutos

Las máquinas síncronas son fundamentales en la generación de energía eléctrica, destacando por su capacidad de mantener una velocidad constante y sincronizada con la red eléctrica. Una parte crucial en su funcionamiento es el sistema de excitación, responsable de suministrar corriente al devanado de campo del rotor, generando así el flujo magnético necesario. Dentro de las tecnologías de excitación, el sistema brushless (sin escobillas) se ha convertido en una opción ampliamente utilizada debido a su mayor fiabilidad y menor mantenimiento en comparación con los sistemas tradicionales con escobillas.

A continuación se muestra el esquema del sistema de excitación brushless que analizaremos elemento a elemento. ¡Sigue leyendo!

¿Qué es la excitación brushless?

La excitación brushless elimina la necesidad de escobillas y anillos rozantes, que son puntos de desgaste en los sistemas convencionales. En su lugar, utiliza un sistema de excitación rotativo de corriente alterna (AC) y diodos rectificadores montados en el rotor, lo que garantiza una transferencia eficiente de energía al campo del rotor sin contacto físico. Esta tecnología es ideal para aplicaciones de alta potencia y funcionamiento continuo, como en centrales eléctricas y sistemas de respaldo (UPS).

Elementos principales del sistema de excitación brushless

El diagrama muestra un sistema completo de excitación brushless para una máquina síncrona, compuesto por varios elementos esenciales:

1. Máquina síncrona (G)
Representada como “G”, esta es la máquina principal encargada de generar la energía eléctrica. El sistema de excitación suministra la corriente necesaria al devanado de campo del rotor, que genera el campo magnético principal. La estabilidad de la máquina síncrona depende directamente de un control preciso de la excitación.

2. Excitatriz rotativa AC (Ex)
La excitatriz es una pequeña máquina generadora de corriente alterna (AC) montada en el mismo eje que la máquina síncrona. Su función es proporcionar la corriente alterna que será rectificada para excitar el campo del rotor principal. Al ser rotativa, esta excitatriz elimina la necesidad de conexiones eléctricas estáticas (escobillas). Las excitatrices modernas suelen estar diseñadas con devanados trifásicos para mejorar la estabilidad del sistema.

3. Rectificador rotativo (diodos)
La corriente alterna generada por la excitatriz se convierte en corriente continua (DC) mediante un puente rectificador rotativo. Este rectificador está montado en el rotor y utiliza diodos de potencia para convertir la corriente, lo que permite alimentar el devanado de campo sin necesidad de conexiones externas. La calidad y robustez de los diodos son cruciales, ya que operan en condiciones de alta velocidad y temperatura.

4. Protección del sistema
El bloque de protección integrado en la excitatriz evita daños por sobretensiones o sobrecorrientes. Este sistema de protección es crucial para mantener la integridad del generador y evitar fallos catastróficos. Algunos sistemas incorporan monitorización térmica para evitar sobrecalentamientos.

5. Crowbar (protección contra sobretensiones)
El sistema “crowbar” es una protección adicional que actúa cuando se detectan sobretensiones en el devanado de campo. En caso de una anomalía, esta protección derivará la corriente, evitando daños en la excitatriz o en el rectificador. Esta función es especialmente importante durante eventos de cortocircuito en la red.

6. Rectificador de potencia (Power rectifier)
Es un rectificador estático (externo al rotor) que convierte la corriente alterna en continua para la excitación inicial (field flashing). Este proceso asegura que el sistema de excitación comience con un nivel de campo suficiente para iniciar la generación. Aquí se emplean dispositivos electrónicos de potencia, como IGBTs (transistores bipolares de puerta aislada), que ofrecen una conmutación eficiente y controlada. El rectificador suele incluir condensadores para suavizar la salida de corriente.

7. Campo de arranque o “Field Flashing”
Durante la puesta en marcha, este sistema proporciona una pequeña corriente de excitación inicial al rotor, asegurando que la excitatriz rotativa pueda comenzar a generar energía. Este proceso es esencial para iniciar el autoexcitado del sistema, especialmente en generadores grandes.

