Diseño y construcción de medidor de armónicos para la red eléctrica (2024)
La calidad de la energía eléctrica se ha convertido en un aspecto fundamental para garantizar un suministro eléctrico eficiente y seguro en el sector industrial, dado el gran impacto que tienen los fenómenos que afecten su normal suministro y funcionamiento en el rendimiento, la mantenibilidad y la seguridad de los equipos eléctricos y electrónicos necesarios para el desarrollo de las empresas. Entre los problemas asociados a la calidad de la energía, como las interrupciones (momentáneas, temporales o sostenidas), los picos (altos /bajos) de voltaje, las interferencias electromagnéticas no deseadas o la variación de frecuencia; se encuentran los armónicos, que son deformaciones de la onda eléctrica que pueden afectar el funcionamiento de los equipos. Dados estos requerimientos de calidad y seguridad, se precisa desarrollar un mecanismo que pueda detectar y monitorear la presencia de armónicos en la red eléctrica, a través del análisis de las irregularidades en la forma de onda de la corriente eléctrica que pueden causar problemas en los equipos eléctricos y electrónicos, que además permita optimizar el diseño y la operación de los sistemas eléctricos, evitando problemas de interferencia electromagnética y sobrecargas que pueden ser causadas por armónicos. Teniendo en cuenta que existe una gran variedad de trabajos de investigación aplicada, que tienen como objeto de análisis el fenómeno de los armónicos; en esta propuesta investigativa se revisaron los trabajos sobre detección de armónicos en la red eléctrica, con un énfasis en sus etapas de diseño y desarrollo, dada la existencia de distintas aproximaciones para su desarrollo, como la aplicación de la transformada rápida de Fourier (FFT), para la toma de muestra y análisis de las señales eléctricas, el uso de bloques de cálculo como los filtros Paso-Bajo y los desfasadores de 90, entre otros, con el fin de examinar sus ventajas comparativas para el desarrollo del prototipo de un dispositivo portable con una pantalla para la visualización de las mediciones, a través de una interacción amigable entre hombre y maquina (HMI), adaptable al entorno colombiano. Luego del análisis bibliográfico de los trabajos relativos a la detección de armónicos, se procedió al desarrollo de las fases de la investigación correspondientes al diseño, desarrollo, prueba y ajustes de un dispositivo - prototipo de medición de armónicos; mediante el desarrollo (diseño y construcción) de los circuitos de acondicionamiento y adquisición de señales a través de la red eléctrica para el análisis de armónicos eléctricos, lo mismo que la implementación de un algoritmo en un sistema embebido que permitiera obtener el espectro de la señal. De igual manera, durante el avance del proyecto se realizó la construcción de una interfaz para la visualización de los armónicos más importantes en la red eléctrica analizada. El documento contiene un apartado de conclusiones y recomendaciones donde se plasman las principales reflexiones alrededor, no solo del desarrollo de la investigación y sus principales hallazgos y avances, sino también de los aportes académicos y tecnológicos alcanzados y propuestos en el proyecto.