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miércoles, 24 de noviembre de 2010

Diseño Modular de un Cercado Eléctrico Solar

Edgar Alonso Corzo, Juan Manuel Franco Jácome, Juan Gabriel Araque Mora
Talentos TecnoParque Colombia Nodo Bucaramanga.
Santander, Colombia
edalco@hotmail.com
juanmfranco@gmail.com
araquemora@gmail.com



Abstract : Se propone el diseño de un cercado eléctrico modular con capacidad de operación a partir de energía fotovoltaica, con el objeto de suplir la necesidad de un sistema eficiente, acorde con la capacidad económica local.



I.INTRODUCCION
Los cercados eléctricos son una buena opción para el control de animales y la seguridad perimetral de predios residenciales, agrícolas y demás. La incómoda reacción generada en el cuerpo de ciertos mamíferos por el pulso eléctrico de alta tensión han convertido a las cercas eléctricas en una aplicación que en comparación con las prácticas tradicionales reduce los costos de mantenimiento y el impacto al medio ambiente. Actualmente en el país existen variedad de dispositivos de fabricantes nacionales o extranjeros los cuales generalmente carecen de dispositivos eficientes o en su defecto requieren de inversiones considerables.
La oferta de cercas eléctricas actual se puede diferenciar entre las de fabricación nacional y las importadas, siendo muy marcada la diferencia en cuanto a desempeño, confiabilidad y costo. El objetivo del presente proyecto es el desarrollo de una alternativa de alto desempeño, mayor confiabilidad y mejores prestaciones que las de fabricación nacional, a un precio acorde a la capacidad económica de nuestros campesinos, además de ofrecer la posibilidad de uso de energías alternativas como la fotovoltaica.
Este desarrollo igualmente contempla hacia el futuro la investigación de estrategias para mitigar el impacto de la descargas atmosféricas al igual que el desarrollo de alarmas para el monitoreo del estado del cercado y la evasión de animales.



II.ORGANIZACIÓN DEL PROYECTO
El proyecto actualmente está dividido en tres módulos.
El módulo impulso o básico: Se encarga de almacenar la energía y entregarla de forma controlada a través de un transformador de pulsos.
Modulo de respaldo: Se encargara de mantener la carga de una batería la cual respaldara el sistema en caso de que haya una suspensión del servicio de energía. Básicamente este modulo constara de un regulador un circuito de control de carga y un inversor para alimentar el primer modulo.
Modulo alternativo: En este modulo permitirá el acople de un sistema de paneles fotovoltaicos.



III.ACTUALIDAD EL PROYECTO
Para el circuito básico es necesario utilizar una configuración que nos permita almacenar la energía y otra que mediante un circuito de control nos permita la energía se transfiera a través del alambre del cercado y la tierra luego que un objeto hace contacto con estos dos. Normalmente estos circuitos constan el primero de un multiplicador con diodos y condensadores y el segundo de un circuito con semiconductores como DIACs, tiristores, IGBTs, Transistores y un trasformador de pulsos.
Teniendo en cuenta la importancia de un bajo consumo de potencia del primer y segundo modulo para la viabilidad del proyecto se ha realizado pruebas con diferentes configuraciones para el modulo básico y se han alcanzado eficiencias del 90% entre la energía almacenada y entregada. Estos resultados nos han llevado a continuar optimizando específicamente el circuito de control de energía y el transformador de pulsos ya que el objetivo es alcanzar una eficiencia mayor.
Algunas de la graficas del pulso a la salida de primer modulo obtenidas en laboratorio mediante la captura en el osciloscopio digital se presentan a continuación. La carga de prueba es una resistencia de 560 ohm en serie con una resistencia de 1 ohm donde se capturaron los datos de la tensión y luego se graficaron mediante programa de computador.


En la figura 1 se representa el pulso para tres condensadores de almacenamiento diferentes.
El color azul oscuro corresponde al condensador con capacidad menor y el color verde corresponde al condensador de mayor capacidad.
La figura 2 corresponde al mismo condensador de almacenamiento y dos transformadores diferentes.


Como se puede observar en la figura 2 la diferencia en eficiencia es considerable.
Dentro de los desafíos a los que se deben someter el dispositivo se encuentra el diseño del transformador de pulsos, teniendo en cuenta que están en juego el tamaño, el material del núcleo y la forma más eficiente de bobinar el transformador. Desde el punto de vista electromagnético la opción más óptima es el núcleo de ferrita. El problema aparece al momento de conseguir el material para realizar pruebas al igual que proveedores o información en Colombia. De esta manera hay que dirigirse a otras opciones como lo núcleos laminados.
Actualmente se ha implementado un prototipo de prueba para evaluar eficiencia, capacidad y durabilidad del primer modulo del proyecto el cual se muestra en figura 3




IV.PRODUCTOS DESTACADOS


Speedrite 3000
30W panel & mounting bracket
Maximum Power Factor: 25km
Min Battery: 50 amp/hr


V.CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES

•Es importante igualmente indagar sobre los calibres adecuados de los alambres en los bobinados del transformador de pulso puesto que si no se seleccionan correctamente se puede ocasionar perdidas por efecto joule, o perdidas por falta de acoplamiento.
•Dentro del control de energía cabe resaltar que también existe circuitos que pueden variar la entrega de energía dentro un rango establecido de forma que el circuito pueda ser optimizado dependiendo de ciertas condiciones de carga. Actualmente no hemos realizados pruebas con este tipo circuito en el laboratorio aunque ya se ha hecho algunas simulaciones.
•Es común encontrar que se trabaja con condensadores electrolíticos para almacenar energía, pero no resultan ser una buena opción si se trata de optimizar la eficiencia del generador de pulsos ya que tiene una resistencia en serie que para esta aplicación empieza a ser considerable.



VI.REFERENCIAS

[1] M. H. Rashid, Power electronics handbook, Academic PRESS
[2] (2010) Electronic Materials and Circuits – Core Material. Available: http://www.vias.org/eltransformers/lee_electronic_transformers_03_03.html
[3] (2010) Producing wound component. Available: http://info.ee.surrey.ac.uk/Workshop/advice/coils/index.html
[4] T. Cadwaller, D. Cosgrove, “Fencing Systems for Rotational Grazing”. U. Wisconsin .Available: http://www2.uwrf.edu/grazing/energizer.pdf
[5] P. C. Lunenburg, B. Woodhead, R. Charles and J. Murphy, “Electric fence energiser”, U.S. Patent DN/20060087178
[6] Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas – RETIE: http://www.portalelectricos.com/retie/cap2art17_cercas.php

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