6. Transformador de excitación (PPT)
Este transformador (generalmente con conexión Triángulo/Estrella – Δ/Y) adapta el nivel de tensión necesario para alimentar el sistema de excitación desde una fuente externa. Es clave para garantizar que el sistema reciba el nivel de tensión adecuado y para aislar eléctricamente el sistema de excitación de la red principal.

7. Contactor AC
El contactor permite conectar o desconectar la excitación según sea necesario, facilitando la operación y el mantenimiento del sistema. Este dispositivo se utiliza para controlar la alimentación hacia la excitatriz y puede ser activado por el regulador de tensión o el sistema de protección.

8. Regulador Automático de Tensión (AVR)
El AVR (Automatic Voltage Regulator) es un dispositivo electrónico que controla la tensión de salida de la máquina síncrona ajustando la corriente de excitación. Mantiene la tensión en niveles constantes, compensando las variaciones en la carga del generador. El AVR realiza mediciones en tiempo real y ajusta el sistema de excitación, garantizando una estabilidad óptima. En aplicaciones avanzadas, los AVR modernos incluyen funciones de diagnóstico y monitoreo remoto.

9. Fusibles
Proveen protección contra sobrecorrientes, desconectando el circuito si se detectan condiciones anormales. Son un elemento esencial para proteger los componentes más sensibles del sistema. Los fusibles de acción rápida son comunes en estos sistemas para proteger contra picos de corriente.

Ventajas de la excitación brushless

Mayor fiabilidad: Al no tener escobillas, se reducen los puntos de desgaste, disminuyendo las necesidades de mantenimiento.

Menor mantenimiento: Evita la necesidad de reemplazar escobillas y limpiar anillos rozantes, lo que reduce costos operativos.

Mayor eficiencia: La transferencia de energía sin contacto directo minimiza las pérdidas.

Robustez: Los sistemas brushless son menos susceptibles a fallos, especialmente en ambientes difíciles o de alta velocidad.

Reducción de interferencias electromagnéticas: La ausencia de escobillas reduce la generación de ruido eléctrico.

Conclusión

El sistema de excitación brushless ofrece una solución robusta, eficiente y de bajo mantenimiento. Su arquitectura elimina los problemas asociados con las escobillas, asegurando un funcionamiento más fiable en aplicaciones críticas como la generación eléctrica. La combinación de dispositivos electrónicos avanzados, protección sofisticada y regulación automática garantiza un control preciso y estable, clave para el desempeño óptimo de las máquinas síncronas modernas. La tecnología brushless no solo representa un avance técnico, sino también una apuesta por la eficiencia energética y la sostenibilidad operativa.

Fuente:

J. K. Nøland, S. Nuzzo, A. Tessarolo and E. F. Alves, “Excitation System Technologies for Wound-Field Synchronous Machines: Survey of Solutions and Evolving Trends,” in IEEE Access, vol. 7, pp. 109699-109718, 2019

Electric Machinery Company (https://www.electricmachinery.com/_files/)

Autor: Kumar V. Mahtani Mahtani (Profesor Ayudante en la Universidad Politécnica de Madrid y Profesor Visitante en la Universidad París-Saclay, Francia)

Tiempo de lectura: 6 minutos

El control vectorial representa un avance significativo en la gestión de motores eléctricos, especialmente aquellos de corriente alterna (AC) como los motores asíncronos (de inducción) y síncronos. Esta técnica ha revolucionado la forma en que los ingenieros pueden controlar el par y la velocidad, permitiendo un rendimiento mucho más preciso y dinámico en comparación con los métodos tradicionales, como el control escalar. La clave del control vectorial reside en la capacidad de transformar el sistema trifásico del motor en un sistema de referencia más manejable, lo que facilita la regulación independiente del flujo magnético y el par motor.

¿Qué es el control vectorial?

