LA ETAPA DE CONVERSIÓN
Habíamos quedado en nuestra charla del numero anterior que para contrarrestar la intermitencia de la generación autónoma de electricidad, ya sea proveniente de recursos naturales tales como la radiación solar, el viento o el agua corriente, o por medio de grupos electrógenos, la manera mas practica y económica era la acumulación en baterías, es decir en corriente continua cuya magnitud también habíamos discutido. Sin embargo, los artefactos domésticos e industriales de uso común utilizables en el mercado se fabrican para la tensión disponible en la línea de servicio publico, vale decir corriente alternada 220 Voltios, 50 Hertz ( 50 ciclos por segundo) para uso domestico y trifásica 3 x 380 V para fuerza motriz. Por supuesto que esos artefactos de fabricación masiva están al alcance del consumidor a precios muy competitivos respecto a tensiones no típicas, razón por la cual es justificable cualquier esfuerzo en alcanzar esa tensión normalizada, El dispositivo que cumple con esa función, convertir la tensión continua de las baterías en alterna, se llama conversor. Pensémoslo como una caja negra a la que se alimenta con la tensión proveniente de las baterías y de la cual se sale con corriente alternada de las mismas características de las de la red de servicio publico. Para alcanzar esos resultados tenemos dos alternativas disponibles: la convencional, alimentada con bajo voltaje y el sistema adoptado en nuestras Usinas Rurales Autonomas, cuya responsabilidad indirecta proviene, anecdóticamente hablando, de las criticas constructivas de una visita a nuestro stand de Exposición en la Rural de Palermo en el año 1997, episodio que ya hemos relatado en otra de nuestras notas por considerarlo relevante en nuestro adelanto tecnológico. Analicemos ambos, con sus ventajas y desventajas. Observemos primero las características del conversor convencional utilizado, por ejemplo, para convertir la tensión acumulada por las celdas o pantallas fotovoltaicas en baterías de 12 o 24 Voltios. Un conversor de 1000 w de estas características tiene una perdida en “stand by”, es decir sin estar entregando electricidad a ningún artefacto, solo esperando a que sea solicitado su servicio, del orden de los 42 watios, los cuales, al cabo de las 24 horas, aun sin haber sido usado significarán una pérdida de energia totalmente inadmisible 24 x 42 = 1000 Watios hora. Si a esto agregamos que el rendimiento de acumulación es alrededor del 75 %, el esfuerzo del sistema de generación, en este caso las pantallas, será de 1,33 Kwatios hora diarios, solo para alimentar la “caja negra”. Con una radiación invernal de 2 Kwhora/día m2 de radiación solar (1,88 para Necochea) y un rendimiento de la pantalla del orden del 10 %, harán falta 6,66 m2 de pantallas, u$s 6.600. -,... ¡solo para alimentar el conversor. Recordemos que una lámpara de bajo consumo de 20 watios en 5 horas diarias de funcionamiento consume la décima parte del conversor. Por otra parte, en pleno funcionamiento, el rendimiento no supera el 70 % con lo cual además de la perdida en stand by debemos agregar un 43 % adicional, a las cargas establecidas. Abramos un poco la caja negra y veamos como funciona en forma muy elemental. La entrada es en voltajes bajos, desde 12 a 48 Voltios como máximo. La tensión continua, a través de un oscilador se transforma en alterna pero de bajo voltaje, del mismo orden de la de alimentación. Para obtener los 220 se provee de un transformador que la eleva, lógicamente de la misma potencia nominal que el conversor. No obstante, sus características no son aptas para las llamadas cargas inductivas ni es capaz de soportar potencias pico, por ejemplo derivadas del arranque de motores asíncronos como son los de las heladeras, lavarropas, freezers, ventiladores etc. Para ser usado en esas aplicaciones se debe sobredimensionar la potencia en la misma proporción que el proceso de arranque solicita. El motor de una heladera de 150 w cuya corriente de arranque puede ser entre 6 a 8 veces la corriente nominal, obliga a utilizar un conversor de 1500 Watios, cuyo régimen, después de producido el arranque se aparta tanto del nominal que las perdidas resultan inadmisibles. Veamos que pasa con la segunda opcion. Recordemos nuestra insistencia en generar en 220 o 380 Voltios como única alternativa para poder trasladar la corriente generada, casi sin excepción a mas de 300 metros del lugar de uso, sin originar caídas de tensión en la línea. Repasemos también nuestro concepto relacionado con las alternativas de acumulación cuyo resultado había arrojado la conclusión que el voltaje de acumulación no depende de la tensión sino del consumo