Mediante el diseño y simulación de un convertidor de fuente conmutada por tensión (VSC), un estudiante de Ingeniería Electromecánica de la Universidad Nacional del Nordeste busca controlar la velocidad del motor que acciona el ventilador del túnel de viento que la institución posee. Este avance tecnológico abre nuevas posibilidades para el estudio de fenómenos aeroelásticos en estructuras.
En el Laboratorio de Aerodinámica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional del Nordeste (UNNE), el estudiante de Ingeniería Electromecánica Carlos Héctor García, está desarrollando un sistema electrónico de control de frecuencia avanzado para regular con precisión la velocidad del flujo de aire en el túnel de viento, a través de la regulación del motor de inducción eléctrico.
Este logro tecnológico permitirá realizar ensayos más precisos sobre el comportamiento aerodinámico de estructuras civiles sometidas a cargas de viento. El proyecto se denomina: “Análisis y simulación de un convertidor de fuente conmutada (VSC) para el control de motor de inducción asincrónico regulador de la velocidad de escurrimiento en túnel de viento”.
La pieza fundamental de este sistema a desarrollar, es un convertidor de fuente conmutada por tensión (VSC, por sus siglas en inglés). Esta tecnología de electrónica de potencia convierte la energía eléctrica de corriente continua, como la proveniente de paneles solares o aerogeneradores, en corriente alterna apta para alimentar la red eléctrica convencional.
Pero en este caso en particular, el VSC se utilizará para controlar la velocidad del motor de inducción eléctrico de 99 kW que acciona un ventilador de flujo axial de 2 metros de diámetro, que genera el escurrimiento de aire dentro de la cámara de ensayos del Túnel de Viento de la UNNE. Al variar la frecuencia del voltaje aplicado al motor, es posible modificar con precisión su velocidad de rotación y, por lo tanto, la velocidad del viento simulada.
El método más eficiente para controlar la velocidad de un motor eléctrico es por medio de un convertidor de fuente conmutada. El variador de frecuencia regula la frecuencia del voltaje aplicado al motor, logrando de esa manera modificar su velocidad de rotación y la fuerza ejercida para realizar movimientos giratorios (torque en el eje).
“El método más eficiente para controlar la velocidad de un motor eléctrico es por medio de un convertidor de fuente conmutada.”
García, bajo la dirección de los doctores Jorge Omar Marighetti y Mario Eduardo De Bórtoli, está diseñando, simulando y seleccionando los componentes necesarios para implementar un prototipo de este sistema de control de velocidad basado en VSC. Utilizará softwares especializados como MATLAB y Simulink para modelar y optimizar el funcionamiento del convertidor.
Una vez implementado, este sistema permitirá regular con gran precisión la velocidad del viento dentro del túnel, manteniéndolo estable en un rango deseado durante los ensayos. Esto es crucial para estudiar fenómenos aerodinámicos complejos tal como el comportamiento aeroelástico de estructuras, provocadas por las cargas de viento.
¿Qué es un fenómeno aerolástico?. Es una palabra que resulta de combinar otras dos: la aerodinámica de la estructuras y el comportamiento elástico de las mismas. Se trata de fenómenos que ocurren en cualquier estructura que tenga elasticidad, que esté inmersa en un fluido, tal como el agua o el aire, que excita a esta estructura elástica, provocando movimientos correlacionados de manera compleja. Al acoplarse estática y dinámicamente con el fluido, la estructura puede comportarse favorable o desfavorablemente.
«El impacto del trabajo para el conocimiento científico consiste en un aporte sustancial a las bases del conocimiento involucrado en la tecnología de conversión de energía eléctrica de corriente continua a corriente alterna para grandes potencias», destaca García.
El desarrollo que lleva adelante el becario responde, por otra parte- al objetivo trazado por el Laboratorio de Aerodinámica y el Departamento de Electricidad y Electrónica de la Facultad de Ingeniería de la UNNE, de ampliar las investigaciones en el área de la tecnología de la electrónica de potencia, específicamente en convertidores (Inverter), muy desarrolladas a nivel internacional.
Si bien los convertidores VSC se utilizan ampliamente en otras partes del mundo, su desarrollo en Argentina aún se encuentra en una etapa temprana. Este proyecto de beca profundizará el conocimiento teórico y experimental sobre esta tecnología, abriendo nuevas vías de investigación, como su potencial aplicación en el transporte de energía eléctrica en corriente continua a altos niveles de tensión.