El control vectorial se basa en la transformación de las corrientes trifásicas del motor en un sistema de coordenadas de dos ejes perpendiculares, conocido como sistema d-q (directo-cuadratura). Este sistema de referencia está sincronizado con el flujo del rotor o del estator, dependiendo del tipo de control. De esta forma, las variables del motor (como el par y el flujo) se convierten en señales de corriente continua (DC), lo que simplifica su control y lo asemeja al comportamiento de un motor de corriente continua.

En términos prácticos, el control vectorial permite desacoplar el control del flujo y del par. Mientras que en un motor DC tradicional el control del par y la corriente son naturalmente independientes, en un motor AC esto no ocurre de manera directa debido a la naturaleza sinusoidal de las corrientes. Con el control vectorial, se logra esta independencia mediante un proceso de transformación electrónica y control digital.

Principales formas de control vectorial

Existen dos tipos principales de control vectorial: control vectorial indirecto y control vectorial sin sensores (sensorless). Cada uno ofrece ventajas y desafíos particulares, especialmente desde el punto de vista de la electrónica involucrada.

1. Control vectorial indirecto:
En este tipo de control, se utiliza un encoder o sensor de velocidad para medir la posición del rotor. La información de la posición se usa para calcular la orientación del campo magnético y ajustar las corrientes en el sistema d-q. El control indirecto es muy preciso y ofrece un alto rendimiento dinámico, ya que la información del encoder permite un control en tiempo real muy fiable. Por ejemplo, En una aplicación industrial de precisión, como un servomotor para un sistema robótico, el control indirecto permite ajustar la velocidad y el par con una precisión milimétrica, lo que es crucial para movimientos exactos.

Se requieren convertidores de frecuencia que utilicen un sistema de modulación por ancho de pulso (PWM) avanzado. La información del encoder se procesa mediante un microcontrolador o un DSP (Procesador Digital de Señales), que calcula las transformaciones de referencia y ajusta las salidas del inversor.

2. Control vectorial sin sensores (sensorless):
Este enfoque elimina la necesidad de un encoder físico, lo que simplifica la instalación y reduce los costes. En lugar de medir directamente la velocidad del rotor, el sistema estima la posición del flujo a partir de las corrientes y tensiones del motor. Para ello, se utilizan modelos matemáticos avanzados que analizan las respuestas del motor a las señales aplicadas.

La electrónica involucrada en el control sensorless es más compleja, ya que requiere algoritmos de estimación basados en observadores de estado o filtros de Kalman. Estos algoritmos se ejecutan en tiempo real en el controlador, ajustando continuamente las estimaciones para adaptarse a los cambios en la carga y en las condiciones del motor.

Por ejemplo, en aplicaciones de vehículos eléctricos, el control sensorless es común porque reduce la complejidad del sistema de tracción. La electrónica de potencia ajusta las señales del inversor según las estimaciones del rotor, asegurando un funcionamiento suave incluso a bajas velocidades.

La implementación práctica del control vectorial

La implementación del control vectorial depende en gran medida de la electrónica de potencia y del procesamiento digital. Los principales componentes electrónicos involucrados incluyen:

1. Convertidores de frecuencia: Transforman la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC) y luego de nuevo en CA con frecuencia y tensión variables. Utilizan técnicas de modulación PWM para controlar las señales de salida de manera precisa.

2. Microcontroladores y DSP: Realizan las transformaciones matemáticas necesarias para pasar del sistema trifásico al sistema d-q, y viceversa. Estos procesadores también gestionan los algoritmos de control y las estimaciones de la posición del rotor.

3. Sensores de corriente y tensión: Proveen la información necesaria para el control en lazo cerrado. Estos datos se utilizan para calcular las señales de control y ajustar las salidas del inversor.

4. Encoders (en control indirecto): Proveen información precisa sobre la posición y velocidad del rotor, esencial para sincronizar las señales del sistema de referencia con el campo magnético del motor.