diario y del lapso transcurrido entre cargas. Rectificar esa tensión, digamos 220 voltios y acumularla en alto voltaje es una ventaja innegable que, comparativamente con la de bajo voltaje, no tiene diferencias. Por el contrario, nuestra caja negra ahora será de otro tipo. Ingresaremos con los 280 voltios provenientes de las baterías y saldremos de ella con 220 Vca monofasicos y trifásicos sin necesidad de transformador y con una eficiencia envidiable, sumada a una perdida en stand by mas que razonable Coincidentemente, este tipo de conversor, llamado static inverter, esta especialmente diseñado para soportar cargas inductivas, para ser usado en el accionamiento de motores de inducción, también llamados asincrónicos o de “jaula de ardilla”. Por sus características constructivas, para accionar un motor de 1 HP basta con un conversor de la misma potencia, sin sobredimensionamientos. La falta de transformador reduce tan considerablemente su peso que por ejemplo uno de 1HP pesa 0,5 Kg frente a 6 Kg que pesa uno de baja necesario para el accionamiento del mismo motor. Por otra parte su perdida en stand by es de 5 w y su rendimiento 97,5 %. Hemos adjuntado una tabla comparativa con los resultados obtenidos de ensayos en nuestro laboratorio, de por sí elocuentes. Hablando de costos podemos esperar comparativamente un ahorro superior al 50 % y una confiabilidad asegurada. Para quienes estén interesados en profundizar el tema , nada sencillo, por cierto, de ser trasmitido a nivel popular, les aconsejamos acudir a las notas de pag 69 del CD1 y pag 57 del CD2. Nos falta el ultimo capitulo, los dispositivos para transformar todo tipo de energia en electricidad apta para ser acumulada y permitir como tantas veces lo hemos repetido, el suministro ininterrumpido de electricidad para todos aquellos habitantes marginados de recibirla del Servicio Publico. En las próximas notas nos referiremos a esta etapa, la mas importante, después de haber definido y condicionado las características de la tensión de generación. Veremos las alternativas de generación no convencionales, renovables como la solar, la eólica, la hídrica y las no renovables con combustibles fósiles. La comparación relativa entre cada una de ellas y su aplicación a nivel comunitario e individual. No se la pierdan. Creemos que vale la pena.
Habíamos quedado en nuestra charla del numero anterior que para contrarrestar la intermitencia de la generación autónoma de electricidad, ya sea proveniente de recursos naturales tales como la radiación solar, el viento o el agua corriente, o por medio de grupos electrógenos, la manera mas practica y económica era la acumulación en baterías, es decir en corriente continua cuya magnitud también habíamos discutido. Sin embargo, los artefactos domésticos e industriales de uso común utilizables en el mercado se fabrican para la tensión disponible en la línea de servicio publico, vale decir corriente alternada 220 Voltios, 50 Hertz ( 50 ciclos por segundo) para uso domestico y trifásica 3 x 380 V para fuerza motriz. Por supuesto que esos artefactos de fabricación masiva están al alcance del consumidor a precios muy competitivos respecto a tensiones no típicas, razón por la cual es justificable cualquier esfuerzo en alcanzar esa tensión normalizada, El dispositivo que cumple con esa función, convertir la tensión continua de las baterías en alterna, se llama conversor. Pensémoslo como una caja negra a la que se alimenta con la tensión proveniente de las baterías y de la cual se sale con corriente alternada de las mismas características de las de la red de servicio publico. Para alcanzar esos resultados tenemos dos alternativas disponibles: la convencional, alimentada con bajo voltaje y el sistema adoptado en nuestras Usinas Rurales Autonomas, cuya responsabilidad indirecta proviene, anecdóticamente hablando, de las criticas constructivas de una visita a nuestro stand de Exposición en la Rural de Palermo en el año 1997, episodio que ya hemos relatado en otra de nuestras notas por considerarlo relevante en nuestro adelanto tecnológico. Analicemos ambos, con sus ventajas y desventajas. Observemos primero las características del conversor convencional utilizado, por ejemplo, para convertir la tensión acumulada por las celdas o pantallas fotovoltaicas en baterías de 12 o 24 Voltios. Un conversor de 1000 w de estas características tiene una perdida en “stand by”, es decir sin estar entregando electricidad a ningún artefacto, solo esperando a que sea solicitado su servicio, del orden de los 42 watios, los cuales, al cabo de las 24 horas, aun sin haber sido usado significarán una pérdida de energia totalmente inadmisible 24 x 42 = 1000 Watios hora. Si a esto agregamos que el rendimiento de acumulación es alrededor del 75 %, el esfuerzo del sistema de generación, en este caso las pantallas, será de 1,33 Kwatios hora diarios, solo para alimentar la “caja negra”. Con una radiación invernal de 2 Kwhora/día m2 de radiación solar (1,88 para Necochea) y un rendimiento de la pantalla del orden del 10 %, harán falta 6,66 m2 de pantallas, u$s 6.600. -,... ¡solo para alimentar el conversor. Recordemos que una lámpara de bajo consumo de 20 watios en 5 horas diarias de funcionamiento consume la décima parte del conversor. Por otra parte, en pleno funcionamiento, el rendimiento no supera el 70 % con lo cual además de la perdida en stand by debemos agregar un 43 % adicional, a las cargas establecidas. Abramos un poco la caja negra y veamos como funciona en forma muy elemental. La entrada es en voltajes bajos, desde 12 a 48 Voltios como máximo. La tensión continua, a través de un oscilador se transforma en alterna pero de bajo voltaje, del mismo orden de la de alimentación. Para obtener los 220 se provee de un transformador que la eleva, lógicamente de la misma potencia nominal que el conversor. No obstante, sus características no son aptas para las llamadas cargas inductivas ni es capaz de soportar potencias pico, por ejemplo derivadas del arranque de motores asíncronos como son los de las heladeras, lavarropas, freezers, ventiladores etc. Para ser usado en esas aplicaciones se debe sobredimensionar la potencia en la misma proporción que el proceso de arranque solicita. El motor de una heladera de 150 w cuya corriente de arranque puede ser entre 6 a 8 veces la corriente nominal, obliga a utilizar un conversor de 1500 Watios, cuyo régimen, después de producido el arranque se aparta tanto del nominal que las perdidas resultan inadmisibles. Veamos que pasa con la segunda opcion. Recordemos nuestra insistencia en generar en 220 o 380 Voltios como única alternativa para poder trasladar la corriente generada, casi sin excepción a mas de 300 metros del lugar de uso, sin originar caídas de tensión en la línea. Repasemos también nuestro concepto relacionado con las alternativas de acumulación cuyo resultado había arrojado la conclusión que el voltaje de acumulación no depende de la tensión sino del consumo diario y del lapso transcurrido entre cargas. Rectificar esa tensión, digamos 220 voltios y acumularla en alto voltaje es una ventaja innegable que, comparativamente con la de bajo voltaje, no tiene diferencias. Por el contrario, nuestra caja negra ahora será de otro tipo. Ingresaremos con los 280 voltios provenientes de las baterías y saldremos de ella con 220 Vca monofasicos y trifásicos sin necesidad de transformador y con una eficiencia envidiable, sumada a una perdida en stand by mas que razonable Coincidentemente, este tipo de conversor, llamado static inverter, esta especialmente diseñado para soportar cargas inductivas, para ser usado en el accionamiento de motores de inducción, también llamados asincrónicos o de “jaula de ardilla”. Por sus características constructivas, para accionar un motor de 1 HP basta con un conversor de la misma potencia, sin sobredimensionamientos. La falta de transformador reduce tan considerablemente su peso que por ejemplo uno de 1HP pesa 0,5 Kg frente a 6 Kg que pesa uno de baja necesario para el accionamiento del mismo motor. Por otra parte su perdida en stand by es de 5 w y su rendimiento 97,5 %. Hemos adjuntado una tabla comparativa con los resultados obtenidos de ensayos en nuestro laboratorio, de por sí elocuentes. Hablando de costos podemos esperar comparativamente un ahorro superior al 50 % y una confiabilidad asegurada. Para quienes estén interesados en profundizar el tema , nada sencillo, por cierto, de ser trasmitido a nivel popular, les aconsejamos acudir a las notas de pag 69 del CD1 y pag 57 del CD2. Nos falta el ultimo capitulo, los dispositivos para transformar todo tipo de energia en electricidad apta para ser acumulada y permitir como tantas veces lo hemos repetido, el suministro ininterrumpido de electricidad para todos aquellos habitantes marginados de recibirla del Servicio Publico. En las próximas notas nos referiremos a esta etapa, la mas importante, después de haber definido y condicionado las características de la tensión de generación. Veremos las alternativas de generación no convencionales, renovables como la solar, la eólica, la hídrica y las no renovables con combustibles fósiles. La comparación relativa entre cada una de ellas y su aplicación a nivel comunitario e individual. No se la pierdan. Creemos que vale la pena.
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