Ventajas y desafíos del control vectorial

Ventajas:

Precisión en el control del par y la velocidad: El control vectorial permite ajustar el par y la velocidad de manera independiente, lo que se traduce en un control mucho más preciso y eficiente.

Mejor respuesta dinámica: La capacidad de responder rápidamente a cambios en la carga o la velocidad lo hace ideal para aplicaciones que requieren un alto rendimiento, como en robots industriales o sistemas de tracción eléctrica.

Mayor eficiencia energética: Al optimizar la entrega de corriente en función de la demanda de par, el control vectorial reduce las pérdidas de energía y mejora la eficiencia global del sistema.

Desafíos:

Complejidad de implementación: Requiere hardware y software más avanzados, así como algoritmos de control complejos. Esto implica un mayor costo inicial y una mayor necesidad de conocimientos técnicos para la puesta en marcha.

Sensibilidad a los parámetros del motor: En el control sensorless, las variaciones en los parámetros del motor, como los cambios de temperatura, pueden afectar la precisión de las estimaciones, lo que requiere calibraciones frecuentes o algoritmos de compensación.

Conclusión

El control vectorial ha transformado la manera en que se gestionan los motores eléctricos, permitiendo un control preciso y eficiente del par y la velocidad. Gracias a la electrónica avanzada, como convertidores de frecuencia, microcontroladores y sensores, esta técnica ofrece un rendimiento superior en aplicaciones industriales, automotrices y de energías renovables. A medida que la tecnología continúa evolucionando, el control vectorial seguirá desempeñando un papel clave en la optimización de los sistemas eléctricos, contribuyendo a una mayor eficiencia energética y un control más sofisticado.

Fuente:

Domínguez PL. Técnicas de control vectorial en motores eléctricos asíncronos. Revista Digital de Investigación y Postgrado de la Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de
Sucre”, Vol. 3 No.1. Marzo 2013. pp. 438-450. ISSN: 2244-7393.

Autores: Kumar V. Mahtani Mahtani (Profesor Ayudante en la Universidad Politécnica de Madrid y Profesor Visitante en la Universidad París-Saclay, Francia) y Carlos Veganzones Nicolás (Profesor Titular en la Universidad Politécnica de Madrid)

Tiempo de lectura: 6 minutos

Las microrredes representan una solución innovadora en la distribución y gestión de energía eléctrica, especialmente en un mundo cada vez más enfocado en la sostenibilidad y la eficiencia energética. Estas redes locales, que pueden funcionar conectadas o desconectadas de la red eléctrica principal, requieren tecnologías avanzadas para garantizar un control preciso y dinámico de la generación, el almacenamiento y el consumo de energía. Entre las herramientas clave en una microrred se encuentran los variadores de frecuencia (también conocidos como convertidores de frecuencia), dispositivos que permiten regular diversas variables eléctricas para optimizar el funcionamiento del sistema.

Un variador de frecuencia no solo controla la velocidad de motores eléctricos, que es la aplicación más intuitiva, sino que también gestiona aspectos críticos como la potencia activa y reactiva intercambiada con la red, la tensión en sistemas de corriente continua y la sincronización con otras fuentes de generación. Esta capacidad de regulación convierte a los variadores en componentes esenciales para garantizar la estabilidad y eficiencia de las microrredes, especialmente cuando se integran fuentes de energía renovable o sistemas de almacenamiento.

Veamos a continuación los principales ejemplos de uso de los variadores de frecuencia:

Regulación de velocidad en motores eléctricos

La función más conocida de un variador de frecuencia es la regulación de la velocidad en motores eléctricos. Al ajustar la frecuencia de la corriente suministrada al motor, se controla su velocidad de rotación (conocido el número de pares de polos del motor, se toca la frecuencia de la corriente). Esto permite adaptar el funcionamiento del motor a las necesidades específicas de cada aplicación, optimizando el consumo energético y la eficiencia operativa.

Además de la velocidad, los variadores también regulan el par motor ajustando la tensión de salida en función de la frecuencia, mediante la técnica V/f constante o bien mediante control vectorial. En el control V/f, la tensión se reduce proporcionalmente con la frecuencia para mantener el flujo magnético constante, lo que garantiza un funcionamiento estable a diferentes velocidades. En el control vectorial, se utiliza un algoritmo más avanzado que permite un control independiente del flujo y el par, ofreciendo una respuesta más rápida y precisa, especialmente en aplicaciones con cambios dinámicos de carga.

Control de potencia activa y reactiva

En una microrred, la regulación de la potencia activa (P) y reactiva (Q) es crucial para mantener la estabilidad y la calidad del suministro eléctrico. La potencia activa es la energía que realiza un trabajo útil, mientras que la potencia reactiva es necesaria para mantener los campos magnéticos en sistemas de corriente alterna (CA). Un variador de frecuencia puede ajustar ambas potencias de manera independiente, utilizando técnicas de modulación por ancho de pulso (PWM) para controlar la forma de onda de salida del inversor.

Los variadores modernos utilizan control vectorial en lazo cerrado para regular la potencia reactiva, midiendo la corriente y la tensión en tiempo real y ajustando la salida del inversor para mantener el factor de potencia deseado. Esto permite compensar cargas inductivas o capacitivas en la microrred, mejorando la eficiencia y evitando fluctuaciones de tensión que podrían afectar a otros equipos conectados.

Regulación de tensión en sistemas de corriente continua

Las microrredes modernas suelen incluir sistemas de corriente continua (CC), como bancos de baterías, paneles solares o convertidores DC/DC. En este contexto, los variadores de frecuencia pueden regular la tensión en los enlaces de CC mediante técnicas de control de bucle de tensión. Estos controladores ajustan la tensión de salida del convertidor para mantenerla dentro de límites específicos, utilizando reguladores PI (Proporcional-Integral) para corregir desviaciones en tiempo real.

Por ejemplo, en un sistema de almacenamiento con baterías, un variador puede controlar la carga y descarga del banco de baterías ajustando la tensión en el enlace CC. Esto no solo asegura una transferencia de energía eficiente, sino que también protege las baterías contra sobrecargas o descargas profundas, prolongando su vida útil.

Sincronización con la red eléctrica

En una microrred, la sincronización con la red eléctrica principal o entre diferentes fuentes de generación es fundamental para evitar desbalances de tensión o frecuencia. Los variadores de frecuencia utilizan algoritmos de bucle de enganche de fase (PLL, Phase-Locked Loop) para ajustar la fase y la frecuencia de la corriente generada, asegurando que coincidan con las de la red. Esta sincronización es especialmente crítica en microrredes con múltiples fuentes de generación, como paneles solares, turbinas eólicas y generadores diésel.

El proceso de sincronización también incluye la compensación de desviaciones de frecuencia y control de deslizamiento en motores de inducción. Al ajustar la frecuencia de salida del inversor, el variador puede sincronizar el generador con la red en tiempo real, facilitando la conexión y desconexión de la microrred sin interrupciones.

Optimización en aplicaciones específicas

Los variadores de frecuencia ofrecen ventajas significativas en una amplia variedad de aplicaciones dentro de una microrred. En sistemas de bombeo de agua, permiten ajustar la velocidad de las bombas en función de la demanda, lo que reduce el consumo energético y prolonga la vida útil de los equipos. En aplicaciones de climatización, optimizan el funcionamiento de los compresores y ventiladores, mejorando la eficiencia del sistema y reduciendo los costos operativos.

En sistemas de energía renovable, como las turbinas eólicas, los variadores de frecuencia permiten ajustar la velocidad del generador en función de la velocidad del viento, maximizando la captura de energía y garantizando que la frecuencia de salida sea compatible con la red. De manera similar, en aplicaciones de almacenamiento de energía, facilitan la gestión de la carga y descarga de baterías, asegurando un flujo de energía estable y predecible.

Conclusión

Los variadores de frecuencia son componentes esenciales en la operación y gestión de microrredes modernas. Su capacidad para regular la velocidad de motores, controlar la potencia activa y reactiva, ajustar la tensión en sistemas de corriente continua y sincronizar la red convierte a estos dispositivos en herramientas clave para garantizar la eficiencia y estabilidad del sistema. Gracias a técnicas avanzadas como el control vectorial, las modernas formas de modulación PWM y los bucles de enganche de fase, los variadores de frecuencia permiten un control preciso y dinámico, facilitando la integración de energías renovables y la creación de sistemas eléctricos más sostenibles y resilientes.

Fuentes:

Sánchez. G. (2023) Sistema de control para grupo de generación distribuida con regulación de la potencia inyectada al sistema eléctrico. Universidad Politécnica de Madrid.

Hirsch, Adam & Parag, Yael & Guerrero, Josep. (2018). Microgrids: A Review of Technologies, Key Drivers, and Outstanding Issues. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 90.

Autor: Kumar V. Mahtani Mahtani (Profesor Ayudante en la Universidad Politécnica de Madrid y Profesor Visitante en la Universidad París-Saclay, Francia)

Tiempo de lectura: 6 minutos

En el dinámico mundo de la ingeniería eléctrica y electrónica, la validación de sistemas complejos es un desafío constante. Tradicionalmente, las pruebas se realizan directamente sobre equipos físicos o en laboratorios, lo que implicaba una serie de costes, riesgos de seguridad y tiempos prolongados. Las simulaciones Hardware-in-the-Loop (HIL) han surgido como una solución innovadora que combina el hardware real con modelos computacionales, ofreciendo un entorno de prueba seguro, eficiente y realista. Este enfoque permite a los ingenieros probar componentes físicos dentro de un entorno simulado que reproduce fielmente las condiciones del mundo real.

La esencia del HIL radica en su capacidad para crear un bucle cerrado entre el hardware bajo prueba (DUT, Device Under Test) y una simulación en tiempo real. En lugar de depender de pruebas en plantas físicas o sistemas completos, HIL reemplaza partes del sistema por modelos matemáticos ejecutados en un simulador. De este modo, el dispositivo bajo prueba interactúa con el simulador como si estuviera operando en su entorno final, permitiendo evaluar su comportamiento en condiciones diversas y extremas sin necesidad de una infraestructura física compleja.

Elementos clave de un sistema HIL

Un sistema HIL consta de varios componentes esenciales que trabajan en conjunto para proporcionar un entorno de prueba realista:

1. Hardware físico (DUT – Device Under Test): Es el componente real que se está probando, como un controlador, un procesador, un circuito electrónico o una interfaz de comunicación. Este hardware interactúa directamente con la simulación, recibiendo y enviando señales como lo haría en condiciones reales.

2. Simulación por software (Software-in-the-Loop, SIL): Representa el entorno dinámico en el que operará el hardware. Este software genera señales de sensores virtuales y recibe las respuestas del hardware. Los modelos de simulación pueden incluir sistemas eléctricos, dinámicas de vehículos o procesos industriales.

3. Sistema de interfaz (Simulador HIL): Actúa como un puente entre el hardware y la simulación. Este sistema gestiona la transmisión de señales entre ambos, asegurando una sincronización temporal precisa y una interacción fluida. Los simuladores HIL están equipados con entradas y salidas (I/O) que permiten la comunicación con el DUT.

4. Control y monitorización: El software de control supervisa el proceso de prueba, permitiendo configurar escenarios específicos, gestionar las condiciones de la simulación y monitorizar los resultados. Este control centralizado facilita la realización de pruebas automatizadas y repetibles.

Funcionamiento del HIL

El proceso de una simulación HIL sigue una secuencia estructurada que garantiza la validez de los resultados. En primer lugar, se desarrollan modelos de simulación que representan el entorno en el que operará el DUT. Estos modelos pueden abarcar desde redes eléctricas hasta sistemas de control industrial. Una vez creado el modelo, el hardware se conecta al simulador HIL, que reemplaza las señales del entorno real por señales virtuales generadas en tiempo real.

Durante la prueba, el hardware recibe estas señales simuladas y responde como lo haría en un sistema físico. Por ejemplo, un controlador de un motor eléctrico podría recibir señales de corriente y tensión simuladas y enviar comandos de control en respuesta. Estas respuestas son registradas y analizadas para evaluar el comportamiento del sistema. Los ingenieros pueden definir diversos escenarios de prueba, incluyendo condiciones normales de operación y situaciones extremas, como sobrecargas o fallos en la red.

Aplicaciones del HIL en ingeniería eléctrica y electrónica

El HIL se ha convertido en una herramienta estándar en sectores donde la precisión y la seguridad son críticas. Algunas de sus aplicaciones más destacadas incluyen:

Sistemas de control de motores eléctricos: En la ingeniería eléctrica, el HIL permite probar controladores de motores bajo diferentes condiciones de carga y fallos, asegurando que el sistema responda adecuadamente. Esto es crucial en aplicaciones industriales y automotrices, donde los motores deben operar de manera confiable en entornos variables.

Energías renovables: En parques eólicos y plantas solares, los sistemas HIL se utilizan para validar los controladores de inversores y otros componentes electrónicos. Los ingenieros pueden simular fluctuaciones en la generación de energía y evaluar cómo responde el sistema de control.

Redes inteligentes (Smart Grids): Las simulaciones HIL son fundamentales para probar sistemas de gestión de energía y protección en redes inteligentes. Permiten replicar condiciones de red complejas, como variaciones de carga o fallos en la distribución, sin poner en riesgo la infraestructura real.

Automoción y transporte eléctrico: En vehículos eléctricos, el HIL se utiliza para probar sistemas de gestión de baterías (BMS) y controladores de tracción. Esto garantiza que los sistemas funcionen de manera segura y eficiente en diferentes condiciones de conducción.

Ventajas del HIL frente a las pruebas tradicionales

El uso de HIL ofrece múltiples beneficios en comparación con las pruebas convencionales en equipos físicos. En primer lugar, reduce significativamente los costos de desarrollo, ya que no es necesario construir prototipos completos o realizar pruebas en campo. Además, las pruebas HIL son más seguras, ya que los escenarios extremos o de fallo se simulan sin riesgo para los operadores o los equipos.

Otro beneficio clave es la capacidad de realizar pruebas automatizadas y repetibles. Los ingenieros pueden crear escenarios específicos y ejecutarlos tantas veces como sea necesario, lo que facilita la identificación de errores y la optimización del diseño. Además, el HIL permite acelerar el desarrollo de productos al detectar problemas en las primeras etapas del proceso, lo que reduce el tiempo de comercialización.

Conclusión

La simulación Hardware-in-the-Loop (HIL) representa una revolución en la ingeniería eléctrica y electrónica, proporcionando un entorno de prueba seguro, eficiente y realista para validar sistemas complejos. Al combinar hardware real con modelos de simulación en tiempo real, el HIL permite a los ingenieros replicar condiciones del mundo real y evaluar el rendimiento de los dispositivos en un entorno controlado. Sus aplicaciones abarcan desde sistemas de control de motores hasta redes inteligentes y energías renovables, convirtiéndose en una herramienta esencial para la innovación tecnológica. Con la creciente complejidad de los sistemas eléctricos y electrónicos, la adopción de HIL seguirá siendo fundamental para garantizar la calidad, la seguridad y la eficiencia en el desarrollo de nuevos productos y soluciones.

Fuentes:

https://roboticsknowledgebase.com/wiki/system-design-development/In-Loop-Testing

M. Bacic, “On hardware-in-the-loop simulation,” Proceedings of the 44th IEEE Conference on Decision and Control, Seville, Spain, 2005, pp. 3194-3198